CN102229200B - 一种搅拌车卸料速度控制方法及控制装置和搅拌车 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种搅拌车卸料速度控制方法及控制装置和搅拌车。控制方法通过采集泵送设备泵料时发出的工作声音，获取声音信号，对该声音信号进行处理后进行计算，算出泵送设备的泵料速度，并根据泵料速度控制搅拌车的卸料速度，使得卸料和泵料之间基本保持一致，减少溢料或吸空情况的发生。本发明提供的控制装置用于实现所述的控制方法，且易于安装、实现成本低、对现有搅拌车进行功能升级、改装十分方便。适用性和扩展性好。安装了控制装置的搅拌车在与泵送设备一同工作时，能够实时的调节自身转速、卸料速度，从而与泵送设备更好的协调、配合工作。减少作业过程中出现泵送设备料斗的溢料或吸空情况的发生。

Description

一种搅拌车卸料速度控制方法及控制装置和搅拌车

技术领域

本发明涉及一种应用于工程机械领域的控制方法，特别涉及一种搅拌车卸料速度控制方法。另外，本发明还涉及一种搅拌车卸料速度控制装置，以及具有该控制装置的搅拌车。 

背景技术

图1为混凝土机械施工的场景。左边的机械为混凝土运输搅拌车、右边的机械为混凝土泵车。混凝土运输搅拌车将商品混凝土从混凝土搅拌站运送到施工现场，搅拌车再将混凝土倾倒入混凝土泵车的料斗中，混凝土泵车再将料斗中的混凝土料泵送到施工地点。搅拌车的搅拌筒21用于装混凝土料，在卸料时混凝土通过卸料槽22进入泵送设备的料斗23中，料斗23中的混凝土通过输送缸24泵送，输送缸24由主油缸25做功，主油缸25带动输送缸24中的砼活塞往复运动。料斗23中的混凝土料不断的被吸入输送缸24，然后又经由输送缸24泵送到施工现场。 

搅拌车放料是需要人手工操作的。操作员将操作一个手柄来控制搅拌车的放料速度。然而泵车料斗中的混凝土料的剩余量不容易观察到。操作员只能凭经验控制搅拌车放料速度。经常出现的问题是，放料速度很难控制，总是时快时慢。1）放料速度太快，泵车料斗中混凝土料会溢出，造成浪费；操作员往往会拿铁锹把溢出的混凝土料铲回到料斗中，耗费体力，增加操作员的劳动强度。2）放料速度太慢，料斗中的混凝土会很快耗尽，泵车泵送系统将会吸空，影响泵送效率，同时也容易引起臂架大幅振荡。 

为了更好的控制搅拌车放料速度，泵车料斗中的混凝土剩余容量必须可以实时监控到，或者泵车吸料的速度必须与搅拌车放料的速度保持一致，从而实现混凝土的料斗中混凝土量在一定的水平。 

目前，现有技术中没有很好的解决所存在的问题，对于搅拌车卸料与 泵车泵料的速度无法做到在整个工作的过程中相互协调、动态的、实时的调整卸料速度或泵料速度，以保证彼此的一致性，减少溢料或吸空情况的发生。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种搅拌车卸料速度控制方法。通过检测工作现场泵送设备发出的工作声音，并对声音信号处理、采样分析以及特征提取，对信号特征进行计算后，得出基于该声音状态下的泵送设备，适应性的调整搅拌车的卸料速度，与泵送设备在工作中形成动态的、实时的协调配合，辅助操作工更好的完成卸料、泵料，且整个工作过程中减少出现溢料、吸空情况。 

另外，本发明还提供一种搅拌车卸料速度控制装置，基于实现上述方法的装置。 

另外，本发明还提供一种搅拌车。安装有该控制装置，使搅拌车在卸料时能够很好的控制、调节自身的卸料速度，更好的与泵送设备协调配合工作，减少卸料过程中泵送设备的料斗出现溢料或吸空情况。 

本发明提供的一种搅拌车卸料速度控制方法，包括如下步骤： 

a、检测泵送设备泵料时发出的工作声音，获取声音信号； 

b、对获取的声音信号进行处理、采样分析及特征提取； 

c、根据步骤b中获取的信息特征，计算得到泵送设备泵料时的泵料速度； 

d、根据预存的控制策略，以得到的所述泵料速度控制搅拌车的卸料速度。 

优选的，所述步骤d中的控制策略为：根据泵送设备泵料速度与搅拌筒卸料速度的对应关系，以及搅拌筒卸料速度与搅拌筒转速之间的线性比例关系，以得到的所述泵料速度计算出搅拌筒的目标转速；根据计算得到的所述搅拌筒目标转速，控制搅拌筒在目标转速下转动，以控制搅拌车的卸料速度。 

