一种移动式混凝土搅拌车的上料系统及控制方法与流程

本发明涉及一种移动式混凝土搅拌车，特别是涉及混凝土搅拌车的物料的上料系统及控制方法。

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，再用运载车辆或人工将混凝土运送到指定位置，耗费大量的人力资源，占地面积较大，且需要动力电源。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。然而混凝土搅拌过程中各种物料的配比，是根据施工的不同需求确定的，且此比例的构成对工程质量起着决定性的作用，故此移动式混凝土搅拌车上料过程中的物料质量控制是移动式混凝土搅拌车的关键技术之一。

目前移动式混凝土搅拌车上拥有称重系统，驾驶员可以通过称重系统所属的触摸屏输入所需的混凝土组分的重量。在驾驶员利用铲斗(水泵)装料的过程中，可以通过屏幕看到已经铲装了多少物料，还余下多少物料没装，但是由于驾驶员无法看到铲斗中还有多少物料，且铲斗(水泵)中的物料下降(水流)速度过快，致使驾驶员无法准确控制装入搅拌罐中的物料质量，影响混凝土各物料配比的精度。

技术实现要素：

针对上述现有状况，本发明提供一种移动式混凝土搅拌车物料的自动上料系统及控制方法。本发明通过在原有系统上加装一个可以进行逻辑判断的控制器，根据混凝土型号、沙子的干湿度及需用的混凝土数量，计算出所需混凝土各组成成分的重量。当驾驶员选择某种物料开始添加后，控制器会实时计算加入此种物料的重量，当加入物料接近所需求的物料重量时，控制器会通过驱动执行器调整进料口的开度，达到调整进料口速度的目的，以保证混凝土各组成物料比例的准确，提高混凝土的质量。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：

首先提供一种移动式混凝土搅拌车的上料系统，包括一控制器，所述控制器中存储有当今应用的各种混凝土的型号、各种沙子的干湿度值，以及各种型号混凝土的成分配比；所述控制器连接人机界面，连接称重系统，连接搅拌罐称重传感器、卸料板位置传感器；所述控制器控制连接两个电磁换向阀，两所述电磁换向阀分别安装在用于控制卸料板开度的液压油路上，以及安装在用于控制水泵流量的液压油路上。

进一步讲，所述用于控制卸料板开度的液压油路包括发动机、液压油泵、电磁换向阀、卸料板油缸、卸料板，所述发动机驱动连接液压油泵，所述液压油泵通过电磁换向阀向卸料板油缸供油，所述卸料板油缸驱动连接卸料板。

进一步讲，所述用于控制水泵流量的液压油路包括发动机、液压油泵、电磁换向阀、液压马达、水泵，所述发动机驱动连接液压油泵，所述液压油泵通过电磁换向阀向液压马达供油，所述液压马达驱动连接水泵。

进一步讲，预配制的混凝土的型号、所选择的沙子的干湿度、预配制的重量，通过所述人机界面输入。

进一步讲，各种型号混凝土的成分配比，预先做好数据库存储于所述控制器中，或者由所述控制器根据混凝土型号自动计算。

其次，本发明提供一种上料的控制方法，包括上固体物料和上水两部分：

1)首先通过所述人机界面输入预配制的混凝土的型号、所选择的沙子的干湿度、预配制的重量；

2)其次由控制器计算出所需的各种配料的重量；

3)人为选择先加固体物料或先加水，通过人机界面点击“开始”按键，加入所选物料；

当加固体物料时，所述控制器给控制卸料板开度的液压油路上的电磁换向阀上电，在加料过程中，控制器根据所述人机界面显示的该物料需用量m_req和已加入量a，控制卸料板的开度，

当m_req-a≥k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，可通过人工粗略控制加料，无需启动控制器控制卸料板开度；k_铲斗形状表示铲斗形状影响系数，k_{物料松散度}表示物料松散度影响系数，k_{液压缸响应}表示液压缸响应速度影响系数，以上三个系数都可以根据长期的工作经验自定义其取值，ρ_物料表示物料密度。

当0＜m_req-a＜k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，改由控制器控制控制卸料板开度。

进一步地：

当0＜m_req-a＜k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，由控制器控制电磁换向阀将卸料板关闭50％；

