銑刨機產率測量系統的製作方法

2023-08-09 10:11:01 6

本公開總體上涉及一種測量系統，更具體而言，涉及用於銑刨機的產率測量系統。

背景技術：

柏油表面的道路是為了方便車輛行駛而建造的。根據使用密度、地基條件、溫度變化、水分含量和/或實際年齡，道路的表面最終會變形並且無法支撐車輪負荷。為了修復道路以繼續供車輛使用，廢柏油被移除以針對表面重修做準備。

銑刨機(cold planer)有時也稱道路銑削機(road mill)或翻路機(scarifier)，其用於打碎並去除柏油道路的層。銑刨機典型地包括由履帶或輪式驅動單元推進的框架。框架支撐著引擎、操作員站、粉碎鼓和傳送帶。粉碎鼓配備有切削工具，前者通過與引擎的適當接口被旋轉以打碎道路表面。打碎的道路材料被粉碎鼓放置到傳送帶上，傳送帶將打碎的材料傳送到拖車以從工地運走。在拖車被填滿時，利用空的拖車替換它們。裝滿的卡車將打碎的材料運輸到不同的地方以在新的柏油中聚集再用或以其他方式循環使用。這一運輸過程一直重複到完成粉碎過程。

操作員可能希望將每輛卡車都裝填到最大法定或期望容量，之後再用空卡車替換，以便減少浪費，提高效率，並且遵守適用法律。為了幫助計算已經粉碎並向卡車中裝載了多少材料，製造商為傳送帶裝備了材料測量系統。已知的測量系統通常感測指示在傳送帶上支撐材料所需的力或用於將其裝載到卡車中的功率的參數。然而，在操作期間，粉碎的材料和其他碎屑可能會積累在傳送帶的部件上和周圍，這可能會隨著時間降低測量系 統的精確度。

在2007年3月20日授權給McIsaac等人的美國專利No.7193162(「'162專利」)中公開了監測由傳送帶移動的材料的重量的一種嘗試。具體而言，專利'162公開了一種系統，用於基於驅動傳送帶的電動機消耗的功率測量傳送帶移動的材料的重量。利用電功率傳感器測量電動機消耗的功率。每天在傳送帶上沒有材料時獲得電功率傳感器讀數一次，以確定「無負載」功耗。利用校準關係(calibration relationship)將超過「無負載」功率的消耗功率與傳送帶移動的材料重量關聯。在一段時間之內將傳送帶移動的材料重量列表統計，以確定材料生產率。處於或低於「無負載」功率的所消耗功率被獨立列表，並且不包括在重量確定中。在一開始啟動傳送帶時發生的電動機消耗功率的浪湧也獨立列表，並從重量確定中排除。

儘管專利'162的系統可以在一些環境下確定傳送帶移動的材料重量，但可能不是最優的。具體而言，專利'162的系統在整個一天中實際「無負載」值增大時，可能產生不精確的結果。此外，如果在這一天中「無負載」功率下降到初始「無負載」讀數以下，將馬達上負載增加至初始「無負載」功率所需的材料重量可能會從傳送帶移動的材料重量的確定中錯誤地遺漏。

本公開的產率測量系統解決了現有技術中上述一個或多個問題和/或其他問題。

技術實現要素：

在一個方面中，本公開涉及一種用於具有傳送帶的銑刨機的產率測量系統。該產率測量系統可以包括配置成推動所述傳送帶的液壓馬達；配置成產生第一信號的第一傳感器，所述第一信號指示所述傳送帶正在移動的材料作用於傳送帶的力；以及配置成產生第二信號的第二傳感器，所述第二信號指示跨所述液壓馬達的壓力差。該產率測量系統還可以包括與第一和第二傳感器通信的控制器。該控制器可以被配置成基於所述第二信號確定傳送帶何時沒有正在傳送材料，並在傳送帶沒有正在傳送材料時基於所述第一信號自動地重新校準產率測量系統。

在另一方面中，本公開涉及一種操作用於具有由液壓馬達驅動的傳送帶的銑刨機的產率測量系統的方法。該方法可以包括接收第一信號，該第一信號指示由傳送帶傳送的材料施加於傳送帶上的力；接收指示跨液壓馬達的壓力差的第二信號；基於所述第二信號確定所述傳送帶何時沒有正在傳送材料；以及在所述傳送帶沒有正在傳送材料時，基於所述第一信號自動地重新校準所述產率測量系統。

在又一個方面中，本公開涉及一種用於具有傳送帶的銑刨機的產率測量系統。該產率測量系統可以包括配置成產生第一信號的第一傳感器，所述第一信號指示跨所述液壓馬達的壓力差；以及與所述第一傳感器通信的控制器。該控制器可以被配置成基於所述第一信號確定傳送帶何時沒有正在傳送材料，並在傳送帶沒有正在傳送材料時基於所述第一信號自動地重新校準產率測量系統。

附圖說明

圖1是所公開的示範性銑刨機的剖視圖圖示；

圖2是可以用於圖2的銑刨機的所公開的示範性傳送帶的透視圖；以及

圖3是可以用於圖1的銑刨機的所公開的示範性產率測量系統的示意圖。

具體實施方式

出於本公開的目的，術語「柏油」被定義為骨料和瀝青水泥的混合物。瀝青水泥是一種作為石油蒸餾的副產品而獲得的瀝青的黑褐色固體或半固體混合物。可以對瀝青水泥進行加熱並與骨料混合，以用於鋪砌道路表面，其中在冷卻時該混合物會硬化。「銑刨機」被定義為用於從現有道路去除硬化柏油層的機器。預計到所公開的銑刨機也可以或替代地用於去除水泥和其他道路表面，或去除非道路表面材料，例如在採礦作業中。

