CN102995898B - 配料装置、配料装置控制设备、方法、系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配料装置、用于该配料装置的控制设备、用于该配料装置的控制方法、配料系统及包含该系统的工程机械，该配料装置包括连接于泵车的输送管上的分支管路以及通过该分支管路从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构。通过上述技术方案，可在S管输料间歇期间，补充供料，可改善物料输送的连续性，避免了泵送脉动及因此而引起的臂架振动。

Description

配料装置、配料装置控制设备、方法、系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种配料装置、用于该配料装置的控制设备、用于该配料装置的控制方法、配料系统及包含该系统的工程机械。

背景技术

泵车为自带铰接式臂架的混凝土输送设备。长臂架泵车通常采用双缸活塞式泵送系统，以保障较大的泵送压力，将混凝土料输送到高层（或远端）；双缸活塞式泵送系统通常配有S型分配管，通过S管和砼缸的动作配合，实现持续泵送。

然而，由于S管摆动总是需要时间的，在S管摆动过程中，必然导致S管有一段时间为与任一泵送主缸相对接，从而造成输料中断。因此，持续泵送过程中物料的输送其实是周期性中断的，这样就导致弯折的铰接式臂架产生脉动，引起臂架振动，甚至引起共振，严重影响到设备使用安全和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种配料装置、用于该配料装置的控制设备、用于该配料装置的控制方法、配料系统及包含该系统的工程机械，其可改善物料输送的连续性。

为了实现上述目的，本发明提供一种配料装置，该配料装置包括连接于泵车的输送管上的分支管路以及通过该分支管路从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构。

进一步的，本发明提供一种配料装置控制设备，该配料装置独立于泵车的泵送系统，包括连接于泵车的输送管上的分支管路以及通过该分支管路从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构，该设备包括：接收装置，用于接收所述泵送系统的泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点；以及控制器，用于根据所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点，控制所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料，并在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内。

进一步的，本发明提供一种配料系统，该系统包括：上述配料装置；以及根据上述控制设备。

进一步的，本发明提供一种工程机械，该工程机械包含上述配料系统。

进一步的，本发明提供一种配料装置控制方法，该配料装置独立于泵车的泵送系统，包括连接于泵车的输送管上的分支管路以及通过该分支管路从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构，该方法包括：接收所述泵送系统的泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点；以及根据所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点，控制所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料，并在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内。

通过上述技术方案，可在S管输料间歇期间，补充供料，可改善物料输送的连续性，避免了泵送脉动及因此而引起的臂架振动。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的配料装置的结构示意图；

图2为本发明提供的配料装置在一特定状态下的结构示意图；

图3为本发明提供的配料装置于泵车中的安装位置示意图；

图4为本发明提供的配料系统的结构示意图；

图5为本发明提供的配料系统的另一实施方式的结构示意图；

图6A为现有泵送过程中输送管内的物料流量变化的示意图；

图6B-图6D为采用本发明的配料装置之后，输送管内的物料流量变化的示意图；以及

图7A及图7B示出了现有泵送过程中与采用本发明的配料装置之后，输送管内的物流流量变化及主缸阀控制电流变化的对比示意图。

附图标记说明

1    控制设备            2     配料换向阀

3    配料流量阀          4     泵送阀

5    传感器              6     配料开关

7    配料流量阀（+/-）   11    接入输送管的管路

12   配料腔砼管          21    砼缸活塞

22   油缸活塞            23    活塞连杆

24   液压油缸            25    液压油口

10   分支管路            30    泵送系统砼缸

111  入料腔              112   出料腔

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为本发明提供的配料装置的结构示意图。如图1所示，本发明提供了一种配料装置，该配料装置包括连接于泵车的输送管上的分支管路10以及通过该分支管路10从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构。藉此，所述泵送机构可在泵车泵送系统的泵送周期期间从所述输送管吸料，并在所述泵送间歇周期期间（即，S管摆动过程中）将所吸入的料重新泵送至所述输送管内，从而可在S管输料间歇期间，补充供料，可改善物料输送的连续性，避免了泵送脉动及因此而引起的臂架振动。

其中，所述分支管路10包括接入所述输送管的管路以及与该管路相连通的配料腔砼管12；所述泵送机构包括砼缸活塞21、油缸活塞22、活塞连杆23、液压油缸24及液压油口25，活塞连杆23两端分别连接有砼缸活塞21及油缸活塞22，砼缸活塞21位于所示配料腔砼管12内，所述油缸活塞22位于所述油缸内，可通过液压油口25控制所述液压油缸24内有杆腔及无杆腔的油量，进而控制所述砼缸活塞21在所述配料腔砼管12内来回运动，从而进行吸料及出料。