当0＜m_req-a＜0.5k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，由控制器会控制电磁换向阀将卸料板关闭75％，此处的系数0.5是为进一步控制卸料速度，提高装料的精准度按速度减半确定；

当(m_req-a＝ρ_物料S_卸料口L_{卸料口至搅拌罐})＜0.5k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，由控制器会控制电磁换向阀将卸料板全部关闭，S_卸料口表示卸料口的开口面积，L_{卸料口至搅拌罐}表示铲斗的卸料口至搅拌罐的接料斗的距离。

再进一步地，当加水时，由控制器给控制水泵的液压油路中的电磁换向阀上电，通过所述称重传感器的反馈信息控制水泵的流量。

与已有技术相比，本发明显著的有益效果体现在：

1)通过加入一控制器实现了自动上料的精确可控，减轻了驾驶员的操作负担，驾驶员不用紧盯着触摸屏上的重量，由控制器自动计算并控制加入量。

2)减少了因驾驶的反映速度和误操作引起的混凝土各物料组份的偏差。

3)提升了移动式混凝土搅拌车的自动化程度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

图1为混凝土搅拌车上料系统与驾驶员的交互界面；

图2为混凝土搅拌车上料系统控制简图；

图3为本发明移动式混凝土搅拌车固体物料上料系统控制图；

图4为本发明移动式混凝土搅拌车水上料系统控制图。

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，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，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。

为了解决控制加入量，使其不超标的问题，本发明通过在原有系统上加装一个可以进行逻辑判断的控制器来控制。加装后混凝土搅拌车称重系统的人机交互界面如图1所示，通过该界面输入或显示的内容包含有预制混凝土的型号，预制混凝土的重量，制备时所选择的沙子的干湿度，沙子、水、水泥、石子的需用量以及已加入量。

如图2所示，控制器中可以将当今用到的混凝土型号及沙子的干湿度指标存储于内存中，内存中储有当今混凝土型号数据库和沙子干湿度数据库，当然以后也可以增加新增的数据。所以可以通过界面人为选择所要配制的混凝土型号、所用沙子的干湿度、所要配制的总重量。由于混凝土的型号确定后，混凝土的成分组成及各组分的比例，不同干湿度下沙子的含水量将被确定，所以当选择了某种型号的混凝土后，其配料比自然已经确定，所以可控制器中也置有相应型号混凝土配料的配比数据库，也可以通过算法根据混凝土型号自动计算，所以需用的沙子、水、水泥、石子的用量也显示在界面上。匹配完成后，通过界面点击某一种物料下的“开始”按钮，就会开始添加该种物料，称重系统自动称取罐重，控制器会记录原搅拌罐重量，并根据搅拌罐的重量增加量实时计算加入此种物料的重量，并在界面上显示当前搅拌罐中已加入的量。

何时控制加入量，如何控制加入量，使其既不超量也不少量，是控制器控制的关键。当加入物料达到(接近)所需求的物料重量时，控制器应能通过驱动执行器关闭(调整进料口的开度，达到调整进料口速度的目的)，以保证混凝土各组成物料比例的准确，提高混凝土的质量。由于固体型物料是由铲斗添加的，水是由供水马达驱动水泵添加的，所以分别设计对固体物料和水的控制如图3、4所示。