圖1示出了一種示範性銑刨機10，其具有由一個或多個牽引裝置16 支撐的框架14、在框架14的腹部下方旋轉支撐的粉碎鼓12，以及安裝到框架14並被配置成驅動粉碎鼓12和牽引裝置16的引擎18。牽引裝置16可以包括連接到致動器20的輪子或履帶，致動器20適於相對於地表面可控地升高和降低框架14。應當指出，在公開的實施例中，升高和降低框架14也可以用於改變粉碎鼓12進入工作面17的銑削深度。在一些實施例中，如果需要，相同或不同的致動器20也可以用於引導銑刨機10和或調節牽引裝置16的移動速度(例如，以對牽引裝置16加速或制動)。傳送帶系統22可以在前端連接到框架14並被配置成將材料從粉碎鼓12運走並進入容器中，例如等待的拖車24中。如果需要，可以使用其他類型的容器。

框架14還可以在粉碎鼓12相對側支撐操作員站26。操作員站26可以容納任意數量的用於控制銑刨機10的接口裝置28。在公開的範例中，接口裝置28包括顯示器28a、報警裝置28b和輸入裝置28c等(圖3中僅示出了28a-c)。在其他實施例中，操作員站26可以在銑刨機10外部。例如，操作員站26可以包含遙控裝置，例如，手持式控制器，操作員可以使用其從工作地點的任何地方控制銑刨機10。操作員站26或者可以包含用於計算機的軟體程序和用戶接口，並且可以包括硬體和軟體的組合。在其他實施例中，銑刨機10可以是自主的，其可以不包括操作員站26。

顯示器28a可以被配置成呈現銑刨機10相對於工作地點特徵(例如，工作面17的粉碎和/或未粉碎部分)的(例如，粉碎鼓12的)位置，並向操作員顯示數據和/或其他信息。報警裝置28b可以被配置成通過聽覺和/或視覺方式提示銑刨機10的操作員，粉碎鼓12接近工作地點特徵，和/或某些數據片何時超過所關聯的閾值。輸入裝置28c可以被配置成從銑刨機10的操作員接收數據和/或控制指令。其他接口裝置(例如，控制裝置)也是可能的，並如果需要，可以將上述一個或多個接口裝置組合成單個接口裝置。

輸入裝置28c可以是，例如模擬輸入裝置，其通過一個或多個按鈕、開關、刻度盤、操縱杆等接收控制指令。輸入裝置28c還可以或替代地包括數字部件，例如一個或多個軟鍵、觸控螢幕和/或視覺顯示器。輸入裝置 28c可以被配置成基於從操作員接收的輸入產生一個或多個指示與銑刨機10和/或其周圍環境相關聯的各種參數的信號。

在一個實施例中，輸入裝置28c可以被配置成接收操作員的選擇，該選擇指示正在存放已粉碎材料的容器類型或狀況。例如，操作員可以從不同類型的拖車和/或其他類型的部分移動或靜止的容器列表選擇拖車24。預定容積、形狀或圖像、皮重和/或其他參數可以與每種容器相關聯。輸入裝置28c還可以或替代地被配置成允許操作員人工輸入容積、形狀、皮重和/或其他參數。輸入裝置28c也可以被配置成允許操作員指出容器何時是空的和/或準備好被填充。例如，操作員可以在前一容器已經裝滿和/或被拖走之後，空容器到達並準備好填充時按下按鈕或致動輸入裝置28c的另一個特徵。容器信息可以被發送到和/或存儲於控制器68中(參考圖3)並用於進一步處理。

輸入裝置28c也可以被配置成接收操作員選擇，該操作員選擇指出車輛的重量限制WL(例如，拖車24的重量限制)。重量限制可以由主管當局(例如，其可以針對違反行為進行關聯的罰款和/或處罰)或由車隊運營商(例如，以實現最優效率)施加在特定的道路上。輸入裝置28c可以被配置成允許操作員從預定列表做出選擇或人工輸入重量限制WL。重量限制WL可以被發送到和/或存儲於控制器68中(參考圖3)並用於進一步處理。

傳送帶系統22可以包括與粉碎鼓12相鄰的第一傳送帶30，其被配置成向第二傳送帶32傳送粉碎的材料。傳送帶32可以在位於傳送帶30下方的第一端34處接收粉碎的材料，並在抬高的第二端36處向拖車24中配給粉碎的材料。傳送帶32可以在第一端34處可旋轉地附著於框架14，從而可以調節粉碎材料在第二端36離開傳送帶32的高度。

傳送帶30和32均可以包括皮帶38，其被支撐在多個無座圈滾柱軸承40上並由馬達42(圖1中僅示出了一個)驅動。馬達42可以包含例如由液壓系統44(參考圖3)提供動力的液壓馬達42。液壓系統44可以包括流體地連接到驅動馬達42的泵43。在圖3中，泵43被示為由引擎18驅 動，但如果需要，也可以由另一功率源驅動。在其他實施例中，馬達42可以包含電動機，其可以由驅動地連接到引擎18的發電機或另一功率源供電。返回到圖1，傳送帶32可以包括蓋47以防止外部碎屑跌落和/或積累在皮帶38和傳送機32的其他部件上。

