專利名稱：振動機構的控制系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種振動機構的控制系統(tǒng)和方法。更具體地，本專利涉及一種控制振動機構的振動幅度和頻率的控制系統(tǒng)和方法。
背景技術：
諸如壓實機等現有振動工程機械經常用于壓實土壤、礫石、瀝青和其它材料。這些振動工程機械包括板式壓實機和滾筒壓實機。常用的滾筒壓實機有一滾筒組件，由一個或多個壓實材料的滾筒組成。滾筒組件包括一個振動機構，它有兩個或更多的壓鐵，排列在圍繞滾筒的內腔內的公共軸線可旋轉的軸上，減少滾筒的振動。壓鐵的設置與公共軸線是不同心的，通常可以繞公共軸線相互移動，在壓鐵旋轉期間產生程度不同的不平衡作用。
振動機構提供一個或多個振動幅度和頻率設定。壓實機工作時的振動幅度和頻率由操作人員改變，滿足具體用途的要求。合適的振動幅度和頻率的變化取決于被壓實材料的特性。例如，壓實道路表面的礫石所需的振動幅度和頻率不同于壓實人行道的土壤所需的振動幅度和頻率。同樣，壓實過程在開始和最后階段對壓實所需的振動幅度和頻率，經常有不同的需要。而且，當諸如瀝青等材料冷卻下來后，它的硬度經常變化。因此，需要根據材料的溫度，可能需要具有不同振動幅度和頻率的壓實。
振動幅度和頻率決定壓實的質量以及壓實過程的效率。通常，滾筒組件內不同心壓鐵產生的振動幅度，因壓鐵相互繞公共旋轉軸線設置使相對旋轉軸線的質量(例如重心)的平均分布發(fā)生變化，是不一樣的。通常，當重心移動離開壓鐵的旋轉軸線時，振動幅度提高；當重心移動靠近壓鐵的旋轉軸線時，振動幅度降低趨向零。同樣，改變繞公共軸線旋轉的壓鐵的旋轉速度，可使振動頻率發(fā)生變化。
一種已知的振動機構允許操作人員選擇理想的振動頻率，可用的頻率有一種或多種選擇，而且與理想的振動幅度的選擇沒有關系。在某些情況下，振動機構使操作人員能夠只調整震動幅度，此時振動頻率保持不變或不受控制；或使操作人員能夠只調整振動頻率，此時振動幅度保持不變或不受控制。例如，美國專利4,481,835揭示一種能連續(xù)調整振動幅度的裝置。然而，這些已知的振動機構的振動頻率與振動幅度之間沒有任何關系或依賴性。因此，操作人員在選擇振動頻率和振動幅度組合時可以無任何顧慮，然而，此舉導致去耦，但是這種現象是在不經意中出現的。當壓實機振動頻率非常之高、以至使壓實滾筒處于空氣傳播狀態(tài)時，去耦才會出現。
因此，本控制系統(tǒng)涉及解決以前技術存在的一個或多個缺點，并且提供一種使振動機構具有更好的穩(wěn)定性且對壓實機的性能影響更小的控制系統(tǒng)和方法。
發(fā)明概要一方面，提供一種控制振動機構的方法。該方法包括，檢測振動機構的振動幅度并確定振動機構的去耦點。根據確定的去耦點，發(fā)出輸出信號，控制振動機構的振動幅度。
另一方面，提供一種控制振動機構的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括一個配置成檢測振動幅度的傳感器和一個與傳感器連接的控制器?？刂破鞲鶕z測到的振動幅度，確定振動機構的去耦點，并且根據確定的去耦點，發(fā)出輸出信號，控制振動機構的振動幅度。
附圖的簡單介紹附在說明書內、并且是它的一個組成部分的


本發(fā)明的示范的實施例，并且與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是帶有按照一個示范實施例的控制系統(tǒng)的振動工程機械的示意圖；圖2是圖1所示振動工程機械的一個壓實滾筒的橫切面視圖；圖3是一個介紹圖1所示控制系統(tǒng)的邏輯的框圖。
具體的實施方式現請詳細參閱附圖中說明的示范實施例，只要有可能，相同的標號在整個附圖中用來指稱相同或同樣的部件。
如圖1所示，振動工程機械可是一種用于壓實諸如土壤、礫石或瀝青等材料12，提高材料的密度的雙滾筒壓實機10。盡管這里介紹的是用于一雙滾筒壓實機的振動機構的控制系統(tǒng)和方法，但是該控制系統(tǒng)和方法不僅限上述用途。
壓實機10有一個第一壓實滾筒14和一個第二壓實滾筒16，它們安裝在壓實機的底盤18上，可旋轉工作。壓實機10上也有一個發(fā)動機20，可用來提供推進壓實機10的機械動力和/或電能。第一壓實滾筒14包括一個第一振動機構22，它可操作地連接到第一馬達24。第二壓實滾筒16包括一個第二振動機構26，它可操作地連接到第二馬達28。從本發(fā)明中應該了解到，振動工程機械可以有兩個以上或兩個以下的壓實滾筒和振動機構。
第一和第二馬達24，28分別推進第一和第二壓實滾筒14，16，而馬達可操作地連接到動力源30，該動力源可與發(fā)動機20連接。動力源30可以是一臺發(fā)電機、一臺液壓泵或其它任何一種用來推進壓實機10并向第一和第二振動機構22，26以及壓實機的其它系統(tǒng)提供動力的適當裝置。當動力源30提供電力時，第一和第二馬達24，18可以是電動機?；蛘弋攧恿υ?0提供機械和液壓動力時，第一和第二馬達24，18可以是液壓馬達。馬達24，18可依靠電線，流體導管或其它合適的連接手段，可操作地連接到動力源30。