如图3所示，混凝土搅拌车上铲斗的卸料口处设有卸料板5，由卸料板油缸4控制其开度，当铲斗举升到接料斗上方后，卸料板油缸4打开卸料板，铲斗中的物料释放到接料斗中。本发明在上料系统中加入一控制器9，对于液压驱动车辆，控制器9直接控制一电磁换向阀3；电磁换向阀3置于发动机1驱动的液压油泵2的供油油路上，该液压油路用于驱动卸料板油缸4，电磁换向阀3工作端连接卸料板油缸4，卸料板油缸4的活塞杆连接所述的卸料板5。发动机1驱动液压油泵2工作，而液压油泵2可以经过电磁换向阀3向卸料板油缸4供油，作为油缸活塞杆伸缩的动力源；卸料板油缸4的活塞杆连接卸料板5，带动卸料板5开启或关闭铲斗卸料口。本发明中加入控制器9控制电磁换向阀3的上电，电磁换向阀3电磁铁的上电方位不同，会造成卸料板油缸4内有杆腔和无杆腔的液体压力不同、流向不同，所以活塞杆产生伸或缩的动作。称重系统7可以称搅拌罐6中物料的重量，并将其结果传递给控制器9，并在人机界面10上显示出来。在上料过程中，通过人机界面10可以显示需要加入的该物料总量，也可以由驾驶员11输入，屏幕上也可看到搅拌罐中已有的物料量。称重系统7实时称取搅拌罐6的重量，控制器9根据驾驶员输入的需求物料量与目前已经加入罐中的物料量进行比较，当已加入的物料量小于需求量时，继续加入物料；当已经加入的物料数量等于需求量时，控制器则发出指令换开电磁换向阀3，推动卸料油缸4，带动卸料板5将卸料口关闭，停止向搅拌罐加入物料。

为了准确控制卸料板5的开度，在卸料板油缸活塞杆上或铲斗上安装位置传感器8，控制器9通过位置传感器8的反馈量精确控制卸料板的开度。首先，根据本次预加入的该物料总量m_req，设搅拌罐原始重量为m₀，系统会利用原始搅拌罐的重量计算物料达到需求时的搅拌罐总重量m_stop，理论上m_stop＝m_req+m₀时物料加足。

由于驾驶员在装料过程中，搅拌罐的重量是逐渐增大的，设m_i＝m₀+a，a是物料已加入量，称重系统可以实时称取m_i的重量。当m_stop-m_i＞0时，说明m_req＞a，物料还没有加够。结合现有技术下罐体到铲斗的惯常距离，经验证如果m_req-a≥k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料，说明物料还有相当的一定量才能加够(相当于0.3米³的物料)，k_铲斗形状表示铲斗形状影响系数，k_{物料松散度}表示物料松散度影响系数，k_{液压缸响应}表示液压缸响应速度影响系数，以上三个系数都可以根据长期的工作经验自定义其取值，ρ_物料表示物料密度。而这些量是完全可控制的，此时可以通过人工粗略控制加料。

而当0＜m_req-a＜k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，说明物料即将加够，需要开始精确控制进量，系统发出蜂鸣声音提示驾驶员已装载的物料重量接近m_req，并将卸料铲斗的控制权交给控制器，由控制器控制电磁换向阀，此时驾驶员的人为操作卸料板无效：

进一步讲，

当0＜m_req-a＜k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，此时控制器会控制电磁换向阀将卸料板关闭50％；

当0＜m_req-a＜0.5k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，此时控制器会控制电磁换向阀将卸料板关闭75％；

当m_req-a＝ρ_物料S_卸料口L_{卸料口至搅拌罐}且＜0.5k_铲斗形状k_{物料松散度}k_{液压缸响应}ρ_物料时，说明卸料口外的物料已达到预定的重量，此时控制器会控制电磁换向阀将卸料板完全关闭，S_卸料口表示卸料口的开口面积，L_{卸料口至搅拌罐}表示铲斗的卸料口至搅拌罐的接料斗的距离。

整个过程只需驾驶员在人机界面上选择混凝土型号、重量、沙子湿度，点击“开始”按钮，利用铲斗向搅拌罐中铲装物料即可，当物料达到需求量时，卸料板将自行关闭，无需驾驶员控制及关注已加入的物料量。固体物料加足后，再根据设定比例加入水，达到总重量要求即可。

加水的方法与固体物料相同，如图4所示，也是由控制器9控制用于驱动水泵的液压油路，控制器9直接控制一电磁换向阀13；电磁换向阀13置于发动机1驱动的液压油泵12的供油油路上，电磁换向阀13的工作端连接液压马达14，液压马达14传递扭矩给水泵15。固体物料和水分别各用一套液压油路，但是控制器可以用一个。控制器9实时监测搅拌罐6的总重量是否达到要求，如果没到就继续加水，直到达到要求的重量为止，由于此间只有加水，且只需控制总重量，所以不需要设置位置传感器，只在称重系统中设置称重传感器16即可。

优选地，上述电磁换向阀3、13选用三位四通阀，O型、X型、H型等都可以。