液壓系統44可以包括流體地連接到液壓系統44並被配置成產生指示跨馬達44的壓力差的信號的壓力傳感器45。壓力傳感器45可以包括一個或多個傳感器。例如，壓力傳感器45可以包括第一壓力換能器45a和第二壓力換能器45b。第一和第二壓力傳感器45a、45b均可以流體地連接到液壓系統44並被配置成產生指示液壓系統44之內壓力的信號。來自第一和第二壓力傳感器45a、45b的信號可以共同指示跨馬達42的壓力差。例如，第一壓力換能器45a指示的壓力和第二壓力換能器45b指示的壓力之間的差可以等於跨馬達42的壓力差。或者，壓力傳感器45可以包括被配置成產生指示跨馬達42壓力差的信號的單一壓力換能器。

如圖2所示，傳送帶32還可以包括配置成支撐無座圈滾柱軸承40和蓋47的框架46。無座圈滾柱軸承40可以附著於框架46並配置成支撐皮帶38的上部48。在皮帶38由馬達42驅動時，皮帶38的上部48可以將粉碎的材料從傳送帶32的第一端34(參考圖1)傳送到第二端36。回行惰輪50(圖2中僅示出一個)可以附著於框架46並配置成在皮帶返回第一端34以收集更多材料時支撐皮帶38的下部52。

在粉碎的材料的重量下，皮帶38可以在皮帶38從第一端34(參考圖1)行進到傳送帶32的第二端36期間，在無座圈滾柱軸承40上施加向下的力。無座圈滾柱軸承40可以經由錨54附著於框架46並配置成支撐這一向下的力。為了幫助確定向下力的大小，至少一個無座圈滾柱軸承40可以包括力傳感器56。例如，力傳感器56可以附著於無座圈滾柱軸承40和錨54之間，使得粉碎的材料導致的向下力(即，正交於皮帶38的重力)作用於力傳感器56上。力傳感器56可以被配置成響應於外加力產生電信號，該信號可以指示粉碎材料的重量作用於傳送帶32的力大小。在一個實施例中，力傳感器56可以是包含應變儀(例如，線、薄膜、彈性元件、電阻、 箔等)的稱重傳感器。不過，要理解的是，如果需要，可以使用其他類型的力傳感器，例如壓電晶體裝置、壓磁式裝置、振動元件等。

有時，力傳感器56感測到的向下力的大小可能取決於傳送帶32的傾角θ。亦即，在傳送帶32水平時(即，相對於水平面具有0°的傾角θ)，力傳感器56感測到的向下力的大小可以最大，因為向下力完全正交於皮帶38。在傾角θ增大時，例如，在傳送帶32的第二端36被升高到更高位置時，向下重力的分量可能不再與皮帶38正交，力傳感器56感測到的力大小可能減小。向下力中保持與皮帶38正交的分量可以與傾角θ的餘弦成比例。

為了幫助確定傳送帶32的傾角，傳送帶系統22可以包括傾角計58，其被配置成產生指示傳送帶32相對於絕對或相對水平面的角度的信號。可以定位傾角計58，使得在工作期間傳送帶32移動到任何位置時，傾角計58都相對於皮帶38保持固定位置和朝向。例如，傾角計58可以位於蓋47、框架46、無座圈滾柱軸承40或傳送帶系統22的另一個部件上。在一些實施例中，可以使用單個傾角計58針對一個或多個無座圈滾柱軸承40確定傾角θ。在其他實施例中，可以使用多個傾角計58並處理它們的信號(例如，通過求平均值或其他技術)以實現更大的精確度。在傳送帶32包括具有不同傾角θ的部分的實施例中，一個或多個傾角計58可以與也使用力傳感器56的每個部分相關聯。在銑刨機工作所在表面大致與地平線平齊的狀況中，如果有需要，傾角可以替代地基於致動器(20)的位置和傳送帶32的已知偏移而確定。

如圖3所示，產率測量系統60(「系統」)可以與銑刨機10相關聯，並包括協作以確定銑刨機10釋放的粉碎材料的質量流動速率銑刨機10已經傳輸的粉碎材料的總重量Wm(「重量」)、拖車24的填充水平Σ和/或其他統計信息的元件。這些元件可以包括接口裝置28、壓力換能器45、力傳感器56、傾角計58、速度傳感器62、定位裝置64、通信裝置66和與每個其他元件連接的控制器68。包括質量流動速率重量Wm和填充水平Σ的信息可以通過顯示器28a向銑刨機10的操作員顯示，並由操作 員和/或控制器68使用以調節銑刨機10的操作參數(例如，移動速度、鼓旋轉速度、銑削深度等)和/或配給拖車24。可以通過通信裝置66向銑刨機10之外發送這種信息和/或其他數據，以供工作地點管理使用和/或供後臺分析。

速度傳感器62可以被配置成產生指示皮帶38的線性皮帶速度v的信號。例如，速度傳感器62可以是附著於皮帶輪63的軸驅動傳感器，皮帶輪63由馬達42驅動並與皮帶38接觸。速度傳感器62替代地可以附著於馬達42的軸，其信號也可以指示馬達42的速度。在一些實施例中，可以使用多個速度傳感器62，並由控制器68處理它們的輸出，以便減小由皮帶38打滑導致的不準確。速度傳感器62替代地可以包含與皮帶38接觸並安裝到無座圈滾柱軸承40或框架46上另一位置的輪驅動傳感器。速度傳感器62可以使用磁性、光學、脈動或其他類型的感測元件檢測軸或輪的速度。如果需要，速度傳感器62可以包含不同類型的傳感器。可以將速度傳感器62產生的信號傳送到控制器68並用於進一步處理。

