CN101450511A - 一种搅拌运输车及其搅拌筒控制装置 - Google Patents

一种搅拌运输车及其搅拌筒控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种搅拌运输车及其搅拌筒控制装置，其中搅拌运输车搅拌筒控制装置，包括操作控制器，还包括：一电子控制器，与操作控制器电性连接，用于根据操作控制器的操作指令控制搅拌车的搅拌筒工作，并控制搅拌筒在搅拌运输车行驶过程中保持恒速旋转；一油泵执行器，与电子控制器电性连接，用于根据电子控制器的控制指令控制搅拌筒的工作状态；一油门执行器，与电子控制器电性连接，用于根据电子控制器的控制指令控制搅拌运输车发动机的转速；一转速传感器，与电子控制器电连接，用于检测搅拌筒的转速，并将搅拌筒的转速脉冲信号反馈至电子控制器，本发明有遥控近控两套操作方式，且能控制恒速，安装简便，操作简单，可降低成本。

Description

一种搅拌运输车及其搅拌筒控制装置
技术领域
本发明属于一种搅拌运输机械，尤其是涉及一种采用机械油泵控制搅拌筒的搅拌运输车及其电子控制装置。
背景技术
目前，在市面上常用的搅拌运输车，其控制搅拌筒转速装置一般采用电控油泵式和机械油泵式。前者，设备成本较高，后者虽然机械式油泵成本较低，但在自动控制方面尚没有更好的电控产品。
针对机械油泵式控制装置，搅拌车操纵系统目前采用的是机械连杆结构，如图1所示，其主要由油泵变量杆11、驾驶室操纵软轴12、油门控制拉杆13、油泵控制推拉杆14、操纵手柄15、室内操纵16、定位装置17等组成，其主要功能是通过操纵手柄15、机械传动控制油泵变量杆11来改变油泵的排量及排油方向，从而改变马达转速和旋向，最终实现搅拌筒正、反转及中位停止的功能；通过油门控制拉杆13改变发动机转速，提高搅拌车进、出料速度的功能，从而完成进料、搅拌、搅动、停转和出料的功能。
但是在搅拌车运输过程中，搅拌筒的转速是随着发动机转速的变化而变化的。液压系统的工作特性：变量泵——定量马达组成了闭式系统，液压马达的输出转速用公式n2＝(q1/q2)n1求得。
其中q1………………………油泵的排量
    q2………………………马达的排量
    n1………………………油泵的转速
行车时，油泵的转速n1即发动机的转速是随时变化的，而定量马达的排量q2是一定值，由于操作手柄置于搅动档，油泵变量杆的摆角是固定的，故油泵的排量q1也是一定值，那么当发动机转速变化时，油泵的转速n1也随之变化，由公式可知液压马达的转速n2会随着发生变化，而马达的转速n2与搅拌筒转速之间的速比为i＝6.94，则搅拌筒的转速也会随着发动机转速的变化而变化，无法实现搅拌筒的恒转速功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机械油泵控制搅拌筒的搅拌运输车及其电子控制装置，其能够实现搅拌车运输过程中搅拌筒的恒转速功能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种搅拌运输车搅拌筒控制装置，包括操作控制器，还包括：
一电子控制器，与所述操作控制器电性连接，用于根据所述操作控制器的操作指令控制所述搅拌车的搅拌筒工作，并控制所述搅拌筒在所述搅拌运输车行驶过程中保持恒速旋转；
一油泵执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌筒的工作状态；
一油门执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌运输车发动机的转速；
一转速传感器，与所述电子控制器电连接，用于检测所述搅拌筒的转速，并将所述搅拌筒的转速脉冲信号反馈至所述电子控制器。
上述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其中，所述油泵执行器是通过调整油泵变量杆的旋转角度来调节油泵排量大小，来实现在所述搅拌运输车在行驶过程中保持所述搅拌筒恒速。
上述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其中，所述油门执行器通过油门拉线来调整所述发动机的转速。
上述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其中，所述操作控制器为近控式电控柜和/或遥控式操作控制器。
上述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其中，所述转速传感器设置在连接所述搅拌筒的减速机上。