同樣，壓實機10上有一個確定振動機構22，20的去耦點的控制器40。一旦達到去耦點時，壓實滾筒14，16的表面不會與材料12接觸，此時振動機構或壓實滾筒處于空氣傳播狀態(tài)?？刂破?4也可操作地與一個操作員或使用者輸入控制器42相連接，它使壓實機10的操作人員能夠設定(例如)理想的振動控制特性。振動控制特性可包括振幅限度，它將在以后有詳細解釋。操作員輸入控制器42可以是一個振動控制按鈕、振動控制桿、振動控制開關或其他任何操作員用來設定振動幅度特性的適用裝置。在一個示范的實施例中，操作員輸入控制器42可是一個多位開關，而開關的每一個切換位置對應于振幅限度其中的一個設定值，例如50％、100％和150％的去耦振幅。去耦振幅是指壓實機10去耦的振幅。
圖2是第一壓實滾筒14的一個橫切面視圖。第一振動機構22可大致中心地安裝在第一壓實滾筒14內。然而，振動機構22的準確定位是可以改變的，以滿足具體用途的要求。盡管振動機構的介紹將是針對第一振動機構22的，但是圖2所示的振動機構可用來代表圖1所示的第一和第二振動機構22，26中的一個或所有的振動機構。
在圖2所示的示范實施例中，振動機構22包括一個剛性固定到壓實滾筒22上的外殼44，一個與內軸34連接的內偏心壓鐵32和一個與外軸38連接的外偏心壓鐵36。一個內繞性聯(lián)軸節(jié)46和一個外撓性聯(lián)軸節(jié)48可分別用來使內軸34和外軸38旋轉。
通常，振動機構22產生獨立、連續(xù)或變化無窮的振動幅度和頻率。例如，振動機構22改變內、外偏心壓鐵32，36的相對位置或有關相位，使內、外偏心壓鐵32，36繞其軸線旋轉產生的不平衡的量級和振動幅度發(fā)生變化。此外，振動機構22產生的振動頻率可因內、外壓鐵32，36旋轉速度的改變而變化。因此，壓鐵32，36產生的振動頻率隨著壓鐵32，36旋轉速度的加快而提高。
第一馬達24可通過變速箱50連接到內、外撓性聯(lián)軸節(jié)46，48。相位控制裝置52可與變速箱50連接，以改變內、外軸34，38的相對位置，從而使內、外偏心壓鐵32，36的相對位置或相位發(fā)生連續(xù)或無限制變化。
如圖2所示，壓實機10還包括一個振動幅度傳感器54。在一個實例中，振動幅度傳感器54是一個能檢測壓實機10產生的振動幅度的加速度計，其可固定在壓實滾筒14一部分。加速度計也可檢測振動頻率。此外，壓實機10可有一個相位傳感器56，它與變速箱50連接，測量內、外偏心壓鐵34，38和內，外軸34，38的相對位置和相對相位。壓實機10還可有一個速度傳感器58，測量內、外偏心壓鐵34，38和內，外軸34，38的旋轉速度。
壓實機10具有電氣連接到操作員輸入控制器42的控制器40，相位控制裝置52和振動幅度傳感器54。控制器40也可以電氣連接到其它傳感器?？刂破?0有一個處理器，用來確定耦合點并發(fā)出控制振動幅度的輸出信號。
圖3是一個描述示范邏輯的示意的框圖，該示范邏輯可與控制器40一起作用以控制圖1所示的壓實機10的振動幅度。在一個示范實施例中，控制器40根據振動幅度傳感器54檢測出的振動幅度和預先確定的基準振動幅度，確定振動機構22的一個去耦點。例如，對壓實機試車，使它的滾筒懸升離開地面，可通過實驗確定基準振動幅度，并且可將確定的振動幅度存儲在控制器40內。該預先確定的基準振動幅度對應于振動機構22的去耦點。基準振動幅度可呈一個圖形形式，例如正弦波。
控制器40對檢測出的振動幅度與基準振動幅度進行比較后，確定振動機構22的去耦點。例如，去耦出現時，來自傳感器54的正弦振動幅度信號在其極性之間的差異是很大的。控制器40根據振動幅度差異，向振動機構發(fā)出一個振動幅度控制輸出信號。振動機構在收到該輸出信號后按要求的幅度振動。在一個實施例中，控制器40也可以根據振動幅度控制輸出信號的數值，再發(fā)出一個信號，改變振動機構22的振動頻率。
工業(yè)實用性參考圖1~圖3，振動幅度傳感器54，例如加速度計，檢測壓實機10的振動幅度。一個代表檢測出的振動幅度的信號發(fā)送到控制器40。
控制器40收到檢測出的振動幅度的信號后，即將檢測出的振動幅度與存儲在控制器40內的基準振動幅度比較。在一個實例中，基準振動幅度可呈一個正弦波形式，代表振動機構22去耦的振動幅度，即壓實機10成空氣傳播的振動幅度。控制器40通過檢測出的振動幅度與基準振動幅度比較，確定檢測出的振動幅度是否低于或高于基準和去耦振動幅度。在一個實施例中，控制器40通過對來自傳感器54的動態(tài)信號的分析，確定檢測出的振動幅度是否低于或高于基準和去耦振動幅度?？刂破?0確定檢測出的振動幅度低于基準振動幅度后，將提高振動幅度的輸出信號發(fā)送到振動機構22。另一方面，控制器40確定檢測出的振動幅度高于基準振動幅度后，將降低振動幅度的輸出信號發(fā)送到振動機構22。振動機構22根據控制器40的輸出信號調整偏心壓鐵32，36的相位或位置，以改變振動機構22的振動幅度。控制器40可以閉環(huán)方式重復這些步驟，因此，振動機構的振動幅度保持接近于去耦的振動幅度。