优选地，所述分支管路10包括接入所述输送管的管路11以及轴线与该管路11的轴线垂直的配料腔砼管12，在所述泵送机构的砼缸活塞21处于极限位置的情况下，该砼缸活塞21将所述配料腔砼管12与所述接入所述输送管的管路11完全隔离，即两者不存在相连通的部分（如图2所示）。简而言之，该分支管路10为T型。藉此，在配料装置未被启动或者工作停止之后，砼缸活塞21会刚好停在图2所示的位置，保证了输送管内不易形成积料，避免了这些积料引起管道堵塞；另外，该停驻位置也有利于在清洁管道使，保证通道的唯一性，使清洁球可以有效清洁管道。

图3为本发明提供的配料装置于泵车中的安装位置示意图。结合图1及图3所示，所述连接于泵车的输送管上的分支管路10包含入料腔111及出料腔112，该入料腔111连接于所述输送管靠近S管一侧，所述出料腔112连接于所述输送管靠近布料端一侧。来自泵送系统砼缸30的物料经S管在输料管内传输，在传输至配料装置时，泵送机构可吸入部分物料，并在所述泵送间歇周期期间（即，S管摆动过程中）将所吸入的料重新泵送至所述输送管内。

图4为本发明提供的配料系统的结构示意图。如图4所示，本发明提供了一种配料系统，该系统包括上述配料装置及配料控制设备1，该配料装置独立于泵车的泵送系统，控制设备1包括：接收装置，用于接收所述泵送系统的泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点；以及控制器，用于根据所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点，控制所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料，并在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内。所述控制器对吸料及将所吸入的重新泵入输送管的控制是通过控制输入至配料换向阀2及配料流量阀3的电流来实现的，当然，本发明并不限于此，对吸料及将所吸入的重新泵入输送管的控制亦可仅通过控制输入至配料流量阀（+/-）7（该配料流量阀（+/-）7为可同时控制通断及流量的阀）的电流来实现的，如图5所示。

需要说明的是，图中示出了多个泵送阀4，其均为泵车泵送系统的泵送阀4，另外其还示出了多个传感器5，该多个传感器5中的部分传感器5亦为泵送系统中用于检测活塞是否到位的传感器5（即，用于确定前文所述所述泵送系统的泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点的传感器5）。另外，图中还示出了配料开关6，所述控制设备1可根据该配料开关6的状态来决定是否工作，即是否控制配料装置介入以改善输送管内物料连续性。

图6A为现有泵送过程中输送管内的物料流量变化的示意图，出于简化说明的目的，其简化了实际流量的攀升、下降及扰动；另外，虚实线用于区分泵送系统两个主缸的推进给料过程。如图6A所示，泵送系统在t00~t01的时间T1里，将一缸混凝土打出，对应流量Q0。

T1*Q0=K

其中，K为物料的体积，其为定值，由泵送系统的砼缸结构和行程决定。

T=T0+T1

其中，T0是S管换向过程中导致的送料间歇时间；T1是泵送系统正常泵送过程中，主缸连续推进全行程所花费的时间。

T0及T1满足以下公式：

T0=t10-t01=t20-t11=t30-t21=……

T1=t11-t10=t21-t20=t31-t30=……

图6B-图6D为采用本发明的配料装置之后，输送管内的物料流量变化的示意图。如图6B所示，控制设备1控制控制配料装置在时间t10-t11内持续将一部分的物料储存在配料腔砼管12内，之后在时间t11-t20泵送至输送管。时间t10-t11期间的阴影部分代表了配料装置从输送管内吸料，时间t11-t20期间的阴影部分代表了配料装置将所吸入的料泵入输送管。

优选地，在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量及在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量满足以下公式：

$Q1=\frac{T1}{T0+T1}\×Q0;$ 及

Q2＝Q0-Q1,

其中，Q0为所述泵送系统在所述泵送周期的泵送流量，Q1为所述泵送机构在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量，Q2为所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量，T0为所述送料间歇周期，T1为所述泵送周期。藉此，如图6C所示，可保证输送管内的流量在泵送系统的泵送周期及泵送间歇周期期间均相同，输送管内的物料无间断且无突变，完全连续一致，可更有效地避免脉动。

如图6D所示，虚线所示为通过给料腔的流量，它是间断性的、以Q0为幅值的曲线；实线为通过出料腔112的排量值，它是简单的阶跃曲线，值为Q1。

在上述控制过程中，准确地获悉T0和T1等时间数据（参数）十分重要。可以有以下两种方式获取这几个时间数据。

（1）推算法

T0与分配压力、泵送压力相关，T1与泵送压力，目标控制排量、底盘动力输出（油泵转速）相关，可根据这些相关的参数来计算T0及T1。T0及T1的计算公式为本领域技术人员所知悉，于此不再赘述。

