控制压实机的方法和系统.pdf

本发明揭示了控制至少一个压实机的方法和系统，其中用至少处在一个有关测量位置处的传感器检测从压实机传到地面的振动。传感器检测到的所测振动值发送给数据处理单元，在此与相应测量位置的容许振动极限值相比较。在超过极限值时，改变压实机的至少一个压实参数，使得在测量位置测得的所测振动值由控制环路自动地调整到小于或等于振动极限值的值。

1.  一种特别是在土方和沥青施工中控制对地面进行压实的至少一个压实机(20)的方法，其中至少一个压实参数在压实作业期间可由控制环路改变，其特征在于，至少在一个处在建筑(1，2，3，4)的区域内的有关测量位置，用设置在所述建筑的区域内的地面或在该建筑本身上的至少一个传感器(10，11，12，13)检测从压实机(20)传到地面的振动，以及将传感器(10，11，12，13)检测到的所测振动值发送给至少一个数据处理单元(9)，所述数据处理单元(9)将所测振动值与相应测量位置的容许振动极限值相比较，并在超过该极限值时改变至少一个压实参数，以自动地将在测量位置测得的所测振动值调整到小于或等于所述振动极限值的值。

2.  按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将若干传感器(10，11，12，13)设置在不同的测量位置和/或将若干传感器设置在一个测量位置。

3.  按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，将由至少一个传感器(10，11，12，13)检测到的所测振动值存储起来，以进行文档编制。

4.  按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，将至少一个压实机(20)的压实参数特别是由控制环路改变的压实参数存储起来，以进行文档编制。

5.  按照以上权利要求之一特别是按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个可改变的压实参数取自包括振幅、振幅的作用方向、振幅的垂直部分、振动的频率或压实机的位移速度的组。

6.  按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，至少在传感器(10，11，12，13)与数据处理单元(9)之间或在数据处理单元(9)与压实机(20)之间发生数据传输。

7.  按照以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用若干压实机(20)，它们各由一个数据处理单元(9)控制或其中一些由同一个数据处理单元控制。

8.  按照以上权利要求之一特别是按照权利要求7所述的方法，其特征在于，至少一个压实机(20)检测它的瞬时位置并将它的瞬时位置发送给它所关联的数据处理单元(9)，然后该数据处理单元(9)确定哪些所测传感器值与该相应压实机有关，以便可任选地改变所述压实机(20)的至少一个压实参数。

9.  按照权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述压实机(20)用GPS接收机检测它们的位置，优选的是所述至少一个传感器(10，11，12，13)也用GPS接收机检测它的位置。

10.  一种用于控制特别是用按照以上权利要求之一所述的方法控制对地面之类进行压实的至少一个压实机(20)的系统，所述压实机包括至少一个可改变的压实参数，所述系统包括：至少一个传感器(10，11，12，13)，用于检测由所述压实机引起或发出的振动；以及至少一个数据处理单元(9)，用于将传感器(10，11，12，13)所发送的所测振动值与容许振动极限值相比较，并可任选地改变压实机(20)的所述至少一个压实参数，所述系统的特征在于，所述至少一个传感器(10，11，12，13)设置在建筑(1，2，3，4)的区域内的地面或在该建筑本身上，以便直接检测在测量位置处发生的振动。

11.  按照权利要求10所述的系统，其特征在于，若干传感器(10，11，12，13)设置在一个测量位置和/或设置在不同的测量位置。

12.  按照权利要求10或11所述的系统，其特征在于，所述系统包括各由一个数据处理单元(9)控制或由同一个数据处理单元控制的若干压实机(20)。

13.  按照权利要求10至12之一所述的系统，其特征在于，数据处理单元(9)与压实机(20)之间的数据传输是双向性的。

14.  按照权利要求10至13之一所述的系统，其特征在于，至少一个数据处理单元(9)直接设置在压实机(20)上。

15.  按照权利要求10至14之一所述的系统，其特征在于，至少一个传感器(10，11，12，13)和至少一个压实机(20)具有确定它们的瞬时位置的技术能力和将它们的瞬时位置发送给至少一个数据处理单元(9)的能力。

