CN106994745A - 一种移动式自上料混凝土搅拌车搅拌罐转速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种移动式自上料混凝土搅拌车搅拌罐转速控制方法，是基于一种控制***执行，所述搅拌罐速度控制包括上料过程的搅拌罐转速控制和上料后的搅拌罐转速控制两个方面：上料过程和上料之后的控制。本发明可实现搅拌罐转速完全自动控制，降低了驾驶员的操作强度，提高了混凝土的搅拌质量。另外，节约了能耗，提高了车辆的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土搅拌车的自动控制方法，特别是关于一种自移动自上料式混凝土搅拌车搅拌罐转速的自动控制***及控制方法。
背景技术
目前，在偏远地区的小规模建筑施工、水利建设、路面硬化施工等场合进行混凝土搅拌和运输时，多采用滚筒搅拌机或强制搅拌机搅拌混凝土，大型的搅拌机不能移动，只能由运输车或人工到现场装运其搅拌好的混凝土，这将耗费大量的人力物力资源，占地面积较大，且需要动力电源；小型的搅拌机想移动也要用其它车辆牵引，不可以灵活移动。且目前混凝土搅拌机都是靠外界其它机械上料，不能自主上料，卸料也是原地的，所有这些都要其它辅助车辆机械来做。
移动式混凝土搅拌车，具有自己上料、搅拌和运输功能，解决了原有施工中的不足，具有广阔的应用前景。自移动混凝土搅拌车的搅拌罐的速度首先决定着混凝土的搅拌质量，其次会影响混凝土是否出现离析现象，在保证混凝土质量的前提下，搅拌罐的转速对车辆的油耗影响也十分大，是移动式混凝土搅拌车的关键技术之一。
现有研究中对常规混凝土搅拌机及混凝土运输车的搅拌罐转速控制研究已经较为成熟，1)现有混凝土搅拌机、搅拌站均是根据不同的搅拌种类定时搅拌，有专人管理，其搅拌时间和搅拌速度的研究已经趋于成熟；2)现有混凝土运输车，仅是用于搅拌好的混凝土运输，其搅拌罐的转速控制只要满足不出现离析即可。混凝土搅拌机及混凝土搅拌站的动力源多采用电动机，其转速易于实现恒速稳定控制，且由专人控制，可以保证混凝土的质量和能源的利用率。
但针对自移动式混凝土搅拌车搅拌罐的转速控制则没有涉及，混凝土运输车的转速控制，仅对于自移动式混合动力车的运输过程有借鉴意义。而现有的自移动式混凝土搅拌车速度控制不仅没有实现速度的稳定控制，而且由于驾驶员在操作过程无法实现对搅拌罐转速的实时调整，不仅影响了混凝土的质量(转速过低及过快均会造成混凝土凝固后硬度的下降)、动力的不足(搅拌罐高速运转时，其功率消耗占发动机总功率的50％以上)，还造成了燃油的巨大浪费(搅拌均匀后，搅拌罐的高速运转所消耗的燃油)。为此提出移动式混凝土搅拌车搅拌罐的转速控制方法对于提高搅拌车的燃油经济性及所搅拌混凝土的质量具有重要意义。
发明内容
针对上述现有状况，本发明提供一种移动式自上料混凝土搅拌车搅拌罐转速控制方法。本发明在现车基础上，通过全新控制策略控制搅拌罐的转速，在保证混凝土质量的同时，能够实现节能最大化，也能充分发挥搅拌车的动力性，填补了自移动式搅拌车搅拌罐转速控制领域的空白。
本发明采取的技术方案如下：一种移动式自上料混凝土搅拌车搅拌罐转速控制方法，其特征在于：包括上料过程中的搅拌罐转速控制和上料之后的搅拌罐转速控制两方面：
上料过程中：
1)当装料时，mi＜20％m总而铲斗门就关闭时，此时搅拌罐不转(0r/min)，节省能量；
2)当装料时，达到mi≥20％m总且m总-mi＞2Vρ水，且此时铲斗门关闭时，此时搅拌罐转速控制在(3-5)r/min；
3)当装料时，铲斗门打开，或加水阀打开，或m总-mi≤2Vρ水，或mi＞95％m总时，此时搅拌罐转速控制在
上料之后：
一)如果搅拌罐正转，则
1)如果搅拌车驱动***所需功率P驱动与搅拌***所需功率P搅拌之和小于等于发动机额定功率P发动机的A％，且车速vi不高于vstable时：
a)当m总-mi≤2Vρ水或mi＞95％m总，且搅拌罐从未卸过料，如果搅拌罐在转速下运转未满3分钟，则继续维持此速度；
b)当m总-mi≤2Vρ水或mi＞95％m总，且搅拌罐从未卸过料，而搅拌罐在转速下运转已经满3分钟，则拌罐转速变为(3-5)r/min；
c)当mi≥5％m总，且搅拌罐曾经卸过料，则拌罐转速控制在(3-5)r/min；
d)当mi＜5％m总，且搅拌罐曾经卸过料，则拌罐转速控制在0r/min；
