CN103434025A - 搅拌车卸料流量实时检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种搅拌车卸料流量实时检测方法及装置，其包括：对搅拌车的溜槽的中心线上距离基准点l的位置的混凝土厚度、溜槽与水平面之间的夹角进行实时监测和采集的步骤；将混凝土厚度和溜槽与水平面之间的夹角输入控制器的步骤；在控制器中预先设置搅拌车卸料流量数学模型的步骤，搅拌车卸料流量数学模型与混凝土厚度、溜槽与水平面之间的夹角以及混凝土厚度传感器与基准点的间距相关；根据输入的混凝土厚度和溜槽与水平面之间的夹角，搅拌车卸料流量数学模型计算搅拌车卸料流量的步骤；控制器输出搅拌车卸料流量的步骤。本发明能够实时检测搅拌车的卸料流量，根据检测到的流量值，泵车可以匹配泵送的功率，以达到节能的效果。

Description

搅拌车卸料流量实时检测方法及装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种搅拌车卸料流量实时检测方法及装置。

背景技术

溜槽是搅拌车中用于将混凝土从出料口、导送到泵车进料斗及其它指定位置的装置。目前市场上，泵车在进行泵送混凝土的时候，还是依靠人的经验来手动调节泵的排量。而手动调节泵排量的操作方式没有可靠的数据作为调节依据，因此手动调节方式主观性太强。当搅拌车卸料的流量变化的时候，泵车方面无法做出相应的调整，从而会带来油耗过大，进而造成浪费。同样，当泵车对混凝土需求量发生变化时，由于搅拌车卸料流量的调节没有一个标准，也不知道最佳的匹配流量是多少，往往会流量过大或者过小，容易造成能耗的浪费，同时也不利于泵车高效、安全地工作。

发明内容

本发明的目的是提出一种搅拌车卸料流量实时检测方法及装置，其能够实时地检测搅拌车的卸料流量，根据检测到的流量值，泵车就可以更好地匹配泵送的功率，以达到节能的效果。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种搅拌车卸料流量实时检测方法，其包括以下步骤：利用混凝土厚度传感器，对搅拌车的溜槽的中心线上距离基准点l的位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集的步骤；利用角度传感器，对搅拌车的溜槽与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集的步骤；将混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ输入控制器的步骤；在控制器中预先设置搅拌车卸料流量Q数学模型的步骤，其中，搅拌车卸料流量Q数学模型与混凝土厚度h、溜槽与水平面之间的夹角θ以及混凝土厚度传感器与基准点的间距l相关；根据输入的混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ，搅拌车卸料流量Q数学模型计算搅拌车卸料流量Q的步骤；控制器输出搅拌车卸料流量Q的步骤。

进一步地，搅拌车卸料流量Q数学模型为：

当0≤h≤R时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\θ}(h_1\sin \mathrm{\θ}+l)-2\cos \mathrm{\θl}}[(d-200)h+2{\∫}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}];$

当R<h≤325mm时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[\frac{1}{2}{\mathrm{\&pi;R}}^2+(d-200)R+(h-100)d];$

式中：h₁为搅拌车出料点距离基准点的高度，d为所述混凝土厚度传感器安装位置所在截面的宽度，R为所述溜槽底部的折弯半径。

进一步地，混凝土厚度传感器与基准点的间距l的范围为[153mm，1337mm]。

进一步地，溜槽和水平面之间的夹角θ的范围为[0°，45°]。

进一步地，混凝土厚度传感器安装位置的溜槽的截面宽度范围为[400mm，780mm]，高度范围为[0mm，325mm]。

本发明还提供一种搅拌车卸料流量实时检测装置，其包括混凝土厚度传感器、角度传感器和控制器，其中：所述混凝土厚度传感器设置在搅拌车的溜槽的中心线上距离基准点l的位置，用于对该位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集；所述角度传感器设置在所述溜槽底部的中心线上，用于对搅拌车的溜槽与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集；所述控制器中预先设置搅拌车卸料流量Q数学模型，搅拌车卸料流量Q数学模型与混凝土厚度h、溜槽与水平面之间的夹角θ以及混凝土厚度传感器与基准点的间距l相关；所述混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ输入所述控制器，所述控制器利用所述搅拌车卸料流量Q数学模型，计算搅拌车卸料流量Q。

进一步地，所述搅拌车卸料流量Q数学模型为：

0≤h≤R时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[(d-200)h+2{\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}];$