16.  按照权利要求15所述的系统，其特征在于，传感器(10，11，12，13)和压实机(20)包括GPS接收机。

17.  按照权利要求10至16之一所述的系统，其特征在于，压实机(20)涉及滚压机或板压机。

控制压实机的方法和系统
技术领域
本发明涉及控制压实机以便自动调整所述压实机的压实参数的方法，特别是，涉及控制这种压实机的相应系统。
背景技术
压实机或相应类型的设备用来压实土壤、地面、道路、堤坝之类。从现有技术可知这种压实机有各种具体实现。这些实现可以涉及例如(但不只局限于)自动滚压机或牵引滚压机。本发明不同于将着地拉杆等压入地面的器械(诸如锤体或送桩锤之类)。
为了改善压实效果和提高压实程度，已知对压实工具进行振动叠加或振动激励，这可参见DE 33 08 476 A1。于是，相应的压实机配有振动板或辊，如在WO 02/25015 A1中所揭示的。
在这方面的相关问题是压实机本身以及其周围区域内的建筑可能由于振动而受到损害。如果振动激励的频率处于机器或大地的本地固有频率的范围内或者所施加的振动振幅大，这就特别成问题。因此，从现有技术已知检测振动和可选地通过控制电路校正振动以防止机器的任何不希望的“跳动”。这种反馈控制可参见EP 0 688 379 B1和上面所提到的WO 02/25015 A1。压实机或压实工具安装有检测振动的传感器。没有考虑地面本身或周围建筑的振动。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制压实机的方法和相应的系统，使得压实机在压实效果和压实程度上可以高效率工作，同时邻近的建筑物受到振动所引起的应力也不会超过容许程度。
这个目的是用按照权利要求1所述的方法和按照该独立权利要求所述的系统来实现的。相应的从属权利要求的主题给出了一些有益的进一步改进。
按照本发明所设计的方法，在至少一个有关测量位置处用至少一个传感器检测压实机所发出的传播到地面的振动，传感器检测到的所测振动值发送给至少一个数据处理单元，它将这些值与相应测量位置的容许振动极限值相比较。在超过相应测量位置的容许极限值时，自动地也就是说由控制电路改变至少一个压实参数，以将在测量位置测得的振动值调整到小于或等于振动极限值，或者将压实参数改变成使得检测到的最大所测振动值小于或等于振动极限值。
在本专利申请的术语内，压实参数应理解为物理上可检测的对压实效果或压实程度有影响的变量。这些压实参数优选的是取自包括压实工具的振动振幅、所述振幅的作用方向、所述振动在不同方向的部分、振动的频率或者还包括压实机的位移速度或质量的组。
按照本发明所提出的方法的有关优点是直接在有关或感兴趣的测量位置处也就是说通常直接在建筑内进行测量。因此，地面的本地和瞬时特性不会影响在建筑内检测到的所测振动值。这样就可以避免根据用不能较精密地确定的大地参数(诸如振动传播速度和阻尼)的任何逆计算或预测不精确地确定载荷。
这意味着压实机可以在压实效果和压实程度上以很高的效率进行工作。同时，周围建筑特别是那些对振动敏感的建筑能得到对振动的尽可能好的防护，使得它们所受到的振动不超过容许的程度。
按照本发明所设计的系统包括至少一个检测压实机所引起和发出的振动的传感器和至少一个将至少一个传感器所发送的所测振动值与容许振动极限值相比较的数据处理单元。在极限值被超过时，数据处理单元启动改变压实机的至少一个压实参数。这至少一个传感器设置在建筑的区域内地面或建筑本身上，以便直接检测测量位置处发生的振动。
因此基本上参考以上结合与这种系统的优点有关的控制方法所作的讨论。
在本发明的一个特别优选的进一步改进型中，可任选的是为其提交保护，在一个施工工地操作若干压实机。对每个压实机的绝对位置或至少相对传感器位置的相对位置进行检测。此外，与各个压实机关联的是一个数据处理单元，用来分析所有的传感器的所测振动数据和根据已知的压实机的位置计算出哪些传感器和哪些测量位置是与相应压实机有关的而哪些是无关的。在所测振动值超过在与压实机有关的测量位置处容许极限值的情况下，数据处理单元将启动相应改变相应压实机的至少一个压实参数。一个特别有利的进一步改进型是所有的压实机只由一个中央数据处理单元控制，而每个压实机本身各配备一个数据处理单元，特别是在估计由诸如GPS之类的导航系统接收到的位置数据时。
附图说明
下面将结合附图说明本发明的一些实施例和它们的优点。只是结合一个实施例所展示的一些特征在技术上可行的范围内也将是本发明的一般特征。在这些附图中：
图1示出了按照本发明所设计的系统的一个实施例的示意图；
图2示出了图1的系统修改成将数据处理单元直接设置在压实机上的情况；以及
图3示出了图2的系统修改成传感器和压实机都安装有GPS接收机的情况。
具体实施方式