上述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其中，所述电子控制器又包括：主控制器、操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路；所述主控制器分别与所述操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路连接，所述操作信号处理电路连接所述操作控制器，所述油泵电机驱动电路连接所述油泵执行器，所述油门电机驱动电路连接所述油门执行器，所述脉冲信号处理电路连接所述转速传感器。
上述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其中，所述操作信号处理电路又包括：遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路以及近控/遥控切换电路；
所述近控/遥控切换电路分别与所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路连接，用于控制近控/遥控操作方式的切换；
所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路分别通过开关电路分别控制所述油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路工作。
上述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其中，所述主控制器为汽车级中央处理器。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种采用机械油泵控制搅拌筒的搅拌运输车，包括搅拌筒控制装置，其中，所述搅拌筒控制装置，包括：
一操作控制器，用于输入操作控制指令；
一电子控制器，与所述操作控制器电性连接，用于根据所述操作控制器的操作指令控制所述搅拌车的搅拌筒工作，并控制所述搅拌筒在所述搅拌运输车行驶过程中保持恒速旋转；
一油泵执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌筒的工作状态；
一油门执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌运输车发动机的转速；
一转速传感器，与所述电子控制器电连接，用于检测所述搅拌筒的转速，并将所述搅拌筒的转速脉冲信号反馈至所述电子控制器。
上述搅拌运输车，其中，所述油泵执行器是通过调整油泵变量杆的旋转角度来调节油泵排量大小，来实现在所述搅拌运输车在行驶过程中保持所述搅拌筒恒速。
上述的搅拌运输车，其中，所述油门执行器通过油门拉线来调整所述发动机的转速。
上述的搅拌运输车，其中，所述操作控制器为近控式电控柜和/或遥控式操作控制器。
上述的搅拌运输车，其中，所述转速传感器设置在连接所述搅拌筒的减速机上。
上述的搅拌运输车，其中，所述电子控制器又包括：主控制器、操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路；所述主控制器分别与所述操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路连接，所述操作信号处理电路连接所述操作控制器，所述油泵电机驱动电路连接所述油泵执行器，所述油门电机驱动电路连接所述油门执行器，所述脉冲信号处理电路连接所述转速传感器。
上述的搅拌运输车，其中，所述操作信号处理电路又包括：遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路以及近控/遥控切换电路；
所述近控/遥控切换电路分别与所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路连接，用于控制近控/遥控操作方式的切换；
所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路分别通过开关电路分别控制所述油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路工作。
采用上述方案，通过电子控制器发出指令来控制油泵执行器拉杆的旋转角度，可以改变油泵的排量及排油方向，从而改变马达转速和旋向，实现搅拌筒正、反转及中位停止的功能，最终完成搅拌车进料、停止、出料功能；通过电子控制器发出指令来控制油门执行器拉杆的旋转角度可以改变发动机转速，以提高或降低进、出料速度；并通过先进的微电脑技术，采样液压马达的转速脉冲，不断调整油泵执行器拉杆的旋转角度，以便调节油泵排量大小，实现在行驶过程中保持搅拌筒恒速。
