[发明专利]用于确定弹性模量的系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量的系统和方法。该系统包括处理器，该处理器构造成基于向工作材料施加的力和工作材料的位移确定工作材料硬度。该处理器还构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定该工作材料的弹性模量。

技术领域

本发明大体上涉及一种压实材料的机器，更特别地涉及一种用于在土壤压实过程期间确定土壤的弹性模量的系统和方法。

背景技术

当建造建筑物、公路、停车场和其它结构时，压实机器或压实机被普通地用于将工作材料(例如土壤、砂砾、沥青)压实到期望的强度。通常，工作地点的土制材料必须被压实，并且必须使一个或多个压实机器逐次地压实材料，直到达到期望的压实程度。该过程可能需要多次在工作材料上经过来达到期望程度。弹性模量是一种用于确定压实程度的量度。

有多种用于确定土壤或其它材料的弹性模量的方法。当前的技术包括使用核子密度仪、平板载荷试验挠度计等在压实过程之前和/或之后测量土壤密度或土壤硬度。尽管这可以提供用于压实土壤或其它材料的精确测量，但是这些测量必须与压实过程分离地进行。已知用于在压实过程期间测量压实度的系统。转让给Wacker Neuson ProduktionGmbH&Co.的美国专利No.8,057,124B2公开了一种用于测量土壤参数的方法和装置。其使用接触力的实际梯度的近似值和接触表面参数来计算动力变形模量。然而，该模量是无量纲的。

当前的方法不能提供可以在压实过程期间确定的具有工程单位值的弹性模量。当前方法的一个缺点在于，无量纲的弹性模量不能用于其它目的，例如被需要知道土壤或其它材料的特殊压实度以建造或设计道路、建筑物平台等的设计工程师使用。本发明旨在克服或减少一个或多个这些所列出的问题。

上述背景讨论完全意在帮助读者。其不意在限制在本文中描述的创新或限制或扩大所讨论的已有技术。因此，上述讨论不应当表明已有系统的任何特殊元件不适合于与在这里描述的创新一起使用，或意在表明在实现在这里描述的创新中，任何元件都是必要的。在这里描述的创新的实现和应用由随附权利要求限定。

发明内容

本发明的一实施例包括一种用于确定由具有轧辊筒的压实机系统压实的工作材料的弹性模量的方法和系统。所公开的方法包括使用至少一个传感器和/或处理器感测(检测)或计算由轧辊筒施加在工作材料上的接触力和轧辊筒的垂直位移。该方法还包括使用该处理器基于该接触力和该垂直位移计算工作材料硬度。基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系通过该处理器确定工作材料的弹性模量。

本发明的另一实施例包括用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量的压实机系统。该压实机系统包括至少一个轧辊筒、至少一个传感器以及一处理器。该至少一个轧辊筒构造成压实工作材料。该至少一个传感器构造成感测压实机系统部件的力、垂直加速度和垂直位移中的至少一个。该处理器构造成响应于该至少一个传感器计算该至少一个轧辊筒和该工作材料之间的界面(接触面)处的接触力、响应于该至少一个传感器计算该至少一个轧辊筒的位移、以及基于该接触力和该位移计算该工作材料的硬度。该处理器还构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定工作材料的弹性模量。

本发明的另一实施例包括一种压实机系统，该压实机系统具有用于在压实操作期间确定工作材料的弹性模量的处理器。该处理器构造成基于由该压实机系统向工作材料施加的力和该压实机系统的垂直位移确定工作材料硬度。该处理器还构造成基于工作材料硬度和工作材料的弹性模量之间的关系确定工作材料的弹性模量。

附图说明

图1是根据本发明的一方面的压实机系统的侧视图。

图2是控制器的实施例的框图的图示。

图3是根据本发明的一方面的、描述在向下压实和向上缩回期间滚筒和地面之间的接触力的图表。

图4A和4B是在本发明的一方面中，描述在压实期间的各种力和运动的自由体受力图。