CN102003381B - 泵送油缸行程监测装置及方法和缓冲孔的优化布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泵送油缸行程监测装置及方法和缓冲孔的优化布置方法。该泵送油缸行程监测装置包括：压轮，抵压在活塞杆上并且压轮具有沿活塞杆的轴向滚动的结构；长度变化可测量的拉线，与压轮连接。该泵送油缸行程监测方法，使用前面的泵送油缸行程监测装置。该泵送油缸的缓冲孔的优化布置方法，使用前面的泵送油缸行程监测方法测量泵送油缸行程，采集泵送油缸的换向信号，折算出油缸的缓冲距离。本发明可以方便地得到油缸的行程，判断泵送单元的泵送效率，从而推算出最优的缓冲孔设计位置，使得泵送系统工作效率最大化。本发明也可用于泵送产品的调试，提高调试效率。

Description

泵送油缸行程监测装置及方法和缓冲孔的优化布置方法

技术领域

本发明涉及一种泵送油缸行程监测装置及方法和缓冲孔的布置方法。

背景技术

混凝土泵送油缸有两个活塞，一个活塞在油缸内，另一个活塞在混凝土缸内，两个活塞通过活塞杆连接。如图1所示，混凝土缸10与油缸20之间有一水箱30，只有水箱中的活塞杆40是暴露在外面的。混凝土泵送油缸依靠油缸20中密封的液压油，通过连接油缸20和混凝土缸10的活塞杆40，推动混凝土缸中的混凝土前进。在泵送混凝土的过程中，活塞杆除了有沿油缸和混凝土缸方向的平动，还伴有转动。

现有技术的主要测量混凝土泵送油缸的行程的方式有：

1、对于普通油缸，通过在油缸上固定位移传感器，传感器的另一头固定在油缸杆的端部，在油缸杆运动的同时带动传感器，这样就可以由位移传感器测出油缸的运动。但这种方法只能用于油缸杆外露的油缸，对于泵送油缸这种特殊油缸是不适用的。

2、通过对油缸内部结构进行改造、在内部嵌入传感器等形式，以测得油缸的行程。但这种方法需要对油缸进行改造，成本非常高，且不具有通用性。

3、专利申请号为ZL 200610155055.5的专利中提出一种测泵送油缸行程的方法，是利用拉线式位移传感器和一个固定滑轮装置来测得油缸的行程。但该方法没有考虑到泵送油缸的活塞杆在平动的同时会伴有转动，在实际工况时一旦活塞杆转动，测试就是无效的。

目前，用上述方法很难测出混凝土泵送油缸的行程，因此也很难判断由行程偏差导致的混凝土泵送效率，从而无法得到最优的油缸两端缓冲孔设计位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泵送油缸行程监测装置及方法，以解决现有的泵送油缸行程监测装置难以准确测量泵送油缸的行程等问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种泵送油缸行程监测装置，包括：压轮，抵压在活塞杆上并且压轮具有沿活塞杆的轴向滚动的结构；长度变化可测量的拉线，与压轮连接。

进一步地，泵送油缸行程监测装置还包括：拉线式位移传感器，与拉线连接。

进一步地，压轮为橡胶轮。

进一步地，压轮包括：平行活塞杆的转轴、在活塞杆上滚动的滚轮部和与滚轮部连接的绕线部，转轴与滚轮部连接，拉线缠绕在绕线部上，滚轮部与绕线部直径相同并同轴并排设置。

进一步地，压轮包括：平行活塞杆的转轴和在活塞杆上滚动的滚轮部，滚轮部上设有绕线槽，拉线缠绕在绕线槽上。

进一步地，泵送油缸行程监测装置还包括：安装架，设置在水箱上，其中，拉线式位移传感器设置在安装架上。

进一步地，压轮的转轴连接在安装架上。

进一步地，安装架上设有将压轮抵压在活塞杆上的弹性装置。

进一步地，弹性装置包括：可滑动地设置在安装架上的连接杆，连接杆连接压轮的转轴与安装架；设置在安装架与连接杆之间的压缩弹簧。

进一步地，安装架包括上横梁和下横梁，拉线式位移传感器设置在上横梁上，弹性装置设置在下横梁上，压轮的转轴与活塞杆的轴向平行，拉线的绕线方向与压轮的转轴垂直。

本发明还提供了一种泵送油缸行程监测方法，使用前述的泵送油缸行程监测装置，将压轮抵压在活塞杆上并使压轮沿活塞杆的轴向滚动，测量拉线的长度变化，其中，泵送油缸行程等于拉线的长度变化。