通过软件和硬件相结合，形成完整的一套解决方案，完全实现由电子来控制，实现搅拌车的恒速控制功能，并且增加遥控控制系统，形成近控和遥控的两套控制方案，满足不同场合的控制需求。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为公知技术搅拌车操纵系统示意图；
图2为本发明电子控制操作系统组成示意图；
图3为本发明电子控制操作系统模块组成示意图；
图4为本发明电子控制系统原理示意图；
图5为本发明一实施例采用霍尔效应转速传感器采集液压马达的转速脉冲示意图；
图6为本发明油泵执行器÷油泵变量杆和油泵的连接关系示意图。
其中，附图标记
11   油泵变量杆
12   驾驶室操纵软轴
13   油门控制拉杆
14   油泵控制推拉杆
15   操纵手柄
16   室内操纵
17   定位装置
21   近控柜
22   油泵执行器
23   油泵变量杆
24   油门执行器
25   油门拉线
26   控制电线束
27   转速传感器
28   控制器
29   遥控器
41   遥控器模块
42   近控柜模块
43   主控制器模块
44   油门执行器模块
45  油泵执行器模块
46  转速反馈电路模块
61  定位板
62  油泵
具体实施方式
请参考图2，为本发明电子控制操作系统组成示意图，如图所示，电子控制操作系统主要由近控柜21、油泵执行器22、油泵变量杆23、油门执行器24、油门拉线25、控制电线束26、转速传感器27、遥控器29、控制器28等组成，其主要功能是通过电子控制器发出指令来控制油泵执行器22和油门执行器24拉杆的旋转角度，实现搅拌筒正、反转、中位停止以及发动机加、减速的功能，从而完成搅拌车进料、停止、出料功能，并通过先进的微电脑技术，采样液压马达的转速脉冲，不断调整油泵执行器22拉杆的旋转角度，以便调节油泵排量大小，实现在行驶过程中保持搅拌筒恒速，请参考图6，为本发明油泵执行器、油泵变量杆和油泵的连接关系示意图，如图所示，一定位板61用螺栓与油泵62连接，油泵变量杆23一端与定位板61用球透连接，油泵变量杆23的另一端与油泵执行器22摆臂用球头连接，从而实现油泵执行器22控制油泵变量杆23的旋转角度，通过油泵变量杆23的旋转改变油泵的排量及排油方向，从而改变马达转速和旋向，实现搅拌筒正、反转及中位停止的功能，最终完成搅拌车进料、停止、出料功能；另外通过改变发动机转速，可以提高进、出料速度，请结合参考图3，为本发明上述电子控制操作系统模块组成示意图。
本系统通过软件和硬件相结合，形成完整的一套解决方案，完全实现由电子来控制，实现搅拌车的恒速控制功能，并且增加遥控控制系统，形成近控和遥控的两套控制方案，满足不同场合的控制需求。
请结合参考图2、图3和图4，其中图4为本发明电子控制系统原理示意图，也是相应图3的模块组成的具体电路示意图，如图所示，其包括有遥控器模块41、近控柜模块42、主控制器模块43、油门执行器模块44、油泵执行器模块45、转速反馈电路模块46，下面详细说明本发明控制系统的硬件组成，其主要包括：
主控制器，其又包括电源管理模块、微处理器(CPU)、限位信号处理电路模块、脉冲信号处理电路模块以及油门、油泵驱动电路模块、遥控器解码电路模块。在本发明一较佳实施例中，主控制器采用飞思卡尔汽车级CPU，工作温度-40～+125℃；采用智能无触点H桥全保护电机控制芯片，可以自我保护，自我诊断；通过先进的微电脑技术，采样液压马达的转速脉冲，不断调整执行机构的旋转角度，以便调节油泵排量大小，实现在行驶过程中保持搅拌筒恒速；有两种方式控制搅拌筒的状态，遥控和近控，遥控和近控功能一致，可以互相切换，可以分别控制搅拌筒的进料、出料、停止、恒速、油门加、油门减，其正常工作电压为24V DC，最大电流为5A，但并不以此为限。
近控柜，包括进料、出料、停止、恒速、油门加速、油门减速开关以及近控、遥控转换开关和紧急出料开关。
搅拌筒转速检测反馈输入，在一较佳实施例中，采用霍尔效应转速传感器采集液压马达的转速脉冲，但并不以此为限，如图5所示，其中霍尔效应转速传感器：
A.工作电压：18-36V；
B.检测参数：齿轮模数≥2，测试频率：2～6.5kHz
C.输出波形：矩形方波，高电平；
D.工作温度：-40℃～120℃
E.电流消耗：最大30mA；
F.具备短路保护及反极性保护；
G.具备电磁兼容性；
H.保护等级：IP67；
I.测量面耐压：10bar
油泵执行器，包括执行电机和减速传动装置，接受控制器指令，通过摆臂左右摆动，拉动拉杆，调节油泵排量大小，并改变搅拌筒转向。在一较佳实施例中，其相应参数可为：
A.工作电压：24V DC
B.功率负载(拉力)：4kg
C.电机功率：120W
D.工作温度：-40～120℃
