沥青输送和压紧系统.pdf

本发明公开了一种铺路机(1)的系统和装置，其用于获得路基的地形轮廓，然后根据该轮廓输送厚度变化的沥青垫层。该系统在横跨垫层的宽度方向和标准的纵向可使垫层厚度变化。通过获得被铺设表面的三维轮廓来开始该过程。扫描装置(10)在路面上方移动以获得要被铺设表面的整个长度和宽度的轮廓从而获得详细的地形轮廓。在操作的第二阶段，扫描装置(10)与沥青输送装置结合使用以输送厚度变化的沥青垫层。

1.  一种在要被铺设的表面上沉积沥青垫层的方法，包括如下步骤：
(a)进行第一次通过所述要被铺设的表面，从而使得扫描装置获得和存储所述要被铺设的表面的地形轮廓；
(b)在所述要被铺设的表面的所述地形轮廓的起始点对铺路机进行精确地定位；
(c)将沥青装载到所述铺路机的装料斗中；
(d)使得沥青流入到所述铺路机的内部分配室中；以及
(e)利用所述要被铺设的表面的所述地形轮廓，改变从所述分配室输出的所述沥青的流速，从而沉积沥青垫层，所述沥青垫层的厚度沿着所述垫层的宽度方向以及沿着所述垫层的纵向而变化。

2.  根据权利要求1所述的沥青垫层的沉积方法，其中：
在所述分配室的出口的前面设置有多个闸门板，用于控制从所述分配室输出的所述沥青的流速。

3.  根据权利要求1所述的沥青垫层的沉积方法，其中：
将可变整平板设置在所述分配室的开口，用于控制从所述分配室输出的所述沥青的流速。

4.  根据权利要求3所述的沥青垫层的沉积方法，其中：
所述可变整平板的单独元件相对于所述分配室的开口移动，用于控制从所述分配室输出的所述沥青的流速。

5.  根据权利要求4所述的沉积沥青垫层的方法，其中：
所述可变整平板的所述单独元件的移动由多个双向单活塞末端的液压缸来控制。

6.  根据权利要求1所述的沥青垫层的沉积方法，其中：
所述扫描装置利用全球定位系统。

沥青输送和压紧系统
技术领域
本发明通常涉及筑路设备，特别是多维沥青输送和压紧系统，其可根据路基的地形扫描将沥青输送到路面上。
背景技术
各种不同类型的设备用于向街道、公路、停车场等提供硬的表面。这些大量的可利用设备之一是沥青铺路机，该沥青铺路机利用整平板使底层路基上的沥青材料的层或者垫层(mat)变平整。理想地，沥青铺路产生相对平坦的表面，以使经过的车辆平稳通过。因此，不同于对于产生底层地带的渐进弯曲和有意的“凸起”(促进表面水的排出)，沥青铺路机放置的垫层提供了基本上平坦的表面。如果底层的路基具有相对平坦的表面，这种结果是最佳的。
由铺路机放置垫层后，用重型压路机压紧该垫层，在铺路机铺设时该压路机将沥青材料压制成垫层的厚度级。如果沥青材料具有均匀的密度和厚度，其大于相对于沥青材料中含有的总体尺寸中的某一最小的厚度，那么沥青垫层在压紧后的实际厚度要取决于被压路机压紧之前的沥青材料的厚度。在用压路机压紧前后的垫层厚度差(a)之间的比率，和被放置的沥青垫层的厚度(b)，通常被称为“压实系数”。
如果底层路基和沥青材料垫层都是平坦的，且如果沥青材料具有均匀的密度，则正如所期望的，被压过的表面也将是平坦的。然而，在实际的情况下，底层路基表面通常具有凹陷和隆起，这会导致压紧垫层的表面不再是平坦的平面轮廓。因此，即使在沥青铺路机铺设时沥青材料垫层具有平坦的表面，该沥青材料垫层在某些地方也会比其他的地方厚。这样，在压紧后，沥青不再表现出基本上平坦的表面，相反，会具有与路基表面的凹陷和隆起类似的，但是与其相比不明显的凹陷和隆起。这种不平坦的结果有时被称为“差异压实”。
