利用包封着色剂的胶囊的摊铺系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于控制摊铺过程的方法。该方法包括将至少部分地包封着色剂(70)的至少一个胶囊(66)混合到摊铺材料中，并且将所述摊铺材料分配在期望地点。该方法还可包括在所述摊铺材料上执行压实过程，并且监控所述着色剂(70)在被分配的摊铺材料的表面的存在。该方法还可包括基于着色剂(70)的存在来控制压实过程。
【专利说明】利用包封着色剂的胶囊的摊铺系统
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及摊铺系统，更具体地涉及利用包封着色剂的胶囊的摊铺系统。【背景技术】
[0002]道路、建筑工地、路堤和其它表面的准备通常需要压实，用以产生期望的材料特性。采用压实机来压实各种摊铺材料，例如砂砾和浙青材料。期望的材料压实程度可根据被压实的材料的类型和/或材料的状态——例如浙青温度——而变化。压实水平对于维持摊铺材料的稳定性而言很重要。当压实不充分时，摊铺表面缺乏用于支承交通荷载的足够的强度，并且不耐用。被过度压实的浙青可能导致摊铺材料永久变形。在压实过程中，可测量和评估材料压实的程度，以与施工规范一致。
[0003]用于确定材料压实度的传统方法已经包括密度测量和物理试验。密度测量使用诸如核子密度计的专用仪器进行。土壤物理试验通过各种方法——例如通过核子测定仪(NG)、轻型弯沉仪(LWD)、落锤式弯沉仪(FWD)，以及通过动态圆锥贯入仪(DCP)——来完成。尽管适于一些应用，但这些方法要应用于整个工程区域则会是繁琐的。此外，这些方法还可能在例如获取芯样时引起工程表面的物理破坏。此外，这些方法可能是耗时的，因为它们通常与压实过程分开进行。
[0004]在2000年9月19日授予Swanson等人的美国专利N0.6，122，601 ( “’601专利”)
中记载了一种用于监控表面的压实度的替代系统。’ 601专利记载了一种压实机，该压实机具有在确定压实机驶过的表面的压实度时将压实机的振动响应考虑进去的压实度计。该压实机具有来自(多个)压实机滚轮的振动机构的固有振动，所述滚轮使压实机在移动时振动。压实度计假定压实机的振动响应随着经压实的材料变得更密而变化。’601专利的压实度计测量压实机的振动响应，然后将该响应与正被压实的浙青的压实水平关联。所述关联基于这样的数学模型，即，其必须尤其考虑例如压实机的质量、压实机振动的加速度、铺面类型、混合类型和基层类型等这样的参数。
[0005]’601专利的系统可能是复杂的。例如，它会需要电脑控制的映射技术和/或专用的检测设备，并且因此无法适用于较旧的摊铺系统。
[0006]本发明所公开的系统旨在克服上述问题和/或现有技术的其它问题中的一个或多个。
【发明内容】
[0007]在一个方案中，本发明涉及一种控制摊铺过程的方法。该方法可以包括将至少部分地包封着色剂的至少一个胶囊混合到摊铺材料中，并且将所述摊铺材料分配在期望地点。该方法还可包括在摊铺材料上执行压实过程，并且监控在所分配的摊铺材料的表面存在所述着色剂。该方法还可包括基于存在着色剂来控制压实过程。
[0008]在另一方案中，本发明涉及一种摊铺混合物。该摊铺混合物可包括摊铺材料和至少部分地包封着色剂的至少一个胶囊。[0009]在又一方案中，本发明涉及一种摊铺系统。该摊铺系统可包括至少部分地包封着色剂的至少一个胶囊以及构造成将摊铺材料和至少一个胶囊的混合物分配在表面上的摊铺机。该摊铺系统还可包括构造成用于压实由所述摊铺机分配的混合物的压实机。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是根据一个实施例的摊铺系统的示意性侧视图；
[0011]图2是示例性公开的可与图1的摊铺系统一起使用的填充有着色剂的胶囊的视图；
[0012]图3是另一示例性公开的可与图1的摊铺系统一起使用的填充有着色剂的胶囊的视图；和
[0013]图4是描述示例性公开的由图1的摊铺系统执行的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]参照图1，示出了根据一个示例性实施例的摊铺系统10。摊铺系统10可包括多个不同的机器，并且在图示的实施例中包括摊铺机12和压实机16。摊铺系统10的各个机器被近似地示出为它们在将摊铺材料M摊铺在路基S上期间可能呈现的那样。摊铺机12可行进通过路基S并分配摊铺材料M，摊铺材料M随后可由压实机16压实。如文中进一步描述的，摊铺系统10可构造成用于控制压实机16和可选地额外的压实机，以优化摊铺材料M的摊铺平整度、深度和/或压实水平。