定位裝置64可以被配置成產生指示銑刨機10相對於本地參考點、與工作區域相關聯的坐標系、與地球相關聯的坐標系或任何其他類型的2D或3D坐標系的地理位置的信號。例如，定位裝置64可以包含電子接收機，其被配置成與一個或多個衛星或用於確定自身相對地理位置的本地無線電或雷射發送系統通信。定位裝置64可以接收和分析來自多個位置的高頻、低功率無線電或雷射信號以對相對3D地理位置進行三角測量。然後可以從定位裝置64向控制器68傳輸指示該地理位置的信號。在一些實施例中，可以將定位裝置64產生的信號與其他信息相關聯，例如控制器68確定的質量流動速率重量Wm和填充水平Σ，並用於產生工作現場的電子地圖，後者指示了在各個位置移除了多少材料。

通信裝置66可以包括在控制器68和場外實體之間實現數據消息發送和接收的硬體和/或軟體。可以根據需要通過直接數據鏈路和/或無線通信鏈路發送和接收數據消息。直接數據鏈路可以包括乙太網連接、連接區域網(CAN)或現有技術中已知的另一數據鏈路。無線通信可以包括使通信 裝置66能夠交換信息的衛星、蜂窩、紅外和任何其他類型的無線通信。

控制器68可以被配置成確定傳送帶32傳輸的粉碎材料的質量流動速率並在顯示器28a上顯示質量流動速率例如，控制器68可以從力傳感器56接收指示正交作用於皮帶38上部48上的正交力FN的大小的信號。基於來自傾角計58的信號，控制器68可以確定傳送帶32的傾角θ，並使用該角度確定作用於傳送帶32的總力F的大小。總力F可以指示皮帶38支撐的粉碎材料上的重力效應施加於皮帶傳送帶32的力的量。亦即，總力F可以與(力傳感器56感測的)正交力FN除以傾角θ的餘弦成比例，如EQ1中所示。

EQ1 F＝FN/cos(θ)

控制器68可以在每次接收到來自力傳感器56的信號時確定總力F。總力F可以指示對應於總力F的粉碎材料的質量m，控制器68可以基於總力F和重力效應導致的粉碎材料的加速度g確定質量m，如EQ2中所示。

EQ2 m＝F/g

控制器68可以被配置成基於來自速度傳感器62的信號確定皮帶38的速度v。利用皮帶速度v和質量m作為輸入，控制器68可以被配置成連續地確定傳送帶32傳輸的材料的質量流動速率如EQ3中所示。

<![CDATA[ E Q 3 - - - m = F N / v = F c o s ( θ ) / v = m g c o s ( θ ) / v ]]>

控制器68還可以被配置成基於質量流動速率確定已過去的一段傳輸時間內傳送帶32傳輸到拖車24中的材料總重量Wm。利用來自定位裝置64的定位信息，控制器68可以被配置成產生工作地點的電子地圖，其 指明沿銑刨機10的路徑已經去除了多少材料。

控制器68還可以被配置成在傳送帶32沒有正在傳送材料時自動地校準測量系統60，以便保持力F、質量流動速率和重量Wm的測量精度。在銑刨機10工作期間，粉碎的材料和/或其他碎屑可以累積於皮帶38和無座圈滾柱軸承40之上和周圍。力傳感器56產生的信號能夠隨著材料累積而增大，並可能不準確地反映被傳送到拖車24中的材料量，直到測量系統60重新校準或去除了累積的材料。因此，控制器68可以被配置成在銑刨機10工作期間當傳送帶32沒有正在傳送材料時重新校準測量系統60，以便在整個一天中連續地恢復測量精度。

控制器68可以基於來自壓力傳感器45a、45b的信號確定傳送帶32何時沒有正在傳送材料。亦即，來自壓力換能器45的信號可以指示跨馬達42的壓降，這可以指示用於驅動傳送帶32的功率P。控制器68可以被配置成基於跨馬達42的壓力差Δp和液壓系統44中流體的體積流動速率Q確定用於驅動傳送帶32的功率P。例如，控制器68可以基於來自壓力換能器45的信號確定壓力差Δp。例如，可以基於來自設置於液壓系統44中的流量計的信號，或基於馬達42或泵43的速度和位移，確定體積流動速率Q。馬達42和泵43的位移可以是控制器68的存儲器中存儲的已知值，可以基於來自速度傳感器62的信號確定馬達42的速度。可以基於與泵43或引擎18相關聯的速度傳感器產生的信號確定泵43的速度。用於驅動傳送帶32的功率P可以等於壓力差Δp和體積流動速率Q之積。

