施工机械，特别是道路铣刨机，以及控制施工机械的升降柱的活塞-缸体单元的升降位置的方法

摘要

本发明涉及一种施工机械(1)，包括机架(2)；‑具有前部和后部行进装置的行进机构，其至具有一对前部行进装置(5VL、5VR)和/或一对后部行进装置(5HL、5HR)，其中所述前部或后部行进装置(5)中的至少一对通过升降柱(6)与所述机架(2)连接，每个升降柱具有可液压调节的活塞‑缸体单元(10)；‑驱动装置(9)，用于相互独立地驱动升降柱(6)的可液压调节的活塞‑缸体单元(10)；‑以及控制装置(18)，其设计为通过所述可液压调节的活塞‑缸体单元(10)控制升降柱(6)的升降调节，以及涉及一种控制施工机械、特别是根据本发明的施工机械的升降柱的活塞‑缸体单元的升降位置的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种施工机械，特别是一种道路铣刨机，以及一种控制施工机械的升降柱的活塞-缸体单元的升降位置的方法。

背景技术

例如DE 10 2006 062 129 A1、DE 10 2005 044 211 A1、DE 103 37 600 A1和WO03/064770 A1揭示过同类型的施工机械，特别是地面铣刨机。这类地面铣刨机用于对地基进行铣刨，例如用于将路面刨除，以及/或者用于地基的稳定化措施和/或回收利用措施，并且为此具有包含铣刨辊的铣刨装置，此铣刨辊借助其旋转轴横向于工作装置水平支承，并且在旋转工作模式下通过对应的设于铣刨辊的外侧面上的工作工具对地基进行铣刨。除了铣刨装置以外，这类地面铣刨机还包括机架，其为施工机械的主要支撑结构。此外，在机架上设有前部和后部行进装置，通常至少包括一对前部行进装置和/或一对后部行进装置，其中行进装置在此既可以理解成轮子，也可以理解成链传动机构。但原则上也可以以已知的方式将单独的一对行进装置替换成单独的一个行进装置。行进装置可通过可调高度的升降柱与机架连接，使得机架相对地基的高度可变。这类升降柱可分别包括活塞-缸体单元。此外，通常设有驱动装置，用于相互独立地驱动升降柱的可液压调节的活塞-缸体单元。这种驱动装置特别是为液压泵或液压系统。

为了实现机架相对地基的不同的高度定位，前部和/或后部行进装置中的至少一对通过各自包含活塞-缸体单元的升降柱与机架连接。其中，升降柱设计为使得其能够改变机架与行进装置之间的距离，特别是至少沿竖向成比例地改变，从而引起机架相对地基的沿竖向的升降调节。活塞-缸体单元为线性执行元件，并且特别是以实现沿竖向的线性调节的方式布置。此外，同类型的施工机械包括控制装置，其适于控制通过活塞-缸体单元进行的升降柱的升降调节。其中，控制装置的作用是调节活塞-缸体单元，使得升降柱、进而使得整个机械处于期望的升降位置，从而一方面实现施工机械自身的高度调节，另一方面以与当前运行条件匹配的定位调整机架相对地基的位置。在DE102014019168A1中描述了这种施工机械，在此参考该案。具体而言，控制装置例如能够控制适合的阀门，这些阀门控制液压流体相对活塞-缸体单元的流入和流出。

特别是就同类型的地面铣刨机而言，一项特别挑战在于，既实现均匀的工作结果(例如就铣刨深度而言)，又确保地面铣刨机的倾覆稳定性，从而实现可靠的工作和运输模式。特别是在地面不平的情况下，亦或在驶过障碍物的情况下，例如在驶过铣刨边缘时，难以实现上述挑战。由于这些施工机械的重心相对较高，在达到机械的较小倾斜位置的情况下，这些机械便已具有相对较高的倾覆倾向。因此，在这种机械运行时，一方面期望了解至少一个、特别是所有升降柱的升降位置，另一方面期望针对性地逼近特定的升降位置。

在现有技术中，为此已揭示过若干系统，其具有能够与可相对彼此调节的元件耦合的位移测量系统。这些系统直接测量行进位移或特定的相对位置。然而，这些系统有时在安装、维护和检修方面相对昂贵和复杂。