[0015]摊铺机12通常可包括框架50，该框架构造成支承用于暂时储存摊铺材料M的料斗52。在所公开的实施例中，摊铺材料M可以是包括聚合物和粘合剂的浙青材料。然而，要指出的是，可替代地采用其它材料，例如砂砾碎石和其它已知的摊铺材料。摊铺机12还可包括给料运输器54和(多个)螺旋输送器55，所述给料运输器和螺旋输送器构造成将摊铺材料M从料斗52分配到路基S上，以藉由熨平板56进行常规整平、初步压实、厚度控制等。摊铺机12还可包括:多个地面接合构件51，诸如构造成推进摊铺机12的车轮或履带；和操作员操作台60。
[0016]料斗52可具有敞开的顶部，用以从任何已知的机构、例如从自卸式卡车接收摊铺材料M。料斗52还可具有敞开的底部，以允许给料运输器54和螺旋输送器55将材料M从料斗52中分配到路基S上。料斗52可固定地结合在摊铺机12的框架50中。料斗52的侧壁可以是固定的，或替代地可以是可枢转的，用以允许摊铺过程中的最大容量和运输过程中的最小宽度。
[0017]一个或多个给料运输器54可连接到料斗52的底部。如果使用多个给料运输器，则它们可并排放置且互相平行地延伸。给料运输器54可将摊铺材料M从料斗52中运输到摊铺机12的后部，在此摊铺材料M可通过螺旋输送器55在摊铺机12后方被分配到路基S上并在熨平板56的前方移动。
[0018]熨平板56可附接在摊铺机12的后部，可构造用于使由给料运输器54分配的摊铺材料M平整、成形和/或定位。通常，可根据路基S的表面轮廓藉由摊铺机12以不规则的厚度分配摊铺材料M。所分配的摊铺材料的表面轮廓可与路基S的轮廓相反地变化。例如，摊铺材料M的较薄区段可被分配到路基S的隆起部分上，而摊铺材料M的较厚部分可被分配到路基S的低洼部分中。熨平板56的高度可根据本领域中已知的机制响应于这些变化而改变。
[0019]摊铺机12还可包括混合装置62，该混合装置构造成在熨平板56使摊铺材料M成形之前将一定量的胶囊66与摊铺材料M混合。混合装置62可包括胶囊料斗68和速率控制器69。
[0020]胶囊料斗68可以是构造成暂时保持多个胶囊的任何容器。胶囊料斗68可将胶囊66供给到速率控制器69，该速率控制器可对胶囊66进入到摊铺材料M中的流量进行调节。速率控制器69可基于例如摊铺机12的前进速度来调节胶囊66的流量。然而，要指出的是，如果需要的话，速率控制器69可替代地采用其它机制来分配胶囊66，或者速率控制器69可由使用者手动操作。由于胶囊66可以速率受控的方式混合到摊铺材料M中，所以胶囊66可以基本上均匀地分布在摊铺材料M中。
[0021 ] 混合装置62可构造成用于使胶囊66在给料运输器54处或者在摊铺材料M到达熨平板56之前的任何时间与料斗52中的摊铺材料M混合。然而，要指出的是，如果需要的话，胶囊66可替代地在摊铺材料放置到料斗52中之前与摊铺材料M混合。也就是说，包含摊铺材料M和胶囊66的摊铺混合物可以直接装载到料斗52中。替代地，如果需要，则摊铺材料M和胶囊66可通过螺旋输送器55混合。
[0022]压实机16可包括框架34，该框架具有至少一个前压实滚轮36。在所公开的实施例中，压实机16还包括联接到框架34上的后压实滚轮38。压实机16还可包括控制器43。控制器43还可包括电子控制单元46。控制器43可与GPS装置47和着色剂检测器48通信。着色剂检测器58可以是UV检测器(紫外线检测器)、IR检测器(红外线检测器)或任何其它合适的用于检测着色剂在摊铺材料M的表面上的存在的检测器。着色剂检测器48可包括发射器和相关联的接收器，所述发射器向一特定区域发射检测光束，该特定区域位于在压实机16周围的被压实的摊铺材料M的检测范围内，所述接收器接收所述检测光束的反射。基于反射光束的特征，可确定最低量的着色剂在摊铺材料M的表面上的存在或不存在。着色剂检测器48然后可产生与着色剂在被分配的混合物或摊铺材料的表面处的存在或不存在对应的信号，并且将该信号传送到控制器43以进行后续处理。然而，要指出的是，着色剂检测器48可以不与压实机16成整体。例如，如果需要的话，着色剂检测器48可以是便携式装置。