E.保护等级：IP65
F.性能：摆臂的中心位置能做360°选择，摆动幅度为左右各40°
油门执行器，包括执行电机和减速传动装置，接受控制器指令，通过摆臂左右摆动，拉动油门拉线，调节发动机转速。在一较佳实施例中，其相应参数可为：
A.工作电压：24V DC
B.功率负载(拉力)：4kg
C.电机功率：120W
D.工作温度：-40～120℃
E.保护等级：IP65
F.性能：摆臂的中心位置能做360°选择，摆动幅度60°
工业遥控发射器，举例来说，其使用一节23A12V电池，遥控距离约20米，按键共六键，分别为进料、出料、停止、恒速、油门加和油门减，使用频率433MHZ，但并不以此为限。
下面来具体说明一下本发明的一实施例的电子控制原理，本发明通过遥控器或近控柜上开关按键输入各种开关量信号如：进料、出料、停止等，控制器接收到信号后，按照已设定的程序，自动地进行信息的处理、分析、和计算，采用PWM输出方式控制油泵、油门执行器中电机的运转，采用无触点H桥驱动电路来改变电机的换向，并通过减速及传动机构来调整油泵、油门执行器拉杆的旋转角度，进而调节泵的排量和排油方向，以实现搅拌筒正、反转、中位停止以及发动机加、减速的功能，从而完成搅拌车进料、停止、出料及提高进、出料速度功能。
在搅拌车运输过程中，按下恒速键，启动恒速功能，安装在减速机上的转速传感器连续采样液压马达的转速脉冲(由于马达的转速与搅拌筒转速之间的速比为i＝6.94，故可认为间接采样搅拌筒转速)，并将此脉冲信号输入给控制器，控制器CPU将检测到的信号进行比较、分析、处理后，发出控制指令给油泵执行器，以调整油泵执行器拉杆的旋转角度，进而调节泵的斜盘倾角和排量大小，实现在行驶过程中保持搅拌筒恒速。在一较佳实施例中，本系统采用位置型PID控制算法实现恒速功能。
电子控制操作系统有两种操作方式：遥控和近控，遥控和近控功能一致，可以互相切换。
在一较佳实施例中，遥控方式可具体实施为打开车尾电控柜，将转换开关旋至遥控档位；分别按遥控器进料、出料、停止、油门加速、油门减速键可实现进料、出料、停止、改变发动机转速提高进、出料速度功能；进料、出料键具有分档加速功能，停止键兼有进料、出料减速功能；先按进料键，再按恒速键，可实现搅拌筒恒速功能，将搅拌筒转速控制在2±0.5转/分；进、出料功能键互锁，需通过停止键切换。在一较佳实施例中，近控方式可具体实施为打开车尾电控柜，将转换开关旋至近控档位；分别按电控柜进料、出料、停止按键可实现进料、出料、停止功能；进料、出料键具有分档加速功能，停止键兼有进料、出料减速功能；先按进料键，再按恒速键，可实现搅拌筒恒速功能，将搅拌筒转速控制在2±0.5转/分；进、出料功能键互锁，需通过停止键切换；将调节发动机转速钮旋至转速+，点拨则可以提高发动机转速，提高进、出料速度；反之，旋至转速-，点拨则可以降低发动机转速，降低进、出料速度。值得注意的是：一般情况下，不得按紧急出料键，当控制器发生故障时，可以按紧急出料键将混凝土排出。
由上所述，本发明搅拌运输车及其搅拌筒电子控制装置主要有以下优点：
1.安装简便，美观，降低成本；
2.操作简单，降低劳动强度，有遥控和近控两套操作方式，可满足不同场合的控制需求；
3.有恒速控制功能，有利于提高混凝土的匀质性。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1、一种搅拌运输车搅拌筒控制装置，包括操作控制器，其特征在于，还包括：
一电子控制器，与所述操作控制器电性连接，用于根据所述操作控制器的操作指令控制所述搅拌车的搅拌筒工作，并控制所述搅拌筒在所述搅拌运输车行驶过程中保持恒速旋转；
一油泵执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌筒的工作状态；
一油门执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌运输车发动机的转速；
一转速传感器，与所述电子控制器电连接，用于检测所述搅拌筒的转速，并将所述搅拌筒的转速脉冲信号反馈至所述电子控制器。
2、根据权利要求1所述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其特征在于，所述油泵执行器是通过调整油泵变量杆的旋转角度来调节油泵排量大小，来实现在所述搅拌运输车在行驶过程中保持所述搅拌筒恒速。
3、根据权利要求1所述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其特征在于，所述油门执行器通过油门拉线来调整所述发动机的转速。