当R<h≤325mm时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[\frac{1}{2}{\mathrm{\&pi;R}}^2+(d-200)R+(h-100)d];$

式中：h₁为搅拌车出料点距离基准点的高度，d为所述混凝土厚度传感器安装位置所在截面的宽度，R为所述溜槽底部的折弯半径。

进一步地，所述混凝土厚度传感器与基准点的间距l的范围为[153mm，1337mm]。

进一步地，所述溜槽和水平面之间的夹角θ的范围为[0°，45°]。

进一步地，所述混凝土厚度传感器安装位置的溜槽的截面宽度范围为[400mm，780mm]，高度范围为[0mm，325mm]。

基于上述技术方案中的任一技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本发明对搅拌车的溜槽的中心线上距离基准点l的位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集，还对搅拌车的溜槽与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集，再将混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ输入预先设置有搅拌车卸料流量Q数学模型的控制器，根据输入的混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ，搅拌车卸料流量Q数学模型计算出搅拌车卸料流量Q，并由控制器进行输出，因此实时对搅拌车卸料流量Q进行了监测，在泵车泵送混凝土的时候，有利于更好地匹配泵送功率，更好地监控工作现场，达到节能高效的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中搅拌车整车的结构示意图；

图2为现有技术中溜槽总成图；

图3是本发明中溜槽及传感器的安装位置的示意图

图4为图3的俯视图；

图5为图3的纵向截面图；

图6为图3的横向截面图；

图7为图6的放大示意图；

图8为本发明搅拌车卸料流量实时检测装置的结构原理图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-8所示，本发明所提供的搅拌车卸料流量实时检测方法包括以下步骤：

1）设置混凝土厚度传感器2的步骤：

以搅拌车出料点下落到溜槽1的混凝土落料点作为基准点0，在溜槽1的中心线上距离基准点0的间距为l的位置设置混凝土厚度传感器2。

2）设置角度传感器3的步骤：

角度传感器3设置在溜槽1底部中心线上的任意位置。

3）在控制器4中预先设置搅拌车卸料流量Q数学模型，其中，搅拌车卸料流量Q数学模型与混凝土厚度h、溜槽1与水平面之间的夹角θ以及混凝土厚度传感器2基准点的间距l相关。

4）利用混凝土厚度传感器2对其所处位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集；利用角度传感器3对搅拌车的溜槽1与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集；然后将混凝土厚度h和溜槽1与水平面之间的夹角θ输入控制器3。

5）根据输入的混凝土厚度h和溜槽1与水平面之间的夹角θ，搅拌车卸料流量Q数学模型计算搅拌车卸料流量Q。

6）控制器3输出搅拌车卸料流量Q。

由于本发明对搅拌车的溜槽1的中心线上距离基准点l的位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集，还对搅拌车的溜槽1与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集，再将混凝土厚度h和溜槽1与水平面之间的夹角θ输入预先设置有搅拌车卸料流量Q数学模型的控制器3，根据输入的混凝土厚度h和溜槽1与水平面之间的夹角θ，搅拌车卸料流量Q数学模型计算出搅拌车卸料流量Q，并由控制器3进行输出，因此实时对搅拌车卸料流量Q进行了监测，在泵车泵送混凝土的时候，有利于更好地匹配泵送功率，更好地监控工作现场，达到节能高效的目的。

下面通过一溜槽作为研究对象，对其进行分析，以便得出搅拌车卸料流量Q数学模型。

首先，设定：l为混凝土厚度传感器2安装位置所在截面与基准点0之间的距离，该距离的范围为[153mm，1337mm]；d为混凝土厚度传感器2安装位置所在截面的宽度，该宽度的范围为[400mm，780mm]；h为混凝土厚度传感器2安装位置所在截面的高度，该高度的范围为[0mm，325mm]；溜槽1和水平面之间的夹角θ的范围为[0°，45°]。以上数值范围都可以根据具体使用的溜槽1的形状测量而获得。

当然，混凝土厚度传感器1的位置一旦选定好，安装完成后，上述的l和d均为定值，可以看作常数。混凝土厚度h和溜槽1与水平面之间的夹角θ都是实时测量的值，属于变量。

如图1所示，搅拌滚筒出料口距离溜槽落料点的高度为h₁，即搅拌车出料点A距离基准点0的高度为h₁，而搅拌车的落料近似为自由落体运动，在混凝土落到基准点0的速度v₀为：