[0023]参照图2，示出了示例性的中空胶囊66。胶囊66可包括至少部分地充填有着色剂70的壳体71。壳体71的直径可在约50-1000微米的范围内。然而，要指出的是，可替换地使用任何其它合适的直径。胶囊66可设计成具有在实现摊铺材料M的期望的压实水平之前或在实现摊铺材料M的期望的压实水平时被超过的预定压碎强度。亦即，摊铺材料M内的作用在胶囊66上的压力可产生在实现摊铺材料M的期望的压实水平之前或在实现摊铺材料M的期望的压实水平时超过胶囊66的预定压碎强度的力。在一个示例中，胶囊66的预定压碎强度可在约300-500kPa的范围内，并且期望的压实水平可以是理论最大密度的约90-97%。胶囊66可因此在实现摊铺材料M的期望压实水平之前(即，在对胶囊66施加预定的压碎强度之前)的操作过程——如摊铺材料M的运输、装卸、混合和初次压实——中保持基本上完好无损。一旦摊铺材料M内超过所述预定压碎强度，胶囊66便可破裂并释放着色剂70。并且，在摊铺材料M内随后实现期望的压实水平时，就可通过摊铺材料M内的孔隙的相应减小来将足量的着色剂70迫压到摊铺材料M的表面。要指出的是，替代地，胶囊66的预定压碎强度和摊铺材料M的期望的压实水平可具有其它值，并且可基于具体的摊铺应用和摊铺材料进行选择。
[0024]容纳于胶囊66中的着色剂70可以是能够在摊铺材料M的表面检测到并且不易与摊铺材料M混合的任何合适的着色剂。着色剂70可以是有机的、无机的、合成的和/或天然的。着色剂70还可在电磁谱的可见部分中看到，或者可以是红外的(IR)、近红外的(NIR)、紫外的(UV)、近紫外的(NUV)或放射性的。然而，要指出的是，可替代地使用能够通过人眼或通过着色剂检测器48检测到的其它合适的着色剂。
[0025]壳体71可由不易与摊铺材料M混合的材料制成。例如，壳体71可由聚合剂制成。壳体71可替代地由其它合适的材料一诸如玻璃、金属、二氧化硅和水泥一制成。然而，要指出的是，壳体71仍可替代地由不易与摊铺材料M混合的任何其它合适的材料制成。如果需要的话，壳体71可具有任何合适的形状，诸如球形形状、方形形状或长方形形状。
[0026]参照图3，示出了另一示例性的充填有着色剂70的中空胶囊76。除了胶囊76未被完全包封并且可包含间隙78之外，胶囊76可与在图2中描述的胶囊66基本上相似。胶囊76可至少部分地包封着色剂70。着色剂70可通过毛细力而基本上被包含在胶囊76中。亦即，着色剂70内的粒子可具有作用于彼此且作用于壳体71的内表面的足够的毛细吸力，用以防止它们在实现摊铺材料M的期望压实度之前从间隙78中溢出。着色剂70可在约等于壳体71的压碎强度的力施加到胶囊76上之前容纳于壳体71内。
[0027]工业适用性
[0028]本发明所公开的系统可适用于其中获得摊铺材料的适当的压实水平很重要的任何摊铺过程。该系统特别适用于其中期望在摊铺材料的分配期间和分配之后获得对压实水平的低成本、实时和/或简单的测量的摊铺应用。本发明所公开的系统可以不需要任何电脑控制的设备。亦即，当可见的着色剂涌流至摊铺材料的表面时，可以形成操作员能在不使用任何电脑控制设备或电子传感器的情况下检测到的可视映射图。另外，本发明所公开的系统可与任何机器一起使用。例如，本发明所公开的系统可与旧的或新的摊铺机一起使用，并且可与自主或手动控制的摊铺机一起使用。现将描述示例性的摊铺过程。
[0029]在图4中示出流程图400，其说明了根据一示例性实施例的摊铺过程。流程图400的过程可开始于控制块410，在控制块410中，摊铺机12的混合装置62可使胶囊66或76与摊铺材料M混合。如上所述，混合可发生在摊铺机12内的任何位置，或者替代地可在摊铺材料M被装载到料斗52中之前发生。
[0030]该过程可从控制块410继续进入到控制块420，在控制块420中，摊铺材料M和胶囊66或76的组合混合物可由给料运输器54从料斗52中输送走并分配在期望地点，例如分配在路基S上。胶囊66或76可基本上均匀地分布在摊铺材料M内。摊铺材料M内的胶囊66或76的密度可被选择成使得使用者可以准确地确定用于整个工程区域——诸如道路、建筑工地、路堤等——的压实水平。替代地，胶囊66或76可仅以摊铺材料M内的指定试验地点被分配在路基S上。再者，胶囊66或76可在具有防止群聚的充分间隔的前提下随机地分布在摊铺材料M内。可通过胶囊的释放速度来控制分布密度。亦即，由于在刮板56之前的材料流量的变化，分布密度可以存在一定随机性。
