CN104118056A - 一种自上料搅拌机用配料称重计量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自上料搅拌机用配料称重计量装置及其方法。该自上料搅拌机用配料称重计量装置包括油压传感器、测位设备以及计算设备；其中，在静态称量时，根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合大腔油压和小腔油压计算得到配料的重量；和/或在动态称量时，根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合大腔油压和小腔油压以及举升臂经过动态测量位置范围的时间来计算得到配料的重量。利用本发明的自上料搅拌机用配料称重计量装置及其方法，实现了对配料的称量。

Description

一种自上料搅拌机用配料称重计量装置及其方法

技术领域

本发明涉及机械工程领域，特别涉及一种自上料搅拌机用配料称重计量装置及其方法。

背景技术

自上料式搅拌机(如图11所示)在矿山、隧道，以及中小型工程施工中应用广泛，其上料机构可自行将混凝土的各种配料装入搅拌主机进行混凝土的生产。

混凝土由水泥、砂石、骨料、添加剂、水等配料混合搅拌而成。严格按照配方要求，精确控制各种配料的添加量是保证生产混凝土质量的必要条件。混凝土搅拌机的自上料装置由液压缸驱动，将水泥、砂、骨料、添加剂等固体配料自行装入搅拌主机。通过水泵及水路将水等液体配料加入搅拌主机。

目前对自上料式搅拌机的物料称重可采用应变式测力传感器称量的方案，通过在搅拌主机的支点处，或上料机构举升臂与主机绞点、举升臂与料斗绞点处安装应变测力元件进行静态称重。但是，由于自上料式搅拌机往往经常移动，振动较大，因此存在对整机结构强度和测量元件寿命影响较大，传感器损坏后更换不便等问题。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在配料称量的问题，针对所述问题提出了一种新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种自上料搅拌机用配料称重计量装置，包括：

油压传感器，用于将测得的举升油缸的大腔油压和小腔油压传输至计算设备；

测位设备，用于确定静态称量时举升臂的位置，和/或动态称量时所述举升臂经过的位置范围，传送至所述计算设备；

计算设备，用于计算料斗中的配料的重量；其中，

在静态称量时，所述计算设备根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的所述大腔油压和所述小腔油压计算得到所述配料的重量；

在动态称量时，所述计算设备根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的所述大腔油压和所述小腔油压以及举升臂经过所述位置范围的时间来计算得到所述配料的重量。

进一步包括：所述油压传感器包括大腔油压传感器和小腔油压传感器，其中大腔油压传感器用于将测得的举升油缸的大腔油压传输至计算设备；小腔油压传感器用于将测得的举升油缸的小腔油压传输至所述计算设备。

进一步，所述举升油缸的大腔油压和小腔油压相等。

进一步，在静态称量时，所述计算设备计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p1，即

F_p1＝P₁×S₁-P₂×S₂，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积；以及

所述计算设备根据如下关系式计算出配料重量G_w，即

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

进一步，在动态称量时，所述计算设备计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，即

F_p2＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力；以及

所述计算设备对所述举升臂经过动态称量的位置范围进行计时且得到时间Δt，并且结合所述时间Δt，根据如下关系式计算配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

进一步，动态称量时，所述计算设备根据如下关系式计算配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×(F_{p2}-k_J{\stackrel{\‾}{a}}^2)}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，为动态称量时举升机构的角加速度，k_J为修正时的相关参数。

进一步，所述测位设备包括：检测块和接近开关，其中

所述检测块包括至少两个检测齿，所述检测齿被所述接近开关感应到时，所述接近开关向所述计算设备传输所述举升臂的位置信号，从而确定静态称量时所述举升臂的位置和/或动态称量时所述举升臂的位置范围。

进一步包括：测温设备，用于将测得的油温信号传输至所述计算设备，以便所述计算设备根据油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力。

进一步包括：流量计，安装在液体配料的输运管路上，与所述计算设备电连接，用于将测得的所述液体配料的流量信号传输至所述计算设备，使得所述计算设备对所述液体配料的输运进行计时，并且使得所述计算设备根据所述流量和输运时间计算所述液体配料的体积，和/或所述计算设备结合所述体积以及所述液体配料的密度计算所述液体配料的重量。

进一步包括：所述计算设备根据输入的单次生产量以及生产单位体积混凝土所需的每种配料的重量计算每种配料所需添加量；根据料斗容积以及配料密度计算每种配料每斗最大装入量；计算料斗中的配料的重量的累计之和；根据每种配料所需添加量与料斗中的配料的重量的累计之和计算所述配料的剩余所需量；

判断所述配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量，如果是，则所述计算设备提示最后一斗所述配料的所需量；否则所述计算设备继续计算料斗中的配料的重量的累计之和。

根据本发明的第二方面，提供了一种自上料搅拌机用配料称重计量方法，包括：

测量举升油缸的大腔油压和小腔油压，确定静态称量时举升臂的位置和/或动态称量时所述举升臂经过的位置范围，并且动态称量时，对举升臂经过动态称量位置范围进行计时；

静态称量时，根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合所述大腔油压和所述小腔油压计算料斗中的配料重量；动态称量时，根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的所述大腔油压和所述小腔油压以及举升臂经过所述位置范围的时间来计算所述配料重量。

进一步包括：在静态称量时，计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p1，即

F_p1＝P₁×S₁-P₂×S₂，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积；以及

根据如下关系式计算出配料重量G_w，即

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

进一步包括：在动态称量时，计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，即

F_p2＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力；以及

对所述举升臂经过动态称量的位置范围进行计时且得到时间Δt，并且结合所述时间Δt，根据如下关系式计算配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

进一步包括：动态称量时，测量举升油缸的油温，根据油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力。

根据本发明的第三方面，提供了一种使用本发明实施例中的自上料搅拌机用配料称重计量装置的配料计量方法，包括：

输入单次生产量、料斗容积、配料密度，以及生产单位体积混凝土所需的各种配料的重量；

根据输入的单次生产量以及生产单位体积混凝土所需的每种配料的重量计算每种配料所需添加量，根据料斗容积、以及配料密度计算每种配料每斗最大装入量；

计算选定的配料重量并累计计量所述配料的当前添加量；

判断已计算的所述当前称量的配料的重量的累计之和是否小于所述配料所需添加量：如果小于所述配料所需添加量，则判断所述配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量，否则停止添加所述配料；以及

判断所述配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量：若所述配料的剩余所需量小于每斗最大装入量，则提示最后一斗所述配料的所需量；否则继续计算下一斗当前称重的配料的重量并累计所述配料的添加量。

进一步包括：当称重的所述配料累计达到所需重量后，进行下一种所需配料的称重。

进一步包括：当选定的配料为液体配料时，测量所述液体配料输运的流量以及输运的时间，并且根据所述流量和输运时间计算所述液体配料的体积，和/或结合所述体积以及所述液体配料的密度计算所述液体配料的重量。

本发明提供了一种自上料搅拌机用配料称重计量装置及其方法，能够实现对配料的称量。

进一步地，利用油压传感器测量油压，根据油压计算得出配料的重量，代替了现有技术中在搅拌主机的支点处，或举升臂与搅拌主机绞点、举升臂与料斗绞点处安装应变测力元件进行静态称重的方式，解决了应变测力元件损坏后更换不便等问题。并且本发明的动态称量还可以提高生产效率。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1A是示出根据本发明的一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的电气结构连接图。

