CN103575241A - 清洗机壳内壁的方法、物料厚度检测装置、清洗设备和混凝土搅拌机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洗机壳内壁的方法，包括以下步骤：在机壳上设置通过超声波信号检测物料粘附厚度的装置；利用装置检测机壳内壁上所粘附的物料的厚度的实时值；将实时值与预设值进行比较，当实时值大于预设值时，启动清洗装置以对机壳的内壁进行清洗。本发明还提供一种用于检测混凝土的厚度的装置，该装置包括多个分布在机壳的外壁上用以发送超声波信号的发送探头（2），设置在机壳的腔体中用于周期性地接收超声波信号的接收探头（3），以及主机系统。本发明还公开了具有上述装置的清洗设备。本发明还公开了具有所述清洗设备的混凝土搅拌机。本发明能够提高混凝土搅拌机的清洗操作的自动化程度，降低人力工作量，并且有效消除安全隐患。

Description

清洗机壳内壁的方法、物料厚度检测装置、清洗设备和混凝土搅拌机

技术领域

本发明涉及工程机械，具体地，涉及一种清洗机壳内壁的方法、物料厚度检测装置、清洗设备和混凝土搅拌机。

背景技术

混凝土搅拌机是生产混凝土的关键设备。在混凝土搅拌机的生产过程中，需要不断地向机壳中添加固体物料和液剂。固体物料的粉尘和液剂的混合物逐渐附着在机壳的内壁上形成附着物。另外，搅拌过程中也会有混凝土物料被甩到机壳的内壁上形成附着物。这些粘结在机壳内壁上的附着物如果不及时清理，在卸料后的约2小时就会结块，导致搅拌机有效容积减小，影响生产效率，严重时导致电机烧毁。因此，为了保证高效、正常的搅拌工作，需要对搅拌机机壳内壁上所粘结的附着物进行及时、有效的清洗。由于搅拌机机壳内的工作空间有限、环境恶劣、作业危险等原因，使得人工清洗的方法并不可取，因此搅拌机机壳内部完全机械化自动清洗装置的研究开发和应用一直受到业界的重视。

现有技术中的混凝土搅拌机的机壳内部清洗装置通常是一些由电机驱动的清洗喷头。由于清洗机壳内壁的时间控制要求并不是十分严格，因此电机的操作通常是由人工完成的。也就是说，当混凝土搅拌机运行一段时间以后，由人工控制电机启动以驱动清洗喷头对机壳的内壁进行冲洗。冲洗一段时间后，再由人工控制电机停止。这种清洗设备虽然结构较为简单，但清洗的启停时间完全是人为控制，造成清洗程序的不确定性较大。一旦清洗程序没有及时进行，就会导致清洗喷头被混凝土堵塞，需要人工清理高压水清洗装置的喷头。这种清理工作的工作量很大而且存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种清洗机壳内壁的方法、物料厚度检测装置、清洗设备和混凝土搅拌机，用以提高混凝土搅拌机的清洗操作的自动化程度，降低人力工作量，并且有效消除安全隐患。

为了实现上述目的，本发明提供一种清洗机壳内壁的方法，该方法包括以下步骤：步骤1，在机壳上设置通过超声波信号检测物料粘附厚度的装置；步骤2，利用装置检测机壳内壁上所粘附的物料的厚度的实时值；步骤3，将实时值与预设值进行比较，当实时值大于预设值时，启动清洗装置以对机壳的内壁进行清洗。

优选地，步骤1包括：步骤1-1，模拟超声波射线发出射线轨迹并且计算该射线轨迹投射到机壳的内壁上所形成的投影曲线；步骤1-2，根据超声波射线的发射位置和投影曲线确定超声波信号的发送和接收装置的安装位置。

优选地，在超声波射线的发射位置设置超声波信号的接收探头，在投影曲线上设置多个超声波信号的发送探头，其中，接收探头可旋转地连接至机壳的顶壁上，发送探头设置在机壳的侧壁上并且位于投影曲线的交点所对应的位置上。