[0031]被分配的混合物可以然后在控制块430例如通过压实机16经历压实过程。压实机16可在由摊铺机12分配的给定的一条摊铺材料M上进行一次或多次碾压。压实机16可经由自主控制或操作员控制而被操作。
[0032]在于控制块430执行摊铺过程期间和之后，都可通过监控着色剂70在摊铺材料M的表面的存在来在控制块440获得摊铺材料M的压实水平的实时指示。亦即，在于控制块430执行摊铺过程之后，可监控到摊铺材料M的表面存在着色剂70。当着色剂70处在可见光谱内时，操作员可在不使用电脑控制的设备或电子传感器的情况下通过视觉完成表面监控。替代地，着色剂检测器48可构造成用于检测可见的、红外的、近红外的、紫外的或近紫外的着色剂。胶囊66或76可仅在预定压碎强度已施加到壳体71上时破裂。
[0033]当大于或等于预定压碎强度的压力已施加到胶囊66或76上时，壳体71可破裂，并且可将着色剂70释放到摊铺材料M内。壳体71的预定压碎强度可在实现摊铺材料M的期望压实水平之前被超过。在此实施例中，破裂的胶囊66或76可将着色剂70释放到压实不充分的摊铺材料M中。压实不充分的摊铺材料M的孔隙空间可大到足以保持被释放的着色剂70。由于着色剂70可被保持在压实不充分的摊铺材料M的孔隙空间内，故可防止着色剂70在从胶囊66或76中释放之后立即涌流到表面。因此，着色剂70可仅在摊铺材料M达到期望的压实水平时涌流到摊铺材料M的表面。亦即，摊铺材料M的孔隙空间可减小到当摊铺材料M达到期望的压实水平时不能保持被释放的着色剂70的尺寸。
[0034]着色剂70在摊铺材料M的表面的存在可与摊铺材料M的期望的压实水平对应。由于摊铺材料M中的气孔，摊铺材料M可在通过压实机16随后在摊铺材料M上进行每次碾压之后变得更紧密。摊铺材料M的期望的压实水平可在通过压实机16进行一次或多次碾压之后出现。在诸如一定压实水平的期望压实水平实现之后，可能随后的碾压会引起摊铺材料M的过度压实，这可引起摊铺材料M的粘合剂涌流。监控最低量的着色剂70在摊铺材料M的表面的存在可允许使用者确定已实现摊铺材料M的期望压实水平，从而可在压实机16进行引起摊铺材料M过度压实的另外的碾压之前结束压实过程。监控着色剂70的存在可包括由操作员在不使用电脑控制的设备或电子传感器的情况下检测在摊铺材料的表面的可见着色剂。替代地，监控着色剂70的存在可包括利用着色剂检测器48来检测最低量的着色剂70。
[0035]基于在控制块440摊铺材料M的表面存在最低量的着色剂70，可在控制块450做出已实现摊铺材料M的期望的压实水平的判断。亦即，对摊铺过程的控制可发生在控制块450。替代地，可在着色剂70在摊铺材料M的表面达到最低密度时做出已实现摊铺材料M的期望的压实水平的判断。例如，最低密度可由操作员通过视觉检测到，或者可与通过着色剂检测器48检测到的着色剂70的最低光强度或最低量对应。另外，可将由着色剂检测器48感测到的压实水平或摊铺过程数据与来自GPS装置47的GPS数据关联，用以监控、存储和显示感测到的数据与时间和地点的关系曲线。所述数据可用于向承包代理人表明已达到期望的压实水平并且已执行期望的摊铺过程。如果做出摊铺材料M已达到期望压实水平的判断，则在控制块460压实过程可结束或者压实机16可移动到新的区域。例如，控制器43可基于最低量的着色剂70在被分配的混合物的表面的存在来指令压实机16移动到新的区域或使压实机16停止；或者，基于最低量的着色剂70在被分配的混合物的表面的不存在来指令压实机16继续压实当前区域。亦即，如果在控制块450在摊铺材料M的表面存在不充足的着色剂70，则所述过程可返回执行控制块430-450，直到着色剂70在摊铺材料M的表面可见或者处于能由着色剂检测器48检测到的最低强度并且可认为摊铺材料M已达到期望的压实水平。
[0036]使用包封着色剂的胶囊来确定摊铺材料的期望压实水平可以允许在不使用复杂且电脑控制的映射技术的情况下准确判断。例如，操作员可以在不使用电脑控制的设备或电子传感器的情况下通过视觉识别期望压实水平的可视映射图。替代地，可将着色剂检测器48改装到较旧的和已有的压实机16上，或替代地，着色剂检测器可以是能随同任何已有的压实系统一起使用的便携式装置。