图1B是示出根据本发明的另一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的电气结构连接图。

图2A是示出根据本发明的一些实施例的举升机构的示意图。

图2B是示出根据本发明的一些实施例的与图2A的举升机构示意图对应的等效模型图。

图3是示出根据本发明的一些实施例的举升机构的力矩平衡分析图。

图4A是示出根据本发明的另一些实施例静态称量时的举升机构的等效模型图。

图4B是示出根据本发明的另一些实施例动态称量时的举升机构的等效模型图。

图5是示出根据本发明的一些实施例的测位设备的工作原理图。

图6是示出根据本发明的一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的结构图。

图7A-图7E是分别示出根据本发明实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的配料计量的示意图。

图8是示出根据本发明的一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量方法的流程图。

图9是示出根据本发明的另一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量方法的流程图。

图10是示出根据本发明的一些实施例利用本发明实施例中的自上料搅拌机用配料称重计量装置的配料计量方法的流程图。

图11是示出现有技术中的自上料式搅拌机的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1A是示出根据本发明的一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的电气结构连接图。如图1所示，自上料搅拌机用配料称重计量装置100包括油压传感器101、计算设备105和测位设备107。

其中，油压传感器101可以安装在液压管路和/或举升油缸上，用于测量举升油缸的大腔油压和小腔油压，且将测得的大腔油压和小腔油压传输至计算设备105。其中，举升油缸与举升臂连接，对举升臂起到举升作用，举升臂与料斗连接。

当然，这里油压传感器的数量为至少一个，可以根据不同的举升油缸采用不同数量的油压传感器。例如，当举升油缸为大腔油压和小腔油压始终相等的液压油缸(例如为柱塞式液压油缸时，由于柱塞式液压油缸为大、小腔联通的液压油缸，只有一个进油口，柱塞前后面积不相等，液压油可以产生推进力，柱塞式液压油缸需要靠外力回复)时，该自上料搅拌机用配料称重计量装置可以只安装一个油压传感器，从而节约成本。再例如，当举升油缸为大腔油压和小腔油压并不始终相等的液压油缸(实际上在举升过程中，这类液压油缸的大腔油压和小腔油压大多数情况下是不相等的，例如活塞式液压油缸)时，所使用的油压传感器可以包括大腔油压传感器和小腔油压传感器。图1B是示出根据本发明的另一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的电气结构连接图。例如如图1B所示，在自上料搅拌机用配料称重计量装置110中，油压传感器包括大腔油压传感器111和小腔油压传感器112，其中大腔油压传感器111用于将测得的举升油缸的大腔油压传输至计算设备115；小腔油压传感器112用于将测得的举升油缸的小腔油压传输至计算设备115。另外，图1B中的计算设备115与测位设备117分别与图1A中的计算设备105和测位设备107类似，因此下面描述的计算设备105和测位设备107的功能、结构以及连接关系等同样也分别适用于计算设备115和测位设备117。

测位设备107用于确定静态称量时举升臂的位置，和/或动态称量时举升臂经过的位置范围。进一步地，测位设备107在确定所述位置或者位置范围时，将向计算设备105传送位置信号，使得计算设备105能够确定静态称量时举升臂的位置，或者能够确定动态称量时举升臂经过的位置范围。进一步地，在动态称量时，计算设备能够根据所接收到的位置信号对举升臂经过动态称量位置范围的时间进行计时，当然，本领域技术人员应该理解，也可以利用其他方式计时，例如人工计时。

在本发明的一些实施例中，测位设备107包括检测块和接近开关，其中，检测块安装在举升臂上，接近开关安装在车体上，后面将对这样的测位设备详细描述。当然，本领域技术人员应该明白，测位设备还可以为其他装置，例如倾角传感器，因此本发明的范围并不仅限于此。

计算设备105用于计算料斗中的配料的重量。其中，在静态称量时，计算设备105根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的大腔油压和小腔油压计算得到配料重量；在动态称量时，计算设备105根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的大腔油压和小腔油压以及举升臂经过所述位置范围的时间来计算得到配料重量。在本发明的一些实施例中，计算设备105例如是控制器。其中，大腔横截面积和小腔横截面积可以预先存储或称量时输入到计算设备中。

在静态称量时，计算设备107根据接收到的大腔油压和小腔油压计算得出举升油缸对举升臂的有效作用力F_p1，即

F_p1＝P₁×S₁-P₂×S₂，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积。然后计算设备107根据如下关系式计算出配料重量G_w，即

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

关于参数S₁和S₂可以通过查询有关设备参数或者数据表得到，或者通过测量得到，并且S₁和S₂预先存储在和/或称量时输入在计算设备105中。

关于参数A₁和B₁可以通过标定的方法得到，例如在该称重装置安装完成后，S₁和S₂为已知，可以首先在料斗无配料(即配料重量G_w＝0)的情况下进行静态称量，可以获得大腔油压P₁和小腔油压P₂，则可以得到从而得到关于A₁和B₁的一个方程，即

$0=A_1\×F_{p1}^1+B_1,$

然后在料斗中加入配料称量(例如G_w＝100千克)，与上述类似，得到关于A₁和B₁的另一个方程，即

$100=A_1\×F_{p1}^2+B_1,$

其中可以根据大、小腔油压得到。将上述两个方程组成方程组，即可得到参数A₁和B₁。将这些参数A₁和B₁的值预先存储在和/或称量时输入在计算设备105中即可用于静态称量。当然，本领域技术人员应该明白，上述参数A₁和B₁可能由于工况不同而不同，因此为了能够尽量得到精确的配料重量，可以在每次称量前进行标定。

在动态称量时，计算设备107根据接收到的大腔油压和小腔油压计算得出举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，即

F_p2＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力。并且在动态称量过程中，计算设备105对举升臂经过动态称量的位置范围进行计时，得到经过时间Δt。然后计算设备107结合时间Δt，根据如下关系式计算配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

类似地，参数S₁、S₂和a可以通过查询有关参数或者数据表得到，或者通过测量得到，并且S₁、S₂和a预先存储在和/或称量时输入在计算设备105中。

利用动态称量配料的重量可以提高生产效率。

关于参数A₂、B₂和C₂可以通过标定的方法得到，例如在该称重装置安装完成后，S₁、S₂和a为已知，可以首先在料斗无配料(即配料重量G_w＝0)的情况下进行动态称量，可以获得大腔油压P₁和小腔油压P₂，则可以得到此次举升油缸的伸缩速度为v₁，从而获得经过位置范围的时间Δt₁，从而得到关于A₂、B₂和C₂的第一个方程，即

$0=A_2\×F_{p2}^1+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}^1}{\mathrm{\Δ}{t_1}^2},$

然后在料斗中加入配料称量(例如G_w＝100千克)，此次举升油缸的伸缩速度为v₂，从而获得经过位置范围的时间Δt₂，与上述类似，得到关于A₂、B₂和C₂的第二个方程，即

$100=A_2\×F_{p2}^2+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}^2}{\mathrm{\Δ}{t_2}^2},$