另外，本发明还提供一种物料厚度检测装置，该装置设置在用于容纳物料的机壳上以检测机壳的内壁上所粘附的物料的厚度，该装置包括：多个发送探头，各个发送探头分布在机壳的外壁上用以发送超声波信号；接收探头，该接收探头设置在机壳的腔体中用于周期性地接收超声波信号；以及主机系统，该主机系统与接收探头电连接，通过测量接收探头所接收到的超声波信号在不同的周期内的传播时间，主机系统能够计算出机壳的内壁上所粘附的物料的厚度。

优选地，主机系统包括第一模块，该第一模块能够模拟接收探头发出射线轨迹并且计算出该射线轨迹投射到机壳的内壁上所形成的投影曲线，其中，各个发送探头分别设置在投影曲线所对应的位置上。

优选地，各个发送探头离散地分布在机壳的侧壁上，并且分别设置在投影曲线上的交点所对应的位置上，以使接收探头在一个接收超声波信号的周期内能够针对每个发送探头接收至少两次超声波信号。

优选地，装置包括连接在机壳的顶壁上并且沿机壳的纵向中心线设置的轴杆，以及能够围绕轴杆进行公转并且同时能够进行自转的旋转杆，其中，接收探头设置在旋转杆上，并且接收探头接收超声波信号的周期为旋转杆的公转周期。

优选地，主机系统包括第二模块，该第二模块能够计算出在一个接收超声波信号的周期内每个发送探头所发出的超声波信号的传播时间的平均值，并且根据传播时间的平均值计算出与每个发送探头相对应的区域中的混凝土的厚度。

优选地，轴杆的纵向轴线与旋转杆的自转轴线之间具有130°至170°度的夹角，其中，轴杆与旋转杆彼此啮合以通过轴杆的自转驱动旋转杆进行公转和自转。

优选地，轴杆的与旋转杆相啮合的部位为轴杆的底面，旋转杆的与轴杆相啮合的部位设置为锥形面，其中，轴杆上的啮合齿沿着轴杆的径向方向分布，旋转杆上的啮合齿沿着自锥形面的锥顶至锥形面的锥底的方向分布。

另外，本发明还提供一种清洗设备，包括上述的物料厚度检测装置，以及用于清洗机壳内壁上所粘附的物料的清洗喷头，其中，当机壳的内壁上所粘附的物料的厚度的实时值大于预设值时，启动清洗喷头以对机壳的内壁进行冲洗。

优选地，主机系统根据计算出的机壳的内壁上所粘附的物料的厚度来控制清洗喷头的启动和停止。

另外，本发明还提供一种混凝土搅拌机，该混凝土搅拌机的机壳上安装有上述的清洗设备，其中，发送探头和接收探头均设置在机壳的位于混凝土搅拌界面以上的区域中。

通过上述技术方案，本发明提供了一种自动化程度更高的混凝土搅拌机的清洗结构。由于该结构中设置了能够发送超声波信号的发送探头、能够接收超声波信号的接收探头以及能够实施计算和控制的主机系统，因此本发明的结构可以实时地检测到粘附在机壳的内壁上的混凝土的厚度。藉由清洗结构中引入的超声波发送和接收系统，可以实时地获取混凝土搅拌机机壳内壁上的物料的吸附情况，从而可以确定最佳清洗时间。因此，在混凝土混凝土还没凝固前就将其及时清洗掉，可以有效提高系统的自适应性，避免人工清洗操作。从而，可以降低人力工作量，并且有效消除安全隐患。