本发明还提供了一种泵送油缸的缓冲孔的优化布置方法，包括：在油缸上预设两个缓冲孔，根据前述的泵送油缸行程监测方法得到泵送油缸行程；采集泵送油缸的换向信号；根据泵送油缸行程和泵送油缸的换向信号，得到泵送油缸的缓冲距离；根据缓冲距离，在泵送油缸上进行缓冲孔的位置优化。

进一步地，“根据缓冲距离，在泵送油缸上进行缓冲孔的位置优化”包括：按照以下公式计算泵送油缸的吸料和推料效率：

其中，η为吸料和推料效率，S₁为泵送油缸的前端的缓冲距离，S₂为泵送油缸的后端的缓冲距离，L为泵送油缸的设计行程；Z、Y分别是缓冲孔与其最接近的油缸端面距离，两个缓冲孔的距离为L-Z-Y；根据不同工况下的泵送油缸缓冲距离以及最大吸料和推料效率，确定泵送油缸的缓冲孔位置。

由于采用压轮抵压在活塞杆上，并且压轮沿活塞杆的轴向滚动，所以在泵送油缸的工作中，通过测量压轮沿活塞杆的滚动距离即计算拉线的长度变化，就可以准确测量出活塞杆的轴向移动距离，并且，压轮不会相对于活塞杆径向转动，所以无论活塞杆是否径向转动，都不影响对活塞杆的轴向移动距离的测量，因而，本发明克服了现有的泵送油缸行程监测装置难以准确测量泵送油缸的行程等问题，进而达到了结构简单、成本低、适用范围广的效果。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示意性示出了现有的泵送油缸的连接结构；

图2示意性示出了根据本发明实施例的泵送油缸行程监测装置的主视结构，其中，去除了水箱；

图3示意性示出了根据本发明实施例的泵送油缸行程监测装置的弹性装置的结构；

图4示意性示出了根据本发明实施例的具有缓冲孔的泵送油缸的结构；以及

图5示意性示出了同步测得的泵送油缸的行程、换向信号与时间的关系曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，根据本发明实施例的泵送油缸行程监测装置包括：压轮50，抵压在活塞杆40上，并且压轮50具有沿活塞杆40的轴向滚动的结构；长度变化可测量的拉线90，与压轮50连接。

压轮50抵压在活塞杆40上，并且压轮50具有可沿活塞杆40的轴向滚动的结构，也即，压轮50的滚动方向与活塞杆40的轴向一致，压轮50的转轴与活塞杆40的轴向垂直。活塞杆40运动时，压轮50相对活塞杆40的轴向滚动，并且压轮50不会相对于活塞杆40径向转动，即活塞杆40径向转动时，压轮50也只做相对活塞杆40的轴向滚动。

拉线90可以为带有刻度的标线或标尺或绳，例如为金属线或无拉伸形变的绳或线等，也可以不带刻度。拉线90要收放自如，收放的同时要保证线的张紧，例如通过卷环、卷筒或拉线式位移传感器实现张紧。拉线90与压轮50连接，例如，将拉线90缠绕在压轮50的圆周上。这样拉线90移动的距离也就是压轮50相对活塞杆40轴向滚动的距离。当然，还可以将拉线90连接在压轮50的其他位置，只不过需要进行通过该位置与压轮50的转轴的距离与压轮50的圆周半径进行换算从而得出这种情况下压轮50相对活塞杆40轴向滚动的距离。