其中可以根据大、小腔油压得到。

然后再以举升油缸的伸缩速度v₃进行动态称量(此次称量时配料重量G_w＝100千克)，从而获得经过位置范围的时间Δt₃，与上述类似，得到关于A₂、B₂和C₂的第三个方程，即

$100=A_2\×F_{p2}^3+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}^3}{\mathrm{\Δ}{t_3}^2},$

其中可以根据大、小腔油压得到。

将上述三个方程组成方程组，即可得到参数A₂、B₂和C₂。将这些参数A₂、B₂和C₂的值预先存储在和/或称量时输入在计算设备105中即可用于动态称量。当然，本领域技术人员应该明白，上述参数A₂、B₂和C₂可能由于工况不同而不同，因此为了能够尽量得到精确的配料重量，可以在每次称量前进行标定。

关于上述静态称量时的关系式G_w＝A₁×F_p1+B₁和动态称量时的关系式是经过如下过程获得，如下所示：

图2A是示出根据本发明的一些实施例的举升机构的示意图。在该实施例中，举升机构包括举升油缸201、举升臂202、料斗203、转斗油缸204。其中，举升油缸201与车架205在绞点W连接，举升臂202与车架205在绞点V连接，转斗油缸204与车架205在绞点U连接，举升油缸201与举升臂202在绞点C连接，转斗油缸204与料斗203在绞点B连接，举升臂202与料斗203在绞点A连接。点R代表料斗的几何中心。

图2B是示出根据本发明的一些实施例的与图2A的举升机构示意图对应的等效模型图。线段WC代表举升油缸，线段UB代表转斗油缸，线段VCA代表举升臂。其中，点A、B、C、R为移动点，其余点(例如点W、V、U等)为固定点；角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆为变化量，其余角(例如α₁、α₂、α₃等)为固定常数；线段WC、UA为变化量，其余线段(例如线段WV、VC、CA、VA、UV、UB、AB、AR、BR等)为固定常数。

整个举升机构由举升油缸驱动，转斗油缸在举升过程中长度不变，则有：

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{{\mathrm{WV}}^2+{\mathrm{VC}}^2-{\mathrm{WC}}^2}{2\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}}$

θ₃＝α₁+α₂-π+θ₁

对于VUBA有：根据该向量等式，分别将各向量向x轴和y轴投影，从而分别获得x轴和y轴上的等式，联立方程组，消去θ₅，得到

usinθ₄+vcosθ₄+w＝0

u＝2AB×(VA×sinθ₃-UV×sinα₃)

v＝2AB×(VA×cosθ₃-UV×cosα₃)

w＝VA²+AB²+UV²-UB²-2VA×cosθ₃×UV×cosα₃-2VA×sinθ₃×UV×sinα₃

化简得

$(w-v){\tan }^2\frac{{\mathrm{\θ}}_4}{2}2u\tan \frac{{\mathrm{\θ}}_4}{2}+(v+w)=0$

θ₆＝θ₄-α₄

图3是示出根据本发明的一些实施例的举升机构的力矩平衡分析图。下面参照图3对静态称量进行分析。

以举升臂与料斗的绞点A看作支点，静态称量时有：

F_m×AR×cosθ₆＝F_BU×L₃，

其中F_m为配料的重力，F_BU为转斗油缸对料斗的有效作用力，L₃为有效作用力F_BU的力臂。

以举升臂与车架的绞点V看作支点，静态称量时有：

F₀×L₀+F_m×L₁＝F_WCS×L₂+F_BU×L₄

其中，F₀为举升机构的总重力，L₀为总重力F₀的力臂，L₁为配料重力F_m的力臂，F_WCS为静态称量时举升油缸对举升臂的有效作用力，L₂为有效作用力F_WCS的力臂，L₄为有效作用力F_BU的力臂。

联立F_m×AR×cosθ₆＝F_BU×L₃和F₀×L₀+F_m×L₁＝F_WCS×L₂+F_BU×L₄，得：

$F_m=\frac{F_{\mathrm{WCS}}\×L_2-F_0\×L_0}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6}$

其中：

L₁＝VA×cosθ₃+AR×cosθ₆

$L_2=\frac{2\sqrt{Z_1(Z_1-\mathrm{WV})(Z_1-\mathrm{VC})(Z_1-\mathrm{WC})}}{\mathrm{WC}}$

$L_3=\frac{2\sqrt{Z_2(Z_2-\mathrm{UB})(Z_2-\mathrm{AB})(Z_2-\mathrm{UA})}}{\mathrm{UB}}$

$L_4=\frac{4\sqrt{Z_3(Z_3-\mathrm{UV})(Z_3-\mathrm{UB})(Z_3-\mathrm{VB})}}{\mathrm{UB}}$

Z₁＝(WV+VC+WC)/2

Z₂＝(UB+AB+UA)/2

Z₃＝(UB+UV+VB)/2

其中F_WCS由测量大腔油压和小腔油压获得，即

F_WCS＝P₁×S₁-P₂×S₂，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积。静态测量时由测位设备确定静态称量位置，此时举升臂位置角θ₁＝θ₁₀，为确保由于安装误差对测量结果影响较小，则安装位置可以为称量区间θ₁∈[θ₁₀-τ,θ₁₀+τ]内，其中θ₁₀为该区间的中心角度值，τ的范围在5～10度左右，当然，本领域技术人员应该理解，τ的范围还可以为其他角度范围，例如可以根据实际工况而定。在θ₁∈[θ₁₀-τ,θ₁₀+τ]内， $L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6$ 以及 $L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6$ 约等于常数。

因此，对于上述等式可以化简为

F_m＝A₁×F_WCS+B₁，其中

$A_1=\frac{L_2}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6},B_1=\frac{-F_0\×L_0}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6}.$

即得到静态称量时的关系式

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

下面参照图3对动态称量进行分析。

动态称量情况下，认为油缸匀速伸缩，若以举升臂与车架的绞点V看作支点，将举升装置看作一体，则举升装置旋转角度近似等于θ₁。

则有：

F₀×L₀+F_m×L₁＝F_WC×L₂+F_BU×L₄-Jθ₁″，其中F₀、L₀、F_m、L₁、L₂、L₄与静态称量时的含义类似，这里不再赘述，J为举升机构的转动惯量，F_WC为动态称量时举升油缸对举升臂的有效作用力，且

F_WC＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力。

根据等式 ${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{{\mathrm{WV}}^2+{\mathrm{VC}}^2-{\mathrm{WC}}^2}{2\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}}$ 有：

$\cos {\mathrm{\θ}}_1=\frac{{\mathrm{WV}}^2+{\mathrm{VC}}^2-{(l_0+\mathrm{vt})}^2}{2\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}}$

其中，l₀为举升油缸初始长度，v为举升油缸伸缩速度。

对上式两边同时求导数为举升机构的角速度：

${\mathrm{\θ}}_1^{\′}=\frac{(l_0+\mathrm{vt})v}{\sin {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}}$

对上式求导数为举升机构的角加速度：

${\mathrm{\θ}}_1^{\′\′}=\frac{v^2\×\sin {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}-{\mathrm{\θ}}_1^{\′}\×\cos {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}(l_0+\mathrm{vt})v}{{(\sin {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC})}^2}$