发明内容

因此，本发明的目的在于，为同类型的施工机械提供一种改进的方案，其能够测定和监控同类型的施工机械的升降柱的升降位置。

本发明用以达成上述目的的解决方案为根据独立权利要求的一种施工机械、特别是道路铣刨机，以及一种方法。优选的改进方案在从属权利要求中给出。

以同类型的施工机械、特别是道路铣刨机为基础，根据本发明，前部或后部或右侧或左侧行进装置中的一对的至少一个活塞-缸体单元分配有测量装置，其设计为测量和监控参考流体的体积的体积变化，该体积变化与活塞-缸体单元的当前升降位置关联。因此，本发明基于以下认识：一方面，在特别是活塞-缸体单元的容置容积与升降柱的当前升降位置之间存在关联。例如，若在此假设活塞-缸体单元的活塞侧容置空间针对液压流体，则液压流体例如随着活塞-缸体单元的延伸且进而随着升降位置的增大而增加，反之亦然。就活塞杆侧的容置空间而言，情况正好相反。常见的活塞-缸体单元的针对液压流体的容置空间通常为：尺寸就相对于调节轴的纵轴的径向延伸而言恒定、进而仅随沿调节轴的当前调节位置而改变的空间，特别是圆柱形空间(活塞侧)或者空心圆柱形或环形(活塞杆侧)空间，因此，对填充体积的跟踪能够可靠地提供有关活塞-缸体单元的绝对高度位置的间接信息，以及，对体积变化的测量和监控至少能够可靠地提供有关活塞-缸体单元的高度位置的相对变化的信息。最终，填充状态或当前填充体积仅取决于活塞-缸体单元的当前高度位置或移动位置。此外，针对液压流体的容置空间的尺寸仅沿移动方向变化，就相对于移动轴的径向延伸而言则恒定，故当前填充体积与当前移动位置存在线性关联。换言之：在活塞-缸体单元的当前填充体积已知的情况下，能够计算出活塞-缸体单元的当前移动位置，进而计算出升降柱的当前升降位置。这种计算所基于的常量，特别是针对参考流体的容置空间的几何构造与活塞-缸体单元的当前升降位置的关系，可以在出厂时储存为相应的数据集。如果以已知的参考位置为基础，测量和/或监控活塞-缸体单元填充体积的体积变化，则能够测定绝对升降位置，和/或至少测定活塞-缸体单元以及升降柱的位置的相对变化。为此，根据本发明设有控制装置，其根据经测量装置测定的参考行程(Referenzflug)的体积变化来测定成对的行进装置的活塞-缸体单元的调节位置，通过适当的显示装置加以显示和/或控制。其中，控制特别是指针对性地逼近由施工机械的操作人员设定的绝对升降位置，和/或逼近当前位置的经设定的相对变化。其中，参考流体表示的是为前述体积变化测量和监控使用的流体。显而易见地，在测量装置与控制装置之间存在适当的信号传输连接。此外，也可以将获得的信息用于调节活塞-缸体单元以及升降柱的升降位置，例如用以对特定的基底轮廓进行铣刨，和/或在变化的环境条件下维持特定的升降位置，或以调节的方式加以抵消。

原则上，可独立于调节升降柱的位置或使其改变的活塞-缸体单元，将测量装置形成在测量活塞-缸体单元上。据此，测量装置例如可以类似于活塞-缸体单元设计，并且与升降柱的或者活塞-缸体单元的可相对彼此调节的元件连接。如果调节升降柱，则测量活塞-缸体单元所容置的测量流体的体积发生变化。为此还可设有独立的储槽和独立连接管线，借此为测量活塞-缸体单元供应测量流体。该设置的一个优点在于，进行对上述测定而言至关重要的体积测量(特别是体积流量测量)或体积变化测量的活塞-缸体单元以近乎无压力的方式、并且独立于用于驱动目的的液压系统构建。该设置特别是也适于对同类型机械的现有液压系统进行改装。但缺点在于，除了用于对升降柱的升降调节进行驱动的液压系统以外，还需要设有独立的管线系统，其特别是仅用于测量目的。因此，有利的方案是，用于测量和监控体积变化的参考流体同时也是对活塞-缸体单元的位置进行调节的工作液压流体。换言之，借此测量工作液压流体相对于升降柱的活塞-缸体单元的流入和流出，其施加升降柱的升降调节所需的能量。相应地，根据本发明，测量装置也设计为使得其测量和监控输送至用于调节的活塞-缸体单元和/或从用于升降调节的活塞-缸体单元排出的工作液压流体的体积。本发明的该优选改进方案的优点在于，利用现有的液压系统来测定或测量以及监控体积变化，以及，将负责调节升降柱的液压流体同时用于测量和监控体积变化。因此，工作流体和参考流体在此为同一流体。