举例来说，假定沥青材料在压紧之前被铺路机铺设的名义上期望的厚度是6英寸。并且还假定路基具有2英寸深的局部凹陷和2英寸高的隆脊或者局部隆起。因此，被铺路机铺设的沥青材料的厚度在局部凹陷上方将会有8英寸深，并且在局部隆起上方只具有4英寸高。进一步假定压路机将沥青材料压紧成铺路机铺设的原始厚度的75％，或是厚度减少25％。在由压路机压紧之后，在路基的基本上平坦的表面上方的沥青材料的厚度将会是4.5英寸。
类似地，在凹陷处和局部隆起上方的压紧的沥青材料的厚度分别是6英寸和3英寸。换句话说，由于在被压路机压紧之前由铺路机铺设，沥青垫层的表面是基本上平坦的，现在该表面在位于名义上的垫层的表面下方0.5英寸处的凹陷处上方。另外，在局部隆起上方的压紧的沥青垫层的表面位于压紧的名义上的垫层的表面上方0.5英寸处，以及位于凹陷上方地压紧垫层的表面上方1英寸处。这样的情况很显然不会使通过表面的车辆行驶平稳。为了克服该影响，理想地，在局部隆起处应该放置较少的材料而在凹陷处应该放置较多的沥青材料。
现有技术的铺路机的根本问题就是它们不能精确和充分地补偿以改变路基表面的隆起。在很大程度上，该问题与下述事实而引起，即，现代的整平板只能输送表现出平坦顶面的沥青垫层。这种输送沥青的方法不能提供充足的材料来克服“差异压实”的影响。现代的整平板只允许在垂直方向上有一定量的调整，操作该调整以沿着铺设的沥青垫层的长度和宽度方向具有斜坡和坡度。但是，这并不能充分地处理地面下的局部变化(例如在路基中的隆起和凹陷)。现有技术的铺路机通常将螺旋式作业与整平板共同使用以向局部区域提供较多或者较少的材料来补偿隆起的差异。一旦沥青垫层被压紧，将不能提供设置完全的平滑工作面所需的补偿度。
现代的铺路机只能控制输送沿着三个整平机表面输送沥青，产生适合于路基表面的沥青垫层并呈现出平滑的平面。一旦该垫层被重型压路机进一步压紧后，它将再次只将路基改变成更小的程度。所需要的铺设方法包括如下几个步骤：1、获得被铺设表面的地形轮廓。2、处理该信息以建立实际表面轮廓和需要的完成的路面轮廓。3、计算两个表面之间的距离以利用已知的压实系数来确定沥青的量，压实系数将会得到所需的完成路面。4、利用该信息以及在压紧阶段中产生的转移沥青垫层乘以系数(factor)来设计要被提供的沥青垫层的轮廓。5、根据轮廓来操作沥青垫层的装置使得供应恰好数量的沥青材料到所需的地下位置。实际上用于压紧的沥青垫层不应该是如现有技术铺路机所提供的平面。相反，它应该在某种程度上模仿路基表面的特征，这种成形的垫层一旦被压紧后将会得到期望的平滑表面。
相应地，本发明的目的就是提供一种沥青输送系统，它根据路基表面的变化提供厚度变化的沥青垫层，因此利用“差异压实”来建造一个更好的道路。
本发明的另一目的就是提供一种供应沥青垫层的方法，该垫层在压实后提供一个非常平的上表面。
本发明的另一目的就是提供一种沥青输送机构，它包括一种用于获得和存储要被铺设的路基的地形轮廓的装置。
发明内容
本发明是一种用于获得路基的地形轮廓、处理这些数据以生成所需道面的道路轮廓、然后输送根据该轮廓而改变厚度的沥青垫层的方法。沥青输送系统使得在跨过垫层的宽度方向和标准的纵向上的垫层厚度发生改变。