化简得：

${\mathrm{\θ}}_1^{\′\′}=\frac{v^2\×(\sin {\mathrm{\θ}}_1-\frac{\cos {\mathrm{\θ}}_1\×{(l_0+\mathrm{vt})}^2}{\sin {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}})}{\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}\×\sin {{\mathrm{\θ}}_1}^2},$ 这里v为举升油缸的伸缩速度。

由于WC＝l₀+vt>>v×Δt所以:

${\mathrm{\θ}}_1^{\′\′}=v^2\×\frac{(\sin {\mathrm{\θ}}_1-\frac{\cos {\mathrm{\θ}}_1\×{\mathrm{WC}}^2}{\sin {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}})}{\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}\×{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1},$

θ₁″＝k₁v²，

其中 $k_1=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1-\frac{\cos {\mathrm{\θ}}_1\×{\mathrm{WC}}^2}{\sin {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WC}\×\mathrm{VC}}}{\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}\×{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}$

举升机构的转动惯量为：

J＝k₂m_J，k₂为相关系数。

m_J为举升装置总质量，且m_J近似正比于动态称量时举升油缸的有效作用力，即其中为相关系数。

所以有：

其中k₄＝k₃v²Δt²，其中Δt为举升臂经过动态称量位置范围的时间，且

动态称量时，若忽略料斗沿举升臂与料斗的绞点A的转动惯性力影响，仅考虑举升机构沿绞点V的转动惯量，由于VA>>AR，θ₁近似看作料斗几何中心R(这里可以看作质心)的旋转角度，同时认为离心力指向V点，则离心力力矩为零。则有:

由于忽略料斗沿举升臂与料斗的绞点A的转动惯性力影响，因此绞点A处存在关系式

F_m×AR×cosθ₆＝F_BU×L₃，

然后与F₀×L₀+F_m×L₁＝F_WC×L₂+F_BU×L₄-Jθ₁″联立，得

$F_m=\frac{1}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6}(F_{\mathrm{WC}}\×L_2-J{\mathrm{\θ}}_1^{\′\′}-F_0\×L_0)$

即，

$F_m=\frac{1}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6}(F_{\mathrm{WC}}\×L_2-k_4\frac{F_{\mathrm{WC}}}{\mathrm{\Δ}{t}^2}-F_0\×L_0)$

动态称量时，由于受到AD转换元件采样时的同步采样时间(例如反应时间)限制，及为剔除传感器(例如剔除所采样的最大值和最小值)检测信号瞬态干扰及误差，在测量区间内采集很多组信号求平均的方法。因此与静态称量时类似，称量区间可以在θ₁∈[θ₁₀-τ,θ₁₀+τ]内，其中θ₁₀为该区间的中心角度值，τ的范围在5～10度左右，当然，本领域技术人员应该理解，τ的范围还可以为其他角度范围，例如可以根据实际工况而定。在称量区间θ₁∈[θ₁₀-τ,θ₁₀+τ]内，约等于常数或者与自变量θ₁呈线性关系。

为减小转动惯性力的影响，在称量区间θ₁∈[θ₁₀-τ,θ₁₀-τ]内，

$\frac{1}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6}\×\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_1-\frac{\cos {\mathrm{\θ}}_1\×{\mathrm{WC}}^2}{\sin {\mathrm{\θ}}_1\×\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}}}{\mathrm{WV}\×\mathrm{VC}\×{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}$ 近似为常数或为零，从而消除转动惯性力的影响。

因此，令 $A_2=\frac{L_2}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6},B_2=\frac{-F_0\×L_0}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6},$

$C_2=\frac{-k_4}{L_1-\frac{L_4}{L_3}\×\mathrm{AR}\×\cos {\mathrm{\θ}}_6},$ 则有

$F_w=A_2\×F_{\mathrm{WC}}+B_2+\frac{C_2\×F_{\mathrm{WC}}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

即 $G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

从上面A₂和C₂的定义式可以看出，A₂和C₂的符号一般是相反的，又由于有效作用力F_p2与时间Δt是负相关的关系，即F_p2越大，所用的时间Δt越小，因此，从定性上分析，即使测量时间Δt不同，所计算获得的配料重量G_w也是唯一确定的，当然根据上述公式的推导过程可以看出，从定量上分析，测量时间Δt即使不同，所计算获得的配料重量G_w也是唯一确定的。

以上是在考虑了转斗油缸的有效作用力的情况下说明根据本发明实施例的静态称量和动态称量时的关系式，下面将分别结合图4A和图4B不考虑转斗油缸有效作用力的情况下说明根据本发明实施例的静态称量和动态称量时的关系式。

图4A是示出根据本发明的另一些实施例静态称量时的举升机构的等效模型图。其中，O₁为举升臂与车体的连接绞点，O₂为举升油缸与车体的连接绞点，O₃为举升油缸与举升臂的连接绞点。

静态称量时，举升油缸对举升臂的有效作用力F_p1为

F_p1＝P₁×A₁-P₂×A₂，其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积。

由力矩平衡关系：举升油缸的有效作用力的力矩等于举升机构重力的力矩与配料重力的力矩的和，即

F_p1×sinβ₁×L₂＝G_b×cosβ×L_b+G_w×cosβ×L_w

来计算配料的重量，即所述配料重力为

$G_w=\frac{F_{p1}\×\sin {\mathrm{\β}}_1\×L_2-G_b\×\cos \mathrm{\β}\×L_b}{\cos \mathrm{\β}\×L_w},$ 其中

L₂为所述有效作用力F_p1的等效力臂，

β₁为所述有效作用力F_p1的等效力臂与所述举升油缸之间的角度，

G_b为举升机构的总重力，

L_b为所述举升机构的等效力臂，

β为所述举升机构的等效力臂与水平方向的角度，

L_w为配料重力的等效力臂。

令 $A_1=\frac{\sin {\mathrm{\β}}_1\×L_2}{\cos \mathrm{\β}\×L_w},B_1=\frac{-G_b\×\cos \mathrm{\β}\×L_b}{\cos \mathrm{\β}\×L_w},$ 则有

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

图4B是示出根据本发明的另一些实施例动态称量时的举升机构的等效模型图。类似地，O₁为举升臂与车体的连接绞点，O₂为举升油缸与车体的连接绞点，O₃为举升油缸与举升臂的连接绞点。

在动态称量时，举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，即

F_p2＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力。

当然，本领域的技术人员应该理解，为了使计量更精确，这里可以计算F_p2如下：

先计算液压系统对举升油缸的缸杆的作用力F_c，即

F_c＝P₁×S₁-P₂×S₂，其中杠杆的一端与举升臂连接；

再计算F_p2为 $F_p=F_c-c\×{\stackrel{\·}{L}}_3-k\×L_3-f,$

其中c为举升油缸的粘滞阻尼系数、k为举升油缸的弹性系数、f为摩擦力和干扰力的合力以及L₃为举升油缸的长度。

由力矩平衡关系：举升油缸的有效作用力的力矩等于举升机构总重力的力矩与配料重力的力矩以及转动力矩的和，即

F_p2×sinβ₁×L₂＝G_b×cosβ×L_b+G_w×cosβ×L_w+Jβ₃″

来计算配料的重量，即所述配料重力为

$G_w=\frac{F_{p2}\×\sin {\mathrm{\β}}_1\×L_2-G_b\×\cos \mathrm{\β}\×L_b-J{\mathrm{\β}}_3^{\′\′}}{\cos \mathrm{\β}\×L_w},$ 其中