（2）实测法

可通过传感器5（如安装在泵送系统砼缸30上的高压接近开关或泵送压力传感器）获取主缸推进行程结束的时间点t01、t11、t21……和控制启动时间t00、t10、t20、t30……，或以及换向分配管切换起始时间（即，t01、t11、t21）及完成时间（即，t10、t20、t30）。可使用该实测法检测主缸行程或分配油缸行程之一即可，但为了获取较好、较准确、并便于程序控制的时间点，也可以同时检测两种行程，以获取各个时间数据。

进一步地，实际泵送控制过程中，泵送系统输出的物料流量并不是即时阶跃的，而是带有斜坡和响应延时的。图7为现有泵送过程中与采用本发明的配料装置之后，输送管内的物流流量变化及主缸阀控制电流变化的对比示意图，其中虚线代表电流变化，实线代表流量变化，该图7的上半幅图可反映出该两个特点。针对这两个特点，可对上述控制方法提出改进。

针对响应延时特性，控制设备1可根据以上通过实测法或推算法得到的T0和T1为基准，在控制所述泵送机构将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时进行Δt的提前控制，其中为Δt为响应延时时间，满足Δt＝t1-t0，可通过测算统计得到。

针对斜坡特性，控制设备1可使得所述在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量及在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量满足以下公式：

$Q1=\frac{t3-t0-\mathrm{\Δt}}{T}\×Q0;$ 及

Q2＝Q0-Q1，

其中，Q0为所述泵送系统在所述泵送周期的泵送流量，Q1为所述泵送机构在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量，Q2为所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量，T为所述泵送系统中相邻两次给予主缸控制电流的时刻之间的间隔时间，t0为在所述间隔时间T开始时所述泵送系统在换向后给予主缸控制电流的时刻，t3为在所述间隔时间T期间所述泵送系统的主缸停止动作的时刻；Δt为所述响应延时时间。

公式 $Q1=\frac{t3-t0-\mathrm{\Δt}}{T}\×Q0$ 的推算过程如下：

如图7A及7B所示，在主缸对其内的物料向输送管泵送时，主缸对主缸阀控制电流存在一定的响应延时，即Δt（Δt＝t1-t0＝t1′-t0'），因为主缸内建立压力需要时间。与主缸响应一样，配料装置对配料阀控制电流（即，施加至所述排料流量阀（+/-）的电流）的响应也存在延时，当该电流为正时（目标排量为Q1，此时泵送机构向输送管内打料），输出流量会存在响应延时，这也是因为建立压力需要时间；而电流为负时（目标排量为Q1-Q0，此时泵送机构从输送管内吸入物料），配料腔砼管12内的压力有助于吸料，则没有显著的响应延时。另外需要说明的是，图7A及7B中，t0’之前（即，t0-t0’）是配料装置内泵送机构的启动周期，t0’之后是泵送机构的正常工作周期,两者之间的差别仅在于启动周期须等待主缸泵送行程的启动，故而在配料装置的泵送机构吸料过程中也须跟随有△t的延时（在t0时刻向配料流量阀3输入电流），而这在工作周期里是没有的（在t1’进行电流阶跃，而非在t0’）。

假设t0’-t0=T，t4-t3=t2’-t1’=t△，t△为状态变化过渡时间(t△和△t不相关)，k=(Q0-Q1)/Q0。如图7B所示，排料装置吸入的物料体积与排出的物料体积应该相等，即图示两个阴影部分的面积相等，从而可得到：

Q0*(t2’-t4-k*t△)=（Q0-Q1）*(T-t△)=>

t1’-t3-k*t△=k*(T-t△)=>

k=（t1’-t3）/T，即

Q1=[1-(t1’-t3)/T]*Q0

也即，Q1=(t3’-t1’)/T*Q0

如果忽略上升和下降两个斜坡的差别，视为相反的斜率，并忽略启动周期，则上述公式可进一步简化为：

Q 1=Q0*(t3’-t1’)/T=Q0*(t3-t0-△t)/T，

上述方案充分考虑了延时响应及斜坡特性，根据该方案进行控制，可以有效消除泵送脉动，且保证输送管内的物料无间断且无突变，完全连续一致。

优选地，所述分支管路10包括接入所述输送管的管路以及轴线与该管路的轴线垂直的配料腔砼管12，在所述泵送机构的砼缸活塞21处于极限位置的情况下，该活塞将所述配料腔砼管12与所述接入所述输送管的管路完全隔离；所述控制器还用于在所述配料装置工作结束后，使所述砼缸活塞21处于所述极限位置。藉此，可保证输送管内不易形成积料，避免了这些积料引起管道堵塞；另外，该停驻位置也有利于在清洁管道使，保证通道的唯一性，使清洁球可以有效清洁管道。