优选的，所述步骤a中，泵送设备泵料时发出的工作声音包括输送缸泵送换向时产生的金属撞击声。 

优选的，所述步骤c中：根据步骤b获取的信息，计算得出输送缸的换向周期、并根据换向周期计算得出单位时间内输送缸的换向频率，结合所述输送缸的长度和内径参数，计算得出所述泵料速度。 

优选的，所述换向频率的计算公式为：f=1/T，其中f为所述换向频率，T为所述换向周期，所述泵料速度的计算公式为： 

其中D为所述输送缸的内径，L为所述输送缸的长度，所述步骤d中，按照下述公式计算得出所述搅拌筒的目标转速：所述搅拌筒卸料速度与所述输送缸的泵料速度之间的关系为：υ_卸≈υ_泵，所述搅拌筒的卸料速度与所述搅拌筒的转速呈比例线性关系，公式为：υ_卸≈Cυ_筒，其中C为比例系数，最后得出所述搅拌筒的目标转速计算公式为： 

即： 

所述比例系数C是指搅拌筒满料的情况下，搅拌筒每转一圈混凝土卸料量的平均值。 

本发明提供的一种搅拌车卸料速度控制装置，所述控制装置包括： 

信号获取单元，用于检测泵送设备泵料时发出的工作声音，形成声音信号； 

信号处理单元，用于对所述信号获取单元获取的声音信号进行处理、采样分析及特征提取； 

泵料速度计算单元，用于根据所述信号处理单元获取的信息特征，依据预存的计算方法计算得到泵送设备泵料时的泵料速度； 

控制处理单元，用于根据预存的控制策略，以得到的所述泵料速度控制搅拌车的卸料速度。 

优选的，搅拌筒目标转速计算单元，用于根据卸料速度与搅拌筒转速之间的线性比例关系，以得到的所述泵料速度计算出所述搅拌筒的目标转速；控制单元，用于根据计算得到的所述搅拌筒目标转速，发出控制指令到搅拌车的动力系统，控制搅拌筒在目标转速下转动。 

优选的，所述泵料速度计算单元按照如下公式计算：所述换向频率的计算公式为：f=1/T，其中f为所述换向频率，T为所述换向周期，所述泵料速度的计算公式为 

其中D为所述输送缸的内径，L为所述输送缸的长度。 

优选的，所述搅拌筒目标转速计算单元按照如下公式计算：所述搅拌筒卸料速度与输送缸泵料速度之间的关系为：υ_卸≈υ_泵，所述搅拌筒卸料速度与搅拌筒转速呈线性比例关系，公式为：υ_卸≈Cυ_筒，其中C为比例系数，最后得出搅拌筒目标转速的计算公式为： 即： 

本发明提供的一种搅拌车，包括上述的所述控制装置。 

采用一种搅拌车卸料速度控制方法带来的有益效果为：（1）本发明提供的控制方法通过采集泵送设备泵料时发出的工作声音，如工作时输送缸换向的声音，并对该声音信号进行处理后进行计算，算出输送缸的输送周期、输送频率，并继而算出泵送设备的泵料速度，然后根据得出泵料速度来控制搅拌车的卸料速度，，使得卸料和泵料之间保持一致，减少溢料或吸空情况的发生。（2）该控制方法有效的控制搅拌筒的卸料速度，使其尽量与泵送设备工作时的实际泵料速度相匹配。大大减轻了操作员的劳动强度，为操作员的操作提供了辅助支持。（3）本方案信号检测、计算方法简单、实现成本低廉。仅需在搅拌车上安装声音的检测、分析、控制装置，而无需在泵送设备上安装任何装置，即可实现。对现有搅拌车进行功能升级、改装也十分方便。扩展性更好。 

采用一种搅拌车卸料速度控制装置同样具有上述该控制方法所产生的技术效果，同时该控制装置易于安装、实现成本低、对现有搅拌车进行功能升级、改装也十分方便。适用性和扩展性更好。 

采用一种搅拌车带来的技术效果，因其安装了上述的控制装置，该控制装置采用上述的控制方法，使搅拌车在与泵送设备一同工作时，更够实时的调节自身转速、卸料速度，从而与泵送设备更好的协调、配合工作。减少作业过程中出现泵送设备料斗的溢料或吸空情况。 