${\mathrm{\β}}_3=\arccos \frac{{L_1}^2+{L_2}^2-{L_3}^2}{2\×L_1\×L_2},$ 其中

L₂为所述有效作用力F_p2的等效力臂，

β₁为所述有效作用力的等效力臂L₂与所述举升油缸之间的角度，

G_b为举升机构的总重力，

L_b为所述举升机构的等效力臂，

β为所述举升机构的等效力臂L_b与水平方向的角度，

L_w为配料重力的等效力臂，

J为所述举升机构的转动惯量，

L₁为所述举升臂与车体连接的绞点O₁与所述举升油缸与车体连接的绞点O₂之间的距离，

L₃为举升油缸的长度，

β₃为所述距离L₁与所述有效作用力的等效力臂L₂之间的夹角。

由于举升液压系统原动机为电动机和柴油机旋转速度波动较小、液压系统采用定量泵或负载敏感泵可将举升液压系统近似看作恒流系统，结合举升机构参数对余弦公式进行分析，例如，通过数值方法或曲线拟合的方法分段线性化找到β₃与L₃近似呈线性关系(即β₃≈mL₃)的区间，例如，可以选择匀速举升的区间。在该区间内β₃″较小，甚至近似接近于零，在该区间进行动态称重可大大减少称重系统检测量和运算量，减小测量误差。

根据液压系统设计，举升油缸的缸杆可以认为是匀速运动的，在缸杆行程L₃同角度变化呈线性化的区间，及举升臂为匀速转动的区间，其中角度变化的一阶导数为举升臂转动角速度，二阶导数为举升臂角加速度，近似匀速转动时，角加速度自然很小以至趋近于零。当加速度趋近于零时，不用考虑举升油缸的油压产生加速度的分力，计算得到简化。

因此由 ${\mathrm{\β}}_3=\arccos \frac{{L_1}^2+{L_2}^2-{L_3}^2}{2\×L_1\×L_2},$ 同样可以得出 ${\mathrm{J\β}}_3^{\′\′}=k_4\frac{F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$ k₄为相关系数。因此

$G_w=\frac{F_{p2}\×\sin {\mathrm{\β}}_1\×L_2-G_b\×\cos \mathrm{\β}\×L_b-k_4\frac{F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2}}{\cos \mathrm{\β}\×L_w}$

令 $A_2=\frac{\sin {\mathrm{\β}}_1\×L_2}{\cos \mathrm{\β}\×L_w},B_2=\frac{-G_b\×\cos \mathrm{\β}\×L_b}{\cos \mathrm{\β}\×L_w},C_2=\frac{-k_4}{\cos \mathrm{\β}\×L_w},$ 则有

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

至此，详细描述了根据本发明的实施例的静态称量关系式和动态称量关系式的由来。

图5是示出根据本发明的一些实施例的测位设备的工作原理图。如图5所示，该测位设备包括检测块和接近开关，其中检测块包括两个检测齿，当然本领域技术人员应该理解，该检测块还可以包括多于两个(例如三个、四个等)的检测齿，形成至少三种位置状态；接近开关与计算设备105连接(图5中未示出)，当检测齿被接近开关感应到时，接近开关向计算设备105传输电信号，即传输举升臂的位置信号，从而确定静态称量时所述举升臂的位置和/或动态称量时所述举升臂的位置范围。其中，检测块可以安装在举升臂上，接近开关可以安装在搅拌机的车体上。

如图5所示，检测块的两个检测齿之间的角度为θ₀，其形成的区域即为称量区间，该角度θ₀可以根据需要而定，当然，角度θ₀可以经过测量得到。该测位设备可以检测三个位置，分别是：

I位置，只有接近开关1向计算设备传送电信号，举升臂举升过程中进入检测区域；

II位置，接近开关1、2均向计算设备传送电信号，举升臂进入检测区域中间位置；

III位置，只有接近开关2向计算设备传送电信号，举升臂举升过程中离开检测区域。

在该实施例中，该测位设备可以判断举升臂是否到达检测区域，检测举升臂在检测区域的平均角速度、平均角加速度等。因此，利用该实施例中的测位设备，可以用于确定静态称量时举升臂的位置，也可以用于确定动态称量时举升臂的位置范围。例如，可以将计算设备接收到接近开关1和2传送的电信号时的举升臂的位置(即II位置)作为在静态称量时的位置。又例如，可以将计算设备仅接收到接近开关1传送的电信号时的举升臂的位置(即I位置)与计算设备仅接收到接近开关2传送的电信号时的举升臂的位置(即III位置)之间的区间作为动态称量时的位置范围。进一步地，计算设备可以根据接收到的不同位置信号进行计时，例如可以在接收到I位置信号时开始计时，在接收到III位置信号时终止计时，从而得到举升臂经过该位置范围的时间。利用检测块和接近开关组成的测位设备，相比倾角传感器等其他测位设备，能够显著降低成本。

此外，通过上述三个位置，测量区域被分成两个子区域，即区域1和区域2(如图5所示)。计算设备105可以根据检测到I、II、III位置的时间t₁、t₂、t₃以及角度θ₀计算两个子区域的平均角速度以及测量区域平均角速度、角加速度，其中

区域1的平均角速度为

区域2的平均角速度为

测量区域的平均角速度为以及

测量区域的角加速度

在该实施例中，区域1和区域2对应的角度相等，即检测块的两个检测齿对称。本领域的技术人员应该理解，区域1和区域2对应的角度可以不相等，即检测块的两个检测齿也可以不对称，因此本发明的范围并不仅限于此。

在进行动态称量时，有时不能在测量区域内匀速举升，例如突然速度增加等情况。这时计算设备105可以利用计算得到的测量区域的角加速度(也即举升机构的角加速度)对计算配料的重量进行修正，从而使得测得的配料重量更精确。由于动态称量计算时，举升机构总的转动惯量采用举升油缸对举升臂的有效作用力乘以系数k_mJ*k₂来近似，即J＝k₂×k_mJ×F_WC，但实际情况下动态称量的该有效作用力F_WC中包含举升机构总重量和转动惯性力(例如配料的转动惯性力)，其中举升机构总重量的影响已经包括在动态称量公式的参数B₂中而被消除，而配料的转动惯性力的影响可以通过角加速度的修正来近似消除，例如，可以利用角加速度将动态称量公式中的项修正为

即动态称量公式为

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×(F_{p2}-k_J{\stackrel{\‾}{a}}^2)}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，k_J为修正时的相关参数，参数k_J可以通过标定的方法得到，其中标定方法与前面描述类似，这里不再赘述。上述经过修正的动态称量公式例如可以经过多次测量进行曲线拟合来获得。上述公式中表示在有效作用力F_p2中去除物料的转动惯性力的影响，因此可以得到更加精确的重量测量结果。当然，实际情况中，由于配料的转动惯性力的影响很小，在不需要更精确的测量结果的情况下，可以不需要用角加速度来修正，这样计算也更加简便。