[0037]对本领域技术人员来说将显而易见的是，可以对所公开的摊铺系统作出各种修改和变型而不脱离本发明的范围。根据对本说明书的考量和对文中公开的摊铺系统的实践，所述摊铺系统的其它实施例对本领域技术人员来说将显而易见。本说明书和示例应当被认为只是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求和它们的等同方案限定。
【权利要求】
1.一种用于控制摊铺过程的方法，包括: 将至少部分地包封着色剂(70)的至少一个胶囊(66)混合在摊铺材料中； 将所述摊铺材料分配在期望的地点； 在所述摊铺材料上执行压实过程； 监控所述着色剂(70)在被 分配的摊铺材料的表面上的存在；以及 基于所述着色剂(70)的存在控制所述压实过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控所述着色剂(70)的存在包括通过视觉监控使用着色剂检测器(48)对最低量的所述着色剂(70)的检测。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个胶囊(66)具有在被分配的摊铺材料达到期望的压实水平之前或在被分配的摊铺材料达到期望的压实水平时被超过的压碎强度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述着色剂(70)的至少一部分在所述摊铺材料达到所述期望的压实水平时涌流到被分配的摊铺材料的表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述着色剂(70)在被分配的摊铺材料的表面的存在控制所述压实过程包括:基于最低量的着色剂(70)在被分配的摊铺材料的表面的不存在使所述压实过程继续，以及基于至少最低量的着色剂(70)在被分配的摊铺材料的表面的存在使所述压实过程结束。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述着色剂(70)在被分配的摊铺材料的表面的存在与GPS数据关联。
7.一种摊铺混合物，包括: 摊铺材料；和 至少部分地包封着色剂(70)的至少一个胶囊(66)。
8.根据权利要求7所述的摊铺混合物，其特征在于，所述至少一个胶囊(66)具有在所述摊铺材料达到期望的压实水平之前或在所述摊铺材料达到期望的压实水平时被超过的压碎强度。
9.根据权利要求7所述的摊铺混合物，其特征在于，所述至少一个胶囊(66)包括具有间隙(78)的壳体(71)，所述着色剂(70)通过毛细力基本上被包含在所述壳体(71)内，直至约等于所述壳体(71)的压碎强度的力施加到所述至少一个胶囊(66)上。
10.一种摊铺系统(10),包括: 至少部分地包封着色剂(70)的至少一个胶囊(66)； 摊铺机(12)，所述摊铺机构造成用于将摊铺材料和所述至少一个胶囊(66)的混合物分配在表面上；和 压实机(16)，所述压实机构造成用于压实由所述摊铺机(12)分配的所述混合物。
11.根据权利要求10所述的摊铺系统(10)，其特征在于，所述摊铺系统还包括: 着色剂检测器(48)，所述着色剂检测器构造成用于检测所述着色剂(70)在被分配的混合物的表面的存在；和 与所述着色剂检测器(48)通信的控制器(43)，所述控制器(43)构造成用于: 基于最低量的所述着色剂(70)在被分配的混合物的表面的存在来指令所述压实机(16)移动到新的区域或使所述压实机(16)停止；或基于所述最低量的所述着色剂(70)在被分配的混合物的表面的不存在来指令所述压实机(16)继续压实当前区域。
12.根据权利要求11所述的摊铺系统(10)，其特征在于，所述摊铺系统还包括与所述控制器(43)通信的GPS装置(47)，所述控制器(43)进一步构造成用于将所述着色剂(70)在被分配的混合物的表面的存在与来自所述GPS装置(47)的GPS数据关联。
13.根据权利要求11所述的摊铺系统(10)，其特征在于，所述着色剂检测器(48)构造成用于检测可见的、红外的(IR)、近红外的(NIR)、紫外的(UV)、近紫外的(NUV)或放射性的着色剂。
【文档编号】E01C7/35GK103958774SQ201280059261
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月28日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】J·A·阿尔德马, A·K·阿姆斯特茨 申请人:卡特彼勒路面机械公司