附图说明

图1所示为现有混凝土泵送设备与卸料车之间协同作业的整体结构示意图。 

图2所示为本发明控制方法的流程图 

图3所示为本发明具体实施例中控制方法的流程图。 

图4所示为本发明控制装置的原理框图。 

图5所示为具体实施例中控制装置的原理框图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

如图2所示，为本发明提供的一种搅拌车卸料速度控制方法，包括如下步骤： 

a、检测泵送设备泵料时发出的工作声音，获取声音信号； 

b、对获取的声音信号进行放大滤波处理、采样分析及特征提取； 

c、根据步骤b中获取的信息特征，计算得到泵送设备泵料时的泵料速度； 

d、根据预存的控制策略，以得到的所述泵料速度控制搅拌车的卸料速度。 

在步骤d中，如图3所示，预存的控制策略为：根据卸料速度与搅拌筒转速之间的线性比例关系，以得到的所述泵料速度计算出搅拌筒的目标转速；步骤e：根据计算得到的所述搅拌筒目标转速，控制搅拌筒在目标转速下转动，以控制搅拌车的卸料速度。 

在上述步骤中所定义的泵料速度，其含义为单位时间内泵送设备泵料的方量。卸料速度的含义是单位时间内搅拌车卸料的方量。 

混凝土泵送设备在工作时，会产生各种工作声音。这些声音包括清晰的泵送设备的输送缸泵送换向时产生的金属撞击声等。这些声音有着特定的信息特征和状态表征作用。本发明的重要改进点就在于汲取这些特别的声音信息，并对声音信息进行处理后，计算出这些声音信息所反映出来的泵送设备的工作情况。比如泵料速度，再基于所得出的泵料速度计算出与之协调、匹配工作的搅拌筒目标转速。 

对于步骤a中，检测声音信息可以采用各类电动式、电容式、电磁式、压电式、半导体式传声器来检测环境中所需的声音。本实施例中，主要检测环境中，输送缸换向时所发出的声音，该声音清晰、识别度高、且周期规律。为最优的声音信号来源。除此以外，也可检测泵送设备上发动机高转速的声音或低转速的声音作为信号源。 

在所述步骤c中：根据步骤b获取的信息，计算得出输送缸的换向周期、并根据换向周期计算得出单位时间内输送缸的换向频率，结合所述输送缸的长度和内径参数，计算得出所述泵料速度。 

具体的计算方法是，所述换向频率的计算公式为：f=1/T，其中f为所述换向频率，T为所述换向周期。换向周期以相同的信号出现的间隔时间计算得出。所述泵料速度的计算公式为： 

其中D为所述输送缸的内径，L为所述输送缸的长度。 

所述步骤d中，所述搅拌筒的目标转速的计算方式是：所述搅拌筒卸料速度与所述输送的缸泵料速度之间的关系为：υ_卸≈υ_泵，所述搅拌筒的卸料速度与所述搅拌筒的转速呈比例线性关系，公式为：υ_卸≈Cυ_筒，其中C为比例系数，最后得出所述搅拌筒的目标转速计算公式为： 

即： 

其中，所述比例系数C是指搅拌筒满料的情况下，搅拌筒每转一圈混凝土卸料量的平均值。用量纲来表示即：比例系数C为立方米/转，搅拌筒目标转速为转/分，搅拌筒卸料速度为立方米/分，搅拌筒的卸料量即为C与搅拌筒目标转速的乘积。具体的比例 系数因现场施工情况的不同而计算数值有所不同。一般情况下的比例系数在0.1至3之间。允许卸料速度与泵料速度之间存在一些偏差、不一致的情况。本实施例中，比例系数为0.3。 

本方案中，线性比例关系的计算因受到现场实际施工时各方面因素的影响，比例系数的计算不完全准确，这是工程机械领域公知的存在的问题，因此该计算允许出现一定的误差。同样，对于本方案中提到的泵料速度与卸料速度之间的关系，为了减少不溢料或吸空，这两个速度理论上是相同的，但在实际工况中，受到搅拌车卸料时粉料状况的变化，摩擦力的影响等等，实际速度不会完全相同，而是卸料速度约等于泵料速度。如果用等于来约定公式的话，可以是泵料速度=b*卸料速度，这个b定义为误差修正值，或是纠偏值，这个值一般在0.1到1.5之间。 