优选地，行进装置中的每一个均通过各自的具有活塞-缸体单元的升降柱与机架连接，其中每个活塞-缸体单元均对应一个测量装置。在此情况下，控制装置还单独地对活塞-缸体单元中的每一个进行控制。这样便能将机架相对于地基定位在各种相对位置中。当然，也可以同时对两个或两个以上的升降柱进行控制和/或调节。

为了实际地控制相应升降柱的升降位置设置，控制装置优选地控制一个或多个适合的阀门，其释放或者阻止工作液压流体朝向活塞-缸体单元和/或离开活塞-缸体单元的流入和/或流出。在现有技术中已知这类阀门。

为了实际地为升降柱供应工作液压流体，所述施工机械优选地包括液压流体供应系统，其包含液压泵。进一步优选地，针对升降柱中的每一个均设有一个活塞-缸体单元。此外，针对每个升降柱，优选地设有可由控制单元相互独立地控制的用于工作液压流体流入和流出的阀门。此外，在这个整体中，优选地，每个液压缸均分别具有测量装置，用于测定输送至用于调节的活塞-缸体单元和/或从用于升降调节的活塞-缸体单元排出的工作液压流体的体积。借助该设置，能够对设有的每个升降柱进行调节。此外，能够对设有的升降柱中的每一个单独进行调节。此外，控制单元可以对例如处于一侧上、前部、后部或交叉的成对升降柱在相同或相反方向上控制。

原则上也可以采用以下方案：升降柱中的至少两个相互强制耦合，并且总体上构成一种液压摆动轴。在此可采用以下方案：设有共同的测量装置，其测定和监控参考流体相对于两个升降柱的流入和流出。

测量装置的作用是，在升降柱的升降位置的调节过程中，测定相对于升降柱的流入体积和流出体积。特别是以随时间变化的方式进行该操作，从而总体上将体积流量作为被测变量测量。

就测量装置的具体技术方案而言，有大量备选的测量装置可供使用。例如可以采用间接测量型测量装置，即不直接与参考流体发生接触的测量装置，和/或直接测量型测量装置，特别是具有因参考体积的体积流量而机械运动的元件的测量装置。其中，间接测量型测量装置的主要优点在于，这些测量装置部分可从外部附接至现有的供应管线上，故而尤其适于对现有施工机械进行改装。因此，在采用这些传感器时无需将管线拆开，并且无需将传感器嵌入管线。作为替代方案，也可以采用直接测量型测量装置，其亦落入本发明的范围。这类直接测量型测量装置的特征在于，其至少部分地与参考流体直接接触，和/或具有经流动的参考流体机械驱动的元件。举例而言，超声波体积流量计量器，特别是Keyence公司的FD-Q系列，特别适于间接体积流量测量。这种传感器测量超声波信号从传感器上的一个点到达传感器上的另一个点所需的时间。在流速增大的情况下，信号加速，使得在这两个点之间传输信号所需的时间减少。根据持续时间与流速之间的关系，这种传感器例如计算出当前流量。作为补充或替代方案，也可以采用磁感应式流量计。这种传感器在参考液压流体中垂直于流体的流动方向产生磁场。其中，传感器的电极持续地与参考液压流体电接触。在参考液压流体的通流过程中，计算两个电极之间的电压，其与流动速度、进而与体积流量成比例。这种传感器例如为Bürkert公司的传感器型号8041。直接测量传感器尤其可以是直接体积流量测量传感器，例如包括测量涡轮、内叶轮传感器或者椭圆轮传感器。另一替代方案是所谓的科里奥利(Coriolis)质量流量计(CMD)，其同样可应用在此处。