在一個示范實施例中，操作人員可通過操作員輸入控制器42設定一個振動幅度特征，例如一個振動幅度限度。如果操作人員希望獲得不會有去耦的最佳壓實效果，振幅限度就要設定到100％的去耦振幅限度。如果振幅限度設定到(例如)50％的去耦振幅限度時，輸出信號要乘于0.5，這樣振動機構22提供的振動幅度大大低于去耦振動幅度，即只有50％的去耦振動幅度，當壓實進程不要求很快時，操作人員可以選擇低的設定。另一方面，如果振幅限度設定到(例如)150％的去耦振動幅度時，輸出信號要乘以1.5，這樣振動機構22提供的振動幅度遠遠高于去耦振動幅度，即150％的去耦振動幅度。例如，操作人員在壓實過程的開始階段壓實材料時，可以選擇這種高的設定，有意使振動機構去耦。這樣操作人員能夠使壓實機在一個特定的應用中發(fā)揮最大的效能。盡管這些步驟是針對第一振動機構22的，控制器40亦可以用類似的方式，獨立控制第二振動機構26的振動幅度。
本技術領域的技術人員都很清楚，揭示的系統(tǒng)與方法在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可以有各種各樣修改和變更。本技術領域的技術人員都知道，本發(fā)明的其它實施例將以這里揭示的發(fā)明的詳細說明和實踐為依據。經認定，本發(fā)明的詳細說明與范例僅視為典范，本發(fā)明的正真范圍由下列權利要求界定。
權利要求
1.一種控制振動機構的方法，包括檢測振動機構的振動幅度；確定振動機構的去耦點；和根據確定的去耦點發(fā)出輸出信號，控制振動機構的振動幅度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，去耦點的確定包括將檢測出的振動幅度與預定的基準振動幅度進行比較，確定檢測出的振動幅度是否高于或低于預先確定的基準振動幅度。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，當檢測出的振動幅度低于預先確定的基準振動幅度時，發(fā)出輸出信號，提高振動機構的振動幅度；當檢測出的振動幅度高于預先確定的基準振動幅度時，發(fā)出輸出信號，降低振動機構的振動幅度。
4如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括設定一個振動幅度特性，其中，根據確定的去耦點和設定的振動幅度特性發(fā)出輸出信號。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括根據發(fā)出的輸出信號調整振動機構內的壓鐵，其中，振動機構的振動幅度是由加速計檢測出的。
6.一個控制振動機構的控制系統(tǒng)，包括一個配置成檢測振動幅度的傳感器；一個與傳感器連接的控制器，它配置成根據檢測出的振動幅度確定振動機構的去耦點，并且根據確定的去耦點發(fā)出輸出信號，控制振動機構的振動幅度。
7.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，控制器將檢測出的振動幅度與預先確定的基準振動幅度進行比較，然后確定檢測出的振動幅度是否高于或低于預先確定的基準振動幅度。
8.如權利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，當檢測出的振動幅度低于預先確定的基準振動幅度時，發(fā)出輸出信號，以提高振動機構的振動幅度，當檢測出的振動幅度高于預定的基準振動幅度時，發(fā)出輸出信號，降低振動機構的振動幅度。
9.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括一個與控制器連接的振動限度輸入控制器，它配置成設定振動幅度特性，控制器根據確定的去耦點和設定的振動幅度特性發(fā)出輸出信號。
10.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，傳感器是一個加速度計。
全文摘要
提供一種控制振動機構的方法。該方法包括檢測振動機構的振動幅度和確定振動機構的去耦點。根據確定的去耦點發(fā)出輸出信號，控制振動機構的振動幅度。
文檔編號G05D19/00GK1737266SQ20051009214
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月16日 優(yōu)先權日2004年8月16日
發(fā)明者F·里奧, D·R·波茨, K·L·曼恩 申請人:卡特彼勒鋪筑材料產品股份有限公司