本实施例提供的控制方法，就在于检测泵送设备工作时所产生的声音作为信号源，对声音信号进行前置放大等处理后，对其进行采样、分析、特征提取，并进行计算，最终算出检测的声音信号的信息所对应的泵送设备的工作状态，并以此来产生相应的控制指令控制搅拌车搅拌筒的目标转速，与泵送设备的工作状态相协调。而且所检测的信号是不同于以往的声音信号源，且基于声音信号源的分析、判断、控制方法也不同于以往。与以往的方案相比，解决了同样的技术问题，但所采用的技术解决方案完全不同。以声音信号作为检测对象，可以不受环境中比如雨雪等天气的影响。本实施例将传感器直接设置在搅拌车上，使搅拌车可以与不同的泵送设备进行协调工作，不受特定泵送设备的影响。 

本发明除了提供上述的控制方法外。还提供一种搅拌车卸料速度控制装置，如图4所示，所述控制装置包括：信号获取单元101，用于检测泵送设备泵料时发出的工作声音，形成声音信号，具体到本实施例中，如图5所示，用于获取泵送设备泵料时输送缸换向的声音，形成声音信号。信号处理单元102，用于对所述信号获取单元获取的声音信号进行放大滤波 等信号前期处理后，进行采样分析及特征提取。泵料速度计算单元103，用于根据所述信号处理单元获取的信息特征，依据预存的计算方法计算得到泵送设备泵料时的泵料速度。控制处理单元，用于根据预存的控制策略，以得到的所述泵料速度控制搅拌车的卸料速度。 

其中，如图5所示，控制处理单元包括搅拌筒目标转速计算单元104，用于根据卸料速度与搅拌筒转速之间的线性比例关系，以得到的所述泵料速度计算出所述搅拌筒的目标转速。控制单元105，用于根据计算得到的所述搅拌筒目标转速，发出控制指令到搅拌车的动力系统，控制搅拌筒在目标转速下转动。 

对于所述泵料速度计算单元103，按照如下公式计算：所述换向频率的计算公式为：f=1/T，其中f为所述换向频率，T为所述换向周期，所述泵料速度的计算公式为 其中D为所述输送缸的内径，L为所述输送缸的长度。 

所述搅拌筒目标转速计算单元104，按照如下公式计算：所述搅拌筒卸料速度与输送缸泵料速度之间的关系为：υ_卸≈υ_泵，所述搅拌筒卸料速度与搅拌筒转速呈比例线性关系，公式为：υ_卸≈Cυ_筒，其中C为比例系数，最后得出搅拌筒目标转速的计算公式为： 

即： 

该实施例提供了一种控制装置，该控制装置包括各个实现功能不同的单元，通过检测声音信号，对声音信号进行处理后，进行计算，得出泵送设备的泵料速度，根据得出的泵料速度控制搅拌车的卸料速度。 

基于上述实施例提供的控制装置，本发明还提供一种控制系统，该控制系统包括信号采集装置、与信号采集装置连接的控制装置、与控制装置连接的搅拌筒转速调节系统。该控制装置即为上述实施例中所述的控制装置，信号采集装置一般为传感器，采集环境中的声音信号，本实施例中采集输送缸换向时的声音信号。控制装置接收信号至输出信号的过程为上述 实施例中所述的过程，搅拌筒转速调节系统为搅拌车上驱动搅拌筒转动的动力机构，比如变量泵和马达组成的闭环系统。在搅拌车发动机转速一定的情况下，调节变量泵的排量，可以改变流过马达的流量，从而可以调节搅拌筒的转速。控制装置输出的控制指令到搅拌筒转速调节系统，可以直接用来调节变量泵的排量。比如：如果是电控变量泵，搅拌车卸料控制装置的信号输出为PWM脉宽信号。如果是机械式变量泵，搅拌车卸料控制装置的信号输出，控制直线电机。直线电机拉动机械式变量泵的排量调节机构，从而实现变量泵排量的调节。对于搅拌筒转速调节系统部分，为本领域公知的技术，且实现方法很多，本实施例只是列举了电控式和机械式两种不同类型的搅拌筒转速调节系统的实现方法。对于本领域的技术人员而言，在控制装置发出控制指令到该部分后，如何响应该指令，不同的系统有不同的实现方法，但均是公知的技术常识，本领域技术人员均可以实现。故这里不再对其他方式进行赘述。 