以下介绍本发明的上述配料系统的工作过程。控制设备1根据配料开关6的状态而开始工作。（1）等待一个泵送系统一泵送周期（即，等待一次换向，作为配料减振控制过程的起点）；（2）实测法或推算法得到的T0、T1；（3）计算连续输出流量预期值Q1；（4）将Q0-Q1作为在泵送周期期间从所述输送管吸料时的流量控制目标，控制泵送机构以该速度吸入待输送的物料；（5）等到该泵送周期完毕，在泵送系统换向过程中（对应T0阶段），控制设备1控制泵送机构以流量Q1将之前吸入的物料泵送出去。循环上述步骤（2）-（5），即可实现泵送无间断的流畅输出。

相应地，本发明提供了一种工程机械，其中，该工程机械包含上述配料系统。

相应地，本发明还提供了一种配料装置控制方法，该方法包括：接收所述泵送系统的泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点；以及根据所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点，控制所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料，并在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内。有关该方法的具体细节及益处，可参照上述针对控制设备1的描述，于此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种配料装置控制设备，该配料装置独立于泵车的泵送系统，包括连接于泵车的输送管上的分支管路以及通过该分支管路从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构，该设备包括：

接收装置，用于接收所述泵送系统的泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点；以及

控制器，用于根据所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点，控制所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料，并在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内；其中所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点根据所述泵送系统的活塞位置确定，其中，在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量及在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量满足以下公式：

$Q1=\frac{t3-t0-\mathrm{\Δt}}{T}\×Q0;$ 及

Q2＝Q0-Q1,

且，所述控制器在t3-Δt时刻控制所述泵送机构将所吸入的料重新泵送至所述输送管内，

其中，Q0为所述泵送系统在所述泵送周期的泵送流量，Q1为所述泵送机构在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量，Q2为所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量，T为所述泵送系统中相邻两次给予主缸控制电流的时刻之间的间隔时间，t0为在所述间隔时间T开始时所述泵送系统在换向后给予主缸控制电流的时刻，t3为在所述间隔时间T期间所述泵送系统的主缸停止动作的时刻；Δt为响应延时时间。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，

所述分支管路包括接入所述输送管的管路以及轴线与该管路的轴线垂直的配料腔砼管，在所述泵送机构的砼缸活塞处于极限位置的情况下，该活塞将所述配料腔砼管与所述接入所述输送管的管路完全隔离，

所述控制器还用于在所述配料装置工作结束后，使所述砼缸活塞处于所述极限位置。

3.一种配料系统，其中，该系统包括：

配料装置，该配料装置包括连接于泵车的输送管上的分支管路以及通过该分支管路从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构；以及

根据权利要求1或2所述的控制设备。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述分支管路包括接入所述输送管的管路以及轴线与该管路的轴线垂直的配料腔砼管，在所述泵送机构的砼缸活塞处于极限位置的情况下，该活塞将所述配料腔砼管与所述接入所述输送管的管路完全隔离。

5.一种工程机械，其中，该工程机械包含根据权利要求3或4所述的系统。

6.一种配料装置控制方法，该配料装置独立于泵车的泵送系统，包括连接于泵车的输送管上的分支管路以及通过该分支管路从所述输送管吸料并将所吸入的料重新泵送至所述输送管内的泵送机构，该方法包括：

接收所述泵送系统的泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点；以及

根据所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点，控制所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料，并在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内；其中所述泵送周期的起始点及终止点以及送料间歇周期的起始点及终止点根据所述泵送系统的活塞位置确定，其中，在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量及在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量满足以下公式：

$Q1=\frac{t3-t0-\mathrm{\Δt}}{T}\×Q0;$ 及

Q2＝Q0-Q1,

且，所述控制器在t3-Δt时刻控制所述泵送机构将所吸入的料重新泵送至所述输送管内，

其中，Q0为所述泵送系统在所述泵送周期的泵送流量，Q1为所述泵送机构在所述泵送间歇周期期间将所吸入的料重新泵送至所述输送管内时的泵送流量，Q2为所述泵送机构在所述泵送周期期间从所述输送管吸料时的吸料流量，T为所述泵送系统中相邻两次给予主缸控制电流的时刻之间的间隔时间，t0为在所述间隔时间T开始时所述泵送系统在换向后给予主缸控制电流的时刻，t3为在所述间隔时间T期间所述泵送系统的主缸停止动作的时刻；Δt为响应延时时间。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述分支管路包括接入所述输送管的管路以及轴线与该管路的轴线垂直的配料腔砼管，在所述泵送机构的砼缸活塞处于极限位置的情况下，该活塞将所述配料腔砼管与所述接入所述输送管的管路完全隔离，所述方法还包括：

在所述配料装置工作结束后，使所述砼缸活塞处于所述极限位置。