2)如果搅拌车驱动***所需功率P驱动与搅拌***所需功率P搅拌之和大于发动机额定功率P发动机的A％，或车速vi高于时，则拌罐转速变为(3-5)r/min；
二)如果搅拌罐反转，则
无论何时，搅拌罐反转转速都控制在
以上，表示这个值向下取整，g是重力加速度，R是搅拌罐的圆柱筒部分的半径；
load表示装料启动键，“1”表示开始装料，“0”表示开始卸料；
mi表示当前搅拌罐内物料的总重量；
m总表示预先设定的搅拌罐内物料总重量；
bucket表示铲斗出料门的状态，开门为“1”，关门为“0”；
reverse表示搅拌罐的正反转状态，正转为“0”，反转为“1”，正转搅拌，反转卸料；
V表示铲斗的容积；
ρ水表示水的密度；
stop为当mi≥95％m总时启动的计时器，当mi＝95％m总时开始计时，启动时stop为“0”，在设定的速度下搅拌罐旋转达到预定时间(如2或3分钟)时stop改为“1”；
vi表示当前车速；
vstable表示搅拌罐自身惯量不能引起倾翻的车速；
P驱动表示驱动***所需功率；
P搅拌表示搅拌***所需功率；
P发动机表示发动机额定功率；
A表示系数，由发动机MAP图确定。
优选地，当搅拌罐正转且当前车辆挂前进或后退档时，车辆控制器优先分配发动机功率给车辆驱动***，其余功率用于搅拌罐的转速控制。
所述搅拌罐转速还包括手动控制：设置一手动控制档，驾驶员可以关闭自动控制，进而通过手动控制档调节搅拌罐的方向及转速。
与现有技术相比，本发明显著的有益效果主要体现在以下几方面：
1、搅拌罐转速完全自动控制降低了驾驶员的操作强度，提高了混凝土的搅拌质量。
2、把搅拌罐的能耗降到最低，提高了车辆的经济性，同时由于搅拌罐不再更多与驱动***分配发动机的能量，也提高了整车的动力性。
3、与手动***可选择性的使用，提高了转速控制的适用性。
其他的优点和特征在说明书其他部分或在附图、权利要求书中会有所体现。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为搅拌罐***控制图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但附图与实施例仅用于阐释本发明，本领域的技术人员应该知道，这并不是对本发明技术方案的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明方法在一种自移动式混凝土搅拌车搅拌罐的转速控制***下执行，该***包括的部件有发动机1、定量油泵2、变量油泵14、控制器17、人机交互界面18等。
发动机1同时连接定量油泵2和变量油泵14，向其传递扭矩；由定量油泵2向外连接出两条液压控制油路，一路是固体物料上料控制液压油路，另一路是上水控制液压油路，在固体物料上料控制液压油路中包括有定量油泵2、电磁换向阀一3、单向阀一5、单向阀二6、压力传感器7、卸料板油缸8、卸料板9，定量油泵2的一个油口连接电磁换向阀一3，电磁换向阀一3的两个工作油口连接到卸料板油缸8的进油口和回油口，驱动油缸工作，油缸驱动卸料板；在上水控制液压油路中包括有定量油泵2、电磁换向阀二4、水泵马达11、水泵12，定量油泵2的另一个油口连接电磁换向阀二4，电磁换向阀二4的两个工作油口连接到水泵马达11的进油口和回油口，驱动马达工作，马达驱动水泵；进一步讲，在电磁换向阀一3和电磁换向阀二4上，每个阀的两个工作油口之间可设置压力传感器7用于测量两个油口中的高压力，以及在两个油口之间反向设置单向阀一5和单向阀二6用于油口之间的相互截止。发动机1向定量油泵2输出扭矩时，定量油泵2工作将机械动能转换成液压能，由控制器17控制电磁阀的工作状态，实现上水或上料。卸料板9和水泵12向搅拌罐13中输送物料。
发动机1连接变量油泵14，由变量油泵14向外连接搅拌罐驱动液压油路，所述搅拌罐驱动液压油路包括变量油泵14、搅拌罐驱动马达15、搅拌罐13，发动机1为变量油泵14提供动力，变量油泵14为搅拌罐驱动马达15提供动力，带动搅拌罐13旋转。控制器17控制变量油泵14。以上所有液压油路由油箱10供油、回油。
***中还设置一称重***16，用于称取搅拌罐的重量，由控制器17控制并向控制器17反馈称重信息。
控制器17与***中所有电器件电控连接，通过人机交互界面18与驾驶员19沟通。控制器17中设置有车辆的控制逻辑，接收驾驶员的操作信息、车辆的状态信息、搅拌罐重量信息、压力传感器信息，控制电磁换向阀及变量泵的工作。人机交互界面18用于驾驶员向车辆发送指令，及显示车辆状态信息。