图1所示的实施例包括被配置为滚压机的压实机20。它优选地用于土方和沥青施工，对地面进行压实。当然，它也可以涉及板压机或其他配置。压实机20由数据处理单元9控制。在施工工地的区域内设置了若干传感器或建筑传感器，用来检测建筑物的振动或颤动。传感器10设置在住宅1上，传感器11设置在厂房2上。传感器10和11都将检测到的所测振动值发送给在这种情况下同时用作数据采集单元的数据处理单元9。数据传输通过电缆连接进行。此外，传感器12设置在厂房3内，传感器13设置在火车隧道4的区域内。火车隧道4作为例子代表了其他可比的建筑，诸如公路隧道、管道、下水道之类。也可以在桥梁、塔、纪念碑等上设置传感器。传感器12和13通过无线电连接进行数据传输，为此，数据采集和数据处理单元9配备有无线电单元14。从传感器10至13到数据采集和数据处理单元9的单向数据传输就足够了。这里所示的传感器的数目显然只是作为一个例子。按照本发明，对传感器的数目是没有限制的。在一个测量位置甚至可以配备几个传感器用于不同类型的测量。
传感器10至13设置在地面。可以理解，也可以直接设置在各个目标(建筑物之类)上。传感器可以是加速度传感器或地震传感器。
在数据处理和数据采集单元9将由传感器10至13发来的所测振动值与在相应测量位置的相应目标的容许极限值相比较。容许极限值例如列于标准DIN 4150内，或者由结构工程师预先确定。在比较期间主要鉴别以下状况：
所测值小于极限值；
所测值等于极限值；
所测值大于极限值。
基本上没有必要由数据处理单元9计算新改变的值。只要将所测值与极限值进行估计和比较就足够了。然后，发送所测值是高于、低于还是等于极限值的结果。据此，机器的控制单元相应降低、提高或者不改变压实参数。
在如这里所说明的这个例子中，数据采集和数据处理单元9将确定或计算出对于压实机20的至少一个压实参数(例如振动振幅、振动作用方向、振幅作用方向百分比、频率、位移速度等)的新改变的值，将它发送给压实机20。传输通过无线电进行，为此，数据采集和数据处理单元9配备了第二无线电单元15，而压实机配备了相应无线电单元16。数据采集和数据处理单元9内不一定要采用两种独立的无线电技术。在控制环路内调整或改变该至少一个压实参数，以使得加到相应目标上的振动不超过必要程度，同时使压实机在地面压实和深度效果(压实效果和压实程度)上高效率地进行工作。因此存在反馈控制到本地可能的最大值。根据控制环路的调整，可以只改变一个压实参数，或者可以同时或相继改变几个压实参数。
为了文档编制和作为质量保证措施，也为了保修，记录传感器10至13的所测振动值。作为记录方法可使用电子和传统的写入系统(纸张打印输出)。也将压实机20的压实参数和由控制单元对这些压实参数的改变编制成文档。因此压实机已响应检测到的所测振动值也可被编制成文档。为此，压实机20与数据采集和数据处理单元之9间的数据传输具有双向特性。数据存储例如可以在数据采集和数据处理单元9内进行。
控制压实机20的数据采集和数据处理单元9设置或架设在固定的现场，也就是说在施工工地的区域内。可以理解，也可以将它分散设置，例如设置在施工公司的总部或压实机20的制造厂(或者为控制单元提供的服务)。于是传感器与单元9之间的数据传输和压实机20与单元9之间的数据传输通过无线电进行。
还可以将数据采集和数据处理单元9直接设置在压实机20上。这示于图2。在这种情况下，相关的优点是省去单元9与压实机20之间的无线电链路。此外，系统和单元将更好适应施工工地，因为可以省去在现场固定架设单元9。在此原则上，传感器10至13与单元9(带有它的无线电单元14)之间的专用辐射式传输是有益的，这意味着只使用这种具有各自的无线电技术的传感器。
如果打算在施工工地使用几个压实机20，图3所示的实施例就特别有利。与图2相比，所有的传感器10至13和压实机20(它们的位置由于它们的运动而不断改变)都配备有能确定它们的瞬时位置的技术，例如通过GPS(全球定位系统)接收机技术。在传感器通常是固定的情况下，也可以一次性确定它们的位置，将这些位置输入数据采集和数据处理单元9。
按照本发明，每个压实机20配备有一个数据采集和数据处理单元9。这些单元9现在将接收传感器10至13的所测振动值，同时也接收检测到这样的所测值的位置。因此，就能通过已知的压实机20的自身位置确定和计算对于相应压实机来说哪些关键性的所测振动值是有关的，以便作出响应，改变至少一个压实参数。因此在施工工地上能使用任意多个压实机。
在一个替换实施例中，只配备一个数据采集和数据处理单元9来控制所有的压实机。数据采集和数据处理单元9可以以分散方式设置或者将它设置在施工工地现场。也可以将它设置在一个压实机上，于是这个压实机对于其他压实机(这些压实机也可以具有不同的配置)来说就起着主压实机的作用。