$v_0=\sqrt{{2\mathrm{gh}}_1}---\left(1\right)$

如图2所示，将混凝土落到基准点0的速度v₀分解为垂直于溜槽1方向的v_0y和平行于溜槽1方向的v_0x，垂直于溜槽1方向的v_0y在落料过程中消失，剩下平行于溜槽1方向的v_0x，则

$v_{0x}=v_0\sin \mathrm{\&theta;}=\sqrt{{2\mathrm{gh}}_1}\sin \mathrm{\&theta;}---\left(2\right)$

将混凝土在溜槽1上的运动近似看成为匀加速直线运动，根据牛顿定律可以确定，其加速度a为：

a=gsinθ-cosθμ           （3）

式中g为重力加速度，μ为混凝土与溜槽1的摩擦系数。

由于混凝土在溜槽1的落料点作为基准点O，混凝土厚度传感器2安装位置所在截面与基准点0之间的距离l，依据动能定理：

$v^2-v_{0x}^2=2\mathrm{al}---\left(4\right)$

结合式1和式2可得混凝土厚度传感器2安装位置的混凝土的速度v为：

$v=\sqrt{v_{0x}^2+2\mathrm{al}}=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}---\left(5\right)$

因为某一截面的搅拌车卸料流量Q可以由该截面的面积S与流过该面积的混凝土的速度v的乘积算出，即Q=S·v，所以下面只要求出混凝土厚度传感器2安装位置的混凝土的截面面积S即可。

混凝土厚度传感器2安装位置的截面图的放大图如图7所示。由混凝土厚度传感器2测得的混凝土的厚度h。

当0≤h≤R时，混凝土截面可以分解为一个矩形面积S₁，弧形面积S₂和弧形面积S₃，其中：

S₂=S₃；

S₁=(d-2R)h=(d-200)h；

$S_2={\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh};$

此时，混凝土厚度传感器2安装位置的混凝土的截面面积S的计算公式为：

$S=S_1+S_2+S_3=(d-200)h+2{\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}---\left(6\right)$

当R<h≤325mm时，混凝土厚度传感器2安装位置的混凝土的截面面积S为：

$S=\frac{1}{2}{\mathrm{\&pi;R}}^2+(d-200)R+(h-100)d---\left(7\right)$

由上述公式（5）、（6）和（7）可以得到：

某一截面的搅拌车卸料流量Q的计算公式为：

当0≤h≤R时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[(d-200)h+2{\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}];$

当R<h≤325mm时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[\frac{1}{2}{\mathrm{\&pi;R}}^2+(d-200)R+(h-100)d];$

R是溜槽1底部的折弯半径，也是溜槽本身决定的。

由此可知：搅拌车卸料流量Q数学模型为：

当0≤h≤R时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[(d-200)h+2{\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}];$

当R<h≤325mm时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[\frac{1}{2}{\mathrm{\&pi;R}}^2+(d-200)R+(h-100)d].$

控制器4便可以根据测得的混凝土厚度h和溜槽1与水平面之间的夹角θ，利用搅拌车卸料流量Q数学模型计算搅拌车卸料流量Q，操作人员可以以计算出的搅拌车卸料流量Q作为依据，使泵车泵送的功率与搅拌车卸料流量Q更好地相匹配，从而达到节能的效果。

本发明还提供一种搅拌车卸料流量实时检测装置，其包括混凝土厚度传感器2、角度传感器3和控制器4，其中：

混凝土厚度传感器2设置在搅拌车的溜槽1的中心线上距离基准点O的间距为l的位置，用于对该位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集。本实施例中，混凝土厚度传感器2具体可以采用雷达物位计。

角度传感器3设置在溜槽1的底面中心线上的任意位置，用于搅拌车的溜槽1与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集。本实施例中，角度传感器3采用的是倾角传感器。

控制器4中预先设置搅拌车卸料流量Q数学模型，搅拌车卸料流量Q数学模型与混凝土厚度h、溜槽与水平面之间的夹角θ以及混凝土厚度传感器与基准点的间距l相关。本实施例中，控制器4具体是采用JRCC-200控制模块，但不限于此。

混凝土厚度传感器2采集到的混凝土厚度h和角度传感器3采集到的溜槽1与水平面之间的夹角θ输入控制器4，控制器4利用搅拌车卸料流量Q数学模型，计算搅拌车卸料流量Q。

上述实施例中，搅拌车卸料流量Q数学模型为：

当0≤h≤R时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[(d-200)h+2{\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}];$