控制器68可以被配置成基於功率P與皮重功率PT的比較，確定傳送帶32何時沒有正在傳送材料。可以通過銑刨機10啟動期間的校準過程獲得皮重功率PT，在此期間，控制器68確定無負載驅動傳送帶32(即，在開始粉碎過程之前)所需的功率。此外，操作員可以在停機時間期間(例如，在等待拖車24到達時)當傳送帶32運轉同時粉碎鼓12和牽引裝置16關閉(即，不轉動)時，人工地重新校準皮重功率PT。在工作期間，控制器68可以在例如功率P大約等於皮重功率PT時確定傳送帶32沒有正在傳送材料。在功率P等於皮重功率PT或在皮重功率PT的特定範圍之 內時，功率P可以大約等於皮重功率PT。控制器68也可以或替代地被配置成跟蹤功率P處在或低於閾值功率的時間量，並基於該時間量確定傳送帶32何時沒有正在傳送材料。控制器68還可以被配置成，在銑刨機10的地面速度為零，且已經過去足夠多時間供傳送帶32向拖車24中傳送任何剩餘材料或功率P已經達到恆定值時，確定傳送帶32不在傳輸材料。通過這種方式，不論無座圈滾柱軸承40上積累了多少材料，控制器68都可以確定傳送帶32何時沒有正在傳送材料，並在傳送帶沒有正在傳送材料的任何時候重新校準測量系統60。

控制器68可以被配置成基於來自力傳感器56和/或壓力換能器45的信號重新校準測量系統60，以便更新參考值、補償信號偏移、修改算法等，這些都與測量系統60相關聯。例如，控制器68可以利用調零功能重新校準力傳感器56。控制器68可以在其存儲器中存儲皮重力FT，其可以等於傳送帶32沒有正在傳送材料時施加於力傳感器56上的力。在控制器68重新校準力傳感器56時，控制器68可以基於其輸出信號確定施加於力傳感器56上的當前力，並將當前的力設置為皮重力FT。亦即，控制器68可以在其存儲器中存儲新的皮重力FT，新的皮重力FT可以等於或基於(例如，利用其計算)在控制器68確定傳送帶沒有正在傳送材料時(例如，在功率P大約等於皮重功率PT時)施加於力傳感器56上的當前力。通過這種方式，施加於力傳感器56的任何附加力將相對於新的皮重力FT增大輸出信號的值。將來測量結果和皮重力FT之間的差異可以代表傳送帶32傳送的粉碎材料重量生成的附加力。

控制器68還可以被配置成，基於用於驅動傳送帶32的功率P確定粉碎材料的質量流動速率和/或重量Wm。控制器68可以被配置成將(基於來自力傳感器56的信號所確定的)粉碎材料的質量流動速率和/或重量與(基於用於驅動傳送帶32的功率P所確定的)質量流動速率和/或重量Wm相比較，以便驗證力傳感器56的精確度。兩組值都也可以或替代地由控制器68處理(例如，通過平均過程或其他功能)以實現傳送帶32傳送的材料的質量流動速率和/或重量Wm的更精確確定。亦即，控制器68 可以基於來自力傳感器56的信號確定質量流動速率和重量Wm，並且在獨立的過程中，控制器68還可以基於來自壓力換能器45的信號確定質量流動速率和重量Wm。控制器68然後可以向算法、模型或其他計算中輸入獨立確定的結果，以提供粉碎材料的質量流動速率和重量Wm的更精確確定。

例如，基於功率P，控制器68可以被配置成確定皮帶38向傳送帶系統22的旋轉裝置(例如皮帶輪63、惰輪、無座圈滾柱軸承40的部件或與皮帶38接觸的另一旋轉裝置)施加的轉矩τ。例如，轉矩τ可以等於功率P除以皮帶輪63的旋轉速度Ω。可以利用速度傳感器62確定皮帶輪63的速度Ω。轉矩τ還可以等於沿傳送帶32移動皮帶38所需的驅動力FD乘以皮帶輪63的半徑R，半徑R可以是已知值。驅動力FD可以等於以特定速度移動傳送帶32所需的力。通過這種方式，驅動力FD可以被分離並用於進一步計算。

類似於傳送帶32的傾角θ能夠影響傳送帶32在粉碎材料重量Wm下經受的正交力FN的大小的方式，傾角θ也可以影響將傳送帶32從第一端34(參考圖1)移動到第二端36所需的驅動力FD。亦即，在傾角θ增大時，驅動力FD可以增大，因為使用更多的力在垂直方向上對抗粉碎材料的重力FW(即，對抗粉碎材料上的重力效應)以在皮帶38上移動粉碎材料。粉碎材料的重力FW可以與驅動力FD和傾角θ的正弦之積成比例，如EQ4所示。可以基於重力FW和重力效應導致的粉碎材料的加速度g確定粉碎材料的質量m，如EQ5所示。

EQ4 FW＝FD·sin(θ)

EQ5 m＝FW/g

<![CDATA[ E Q 6 - - - m = F W / v = m g / v ]]>

利用皮帶速度v和EQ5中確定的質量m作為輸入，控制器68可以被配置成利用以上EQ6中所示的關係連續地確定傳送帶32傳輸的材料的質 量流動速率控制器68還可以被配置成，基於質量流動速率確定在過去的一段傳送時間內傳送帶32向拖車24中傳送的材料的重量Wm。

在控制器68確定傳送帶32沒有正在傳送材料並重新校準測量系統60時，控制器68也可以重置皮重功率PT。在材料在傳送帶系統22的移動部件上和周圍累積時，與那些部件相關聯的重量和摩擦力可能增大，並且需要來自馬達42的更多功率來驅動傳送帶32。因此，控制器68可以重置皮重功率PT，從而相對於新的皮重功率PT，使得將來確定驅動傳送帶32所需的功率P更準確。控制器68可以通過確定當前功率P並將皮重功率PT設置為當前功率P來重置皮重功率PT。