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是根据本发明的用于检测混凝土的厚度的装置的原理示意图；

图2是根据本发明的接收探头的设置方式示意图；

图3是根据本发明的第一模块计算出的机壳的内壁上所形成的投影曲线的示意图；

图4是从机壳的侧面观察时的结构示意图，图中示出机壳内的部分结构；

图5是从机壳的正面观察时的结构示意图，图中示出机壳内的部分结构。

附图标记说明

1机壳               2发送探头               3接收探头

4投影曲线

51轴杆              52旋转杆                521锥形面

6清洗喷头

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。

参考图1，本发明首先提供一种清洗机壳内壁的方法和物料厚度检测装置。当混凝土被容纳在诸如混凝土搅拌机的机壳1的容器中、并且粘附在机壳1的内壁上时，本发明的装置能够检测在机壳1的内壁上所粘附的混凝土的厚度，并且对所粘附的混凝土进行及时的清洗。

根据本发明的实施例，在机壳1上设置通过超声波信号检测物料粘附厚度的装置，并且利用该装置检测机壳内壁上所粘附的物料的厚度的实时值。更具体地，如图1中所示，本发明所提供的装置包括发送探头2和接收探头3。其中，发送探头2设置有多个，各个发送探头2分布在机壳1的外壁上用以发送超声波信号。接收探头3则设置在机壳1的腔体中，用以周期性地接收各个发送探头2发出的超声波信号。接收探头3周期性地接收信号，是为了减少接收探头3的使用频率，降低接收探头3的损耗，从而延长其使用寿命。另外，本发明的装置还包括主机系统（未示出）。该主机系统与接收探头3电连接，从而能够接收到接收探头3的信号。主机系统通过测量接收探头3所接收到的超声波信号在不同周期内的传播时间，也就是各个发送探头2所发出的超声波信号在不同周期内的传播时间，该主机系统可以计算出机壳1的内壁上所粘附的混凝土的厚度。因此，通过本发明的装置可以实时地检测到粘附在机壳1的内壁上的混凝土的厚度。然后，将检测到的实时值与预设值进行比较，当实时值大于预设值时，启动清洗装置以对机壳1的内壁进行清洗。

参考图1和图2，根据本发明的实施例，接收探头3设置在可旋转的装置上，从而使接收探头3能够大范围地接收超声波信号。为了实现该目的，如图2所示，装置可以包括能够自转的轴杆51，以及与轴杆51啮合的旋转杆52。其中，轴杆51连接在机壳1的顶壁上，并且轴杆51沿着机壳1的纵向中心线设置。此处的纵向中心线，是指机壳的自顶壁指向底壁的方向的机壳1的中心线。轴杆51可以由驱动电机驱动从而围绕机壳1的纵向中心线进行自转。根据本发明的实施例，轴杆51与旋转杆52彼此啮合，从而当轴杆51被驱动电机驱动发生自转时，能够带动旋转杆52进行旋转。并且，接收探头3设置在旋转杆52上，从而能够在旋转杆52的带动下发生旋转。

更具体地，如图2中所示，根据本发明的实施例，轴杆51的与旋转杆52相啮合的部位为轴杆51的底面，旋转杆52的与轴杆51相啮合的部位设置为锥形面521。也就是说，通过使旋转杆52的锥形面521与轴杆51的底面相啮合并且使旋转杆52的锥形面相对于轴杆51的底面旋转，实现使旋转杆52围绕轴杆51进行公转并且同时能够进行自转。更详细地，轴杆51上的啮合齿沿着轴杆51的径向方向分布，而旋转杆52上的啮合齿沿着自锥形面521的锥顶至锥形面521的锥底的方向分布。并且使旋转杆52的锥形面521的锥顶位于轴杆51的纵向中心线上。这样，轴杆51上的啮合齿和旋转杆52上的啮合齿相互配合后，旋转杆52的公转轴线与轴杆51的纵向轴线相重合，旋转杆52的自转轴线与轴杆51的纵向轴线之间形成130°至170°度的夹角。