当R<h≤325mm时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[\frac{1}{2}{\mathrm{\&pi;R}}^2+(d-200)R+(h-100)d].$

混凝土厚度传感器2与基准点O的间距l的范围为[153mm，1337mm]，溜槽1和水平面之间的夹角θ的范围为[0°，45°]，混凝土厚度传感器2安装位置的溜槽的截面宽度范围为[400mm，780mm]，高度范围为[0mm，325mm]。

控制器4可以将实时检测出来的搅拌车卸料流量Q数值通过显示设备显示出来，操作人员可以以此作为依据，使泵车泵送的功率与搅拌车卸料流量Q更好地相匹配，从而达到节能的效果。当然，也可以将搅拌车卸料流量Q进行实时存储，方便操作人员随时查看历史生产数据。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种搅拌车卸料流量实时检测方法，

其特征在于，

包括以下步骤：

利用混凝土厚度传感器，对搅拌车的溜槽的中心线上距离基准点l的位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集的步骤；

利用角度传感器，对搅拌车的溜槽与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集的步骤；

将混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ输入控制器的步骤；

在控制器中预先设置搅拌车卸料流量Q数学模型的步骤，其中，搅拌车卸料流量Q数学模型与混凝土厚度h、溜槽与水平面之间的夹角θ以及混凝土厚度传感器与基准点的间距l相关；

根据输入的混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ，搅拌车卸料流量Q数学模型计算搅拌车卸料流量Q的步骤；

控制器输出搅拌车卸料流量Q的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

搅拌车卸料流量Q数学模型为：

0≤h≤R时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[(d-200)h+2{\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}];$

当R<h≤325mm时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[\frac{1}{2}{\mathrm{\&pi;R}}^2+(d-200)R+(h-100)d];$

式中：h₁为搅拌车出料点距离基准点的高度，d为所述混凝土厚度传感器安装位置所在截面的宽度，R为所述溜槽底部的折弯半径。

3.如权利要求2所述的方法，

其特征在于，

混凝土厚度传感器与基准点的间距l的范围为[153mm，1337mm]。

4.如权利要求2所述的方法，

其特征在于，

溜槽和水平面之间的夹角θ的范围为[0°，45°]。

5.如权利要求2所述的方法，

其特征在于，

混凝土厚度传感器安装位置的溜槽的截面宽度范围为[400mm，780mm]，高度范围为[0mm，325mm]。

6.一种搅拌车卸料流量实时检测装置，

其特征在于，

包括混凝土厚度传感器、角度传感器和控制器，其中：

所述混凝土厚度传感器设置在搅拌车的溜槽的中心线上距离基准点l的位置，用于对该位置的混凝土厚度h进行实时监测和采集；

所述角度传感器设置在所述溜槽底部的中心线上，用于对搅拌车的溜槽与水平面之间的夹角θ进行实时监测和采集；

所述控制器中预先设置搅拌车卸料流量Q数学模型，搅拌车卸料流量Q数学模型与混凝土厚度h、溜槽与水平面之间的夹角θ以及混凝土厚度传感器与基准点的间距l相关；

所述混凝土厚度h和溜槽与水平面之间的夹角θ输入所述控制器，所述控制器利用所述搅拌车卸料流量Q数学模型，计算搅拌车卸料流量Q。

7.如权利要求6所述的装置，

其特征在于，

所述搅拌车卸料流量Q数学模型为：

0≤h≤R时，

$Q=\sqrt{2g\sin \mathrm{\&theta;}(h_1\sin \mathrm{\&theta;}+l)-2\cos \mathrm{\&theta;l}}[(d-200)h+2{\&Integral;}_0^h\sqrt{R^2-{(R-h)}^2}\mathrm{dh}];$

式中：h₁为搅拌车出料点距离基准点的高度，d为所述混凝土厚度传感器安装位置所在截面的宽度，R为所述溜槽底部的折弯半径。

8.如权利要求7所述的装置，

其特征在于，

所述混凝土厚度传感器与基准点的间距l的范围为[153mm，1337mm]。

9.如权利要求7所述的装置，

其特征在于，

所述溜槽和水平面之间的夹角θ的范围为[0°，45°]。

10.如权利要求7所述的装置，

其特征在于，

所述混凝土厚度传感器安装位置的溜槽的截面宽度范围为[400mm，780mm]，高度范围为[0mm，325mm]。

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