在本发明的实施例中，油温的变化会引起油缸粘滞阻力和弹性阻力的变化，例如当油温上升时，粘滞阻力和弹性阻力将减小；当油温下降时，粘滞阻力和弹性阻力将增大，因此自上料搅拌机用配料称重计量装置还可以包括测温设备(例如油温传感器)，其安装于液压管路和/或举升油缸上，用于将测得的油温信号传输至计算设备，以便所述计算设备根据油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力。

图6是示出根据本发明的一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的结构图。如图6所示，该自上料搅拌机用配料称重计量装置600包括大腔油压传感器601、小腔油压传感器602、计算设备605、测位设备607、测温设备604以及流量计609。在该实施例中，大腔油压传感器601和小腔油压传感器602分别与计算设备605电连接，且分别将测量的举升油缸610的大腔油压和小腔油压传输至计算设备605。测位设备607包括具有两个检测齿的检测块和两个接近开关，其中两个接近开关1和2分别与计算设备605电连接。测温设备604例如为油温传感器，与计算设备605电连接，用于将测得的油温信号传输至计算设备605，以便所述计算设备根据油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力。计算设备605根据确定后的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力的合力并且结合所述举升油缸的大腔横截面积、小腔横截面积以及所述大腔油压和所述小腔油压来计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，进而计算得到配料的重量。

流量计609安装在液体配料的输运管路上，与计算设备605电连接，用于将测得的液体配料的流量信号传输至计算设备605，使得计算设备605对该液体配料的输运进行计时，并且使得计算设备605根据测得的流量和输运时间计算液体配料的体积。进一步地，计算设备605也可以结合计算得到的液体配料的体积以及该液体配料的密度计算该液体配料的重量。

图7A-图7E是分别示出根据本发明实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的配料计量的示意图。

在本发明的一些实施例中，在计算设备中输入单次生产量、料斗容积、配料密度，以及生产单位体积混凝土所需的各种配料的重量。在本发明的进一步实施例中，计算设备可以存储至少一个关于混凝土的配方，其中，所述配方包括制造混凝土所需的配料种类，以及生产单位体积混凝土所需的各种配料的重量，例如如图7A所示，存储10个配方。可以根据实际需要选择不同的配方(例如选择配方7)，选择配方后，计算设备可以显示配方中单位体积混凝土所需的各种配料的重量等信息(如图7B所示)。输入配料的相关参数，例如单次生产量、料斗容积以及配料密度，例如输入单次生产量为3.5m³(立方米)，料斗容积为550升(图7C所示)，配料密度可以根据实际情况输入。计算设备根据输入的单次生产量以及生产单位体积混凝土所需的每种配料的重量计算每种配料所需添加量；并且根据料斗容积以及配料密度计算每种配料每斗最大装入量。以及计算设备计算料斗中的配料的重量的累计之和(如图7D所示)。

计算设备根据每种配料所需添加量与料斗中的配料的重量的累计之和计算所述配料的剩余所需量；判断所述配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量，如果是，则所述计算设备提示最后一斗所述配料的所需量(如图7E所示)；否则所述计算设备继续计算料斗中的配料的重量的累计之和。若当前配料已经称重完毕，可以再选择下一种配料进行称重，直至所需的各种固体配料全部称重完毕。

在本发明的进一步实施例中，计算设备还可以计算并且累计液体配料的体积。当选择液体配料(例如水)后，计算设备将根据测得的液体配料的输运流量和输运时间计算注入搅拌主机的液体配料的体积并累计计量，和/或计算设备根据计算得到的液体配料的体积以及存储和/或输入在计算设备中的液体配料的密度来计算该液体配料的重量并累计计量，当所注入的液体配料的体积和/或重量达到需要的体积和/或重量时，计算设备将提示停止注入液体配料。

通过本发明的实施例的自上料搅拌机用配料称重计量装置的配料计量，可以方便地进行混凝土的制备，从而提高效率以及混凝土的质量。

当然，在本发明的进一步的实施例中，自上料搅拌机用配料称重计量装置还可以进一步提供数据接口来连接打印机、存储装置、无线网络发射装置等装置，用于配料生产的管理和质量追溯。

图8是示出根据本发明的一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量方法的流程图。

在步骤S801，测量举升油缸的大腔油压和小腔油压，并且确定静态称量时举升臂的位置和/或动态称量时举升臂经过的位置范围，并且动态称量时，对举升臂经过动态称量位置范围进行计时。

在本发明的一些实施例中，可以利用油压传感器测量大腔油压和小腔油压，进一步地，油压传感器将测得的大腔油压和小腔油压传输至计算设备。该油压传感器可以安装在液压管路和/或举升油缸上，并且分别与计算设备电连接。当然，这里油压传感器的数量为至少一个，可以根据不同的举升油缸采用不同数量的油压传感器。例如，当举升油缸为大腔油压和小腔油压始终相等的液压油缸(例如为柱塞式液压油缸时，由于柱塞式液压油缸为大、小腔联通的液压油缸，只有一个进油口，柱塞前后面积不相等，液压油可以产生推进力，柱塞式液压油缸需要靠外力回复)时，可以只安装一个油压传感器，从而节约成本。再例如，当举升油缸为大腔油压和小腔油压并不始终相等的液压油缸(实际上在举升过程中，这类液压油缸的大腔油压和小腔油压大多数情况下是不相等的，例如活塞式液压油缸)时，所使用的油压传感器可以包括大腔油压传感器和小腔油压传感器，其中大腔油压传感器用于将测得的举升油缸的大腔油压传输至计算设备；小腔油压传感器用于将测得的举升油缸的小腔油压传输至计算设备。

在本发明的一些实施例中，可以利用测位设备确定静态称量时举升臂的位置和/或动态称量时举升臂的位置范围。具体地，当举升臂位于静态称量位置或者位于动态称量位置范围内时，测位设备将向计算设备传送位置信号，使得计算设备确定举升臂位于静态称量位置或者动态称量位置范围。进一步地，在动态称量时，计算设备对举升臂经过动态称量位置范围的时间进行计时，当然，本领域技术人员应该理解，也可以利用其他方式计时，例如人工计时。

在本发明的进一步实施例中，可以利用包括检测块和接近开关的测位设备确定静态称量时举升臂的位置和/或动态称量时举升臂的位置范围。具体地，该测位设备的检测块可以安装在举升臂上，接近开关可以安装在搅拌机的车体上。其中，检测块包括至少两个检测齿，形成至少三种位置状态，接近开关与计算设备电连接。当检测齿被所述接近开关感应到时，接近开关向计算设备传送电信号，即传输举升臂的位置信号。例如，可以利用包括具有两个检测齿的检测块和两个接近开关1和2的测位设备确定静态称量时举升臂的位置和/或动态称量时举升臂的位置范围。其中，检测块的两个检测齿之间的角度为θ₀，其形成的区域即为称量区间，该角度θ₀可以根据需要而定。当然，角度θ₀可以经过测量得到。该测位设备可以检测三个位置，分别是：