控制器68可以被配置成基於粉碎材料的重量Wm和拖車24的已知特徵(例如，幾何形狀、容積、形狀、皮重、重量限制WL等)確定拖車24的總重量Wtotal和填充水平Σ。控制器68可以被配置成經由顯示器28a向操作員顯示填充水平Σ、質量流動速率、粉碎材料的重量Wm和拖車24的總重量Wtotal中的一個或多個，由此允許操作員基於該信息控制銑刨機10。

在一些實施例中，控制器68可以被配置成自動地控制銑刨機10和粉碎過程的一些方面。例如，控制器68可以被配置成基於拖車24的填充水平Σ自動地控制銑刨機10的操作。亦即，控制器68可以監測拖車24的填充水平Σ，並在填充水平Σ接近閾值(例如，90％裝滿)時自動地減慢或停止牽引裝置16、粉碎鼓12和/或傳送帶系統22的移動。如果需要，顯然可以使用其他閾值。

控制器68還可以被配置成當拖車24的填充水平Σ達到閾值時警告或以其他方式通知銑刨機10的操作員和/或拖車24的操作員。例如，在填充水平Σ達到閾值(例如，90％裝滿)時，控制器68可以產生信號，令報警裝置28b通過視覺或聽覺方式通知操作員拖車24可能很快達到重量限制WL。顯然，如果需要，可以使用更大或更小的閾值。控制器68可以被配置成與填充水平Σ的變化協調地改變報警信號(例如，在填充水平Σ增大時)，以允許報警裝置28b發射也與填充水平Σ的變化協調的聽覺或視覺 警告。

在一些實施例中，控制器68還可以被配置成管理銑刨機10和外部實體(例如，拖車24、中央設施或諸如修整機的另一個機器——未示出)之間通過通信裝置66進行的通信。例如，控制器68可以發送質量流動速率粉碎材料的重量Wm、拖車24的填充水平Σ和/或已經在銑刨機10之外填充的拖車24數量中的一個或多個以用於進一步處理和分析。控制器68還可以被配置成基於填充水平Σ自動地命令或請求送走已填充的拖車24和/或向銑刨機10派送空的拖車24。

控制器68還可以被配置成經由通信裝置66從與計算機、容器或其他機器相關聯的外部發射機接收數據和/或指令。例如，控制器68可以從拖車24接收數據和信息(例如，其最大容積、重量限制WL、軸數、當前填充水平Σ、與其行駛路徑相關聯的法定重量限制WL等)。控制器68可以使用該數據和信息在銑刨機10工作期間確定拖車的總重量Wtotal和填充水平Σ。

控制器68可以包含單個微處理器或多個微處理器，其包括用於監測操作員和傳感器輸入並響應地基於輸入調節銑刨機10的操作特性的模塊。例如，控制器68可以包括存儲器、輔助存儲裝置、時鐘和處理器，例如中央處理單元或用於完成根據本公開的任務的任何其他模塊。眾多市售微處理器可以被配置為執行控制器68的功能。應當認識到，控制器68可以容易地包含能夠控制眾多其他機械功能的一般機械控制器。各種其他已知的電路可以與控制器68相關聯，包括信號調節電路、通信電路和其他適當的電路。控制器68可以進一步根據需要通信地與外部計算機系統耦合，而不是或除包括計算機系統之外。

工業實用性

可以將所公開的測量系統用於準確第確定粉碎材料的質量流動速率和/或重量是重要的任何銑刨機。所公開的測量系統可以通過利用一個或多個力傳感器和壓力換能器測量施加於銑刨機傳送帶的力來確定粉碎材料的質量流動速率和/或重量。該系統內的控制器可以在傳送帶沒有正在傳送材料 時自動地重新校準系統，以便恢復測量的精確度和可重複性。所公開的測量系統還可以用於確定接收粉碎材料的容器相對於規定重量限制的填充水平及其重量。所公開的測量系統還可以用於繪製從工作地點的各個區域去除的材料量，並向銑刨機之外傳輸對應的數據。現在將闡釋產率測量系統60的操作。

在銑刨機10工作期間，粉碎鼓12可以在銑刨機10穿過工作面17時去除銑刨機10路徑中的工作面17中的一部分。可以由第一傳送帶30向第二傳送帶32傳送粉碎鼓12移除的材料，傳送帶32可以向拖車24中釋放材料。

在傳送帶32從第一端34向第二端傳送材料時，附著於無座圈滾柱軸承40的一個或多個力傳感器56可以感測材料的重量並產生指示傳送帶32上的力的信號。力傳感器56可以向控制器68傳輸該信號，控制器68可以基於該信號確定作用於皮帶38上的正交力FN。

傾角計58可以產生指示傳送帶32的傾角θ的信號，並向控制器68傳輸該信號。基於傾角θ和正交力FN，控制器68可以根據EQ1確定皮帶38上的粉碎材料施加於傳送帶32的總力F。控制器68然後可以根據EQ2基於總力F和重力造成的加速度g確定粉碎材料的質量m。使用質量m、皮帶速度v和EQ3中所示的關係，控制器68可以確定傳送帶32傳送的材料的質量流動速率控制器68還可以基於粉碎材料的質量m和速度傳感器62確定的皮帶38的速度，確定已經傳送到拖車24的粉碎材料的總重量Wm。