根据上述，当轴杆51被驱动电机驱动而发生自转时，轴杆51底面上的啮合齿驱动旋转杆52的锥形面521上的啮合齿转动，从而使旋转杆52发生公转和自转。在旋转杆52的旋转过程中，接收探头3也在发生围绕轴杆51的公转和自转，从而大范围地接收各个发送探头2所发出的超声波信号。并且，接收探头3接收超声波信号的周期为旋转杆52的公转周期。即，旋转杆52公转一周后接收探头3完成一个接收超声波信号的周期。

以上阐述了接收探头3的具体设置方式。但应该理解的是，上述方式是说明性的而非限定性的，其他的能够满足使接收探头3大范围地接收超声波信号的设置方式也落入本发明的保护范围。

以下将详细阐述发送探头2的具体设置方式。

参考图3，根据本发明的实施例，主机系统包括第一模块。该第一模块能够模拟接收探头3发出射线轨迹，并且计算出该射线轨迹投射到机壳1的内壁上所形成的投影曲线4。具体可以利用Autodesk Maya2013粒子动力学板块来实现该目的。例如，可以先利用preo-E建立机壳1的实体模型并转换成STEP格式的文件后导入到Maya2013中。在模型中按照实际运行要求设置诸如轴杆1和旋转杆2的旋转结构的参数。运用软件仿真在旋转结构上设置接收探头3，并且模拟接收探头3发射信号的样式，使信号以射线的方式传播。信号以粒子形式仿真，当粒子撞向机壳1的内壁时，粒子经过特殊属性设置会直接吸附在机壳1的内壁上，形成图3的虚线所示的投影曲线。从图3中可以看到，接收探头3（即旋转杆52）公转一个周期后形成的投影曲线基本可以填满机壳2的内壁。也就是说，接收探头3能够大范围地接收到来自发送探头2的信号。

进一步而言，当发送探头2对应于投影曲线4的位置而分布在机壳1上时，接收探头3能够更好地接收该发送探头2所发送的超声波信号。更优选地，当发送探头2和接收探头3安装在如上所述的接收探头3发出的同一条模拟射线轨迹上时，接收探头3能够接收到较强的超声波信号，从而能够更准确地计算出机壳2的内壁上所粘附的混凝土的厚度。

参考图4和图5，由于接收探头3安装在机壳1的顶壁上，并且为了达到发送探头2和接收探头3设置在接收探头3发出的同一条模拟射线轨迹上的目的，本发明提供的实施例将各个发送探头2离散地分布在机壳1的侧壁上。并且，将各个发送探头2分别设置在投影曲线4上的交点所对应的位置上。如图4和图5中所示，各个发送探头2分别设置在投影曲线4的相互交叉的位置上。这就是说，接收探头3在一个接收超声波信号的周期内能够针对每个发送探头2接收至少两次超声波信号。这样，可以进一步提高计算的精确程度。

另外，根据本发明的实施例，主机系统还包括第二模块，该第二模块能够计算出接收探头3的一个周期内每个发送探头2所发出的超声波信号的传播时间。当接收探头3在一个周期内能够如上所述地针对每个发送探头2接收至少两次超声波信号时，该第二模块能够计算出每个发送探头2所发出的超声波信号的传播时间的平均值。并且，通过将机壳1的内壁上未粘附混凝土时的传播时间与机壳1的内壁上粘附混凝土时的传播时间进行比较，第二模块能够计算出与每个发送探头2相对应的区域中的混凝土的厚度。

综合上述，本发明的装置的具体运行方式如下：

在诸如混凝土搅拌机运行之前，首先确定旋转杆52的起始点和旋转杆52的公转周期，确保之后接收探头3的每次接收超声波信号的周期均正确可靠。然后，确定各个发送探头2发送超声波信号的时间。通常在接收探头3的整个运行过程中可以使发送探头2不间断地发送超声波信号。接下来，由驱动电机驱动轴杆51旋转而带动旋转杆52旋转，从而使得接收探头3进行公转和自转，以大范围地接收超声波信号。由于发送探头2设置在与投影曲线上的交点所对应的位置上，因此接收探头3在一个周期内会经过每个发送探头2两次。当接收探头3第一次旋转到指向某个发送探头2的位置时，主机系统可以计算出此时该发送探头2所发出的超声波信号的传播时间；当接收探头3第二次旋转到指向该发送探头2的位置时，主机系统可以再次计算出此时该发送探头2所发出的超声波信号的传播时间。然后，主机系统可以对两次传播时间取平均值，以获得该发送探头2在该周期内的传播时间的平均值。以此类推，主机系统可以计算出每个发送探头2在一个周期内的传播时间的平均值。将该传播时间的平均值存入主机系统，用作各个发送探头2所发送的超声波信号的初始传播时间。