本发明的一个特别重要的改进方案在于，所述活塞-缸体单元包括校准位置和/或校准装置。因此，在该改进方案中，活塞-缸体单元可处于定义的相对位置或至少一个绝对位置，其一方面可独立于前述用于测量和监控参考流体的体积的体积变化的测量装置确定，且另一方面可用做参考位置，用于计算因测量和监控的体积变化而引起的升降位置变化。为此，例如可以将活塞-缸体单元调节(最大程度延伸和/或最大程度收起)至其末端位置。例如可以通过机械途径(所谓的“移行至块”或根据物理末端位置)，或通过对应的限位开关，来侦测到达这种末端位置的情况。因此，这种末端位置提供一个参考量，以此为基础，能够通过测得的体积变化计算出升降柱的升降位置的变化。然而，作为补充或替代方案，也可以设有位置开关，其检测和记录升降柱的处于两个末端位置之间的经规定及定义的特定位置，例如特别是这样一个相对位置，在该相对位置中，铣刨辊贴靠在地基上或以较小的深度卡入地基。定义这种相对于升降柱的最大调节行程的“中间”的参考位置的优点在于，在地面铣刨机的运行中，在理想情形下会多次经过这个参考位置，故可将其用于控制装置的定期再校准。

优选地将测量装置尽可能靠近升降柱，并且特别是尽可能靠近活塞-缸体单元定位。因此优选地，测量装置布置在升降柱上，甚或整合在升降柱中。但也可采用以下方案：测量装置仍然布置在机械内部，例如作为测量块的部件或诸如此类。

本发明特别适用于地面铣刨机类型的施工机械，即道路铣刨机、稳定器、回收机和露天采矿机。

本发明的另一方面涉及一种控制施工机械、特别是根据本发明的施工机械的升降柱的活塞-缸体单元的升降位置的方法。本发明的方法的主要步骤首先是测量和监控参考流体、尤其是工作液压流体的体积的体积变化，所述体积变化与活塞-缸体单元的当前位置相关(步骤a)。因此，首先需要了解，通过对体积变化进行测量和监控，能够间接获知活塞-缸体单元的当前升降状态，或至少基于已知位置通过活塞-缸体单元的升降位置的相对变化实现。此外，根据本发明，根据经测量装置测定的参考流体的体积变化，控制活塞-缸体单元的调节位置(步骤b)。据此，特别是如前文所述，控制装置一方面根据实际体积变化测定活塞-缸体单元的升降位置的实际位置，并且控制活塞-缸体单元的进一步调节，直至达到期望的设定位置。控制变量在此为参考流体的经监控的体积变化。借此，以相对简单的手段对活塞-缸体单元以及整个升降柱的升降位置的调节进行足够精确的测定和/或监控。

优选地，测量和监控体积随时间的变化。换言之，根据本发明，测量体积流量。

为了尽可能精确地实施本发明的方法，进一步优选地，在步骤a)和b)前和/或在这些步骤期间，相对于至少一个定义的升降位置对通过体积变化测定的升降位置进行校准。

附图说明

下面结合在附图中给出的实施例对本发明进行详细说明。其中：

图1为施工机械、更具体地为道路冷铣刨机类型的地面铣刨机的侧视图；

图2为图1中的施工机械的俯视图；

图3为图1和图2中的施工机械的机架的大幅简化后的示意图，包含行进装置和升降柱；

图4为升降柱的纵向横截面图(图4a)和不同运行状态的展示(图4b和图4c)；

图5为展示活塞-缸体单元10的当前升降位置P与体积变化之间的关联的图表；以及

图6为本发明的方法的流程图。

在附图中，相同的构件用同一附图标记表示，其中，重复出现的构件并非每次均在图中单独标示出。

具体实施方式

图1示出同类型的施工机械，更具体地为道路冷铣刨机1类型的地面铣刨机。下文的说明也同样适用于稳定器、回收机和露天采矿机类型的地面铣刨机。

道路铣刨机1的主要组件是机架2，设于铣刨辊箱3中的铣刨辊4(以虚线表示)，行进装置5(具体地为链传动机构)，其通过升降柱6与机架2连接并且承载地面铣刨机1，驾驶台7，前部装载输送器8和驱动装置9。在工作模式下，自走式地面铣刨机1沿工作方向a在待铣刨的地基上行进，其中铣刨辊4在此情况下以围绕水平并且横向于工作方向延伸的旋转轴R旋转的方式没入地基，并且借助铣刨工具(未详细说明)以现有技术中已知的方式对地基进行铣刨。