在銑刨機10工作期間，壓力換能器45可以監測液壓系統44中馬達42的上遊和下遊液壓管路的壓力。壓力換能器45可以產生指示跨馬達42的差異Δp的信號並向控制器68發送該信號。控制器68也可以基於來自設置於液壓系統44中的流量計的信號，或基於馬達42或泵43的速度和位移，確定液壓系統44中流體的體積流動速率Q。控制器68然後可以通過將壓力差Δp與體積流動速率Q相乘來確定用於驅動傳送帶32的功率P。

在工作期間，當功率P大約等於皮重功率PT或在皮重功率PT的特定 範圍之內時，控制器68可以確定傳送帶沒有向拖車24中正在傳送材料，並可以自動地重新校準測量系統60。測量系統60的這種自動校準可以減少各種環境下由力傳感器產生的不精確數據的量。例如，在無座圈滾柱軸承40上累積一定量的材料時，可能看起來會有對應的力始終壓迫在力傳感器56上，無論正在進行傳送的材料的實際量是多少。隨著更多材料累積在無座圈滾柱軸承40上，或折在一些材料被去除時(例如，在工作期間跌落或由人員清掃)，可能變得更加難以基於來自力傳感器56的信號，確定傳送帶32上實際有多少材料或者傳送帶32何時在傳送或根本沒有正在傳送材料。

另一方面，壓力換能器45可以產生可用於確定驅動傳送帶32需要多少功率的信號，這不依賴於無座圈滾柱軸承40上累積了多少材料。因此，控制器68可以監測馬達42的功率P輸出，並確定傳送帶32何時沒有正在傳送材料，即使在來自力傳感器56的信號看起來指示無座圈滾柱軸承40上有負載時(例如，由材料累積導致)。這樣可以允許在整個一天中更頻繁地重新校準測量系統60並提供對銑刨機10產率的更精確的測量。

重新校準測量系統60可以包括利用調零功能重新校準力傳感器56，以將其輸出信號的值設置為將來測量中使用的皮重值。通過這種方式，力傳感器56產生的信號可以排除歸因於無座圈滾柱軸承40上的材料累積的力。重新校準測量系統60還可以包括對驅動傳送帶32所需的皮重功率PT進行重新設置。控制器68可以重置皮重功率PT，從而累積材料的影響被從將來對功率P進行的確定以及對何時傳送帶32不傳輸材料進行的確定中排除。

在銑刨機10工作期間，控制器68還可以基於用於驅動傳送帶32的功率P來確定粉碎材料的流動速率和/或重量Wm。例如，控制器68可以確定皮帶38作用的例如皮帶輪、惰輪或無座圈滾柱軸承40的部件的旋轉裝置的速度Ω。控制器68然後可以將用於驅動傳送帶32的功率P除以旋轉裝置的速度Ω，以確定皮帶38作用於旋轉裝置上的轉矩τ。控制器68可能在其存儲器中存儲了旋轉裝置的半徑R，通過將轉矩τ除以半徑R， 控制器68可以確定以其當前速度移動傳送帶所需的驅動力FD。

驅動力FD的大小可以包括歸因於傳送帶32傳送的粉碎材料的重量FW的力的分量，控制器可以通過將驅動力FD乘以傳送帶32的傾角θ的正弦來確定重量FW的力，如EQ4中所示。控制器68然後可以通過將重量FW的力除以重力導致的粉碎材料的加速度g，確定傳送帶32上粉碎材料的質量m，如EQ5所述。利用速度傳感器62檢測到的皮帶速度v和EQ5中確定的質量m作為輸入，控制器68可以利用EQ6中的關係連續地確定傳送帶32傳輸的材料的質量流動速率控制器68還可以基於質量流動速率追蹤在過去的一段傳送時間內傳送帶向拖車24中傳送的材料的重量Wm，並通過顯示器28a向操作員顯示質量流動速率和重量Wm。

在銑刨機10穿過工作面17時，可以通過傳送帶系統22向拖車24中傳送粉碎的材料，並在拖車24裝滿之後從工作區域運走。在拖車24的總重量Wtotal，包括其中包含的粉碎材料的重量Wm，達到最大容許重量時，拖車24可以是裝滿的，最大容許重量例如是操作員或法定重量限制選擇的重量限制WL。

拖車24的總重量Wtotal可以等於拖車24的皮重Wtare(即，空時的重量)加上粉碎材料的重量Wm。例如，可以將拖車24的皮重Wtare存儲於控制器68的存儲器之內。在一些實施例中，控制器68可以存儲若干對應於不同類型和大小的容器的皮重。在具體實施例中，控制器68可以通過輸入裝置28c接收操作員對容器類型的選擇，控制器68可以基於操作員的選擇確定拖車24的總重量Wtotal。例如，操作員可以從若干容器類型選擇，每種容器類型可以與已知的皮重Wtare相關聯。每種容器類型也可以與一個或多個額外特徵相關聯，例如，最大容積(例如，土方數)、型號(例如，型號名稱、型號等)、車軸數、最大額定重量(例如，噸位)、容器的形狀或圖像，或其他特徵。操作員也可以或替代地經由輸入裝置28c人工輸入皮重Wtare、最大容積，或與拖車24相關聯的其他信息。

在銑刨機10將粉碎材料傳送到拖車24中時，可以基於粉碎材料的重量Wm和拖車24的已知特徵確定拖車24的填充水平Σ。例如，控制器68 可以連續地增加粉碎材料的重量Wm和拖車24的皮重Wtare，以確定拖車24的總重量Wtotal。可以將總重量Wtotal連續地與拖車24的重量限制WL相比較以確定填充水平Σ。例如，填充水平Σ可以是拖車24的總重量Wtotal作為重量限制WL的百分比，如以下EQ7所示。