4、根据权利要求1所述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其特征在于，所述操作控制器为近控式电控柜和/或遥控式操作控制器。
5、根据权利要求1所述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其特征在于，所述转速传感器设置在连接所述搅拌筒的减速机上。
6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其特征在于，所述电子控制器又包括：主控制器、操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路；所述主控制器分别与所述操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路连接，所述操作信号处理电路连接所述操作控制器，所述油泵电机驱动电路连接所述油泵执行器，所述油门电机驱动电路连接所述油门执行器，所述脉冲信号处理电路连接所述转速传感器。
7、根据权利要求6所述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其特征在于，所述操作信号处理电路又包括：遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路以及近控/遥控切换电路；
所述近控/遥控切换电路分别与所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路连接，用于控制近控/遥控操作方式的切换；
所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路分别通过开关电路分别控制所述油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路工作。
8、根据权利要求6所述的搅拌运输车搅拌筒控制装置，其特征在于，所述主控制器为汽车级中央处理器。
9、一种采用机械油泵控制搅拌筒的搅拌运输车，包括：搅拌筒控制装置，其特征在于，所述搅拌筒控制装置，包括：
一操作控制器，用于输入操作控制指令；
一电子控制器，与所述操作控制器电性连接，用于根据所述操作控制器的操作指令控制所述搅拌车的搅拌筒工作，并控制所述搅拌筒在所述搅拌运输车行驶过程中保持恒速旋转；
一油泵执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌筒的工作状态；
一油门执行器，与所述电子控制器电性连接，用于根据所述电子控制器的控制指令控制所述搅拌运输车发动机的转速；
一转速传感器，与所述电子控制器电连接，用于检测所述搅拌筒的转速，并将所述搅拌筒的转速脉冲信号反馈至所述电子控制器。
10、根据权利要求9所述搅拌运输车，其特征在于，所述油泵执行器是通过调整油泵变量杆的旋转角度来调节油泵排量大小，来实现在所述搅拌运输车在行驶过程中保持所述搅拌筒恒速。
11、根据权利要求9所述的搅拌运输车，其特征在于，所述油门执行器通过油门拉线来调整所述发动机的转速。
12、根据权利要求9所述的搅拌运输车，其特征在于，所述操作控制器为近控式电控柜和/或遥控式操作控制器。
13、根据权利要求9所述的搅拌运输车，其特征在于，所述转速传感器设置在连接所述搅拌筒的减速机上。
14、根据权利要求9、10、11、12或13所述的搅拌运输车，其特征在于，所述电子控制器又包括：主控制器、操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路；所述主控制器分别与所述操作信号处理电路、油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路、脉冲信号处理电路连接，所述操作信号处理电路连接所述操作控制器，所述油泵电机驱动电路连接所述油泵执行器，所述油门电机驱动电路连接所述油门执行器，所述脉冲信号处理电路连接所述转速传感器。
15、根据权利要求14所述的搅拌运输车，其特征在于，所述操作信号处理电路又包括：遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路以及近控/遥控切换电路；
所述近控/遥控切换电路分别与所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路连接，用于控制近控/遥控操作方式的切换；
所述遥控器控制电路、油泵电机限位信号处理电路、油门电机限位信号处理电路分别通过开关电路分别控制所述油泵电机驱动电路、油门电机驱动电路工作。
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