图2以示意性俯视图示出地面铣刨机1的基本结构。据此，地面铣刨机1总体上包括一对前部行进装置5VR和5VL，其分别通过升降柱6VR或6VL中的一个与机架2连接。此外，设有一对后部行进装置5HR和5HL，其通过升降柱6HR和6HL与所述机架连接。其中，“H”和“V”表示沿地面铣刨机1的前进方向a的布局，并且代表“后部”和“前部”，“R”和“L”表示地面铣刨机1的沿前进方向视之的侧部，并且代表“右侧”和“左侧”。

在地面铣刨机1的工作模式下，对于机械操作员而言，在地面铣刨机1的位置方面有两项基本要求。一方面，期望以设定的并且受控的铣刨深度对地基进行铣刨，例如用以确保充分的表面移除，并且视情况而定避免路基的更深层受损。另一方面，由于重心较高，特别是在驶过诸如铣刨边缘的地面障碍物的情况下，这类地面铣刨机有相对较快翻倒的倾向。因此，为了提高这些地面铣刨机1的倾覆稳定性，可设有所谓的“摆动系统”，其在摆动轴方面采用成对的前部行进装置5VR和5VL和/或后部行进装置5HR和5HL和/或左侧行进装置5VL和5HL和/或右侧行进装置5VR和5HR的此消彼长的高度补偿，借此至少部分地对朝向机架2的地面不平度进行补偿。为此，升降柱6采用可沿竖向V调节高度或可沿竖向调节的设计。

为此，每个升降柱6均具有为双作用液压缸形式的活塞-缸体单元10，其结构和功能原理在图4a至图4c中详细给出。如下文还将进一步说明的那样，在此提出的系统实现对所有升降柱6的相互独立的控制。然而，作为补充方案，例如可以根据彼此来控制升降柱，例如以成对的方式。这样一来，例如也能够实现虚拟摆动轴，如在图2中为两个后部升降柱6HL和6HR展示的那样。借此，例如通过相应地调整控制系统，也能够将得到的3倍摆动的倾翻线KL(其针对稳定机械位置在水平平面中给出机械重心的极限范围)快速调整成4倍摆动。

特别是就结构较小的铣刨设备，尤其是所谓的后置铣刨装置而言，已知并且在本发明的范围内同样可行的是，在前部仅设置单独的高度不可调的轮子，或者设置一对具有机械摆动轴的轮子。就这些机械而言，仅后部行进装置通过升降柱以可调高度的方式与机架连接。

图3展示了地面铣刨机1的整个行进机构的基本功能原理。其中，在处于水平平面中的机架平面ME中，机架2用虚线表示，所述机架平面在本示例中平行于地基延伸。为了对高度调节进行驱动，设有驱动装置9，其例如可以是内燃机，驱动对应的液压供应系统的液压泵。驱动装置9通过对应的液压管线17(点划线)与升降柱6的设计为活塞-缸体单元10的执行元件中的每一个流体连接。