EQ7 Σ＝100×(1–(WL-Wtotal)/WL)

拖車24的重量限制WL可以是由操作員、車隊經理或製造商(例如，基於最大容積、燃料效率、行駛距離等)確定的重量限制，用於改善拖車24和/或粉碎操作的總效率。控制器68可以經由輸入裝置28c接收重量限制WL的操作員選擇或人工輸入，並將重量限制WL與其存儲器之內存儲的最大法定重量限制或操作員經由輸入裝置28c提供的重量限制相比較。在輸入的重量限制WL小於或等於法定重量限制時，控制器68可以根據EQ7確定填充水平Σ。不過，在重量限制WL大於最大法定重量限制時，控制器68可以在確定填充水平Σ之前將重量限制WL減小到法定重量限制。顯然，如果需要，可以使用其他確定填充水平Σ的方法。

可以經由顯示器28a顯示拖車24的填充水平Σ以允許操作員基於拖車24的填充水平Σ控制銑刨機10。這樣可以允許操作員避免因拖車24填充不足而浪費，同時還避免了拖車24填充過多而超過其選定或法定重量限制WL。例如，在填充水平Σ超過閾值(例如，填充90％)時或在拖車24已滿(例如，在填充水平Σ達到100％時)時，操作員可以減慢或停止牽引裝置16、粉碎鼓12和/或傳送帶系統22的移動。顯示器28a還可以或替代地顯示與粉碎材料或選定容器相關的其他信息，例如粉碎材料的重量Wm、質量流動速率和/或拖車24的特徵，例如拖車24的總重量Wtotal、型號、形狀或圖像和/或其他識別特徵。

控制器68也可以或替代地基於拖車24的填充水平Σ對銑刨機10的操作進行自動控制。例如，控制器68可以監測拖車24的填充水平Σ並在填充水平Σ接近閾值(例如，90％裝滿)時自動地減少粉碎並傳送到拖車24 中的材料量。控制器68可以通過例如調節牽引裝置16、粉碎鼓12和/或傳送帶系統22的移動，來調節粉碎並傳送到拖車24中多少材料。

控制器68還可以基於填充水平Σ判斷拖車24何時裝滿(例如，填充水平Σ何時達到100％))，並跟蹤在一段時間內(例如，每小時、每天、每星期、每月、每班、在特定工作地點等)已經裝滿的拖車數量N。控制器68還可以記錄每輛拖車24在其被送走之前的最終填充水平Σ，無論拖車24是否被裝滿。這一信息可以存儲於控制器68中和/或經由通信裝置66向外發送。

在拖車24的填充水平Σ達到閾值(例如，90％裝滿)時，控制器68可以產生信號，令報警裝置28b通過視覺或聽覺方式通知銑刨機10的操作員拖車24可能很快達到重量限制WL。如果需要，顯然可以使用更大或更小的閾值。在一個實施例中，例如，報警裝置28b可以產生隨著填充水平Σ變化而變化的視覺或聽覺信號。例如，在填充水平Σ增大時，報警裝置28b發射的聲音或光模式可以增大速度或強度，並可以在恰好到達重量限制WL之前變得最快或最強。在一些實施例中，報警裝置28b此外可以或替代地可以由拖車24的操作員或銑刨機10區域中的其他人員檢測到。通過這種方式，在拖車24準備好移動時，可以通知銑刨機10和拖車24的操作員和其他人。

在操作期間，銑刨機10可以連續或周期性地與外部接收機和發射機交換數據。在一些實施例中，銑刨機10可以經由通信裝置66發送粉碎材料重量Wm、拖車24的填充水平Σ、已裝滿拖車24的數量N、效率數據、其他生產率數據和/或其他銑刨機10外部的信息中的一種或多種。控制器68可以產生針對期望操作或分析周期的數據集，例如每小時、每天、每周、每班、每個工作地點等。銑刨機10可以向現場或場外後端部門計算機發送處理過的數據以進一步分析，或者在已經進行任何初步分析之前向後端部門計算機發回原始數據。銑刨機10還可以直接向容器或其他機器，例如拖車24發送數據和其他信息。例如，銑刨機10可以向拖車24發送重量Wm、填充水平Σ和/或其他信息以供其操作員和/或後端部門功能使用。

有幾個優點可能與所公開的測量系統相關聯。例如，因為控制器68可以使用來自壓力換能器45的信號監測馬達42的實際功率輸出，所以控制器68可以能夠識別更多機會以重新校準力傳感器56並改善力測量和對傳送帶32正在傳送的材料重量計算的精確度。此外，因為控制器68還可以基於馬達42的功率輸出確定傳送帶32傳送的材料重量，所以有額外的數據可用於改善重量測量和/或兩個換能器45、56精確度的相互檢驗。此外，因為控制器68可以接收關於接收粉碎材料的容器(例如，拖車24)的信息，所以控制器68可以確定容器的填充水平並指出容器何時已經填充到最大法定重量或其他期望重量限制。

對於本領域的技術人員顯然的是，可以對所公開的產率測量系統做出各種修改和變化而不脫離本公開的範圍。考慮本文所公開的產率測量系統的規格和實踐，該產率測量系統的其他實施例對於本領域的技術人員而言將是顯而易見的。技術規格和範例應被視為僅僅是示範性的，本公開的真實範圍由以下權利要求及其等價物指出。