这个过程首先是获得被铺设表面的三维轮廓。扫描装置在路面上方移动以获得要被铺设表面的整个长度和宽度的轮廓。该扫描装置能够利用用于获得详细地形轮廓的任何已知的装置，并且最常用的是雷达、声纳、或者与全球定位系统(GPS)结合使用的激光测量装置。处理所获得的轮廓数据用于第二阶段的操作。
轮廓的数据按照某种方式收集起来，该方式将提供诸如高度、倾斜度和坡度的具有足够小分辨等级的数据以产生要被铺设表面的准确的表现。该数据将用于设计控制铺路机的所有操作的道路轮廓。通过估计实际道路轮廓和期望的道路轮廓之间的差异，并乘以正确的“压实系数”，我们可以生成产生期望路面的最终的垫层轮廓。这种最终的垫层轮廓将以建造的方式利用“差异压实”的作用并向需要的地点输送较多的沥青材料，向不需要的地点输送较少的沥青材料。这种轮廓将被存入铺路机的车载计算机中，并且将精确地控制铺路机的运动以及沥青输送装置的操作。
在操作的第二阶段，将扫描装置与沥青输送装置结合使用。扫描装置追踪沥青输送装置的确切位置，将该位置与扫描的轮廓相联系，从而控制沥青输送装置的操作。沥青输送装置输送变化的厚度的沥青垫层，该厚度是由地形轮廓和沥青材料的压缩系数共同确定的。该厚度不仅沿着垫层的长度方向上变化，而且还在横跨垫层的宽度方向上变化。
可变的沥青输送装置的第一个关键的部件是内室。在其中，形成恒定密度的非常厚的沥青垫层，并使得第二个关键部件，可变整平板变得可利用。可变整平板包括多个单独的板，它们组合在一起形成了具有沥青垫层宽度的整平板。每一个单独的板都连接到双向的单活塞末端的液压缸上，它使板沿着垂直于沥青输送机的主要叶片(blade)宽度的轴向上下移动。当沥青垫层进入可变整平板时，操作多组单独的板，从而使得从预先形成的垫层中移除由存储的垫层轮廓决定量的沥青材料，因此控制通过系统输出的沥青材料的轮廓。
本发明的优点在于其考虑到了沿路基宽度的变化以及沿长度的变化。
本发明的另一优点在于可变整平板使得可以沿着路基的宽度沉积不同量的沥青。
本发明的另一优点在于在压紧后形成的垫层是非常平滑的。
本发明的这些和其他的目的和优点，对于本领域的技术人员而言，在通过阅读和理解在此所描述的以及通过附图示出的根据本发明的优选实施例之后会更加显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的沥青输送装置的立体图。
图2是在沥青被输送到内室之前的沥青输送装置的内部剖视图。
图3是沥青垫层被沉积到路基上时的沥青输送装置的内部剖视图。
图4是可变整平板的前视图。
图5是固定在整平板壳体中的单独的整平板的顶端的侧视图。
图6是整平板的底端的侧视图。
图7是固定在整平板壳体中的整平板的俯视图。
图8是示出具有多个扁平的闸门板的内室的俯视图。
具体实施方式
首先参照图1到图3，本发明是用于获得路基的地形轮廓，然后根据该轮廓来输送厚度不同的沥青垫层系统和装置，即，铺路机1。该系统可提供横跨垫层的宽度以及沿着长度方向上变化的垫层厚度。
根据本发明的铺设过程的第一步骤是获得要被铺设的表面的地形轮廓。这个步骤是通过扫描装置10来完成的，该扫描装置在路面上方移动以获得要被铺设的表面的整个长度和宽度的轮廓。扫描装置10能够利用任何已知的用于获得详细地形轮廓的装置，并且最常用的是雷达、声纳、或者与全球定位系统(GPS)结合使用的激光测量装置。通过扫描装置10生成的轮廓数据存储在易于存取的数据存储装置中。