本发明提供的自移动自上料式混凝土搅拌罐速度控制方法，核心包括上料过程的搅拌罐转速控制和上料后的搅拌罐转速控制两个方面，每个过程均可执行自动控制和手动控制，下面着重讲自动控制策略。
在搅拌罐控制方面，不论是上料过程的搅拌罐转速控制还是上料之后的搅拌罐转速控制，在此之前都要优先进行车辆行驶状态的判断，如果是控制器接到了前进或后退档信号，且搅拌罐处于正转状态，说明驾驶员的意图为行驶，而不是卸料或搅拌状态，此时控制器应优先分配发动机的功率给车辆驱动***，然后才能对搅拌罐执行如下控制策略：
搅拌罐转速的自动控制逻辑可通过下式表达，无论在上料过程中还是上料后，都遵循该控制逻辑：
n表示搅拌罐的转速，单位：r/min(转/分钟)；
表示这个值向下取整，g是重力加速度，R是搅拌罐的圆柱筒部分的半径；
load表示装料启动键，“1”表示开始装料，“0”表示开始卸料；
mi表示当前搅拌罐内物料的总重量；
m总表示预先设定的搅拌罐内物料总重量；
bucket表示铲斗出料门的状态，开门为“1”，关门为“0”；
reverse表示搅拌罐的正反转状态，正转为“0”，反转为“1”，正转搅拌，反转卸料；
V表示铲斗的容积；
ρ水表示水的密度；
stop为mi≥95％m总时的计时器，当mi＝95％m总时开始计时，启动时stop为“0”，在某速度下搅拌罐旋转达到预设时间时stop改为“1”；
vi表示当前车速；
vstable表示搅拌罐自身惯量不能引起倾翻的车速；
P驱动表示驱动***所需功率；
P搅拌表示搅拌***所需功率；
P发动机表示发动机额定功率；
A表示系数，由发动机MAP图确定。
一、上料过程搅拌罐转速控制是：
1)当装料时，mi＜20％m总而铲斗门就关闭时，此时搅拌罐不转(0r/min)，节省能量；
2)当装料时，达到mi≥20％m总且m总-mi＞2Vρ水，且此时铲斗门关闭时，此时搅拌罐转速控制在(3-5)r/min；
3)当装料时，铲斗门打开，或加水阀打开，或m总-mi≤2Vρ水，或mi＞95％m总时，此时搅拌罐转速控制在
二、上料之后的搅拌罐转速控制是：
一)如果搅拌罐正转，则
1)如果搅拌车驱动***所需功率P驱动与搅拌***所需功率P搅拌之和小于等于发动机额定功率P发动机的A％(发动机满负荷工作时，效率太低)，且车速vi不高于vstable时(车速高，搅拌罐高速旋转在转弯及颠簸时容易倾翻)，
a)当m总-mi≤2Vρ水或mi＞95％m总，且搅拌罐从未卸过料，如果搅拌罐在转速下运转未满3分钟，则继续维持此速度；
b)当m总-mi≤2Vρ水或mi＞95％m总，且搅拌罐从未卸过料，而搅拌罐在转速下运转已经满预设时间(如2-3分钟)，则拌罐转速变为(3-5)r/min；
c)当mi≥5％m总，且搅拌罐曾经卸过料，则拌罐转速控制在(3-5)r/min；
d)当mi＜5％m总，且搅拌罐曾经卸过料，则拌罐转速控制在0r/min；
2)如果搅拌车驱动***所需功率P驱动与搅拌***所需功率P搅拌之和大于发动机额定功率P发动机的A％(发动机满负荷工作时，效率太低)，或车速vi高于vstable(车速高，搅拌罐高速旋转在转弯及颠簸时容易倾翻)时，则拌罐转速变为(3-5)r/min。
二)如果搅拌罐反转，则
无论何时，搅拌罐反转转速都控制在
上述实施例中，(3-5)r/min的转速、95％m总、20％m总、5％m总、2Vρ水、2-3分钟等这些界限值，都是根据不同车辆实车实验获得的，与搅拌物料的差异也有关，因此并不作唯一限定，比如速度可以为(2-4)r/min、95％m总的界限值可以定义为90％m总，20％m总的界限值可以定义为(15％-20％)m总，5％m总界限值可以定义为(5％-10％)m总，其核心意义就是将搅拌罐的重量分为高、中、低三档；高速搅拌时间2-3分钟也并非固定限制，一般来讲5分钟以内均可。所以，上述实施例仅用于说明车辆在什么样的状态下应给予什么样的控制，实验数值并不做唯一限定。
搅拌罐转速的手动控制：
搅拌罐设置手动控制档，手动模式下驾驶员可以通过手动控制档调节搅拌罐的方向及速度，用于搅拌罐的清洗及其它用途。
Claims (3)
1.一种移动式自上料混凝土搅拌车搅拌罐转速控制方法，其特征在于：包括上料过程中的搅拌罐转速控制和上料之后的搅拌罐转速控制两方面：
上料过程中：
1)当装料时，mi＜20％m总而铲斗门就关闭时，此时搅拌罐不转(0r/min)，节省能量；