另外，为了进一步检测搅拌筒的实时转速，在搅拌筒处设置传感器，检测搅拌筒的实时转速，并反馈回控制装置，形成闭环回路，在调节搅拌筒转速后，反馈其实时转速情况。 

最后，本发明还提供一种搅拌车，该搅拌车的改进之处就在于，安装有上述实施例中所述的控制装置。安装了该控制装置的搅拌车，其卸料速度得到控制，且该控制是相对于泵送设备的泵料速度实时的进行调整、改变，已达到与泵送设备的工作协调一致，减少在整个作业过程溢料或吸空情况的发生。由于搅拌车为本领域公知的技术，其结构组成、连接关系、工作过程及原理均是本领域技术人员公知的技术常识，且本方案的改进点仅在于安装了上述的控制装置，对于控制装置如何与搅拌车现有的搅拌筒转速调节系统连接、协同控制搅拌筒转速，在上述实施例中也已清楚的阐述。而控制装置本身可以安装在搅拌车的任何不影响正常作业的位置，如驾驶室的操作台上、壁架上、底座上等。而检测声音信号的装置可以安装 在搅拌车卸料时更为靠近泵送设备的部位，比如安装在卸料槽22的附近。故这里不再对其进行赘述，也不再提供搅拌车的附图，但并不影响本领域技术人员在本说明书公开内容的基础上实现本发明。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种搅拌车卸料速度控制方法，其特征在于包括如下步骤：

a、检测泵送设备泵料时发出的工作声音，获取声音信号；

b、对获取的声音信号进行处理、采样分析及特征提取；

c、根据步骤b中获取的信息特征，计算得到泵送设备泵料时的泵料速度；

d、根据预存的控制策略，以得到的所述泵料速度控制搅拌车的卸料速度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤d中的控制策略为：根据泵送设备泵料速度与搅拌筒卸料速度的对应关系，以及搅拌筒卸料速度与搅拌筒转速之间的线性比例关系，以得到的所述泵料速度计算出搅拌筒的目标转速；根据计算得到的所述搅拌筒目标转速，控制搅拌筒在目标转速下转动，以控制搅拌车的卸料速度。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤a中，泵送设备泵料时发出的工作声音包括输送缸泵送换向时产生的金属撞击声。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述步骤c中：根据步骤b获取的信息，计算得出输送缸的换向周期、并根据换向周期计算得出单位时间内输送缸的换向频率，结合所述输送缸的长度和内径参数，计算得出所述泵料速度。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述换向频率的计算公式为：f＝1/T，其中f为所述换向频率，T为所述换向周期，所述泵料速度的计算公式为：

其中D为所述输送缸的内径，L为所述输送缸的长度，所述步骤d中，按照下述公式计算得出所述搅拌筒的目标转速：所述搅拌筒卸料速度与所述输送缸泵料速度之间的关系为：ν_卸≈ν_泵，所述搅拌筒的卸料速度与所述搅拌筒的转速呈线性比例关系，公式为：ν_卸≈Cν_筒，其中C为比例系数，最后得出所述搅拌筒的目标转速计算公式为：

即：

所述比例系数C是指搅拌筒满料的情况下，搅拌筒每转一圈混凝土卸料量的平均值。

6.一种搅拌车卸料速度控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

信号获取单元(101)，用于检测泵送设备泵料时发出的工作声音，形成声音信号；

信号处理单元(102)，用于对所述信号获取单元获取的声音信号进行处理、采样分析及特征提取；

泵料速度计算单元(103)，用于根据所述信号处理单元获取的信息特征，依据预存的计算方法计算得到泵送设备泵料时的泵料速度；

控制处理单元，用于根据预存的控制策略，以得到的所述泵料速度控制搅拌车的卸料速度。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于：所述控制处理单元包括：

搅拌筒目标转速计算单元(104)，用于根据卸料速度与搅拌筒转速之间的线性比例关系，以得到的所述泵料速度计算出所述搅拌筒的目标转速；

控制单元(105)，用于根据计算得到的所述搅拌筒目标转速，发出控制指令到搅拌车的动力系统，控制搅拌筒在目标转速下转动。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于：所述泵料速度计算单元(103)按照如下公式计算：所述换向频率的计算公式为：f＝1/T，其中f为所述换向频率，T为所述换向周期，所述泵料速度的计算公式为

其中D为所述输送缸的内径，L为所述输送缸的长度。

9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于：所述搅拌筒目标转速计算单元(104)按照如下公式计算：所述搅拌筒卸料速度与输送缸泵料速度之间的关系为：ν_卸≈ν_泵，所述搅拌筒卸料速度与搅拌筒转速呈线性比例关系，公式为：ν_卸≈Cν_筒，其中C为比例系数，最后得出搅拌筒目标转速的计算公式为：

即：

10.一种搅拌车，其特征在于：包括上述权利要求6至9任一项所述的控制装置。

Images