轮廓的数据按照某种方式收集起来，该方式将提供诸如高度、倾斜度和坡度具有足够小分辨等级的数据以产生要被铺设表面的准确的表现。该数据将被用于控制包括可变整平板的单独的叶片的动作。通过估计实际道路轮廓和期望的道路轮廓之间的差异，并乘以正确的“压实系数”，我们可以利用“差异压实”的作用并可以生成提供期望结果的最终的垫层轮廓。这种轮廓将被存入铺路机的车载计算机中，并且将精确地控制可变整平板的运动以将恰当量的沥青输送到需要的地方。
铺路机1包括装料斗12，其接收热的混合沥青材料。通过多个水平的螺旋钻14，沥青被运送到内室16中。输送机14由至少一个可变速的电机驱动，从而可控制移入到内室16中的沥青量。
内室16的宽度等同于标准的沥青垫层的宽度。内室16在高度方向是两层的。内室16在较大的区域打开，而在该较大的区域，沥青在横向安装的扩展螺旋钻15上流动。扩展螺旋钻15将沥青扩散到内室16的第二区域中，该第二区域低于内室开口并且其高度等于最大的所需垫层厚度。通过使沥青进入第二区域，沥青在很小的程度上被压紧成所需的密度，在整个块中该密度是内恒定的。内室和螺旋钻的叶片将会被加热以提高沥青材料在室内的平滑流动，正如现代的沥青铺路机的常规作法。
在铺路机沿着路面移动时为了容纳沥青，在内室16的后部和侧面的下部边界处设置有套筒(skirt)18。套筒18必须足够重以使得沥青保持在适当的位置，但是必须具有足够的柔性以适应路基的表面变化。
由于可变整平板的叶片相对于沥青垫层成一角度，因此当多组单独叶片挖深进入到沥青垫层时，叶片还向前移动进入主室。这将会产生从垫层的特定部分中削去大量的沥青的综合效果。当这些挖深的叶片移除沥青时，垫层也会沿着任一侧变形，使得周围材料的形状和密度不一致。
当可变整平板的叶片从沥青垫层中削减材料时，为了保持沥青垫层的密度和不变的形状，与单独板24等宽的多个单独平滑闸门板19包括可变整平板22，其位于内室16的顶部后缘。驱动平滑闸门板19使得它们与可变整平板22的相应的叶片一起可以向前和向后滑动。当可变整平板22的叶片进一步向下移动并进入室中时，相应的闸门板19将会缩回，允许将更多的沥青材料从室中更里面的某点的垫层中移除。相反地，当可变整平板22的叶片24向上移动并且离开室中时，相应的闸门板19将会伸展开，允许更少的沥青材料从室的更外面的某点的垫层中被移除。利用这种方式来操作可变整平板22和闸门板19，当一组叶片挖深进入一个部分时，沥青垫层的形状和密度将会在这个部分的任一侧保持不变，直到位于很浅的位置并因此远离室的叶片从垫层的自身部分中移除沥青。
当沥青被输送到内室16中时，扩展螺旋钻将装满第二室的顶部，从而在成型前形成沥青垫层的顶面。这里，铺路机1开始向前移动，提供与叶片等密度的大垫层用于成型。一旦内室16被装满，可变整平板22将与垫层接触。当铺路机1继续向前移动时，可变整平板22的叶片将与沥青垫层接触。
可变整平板22包括多个单独板24，这些板形成与沥青垫层等宽度的整平板。每一个单独板24都具有成角度的下端26以有效地穿透沥青。单独板24的上端与活塞杆28和一对平衡杆30连接。每一个板24都包括中心补偿区域32，以使得当它们被固定在整平板机架34上时，单独板24能够被绑在一起。平衡杆30和中心补偿区域32能够确保板24稳定地位于整平板机架34上。