在诸如混凝土搅拌机开始运行后，每隔一段时间接收探头3自动旋转一个周期，并且主机系统实时地计算各个发送探头2所发送的超声波信号的实时传播时间。主机系统将超声波信号的实时传播时间与初始传播时间之间、以及两次相邻的实时传播时间之间进行比对和计算，即可获得与每个发送探头2相对应的区域中的混凝土的厚度。举例而言，当多个发送探头2中有四个或更多个所对应的位置的混凝土的厚度值大于主机系统中设定的预设值时，可以实施对机壳1内壁的清洗程序。

应该理解，以上设置方式是说明性的而非限定性的。发送探头2的其他合理的分布方式也落入本发明的保护范围。

另一方面，本发明还提供一种清洗设备。该清洗设备包括上述的用于检测混凝土的厚度的装置，以及用于清洗机壳1内壁上所粘附的混凝土的清洗喷头6。根据本发明的实施例，当机壳1的内壁上所粘附的混凝土的厚度的实时值大于预设值时，可以启动清洗喷头6以对机壳1的内壁进行冲洗。

进一步，为了提高清洗设备的自动化程度，根据本发明的实施例，主机系统能够根据计算出的机壳1的内壁上所粘附的混凝土的厚度来控制清洗喷头6的启动和停止。也就是说，当机壳1的内壁上所粘附的混凝土的厚度的实时值大于预设值时，主机系统能够自动启动清洗喷头6对机壳1的内壁进行冲洗；当机壳1的内壁上所粘附的混凝土的厚度已经为零或者接近于零时，主机系统能够自动停止清洗喷头6。可选择地，主机系统也可以通过控制清洗喷头6的清洗时间来自动停止清洗喷头6的清洗操作。

再一方面，本发明还提供一种混凝土搅拌机，该混凝土搅拌机上安装有上述的清洗设备。其中，发送探头2和接收探头3均设置在机壳1的位于混凝土搅拌界面以上的区域中。从而，当固体物料的粉尘和液剂的混合物附着在机壳的内壁上时，能够被被及时地清理掉。同时，发送探头2和接收探头3不会对正常的搅拌工作产生影响。

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 (13)

1.一种清洗机壳内壁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在机壳上设置通过超声波信号检测物料粘附厚度的装置；

步骤2，利用所述装置检测所述机壳内壁上所粘附的物料的厚度的实时值；

步骤3，将所述实时值与预设值进行比较，当所述实时值大于所述预设值时，启动清洗装置以对所述机壳的内壁进行清洗。

2.根据权利要求1所述的清洗机壳内壁的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1-1，模拟超声波射线发出射线轨迹并且计算该射线轨迹投射到所述机壳的内壁上所形成的投影曲线；