I位置，只有接近开关1向计算设备传送电信号，举升臂举升过程中进入检测区域；

II位置，接近开关1、2均向计算设备传送电信号，举升臂进入检测区域中间位置；

III位置，只有接近开关2向计算设备传送电信号，举升臂举升过程中离开检测区域。

在该实施例中，该测位设备可以判断举升臂是否到达检测区域，检测举升臂在检测区域的平均角速度、平均角加速度等。因此，利用该实施例中的测位设备，可以用于确定静态称量时举升臂的位置，也可以用于确定动态称量时举升臂的位置范围。例如，可以将计算设备接收到接近开关1和2传送的电信号时的举升臂的位置(即II位置)作为在静态称量时的位置。又例如，可以将计算设备仅接收到接近开关1传送的电信号时的举升臂的位置(即I位置)与计算设备仅接收到接近开关2传送的电信号时的举升臂的位置(即III位置)之间的区间作为动态称量时的位置范围。利用检测块和接近开关组成的测位设备，相比倾角传感器等其他测位设备，能够显著降低成本。

当然，本领域的技术人员应该理解，本发明的实施例还可以采用其他的测位设备，例如倾角传感器，因此本发明的范围并不仅限于此。

在步骤S803，静态称量时，根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合大腔油压和小腔油压计算料斗中的配料重量；动态称量时，根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的大腔油压和小腔油压以及举升臂经过位置范围的时间来计算配料重量。

在本发明的一些实施例中，可以利用计算设备计算配料的重量。其中，在静态称量时，计算设备根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的大腔油压和小腔油压计算得到配料重量；在动态称量时，计算设备根据举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的大腔油压和小腔油压以及举升臂经过所述位置范围的时间来计算得到配料重量。在本发明的一些实施例中，计算设备例如是控制器。关于静态称量和动态称量，具体如下：

在静态称量时，计算设备根据接收到的大腔油压和小腔油压计算得出举升油缸对举升臂的有效作用力F_p1，即

F_p1＝P₁×S₁-P₂×S₂，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积。

关于参数S₁和S₂可以通过查询有关设备参数或者数据表得到，或者通过测量得到，并且S₁和S₂预先存储在和/或称量时输入在计算设备中。

然后计算设备根据如下关系式计算出配料重量G_w，即

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

关于参数A₁和B₁的取值，可以利用标定的方法获得，与前面静态称量时描述的标定方法类似，这里不再赘述。将这些参数A₁和B₁的值预先存储在和/或称量时输入在计算设备中即可用于静态称量。当然，本领域技术人员应该明白，上述参数A₁和B₁可能由于工况不同而不同，因此为了能够尽量得到精确的配料重量，可以在每次称量前进行标定。

在动态称量时，计算设备根据接收到的大腔油压和小腔油压计算得出举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，即

F_p2＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力。并且在动态称量过程中，计算设备对举升臂经过动态称量的位置范围进行计时，得到时间Δt。然后计算设备107结合所述时间Δt，根据如下关系式计算出配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

类似地，参数S₁、S₂和a可以通过查询有关参数或者数据表得到，或者通过测量得到，并且S₁、S₂和a预先存储在和/或称量时输入在计算设备中。

关于参数A₂、B₂和C₂的取值，可以利用标定的方法获得，与前面动态称量时描述的标定方法类似，这里不再赘述。将这些参数A₂、B₂和C₂的值预先存储在和/或称量时输入在计算设备中即可用于动态称量。当然，本领域技术人员应该明白，上述参数A₂、B₂和C₂可能由于工况不同而不同，因此为了能够尽量得到精确的配料重量，可以在每次称量前进行标定。

关于静态称量和动态称量的计算关系式的由来，前面已经详述，这里不再赘述。

图9是示出根据本发明的另一些实施例的自上料搅拌机用配料称重计量方法的流程图。

在步骤S901，测量举升油缸的大腔油压和小腔油压以及油温，确定动态称量时举升臂的位置范围，并且对举升臂经过该位置范围进行计时。

在本发明的一些实施例中，可以利用大腔油压传感器和小腔油压传感器分别测量大腔油压和小腔油压；可以利用测位设备确定动态称量位置范围；并且可以利用计算设备对举升臂经过动态称量位置范围进行计时或者人工计时。在本发明的进一步实施例中，可以利用油温传感器测量油温，进一步地，所述油温传感器可以将测得的油温传输至计算设备，使得计算设备根据测得的油温，以便所述计算设备根据油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力。

在步骤S903，动态称量时，根据大腔油压、小腔油压、油温以及举升臂经过动态称量位置范围的时间计算配料重量。

在本发明的一些实施例中，可以利用计算设备根据大腔油压、小腔油压、油温以及举升臂经过动态称量位置范围的时间计算配料重量。例如，在动态称量时，计算设备根据测得的油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力的合力a。然后计算设备根据确定后的a值并且结合举升油缸的大腔横截面积、小腔横截面积以及大腔油压和小腔油压来计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，进而计算得到所述配料的重量。通过提高举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力的精度，从而在计算配料重量时能够更加精确。

图10是示出根据本发明的一些实施例利用本发明实施例中的自上料搅拌机用配料称重计量装置的配料计量方法的流程图。

在步骤S1001，输入单次生产量、料斗容积、配料密度，以及生产单位体积混凝土所需的各种配料的重量。例如，计算设备可以存储至少一个关于混凝土的配方(例如存储10个配方)，其中所述配方包括制造混凝土所需的配料种类，以及生产单位体积混凝土所需的各种配料的重量。可以根据实际需要选择不同的配方，例如选择配方7，选择配方后，计算设备可以显示配方中生产单位体积混凝土所需的各种配料的重量等信息。输入配料的相关参数，例如单次生产量、料斗容积和配料密度等。例如输入单次生产量为3.5m³，料斗容积550升。

在步骤S1002，根据输入的单次生产量以及生产单位体积混凝土所需的每种配料的重量计算每种配料所需添加量，根据料斗容积以及配料密度计算每种配料每斗最大装入量。例如，计算设备根据输入的配料参数计算得出骨料1的所需添加量为2870千克，骨料1的每斗最大装入量为380千克。

在步骤S1003，计算选定的配料重量并累计计量所述配料的当前添加量。例如，在选定需要称重的配料为骨料1后，计算设备计算骨料1的重量并累计骨料1的添加量。

在步骤S1004，判断已计算的当前称量的配料的重量的累计之和是否小于所述配料所需添加量：如果小于所述配料所需添加量，则过程进入步骤S1005，否则过程进入步骤S1008。例如，计算设备判断已计算的骨料1的重量的累计之和是否小于骨料1所需的添加量：如果小于所需添加量，则进入步骤S1005，否则过程进入步骤S1008。

在步骤S1005，判断该配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量。若该配料的剩余所需量小于每斗最大装入量，则过程进入步骤S1006；否则过程进入步骤S1003，即继续计算下一斗该配料的重量并累计该配料的添加量。在本发明的一些实施例中，可以利用计算设备判断该配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量。例如，若骨料1的添加量为2870千克，而当前骨料1的累计重量为2150千克，即剩余所需量为720千克，大于每斗最大装入量380千克，则计算设备可以不做提示，继续称重下一斗骨料1；若当前骨料1的累计重量为2530千克，即剩余所需量为340千克，小于每斗最大装入量380千克，则计算设备做出最后一斗提示。