每一个单独板24(参见图4到图7)都连接到双向的单活塞末端的液压缸36上，该液压缸可以使得相应的单独板24相对于路基成一定角度上下移动。板24因此远离路基表面较多或较少的距离。结合内室顶端的闸门板19的共同作用，允许从内室16可具有不同尺寸的开口，并因此允许沿着整平板22的宽度改变流速。横跨内室16的宽度方向离开内室16的沥青材料的排出体积是变化的，因此使得结果形成的沥青垫层沿着垫层的宽度方向具有变化的厚度。当然，每一个单独板24的运动是根据存储的地形轮廓来控制的。任何已知的控制装置都足够操作该液压缸36。
当通过可变整平板22从垫层中剥离沥青时，过量的沥青与弯曲的回流板38接触，它使得沥青重新改变方向流向回流运输机40。回流运输机40从回流板38离开的沥青垫层中接收由整平板22移除的沥青，并将这些被剥离的沥青再沉积到装料斗12中。当铺路机继续向前移动时，成型的沥青将与具有一定角度的缩进板接触，它将向成型垫层的顶点提供平滑作用。夯实装置17连接在铺路机的后部，其宽度比铺路机宽，由此它可以从铺路机的任一侧伸出。夯实装置17连接在铺路机的后部，使得它能够上下移动，而且也能够以垂直于夯实装置的宽度方向的轴枢转，从而它可以在沥青垫层的表面上浮动。夯实装置17进一步压紧沥青垫层为利用通常的重型压路机的最终压紧做准备。
铺路机1的操作包括如下几步：在将被铺设的路面或者区域上进行第一次通过，或者利用铺路机1，或者如果在道路很长的路程上进行铺设，将会利用独立的扫描装置。通过利用独立的扫描装置，很长路程的道路也会很快被扫描，因此考虑到了很大高度差异的区域校正，以在很宽广的距离内利用可变整平板逐渐补偿。扫描装置10获得和存储目标区域的地形轮廓。所有的地形数据在铺设前都被进行处理，乘以“压实系数”并且利用“差异压实”的作用以划分出期望的路面。表面主要在铺设过程中进行第二次扫描以确定位置，但可能对存储的垫层轮廓进行微小的调整。
铺设程序开始是在垫层轮廓的起始点对铺路机1进行精确地定位。装料斗12中的沥青通过螺旋钻14被输送到内室16。当内室16充满沥青时，可变整平板22的机架34形成角度从而使得整平板22能适当地定位在内室16的开口处。
随着铺路机1向前移动，可变整平板22的单独叶片24与沥青垫层接触。叶片24的定位高度由垫层轮廓来决定。在路基具有凹陷的地方，单独叶片24将更加远离内室16的开口，从而使得更多的沥青沉积到垫层上。相反地，在需要较少的沥青的地方，叶片24更加靠近内室16，从而使得较少的沥青流出到垫层。整平板22与沥青的流程成一定的角度，使得整平板22的叶片24很容易地穿透沥青表面。通过整平板移除的沥青向上流向回流板38，并流到具有槽的(grooved)回流运输机40，以被输送到装料斗12中。内室16和整平板22的单独叶片24被加热以提高机器内的沥青材料的平滑流动，正如现代的沥青铺路机的常规作法。
铺路机输出沥青垫层，它形成路基，并根据需要三维成型以在垫层被压紧后提供平滑的平面。随着铺路机1向前移动，成型的沥青垫层将与夯具型的滑板接触，该滑板对于成型垫层的顶点(higherpoint)具有平滑作用。夯具型的装置连接到铺路机的后部，其宽度要大于铺路机以使其从铺路机的任一例伸出。夯实装置附着在铺路机的后部以使其能够上下移动并且还将以垂直于夯具的宽度方向的轴转动，从而它可以在沥青垫层的表面浮动。夯实装置进一步压紧沥青垫层为利用重型压路机的最终压紧做准备。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。