由于采用压轮50抵压在活塞杆40上，并且压轮50沿活塞杆40的轴向滚动，所以在泵送油缸的工作中，通过测量压轮50沿活塞杆40的滚动距离即计算拉线90的长度变化，就可以准确测量出活塞杆40的轴向移动距离。测量时，可以将拉线90的一端设置在一个支架上，也可以用手拿住这一端。并且，压轮50不会相对于活塞杆40径向转动，所以无论活塞杆40是否径向转动，都不影响对活塞杆40的轴向移动距离的测量，因而，本发明克服了现有的泵送油缸行程监测装置难以准确测量泵送油缸的行程等问题，进而达到了结构简单、成本低、适用范围广的效果。

进一步地，如图2所示，泵送油缸行程监测装置还包括：拉线式位移传感器60，与拉线90连接。这样，就可以通过拉线式位移传感器60自动测量压轮50的滚动距离，测量更加方便、准确。

进一步地，如图2所示，泵送油缸行程监测装置还包括：安装架70，设置在水箱30(图中为示意的方便，没有示出)上，拉线式位移传感器60设置在安装架70上。这样，在油缸振动的工作条件下，安装架70相对水箱30不振动，使得拉线式位移传感器60可以稳定、准确地进行测量。进一步地，如图2所示，安装架70上设有将压轮50抵压在活塞杆40上的弹性装置80。这样，可以将压轮50压紧在活塞杆40上，使压轮50不会脱离活塞杆40，从而使压轮50的转动的距离与活塞杆40的移动的距离一致，测量的结果更为准确。

进一步地，如图3所示，弹性装置80包括：可滑动地设置在安装架70上的连接杆81，连接杆81连接压轮50的转轴与安装架70；设置在安装架70与连接杆81之间的压缩弹簧83。安装架70包括上横梁71和下横梁73，上横梁71和下横梁73可以平行设置。拉线式位移传感器60设置在上横梁71上，弹性装置80设置在下横梁73上，压轮50的转轴与活塞杆40的轴向平行，拉线90的绕线方向与压轮50的转轴垂直，这样能够使得拉线90的长度变化与压轮50的圆周的转动的距离相同，从而保证压轮50转动距离的准确测量，而不会出现拉线90的运动方向与压轮50的转轴不垂直而造成的拉线90的长度变化大于压轮50的圆周转动距离的现象。压轮50的转轴的两端设有轴向延伸的延伸杆77，连接杆81连接在下横梁73与延伸杆77之间。这样，可以使压轮50能够稳定地在活塞杆40上滚动，而不会脱离活塞杆40。而且这种结构较为简单，成本低。

进一步地，压轮50为橡胶轮。这样，可以具有一定的弹性，起到防滑作用，便于滚动，便于更换。

进一步地，如图3所示，压轮50包括：平行活塞杆40的转轴、在活塞杆40上滚动的滚轮部53和与滚轮部53连接的绕线部55，转轴与滚轮部53连接，拉线缠绕在绕线部55上，滚轮部53与绕线部55直径相同并同轴并排设置。

在活塞杆40上滚动的滚轮部53和与滚轮部53连接的绕线部55，拉线90缠绕在绕线部55上，滚轮部53与绕线部55均为轮状，直径相同并且同轴并排设置。这样，压轮50可以同时实现在活塞杆40上滚动和带动拉线90运动，并且拉线90的长度变化等于压轮50的滚动距离。

在另一个实施例中，压轮50包括：平行活塞杆40的转轴和在活塞杆40上滚动的滚轮部53，滚轮部53上设有绕线槽，拉线缠绕在绕线槽上。

压轮可以不设置并排滚轮部53的绕线部55，压轮50可以包括：平行活塞杆的转轴和在活塞杆上滚动的滚轮部，滚轮部上设有绕线槽，拉线缠绕在绕线槽上，这样可以节省压轮的体积。

由于活塞杆40的直径较大，可以在滚轮部53设置轮槽531，轮槽531可以为与活塞杆40的表面相吻合的弧形，也可以为活塞杆40的表面相切的角形。轮槽531与活塞杆40要有较大的接触面积，例如，轮槽531的轴向厚度大于等于活塞杆40直径的1/4，最大可以等于活塞杆40直径，优选地，轮槽531的轴向厚度等于活塞杆40直径的1/3、1/2或2/3，以便滚轮部53通过能够稳定地沿活塞杆40的圆弧形表面滚动而不掉下来。绕线部55具有绕线槽551，以便缠绕拉线90。