步骤1-2，根据超声波射线的发射位置和所述投影曲线确定超声波信号的发送和接收装置的安装位置。

3.根据权利要求2所述的清洗机壳内壁的方法，其特征在于，在所述超声波射线的发射位置设置超声波信号的接收探头，在所述投影曲线上设置多个超声波信号的发送探头，

其中，所述接收探头可旋转地连接至所述机壳的顶壁上，所述发送探头设置在所述机壳的侧壁上并且位于所述投影曲线的交点所对应的位置上。

4.一种物料厚度检测装置，其特征在于，所述装置设置在用于容纳物料的机壳（1）上以检测所述机壳（1）的内壁上所粘附的物料的厚度，所述装置包括：

多个发送探头（2），各个所述发送探头（2）分布在所述机壳（1）的外壁上用以发送超声波信号；

接收探头（3），该接收探头（3）设置在所述机壳（1）的腔体中用于周期性地接收所述超声波信号；以及

主机系统，该主机系统与所述接收探头（3）电连接，通过测量所述接收探头（3）所接收到的超声波信号在不同的周期内的传播时间，所述主机系统能够计算出所述机壳（1）的内壁上所粘附的物料的厚度。

5.根据权利要求4所述的物料厚度检测装置，其特征在于，所述主机系统包括第一模块，该第一模块能够模拟所述接收探头（3）发出射线轨迹并且计算出该射线轨迹投射到所述机壳（1）的内壁上所形成的投影曲线（4），

其中，各个所述发送探头（2）分别设置在所述投影曲线（4）所对应的位置上。

6.根据权利要求5所述的物料厚度检测装置，其特征在于，各个所述发送探头（2）离散地分布在所述机壳（1）的侧壁上，并且分别设置在所述投影曲线（4）上的交点所对应的位置上，以使所述接收探头（3）在一个接收所述超声波信号的周期内能够针对每个所述发送探头（2）接收至少两次所述超声波信号。

7.根据权利要求4所述的物料厚度检测装置，其特征在于，所述装置包括连接在所述机壳（1）的顶壁上并且沿所述机壳（1）的纵向中心线设置的轴杆（51），以及能够围绕所述轴杆（51）进行公转并且同时能够进行自转的旋转杆（52），

其中，所述接收探头（3）设置在所述旋转杆（52）上，并且所述接收探头（3）接收所述超声波信号的周期为所述旋转杆（52）的公转周期。

8.根据权利要求5所述的物料厚度检测装置，其特征在于，所述主机系统包括第二模块，该第二模块能够计算出在一个接收所述超声波信号的周期内每个所述发送探头（2）所发出的超声波信号的所述传播时间的平均值，并且根据所述传播时间的平均值计算出与每个所述发送探头（2）相对应的区域中的混凝土的厚度。

9.根据权利要求7所述的物料厚度检测装置，其特征在于，所述轴杆（51）的纵向轴线与所述旋转杆（52）的自转轴线之间具有130°至170°度的夹角，

其中，所述轴杆（51）与所述旋转杆（52）彼此啮合以通过所述轴杆（51）的自转驱动所述旋转杆（52）进行公转和自转。

10.根据权利要求9所述的物料厚度检测装置，其特征在于，所述轴杆（51）的与所述旋转杆（52）相啮合的部位为所述轴杆（51）的底面，所述旋转杆（52）的与所述轴杆（51）相啮合的部位设置为锥形面（521），

其中，所述轴杆（51）上的啮合齿沿着所述轴杆（51）的径向方向分布，所述旋转杆（52）上的啮合齿沿着自所述锥形面（521）的锥顶至所述锥形面（521）的锥底的方向分布。

11.一种清洗设备，其特征在于，包括权利要求4-10中任意一项所述的物料厚度检测装置，以及用于清洗所述机壳（1）内壁上所粘附的物料的清洗喷头（6），

其中，当所述机壳（1）的内壁上所粘附的物料的厚度的实时值大于预设值时，启动所述清洗喷头（6）以对所述机壳（1）的内壁进行冲洗。

12.根据权利要求11所述的清洗设备，其特征在于，所述主机系统根据计算出的所述机壳（1）的内壁上所粘附的物料的厚度来控制所述清洗喷头（6）的启动和停止。

13.一种混凝土搅拌机，其特征在于，所述混凝土搅拌机的机壳（1）上安装有权利要求11或12所述的清洗设备，

其中，所述发送探头（2）和接收探头（3）均设置在所述机壳（1）的位于混凝土搅拌界面以上的区域中。

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