2)当装料时，达到mi≥20％m总且m总-mi＞2Vρ水，且此时铲斗门关闭时，此时搅拌罐转速控制在(3-5)r/min；
3)当装料时，铲斗门打开，或加水阀打开，或m总-mi≤2Vρ水，或mi＞95％m总时，此时搅拌罐转速控制在
上料之后：
一)如果搅拌罐正转，则
1)如果搅拌车驱动***所需功率P驱动与搅拌***所需功率P搅拌之和小于等于发动机额定功率P发动机的A％，且车速vi不高于vstable时：
a)当m总-mi≤2Vρ水或mi＞95％m总，且搅拌罐从未卸过料，如果搅拌罐在转速下运转未满3分钟，则继续维持此速度；
b)当m总-mi≤2Vρ水或mi＞95％m总，且搅拌罐从未卸过料，而搅拌罐在转速下运转已经满3分钟，则拌罐转速变为(3-5)r/min；
c)当mi≥5％m总，且搅拌罐曾经卸过料，则拌罐转速控制在(3-5)r/min；
d)当mi＜5％m总，且搅拌罐曾经卸过料，则拌罐转速控制在0r/min；
2)如果搅拌车驱动***所需功率P驱动与搅拌***所需功率P搅拌之和大于发动机额定功率P发动机的A％，或车速vi高于时，则拌罐转速变为(3-5)r/min；
二)如果搅拌罐反转，则
无论何时，搅拌罐反转转速都控制在
以上，表示这个值向下取整，g是重力加速度，R是搅拌罐的圆柱筒部分的半径；
load表示装料启动键，“1”表示开始装料，“0”表示开始卸料；
mi表示当前搅拌罐内物料的总重量；
m总表示预先设定的搅拌罐内物料总重量；
bucket表示铲斗出料门的状态，开门为“1”，关门为“0”；
reverse表示搅拌罐的正反转状态，正转为“0”，反转为“1”，正转搅拌，反转卸料；
V表示铲斗的容积；
ρ水表示水的密度；
stop为当mi≥95％m总时启动的计时器，当mi＝95％m总时开始计时，启动时stop为“0”，在设定的速度下搅拌罐旋转达到2-3分钟时stop改为“1”；
vi表示当前车速；
vstable表示搅拌罐自身惯量不能引起倾翻的车速；
P驱动表示驱动***所需功率；
P搅拌表示搅拌***所需功率；
P发动机表示发动机额定功率；
A表示系数，由发动机MAP图确定。
2.根据权利要求1所述的移动式自上料混凝土搅拌车搅拌罐转速控制方法，其特征在于：当搅拌罐正转且当前车辆挂前进或后退档时，车辆控制器优先分配发动机功率给车辆驱动***，其余功率用于搅拌罐的转速控制。
3.根据权利要求1或2所述的移动式自上料混凝土搅拌车搅拌罐转速控制方法，其特征在于：所述搅拌罐转速还包括手动控制：设置一手动控制档，关闭自动控制，驾驶员通过手动控制档调节搅拌罐的方向及转速。
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| 于子旺 等: "混凝土搅拌运输车拌筒恒速控制***数学模型", 《河北理工大学学报》 * |
| 吕其惠 等: "混凝土搅拌输送车液压驱动***恒速控制的设计与研究", 《控制技术》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106994745B (zh) | 2019-02-15 |
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Denomination of invention: A method of rotating speed control for mixing tank of mobile self loading concrete mixer Effective date of registration: 20210326 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Shandong Wendeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: WEIHAI CITY TOWER BUILDING MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980002145 |