本发明还提供了一种泵送油缸行程监测方法，该方法使用前面所述的泵送油缸行程监测装置，将压轮50抵压在活塞杆40上并使压轮沿活塞杆40的轴向滚动，测量拉线90的长度变化。下面描述一下本发明的安装过程和监测过程：

将安装架70固定在水箱30上，然后安装上横梁71和下横梁73以及拉线式位移传感器60。利用安装架70下方的下横梁73和一对连接杆81和压缩弹簧83把压轮50(例如为橡胶轮)压实在活塞杆40上，然后把与固定在安装架上横梁71的拉线式位移传感器60连接的拉线90固定并缠绕在压轮50上，调整拉线式位移传感器60在安装架70上的位置，使得拉线90沿竖直方向拉紧。当活塞杆40前进或后退时，压轮50就缠绕拉线90或者释放拉线90。这样就把活塞杆40的平动转化成了橡胶轮的转动，进而由拉线90以及拉线式位移传感器60反映出来，实际上也就测出了泵送油缸的行程。

本发明还提供一种泵送油缸的缓冲孔的布置方法，该方法使用前面所述的泵送油缸行程监测方法测量泵送油缸行程，采集泵送油缸的换向信号，折算出油缸的缓冲距离。

例如，在测量泵送油缸的行程的同时，同步采集泵送油缸的换向信号，以接近开关的位置为参考折算出油缸的缓冲距离。如图4所示，泵送油缸20分为串联的第一油缸21和第二油缸23，二者可以为对称式结构，通过图上箭头所示的油路连接，油路上设有单向阀25。图中，第一油缸21和第二油缸23的左端为前端，第一油缸21和第二油缸23的右端为后端。设定L为油缸设计行程，X为信号口E与油缸前端部的距离，信号口E处设有传感器或光敏装置。电磁阀或其他控制机构，根据传感器对活塞杆40位置的反馈信号，通过单向阀25控制油路的供油方向从而控制活塞杆40的运动方向，以实现缓冲。

设定L为油缸设计行程，测得实际行程为L′，设定Y为前端设计缓冲距离，即第一油缸21的前端缓冲孔、第二油缸23的前端缓冲孔与各自的前端的距离为Y，Z为后端设计缓冲距离，即第一油缸21的后端缓冲孔、第二油缸23的后端缓冲孔与各自的后端的距离为Z，则各自的后端缓冲孔与油缸前端部的距离为：L-Z。

如图5所示，同步采集到行程信号(通过前面所述的泵送油缸行程监测装置测量)和换向信号(信号口E处的传感器测量)，则可以得到油缸中有杆腔(活塞杆所在的腔)的实际缓冲距离为：

S₁＝L₁+Y-X

油缸中无杆腔(没有活塞杆的腔)的实际缓冲距离为：

S₂＝L₂-(L-Z-X)

其中，L₁为活塞杆从信号口E处向前端(图4中的左端)的行程，L₂为活塞杆从信号口E处向后端(图4中的右端)的行程。

对不同泵送压力或者不同工况，由以上方法可以得到不同的油缸缓冲距离，从而找出工况与缓冲距离的关系。根据此关系，可以在油缸的两端各找出一个比较适合各种工况的缓冲孔设计位置，达到使吸料和推料效率最大化的目的。

两个缓冲孔之间的距离为：L-Z-Y，实际单次推料吸料为：

$V=(L-Z-Y+S_1+S_2)\×\frac{\mathrm{\π}}{4}\×D^2$

D为混凝土缸活塞直径。理论单次推料吸料为：

$V_0=L\×\frac{\mathrm{\π}}{4}\×D^2$

故吸料和推料效率为：

$\mathrm{\η}=\frac{V}{V_0}\×100\%$

$=\frac{L-Z-Y+S_1+S_2}{L}\×100\%$

从上式可以看出，要使效率最大化，就是要使得S₁+S₂-Z-Y最小化，在实际设计中可以根据测得的不同工况下的油缸缓冲距离S₁和S₂，对油缸缓冲孔位置Z和Y进行调整，以实现推料吸料的最大化。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