通过与测量装置19连接的控制装置18来实现活塞-缸体单元10以及升降柱6的调节运动的协作。在此，测量装置19中的每一个均为传感器，例如超声波流量传感器或者叶轮单元传感器，其测量和监控流动至相应活塞-缸体单元10和/或从相应活塞-缸体单元10流出的液压流体，并传输至控制装置18。因此，借助测量装置19能够检测液压流体在活塞-缸体单元10内的体积变化，其代表各活塞-缸体单元10以及各升降柱相对于定义的起始位置的相对位移。如果所有四个行进装置均对应一个这类测量装置19，则能够测定和监控整个机架的当前位置或所有升降柱的升降位置。各测量装置19通过在图3中用点表示的信号线与控制装置18连接。控制装置18还通过线路P与驱动装置9连接，用以传输控制信号。此外重要之处在于，根据本发明，至少在行驶模式期间，控制装置18优选成对地对活塞-缸体单元10进行控制，使得升降柱6VL的调节运动例如也触发升降柱6VR的调节运动，但不一定触发升降柱6HL或6HR的调节运动。作为补充或替代方案，升降柱6VL与6HL和/或6VR与6HR也可以结成一对。控制装置18还对活塞-缸体单元10中的每一个进行单独的、相互独立的控制。这表示，即使是为了成对控制，控制装置18也对一对中的两个升降柱6或活塞-缸体单元10进行单独控制。

为了作进一步说明，在图4a至图4c中示例性给出可能的升降柱的基本结构。其中，图4为升降柱6的沿其中心纵轴的沿竖向的纵向剖视图。其中，每个升降柱6的主要组件特别是为活塞-缸体单元10，通过所述活塞-缸体单元施加调节力。在具体的实施例中，活塞-缸体单元10为液压缸活塞单元，包含液压缸11和以可在液压缸11中线性移动的方式被导引的活塞12。为了免受外部影响，并且为了实现稳定的纵向导引，活塞-缸体单元10通过套筒对16a、16b以已知的方式与外界隔绝。

图4b和图4c更加详细地示意性示出活塞-缸体单元10的功能原理，其中图4b涉及低位或最大程度收起后的状态，且图4涉及升降柱6或活塞-缸体单元10的高位或最大程度延伸后的状态。其中，图4b和图4c示出缸体11与活塞12的相反布局。在液压缸11中设有两个流入部和流出部13a和13b，借此将液压流体输送至活塞侧内腔14(圆柱形内腔)或者杆侧内腔15(环形内腔)或排出，如通过对应的箭头所示。具体而言，其为所谓双作用工作缸。活塞12在缸体11中在就内腔的延伸而言的最大调节范围内仅沿轴向的或沿活塞12与缸体11之间的调节运动或相对调节的方向的调节运动，使得内腔14和15的体积改变。

特别是从图4c还可以看出，测量装置19的流量传感器19优选地测量和监控液压流体相对于活塞侧内腔14和/或杆侧内腔15的流入和流出。可对两个内腔12和15的空间进行监控，但也可以仅对一个内腔的空间进行监控。因此，测量装置19也优选地直接布置在升降柱上，特别是直接布置在活塞-缸体单元10上，以及特别是直接布置在升降柱的流入部和/或流出部13a/b上。

为了进行校准，可以逼近定义的参考位置。为此可采用以下方案：例如如4b和图4c所示，接触开关对两个末端位置中的一个进行检测。为此，在图4b中示出这种接触开关20，当活塞-缸体单元10处于如图4b所示的下部末端位置中(即最大程度收起)时，接触开关触发。接触开关20还与控制装置18(未示出)建立信号连接。

作为补充或替代方案，也可以设有位置传感器21，其特别是通过发出信号表明到达了位于如图4b和图4c的两个末端位置之间的位置，例如当活塞经过设于缸体侧的位置传感器21时。可如下有利地利用这个方案：在理想情形下，在工作模式中多次经过该校准位置。该位置传感器21也与控制装置18(未示出)建立信号连接。

图5展示了活塞-缸体单元10的当前升降位置P与体积变化之间的关联。其中，实线为升降柱的升降位置随总体包含在升降柱中的液压流体体积变化的特性曲线。虚线则表示就参考容置空间而言的体积随升降位置的变化。如图5所示，体积与升降位置成比例地变化。具体而言，最大程度延伸的位置P

图6示例性地示出本发明的方法的流程。重要之处在于，首先在步骤30中测量和监控参考流体的体积变化，例如如在图5中已探讨的那样，其与活塞-缸体单元的当前升降位置相关。根据该相关性，随后在步骤31中根据经测量装置(19)测定的参考流体的体积变化，控制活塞-缸体单元(10)的调节位置。根据步骤32，在步骤30和31前和/或在这些步骤期间，相对至少一个定义的升降位置对通过体积变化测定的升降位置进行校准。