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Date of cancellation: 20220310 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Shandong Wendeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: WEIHAI CITY TOWER BUILDING MACHINERY CO.,LTD. Registration number: Y2021980002145 |
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Denomination of invention: A speed control method of mixing tank of mobile self feeding concrete mixer Effective date of registration: 20220322 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Shandong Wendeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: WEIHAI CITY TOWER BUILDING MACHINERY CO.,LTD. Registration number: Y2022980002955 |
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Date of cancellation: 20230309 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Shandong Wendeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: WEIHAI CITY TOWER BUILDING MACHINERY CO.,LTD. Registration number: Y2022980002955 |
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Denomination of invention: A Method of Rotating Speed Control for Mobile Self loading Concrete Mixing Tank Effective date of registration: 20230309 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Shandong Wendeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: WEIHAI CITY TOWER BUILDING MACHINERY CO.,LTD. Registration number: Y2023370000051 |
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Granted publication date: 20190215 Pledgee: Shandong Wendeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: WEIHAI CITY TOWER BUILDING MACHINERY CO.,LTD. Registration number: Y2023370000051 |
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Denomination of invention: A method for controlling the speed of the mixing tank of a mobile self feeding concrete mixer truck Granted publication date: 20190215 Pledgee: Shandong Wendeng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: WEIHAI CITY TOWER BUILDING MACHINERY CO.,LTD. Registration number: Y2024980007171 |