对于任意的泵送油缸，可以通过本发明很方便地得到油缸的行程，判断泵送单元的泵送效率，从而推算出最优的缓冲孔设计位置，使得泵送系统工作效率最大化。本发明也可用于泵送产品的调试，提高调试效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泵送油缸行程监测装置，所述油缸包括活塞及与活塞所连接的活塞杆(40)，其特征在于，包括：

压轮(50)，抵压在所述活塞杆(40)上，并且所述压轮(50)具有沿所述活塞杆(40)的轴向滚动的结构；

长度变化可测量的拉线(90)，与所述压轮(50)连接；

拉线式位移传感器(60)，与所述拉线(90)连接；

所述压轮(50)包括：垂直于所述活塞杆(40)的轴向的转轴、在所述活塞杆(40)上滚动的滚轮部(53)和与所述滚轮部(53)连接的绕线部(55)，所述转轴与所述滚轮部(53)连接，所述拉线缠绕在所述绕线部(55)上，所述滚轮部(53)与所述绕线部(55)直径相同并同轴并排设置。

2.根据权利要求1所述的泵送油缸行程监测装置，其特征在于，所述压轮(50)为橡胶轮。

3.根据权利要求1所述的泵送油缸行程监测装置，其特征在于，还包括：安装架(70)，设置在水箱(30)上，其中，所述拉线式位移传感器(60)设置在安装架(70)上。

4.根据权利要求3所述的泵送油缸行程监测装置，其特征在于，所述压轮(50)的转轴连接在安装架(70)上。

5.根据权利要求3所述的泵送油缸行程监测装置，其特征在于，所述安装架(70)上设有将所述压轮(50)抵压在所述活塞杆(40)上的弹性装置(80)。

6.根据权利要求5所述的泵送油缸行程监测装置，其特征在于，所述弹性装置(80)包括：

可滑动地设置在所述安装架(70)上的连接杆(81)，所述连接杆(81)连接所述压轮(50)的转轴与所述安装架(70)；

设置在所述安装架(70)与所述连接杆(81)之间的压缩弹簧(83)。

7.根据权利要求6所述的泵送油缸行程监测装置，其特征在于，所述安装架(70)包括上横梁(71)和下横梁(73)，所述拉线式位移传感器(60)设置在所述上横梁(71)上，所述弹性装置(80)设置在所述下横梁(73)上，所述压轮(50)的转轴与所述活塞杆(40)的轴向垂直，所述拉线(90)的绕线方向与所述压轮(50)的转轴垂直。

8.一种泵送油缸行程监测方法，其特征在于，使用根据权利要求1至7中任一项所述的泵送油缸行程监测装置，将压轮(50)抵压在活塞杆(40)上并使所述压轮(50)沿所述活塞杆(40)的轴向滚动，测量拉线(90)的长度变化，其中，泵送油缸行程等于所述拉线(90)的长度变化。

9.一种泵送油缸的缓冲孔的优化布置方法，其特征在于，包括：

在油缸上预设两个缓冲孔，

根据权利要求8所述的泵送油缸行程监测方法得到泵送油缸行程；

采集泵送油缸的换向信号；

根据所述泵送油缸行程和所述泵送油缸的换向信号，得到所述泵送油缸的缓冲距离；

根据所述缓冲距离，在所述泵送油缸上进行缓冲孔的位置优化。

10.根据权利要求9所述的优化布置方法，其特征在于，所述“根据所述缓冲距离，在所述泵送油缸上进行缓冲孔的位置优化”包括：

按照以下公式计算所述泵送油缸的吸料和推料效率：

其中，η为吸料和推料效率，S₁为所述泵送油缸的前端的缓冲距离，S₂为所述泵送油缸的后端的缓冲距离，L为所述泵送油缸的设计行程；Z、Y分别是缓冲孔与其最接近的油缸端面距离，所述两个缓冲孔的距离为所述L-Z-Y；

根据不同工况下的所述泵送油缸缓冲距离以及最大吸料和推料效率，确定所述泵送油缸的缓冲孔位置。

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