在步骤S1006，提示最后一斗该配料的所需量。例如，计算设备提示最后一斗骨料1的所需量，从而避免装入配料超出配方所需量。

在步骤S1007，判断所需配料是否全部计量完毕。例如，若计算设备判断配方所需的配料全部称重完毕，则结束，否则继续选定下一种所需的配料并进行称量。

在步骤S1008，停止添加所述配料。

在上述配料计量方法中，可以利用本发明实施例中的自上料搅拌机用配料称重计量装置，可替换地，也可以利用应变式测力传感器进行称重，因此本发明地范围并不仅限于此。

在本发明的进一步实施例中，当选定的配料为液体配料时，还包括计算并累计液体配料的体积和/或重量。例如，选择配方中的液体配料(例如水)；利用流量计测量该液体配料输运的流量以及利用计算设备计量输运的时间，并且计算设备根据所述流量和输运时间计算该液体配料的体积，进一步地，所述计算设备也可以结合计算得到的液体配料的体积以及该液体配料的密度计算液体配料的重量；进一步地，在向搅拌主机注入液体配料的过程中，计算设备对注入的液体配料的体积和/或重量进行测量并累计，当所注入的液体配料的体积和/或重量达到需要的体积和/或重量时，计算设备将提示停止注入液体配料。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，包括：

油压传感器，用于将测得的举升油缸的大腔油压和小腔油压传输至计算设备；

测位设备，用于确定静态称量时举升臂的位置，和/或动态称量时所述举升臂经过的位置范围，传送至所述计算设备；

计算设备，用于计算料斗中的配料的重量；其中，

在静态称量时，所述计算设备根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的所述大腔油压和所述小腔油压计算得到所述配料的重量；

在动态称量时，所述计算设备根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的所述大腔油压和所述小腔油压以及举升臂经过所述位置范围的时间来计算得到所述配料的重量。

2.根据权利要求1所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，所述油压传感器包括大腔油压传感器和小腔油压传感器，其中

大腔油压传感器用于将测得的举升油缸的大腔油压传输至计算设备；

小腔油压传感器用于将测得的举升油缸的小腔油压传输至所述计算设备。

3.根据权利要求1所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，所述举升油缸的大腔油压和小腔油压相等。

4.根据权利要求1所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，

在静态称量时，所述计算设备计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p1，即

F_p1＝P₁×S₁-P₂×S₂，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积；以及

所述计算设备根据如下关系式计算出配料重量G_w，即

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

5.根据权利要求1所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，

在动态称量时，所述计算设备计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，即

F_p2＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力；以及

所述计算设备对所述举升臂经过动态称量的位置范围进行计时且得到时间Δt，并且结合所述时间Δt，根据如下关系式计算配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

6.根据权利要求5所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，动态称量时，所述计算设备根据如下关系式计算配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×(F_{p2}-k_J{\stackrel{\‾}{a}}^2)}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，为动态称量时举升机构的角加速度，k_J为修正时的相关参数。

7.根据权利要求1所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，所述测位设备包括：检测块和接近开关，其中

所述检测块包括至少两个检测齿，形成至少三种位置状态，所述检测齿被所述接近开关感应到时，所述接近开关向所述计算设备传输所述举升臂的位置信号，以确定静态称量时所述举升臂的位置和/或动态称量时所述举升臂的位置范围。

8.根据权利要求5所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，还包括：

测温设备，用于将测得的油温信号传输至所述计算设备，以便所述计算设备根据油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力。

9.根据权利要求1所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，还包括：

流量计，安装在液体配料的输运管路上，与所述计算设备电连接，用于将测得的所述液体配料的流量信号传输至所述计算设备，使得所述计算设备对所述液体配料的输运进行计时，并且使得所述计算设备根据所述流量和输运时间计算所述液体配料的体积，和/或所述计算设备结合所述体积以及所述液体配料的密度计算所述液体配料的重量。

10.根据权利要求1所述的自上料搅拌机用配料称重计量装置，其特征在于，包括：

所述计算设备根据输入的单次生产量以及生产单位体积混凝土所需的每种配料的重量计算每种配料所需添加量；根据料斗容积以及配料密度计算每种配料每斗最大装入量；计算料斗中的配料的重量的累计之和；根据每种配料所需添加量与料斗中的配料的重量的累计之和计算所述配料的剩余所需量；

判断所述配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量，如果是，则所述计算设备提示最后一斗所述配料的所需量；否则所述计算设备继续计算料斗中的配料的重量的累计之和。

11.一种自上料搅拌机用配料称重计量方法，其特征在于，包括：

测量举升油缸的大腔油压和小腔油压，确定静态称量时举升臂的位置和/或动态称量时所述举升臂经过的位置范围，并且动态称量时，对举升臂经过动态称量位置范围进行计时；

静态称量时，根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合所述大腔油压和所述小腔油压计算料斗中的配料重量；动态称量时，根据所述举升油缸的大腔横截面积和小腔横截面积并且结合接收到的所述大腔油压和所述小腔油压以及举升臂经过所述位置范围的时间来计算所述配料重量。

12.根据权利要求11所述的自上料搅拌机用配料称重计量方法，其特征在于，还包括：

在静态称量时，计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p1，即

F_p1＝P₁×S₁-P₂×S₂，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积；以及

根据如下关系式计算出配料重量G_w，即

G_w＝A₁×F_p1+B₁，

其中，A₁为静态称量且忽略举升机构总重力时的所述配料重量G_w与所述有效作用力F_p1的比例参数，B₁为静态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数。

13.根据权利要求11所述的自上料搅拌机用配料称重计量方法，其特征在于，还包括：

在动态称量时，计算举升油缸对举升臂的有效作用力F_p2，即

F_p2＝P₁×S₁-P₂×S₂+a，

其中，P₁和P₂分别为举升油缸的大腔油压和小腔油压，S₁和S₂分别为举升油缸的大腔的横截面积和小腔的横截面积，a为油缸粘滞阻力和弹性阻力的合力；以及

对所述举升臂经过动态称量的位置范围进行计时且得到时间Δt，并且结合所述时间Δt，根据如下关系式计算配料重量G_w，即

$G_w=A_2\×F_{p2}+B_2+\frac{C_2\×F_{p2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2},$

其中，A₂为动态称量且忽略举升机构总重力和忽略举升转动惯量时配料重量G_w与所述有效作用力F_p2的比例参数，B₂为动态称量且考虑举升机构总重力时的附加参数，C₂为动态称量且考虑转动惯量时的相关参数。

14.根据权利要求13所述的自上料搅拌机用配料称重计量方法，其特征在于，还包括：

动态称量时，测量举升油缸的油温，根据油温与粘滞阻力和弹性阻力的对应关系，获取与所述油温信号对应的举升油缸的粘滞阻力和弹性阻力。

15.一种使用权利要求1至10任意一项所述自上料搅拌机用配料称重计量装置的配料计量方法，其特征在于，包括：

输入单次生产量、料斗容积、配料密度，以及生产单位体积混凝土所需的各种配料的重量；

根据输入的单次生产量以及生产单位体积混凝土所需的每种配料的重量计算每种配料所需添加量，根据料斗容积、以及配料密度计算每种配料每斗最大装入量；

计算选定的配料重量并累计计量所述配料的当前添加量；

判断已计算的所述当前称量的配料的重量的累计之和是否小于所述配料所需添加量：如果小于所述配料所需添加量，则判断所述配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量，否则停止添加所述配料；以及

判断所述配料的剩余所需量是否小于每斗最大装入量：若所述配料的剩余所需量小于每斗最大装入量，则提示最后一斗所述配料的所需量；否则继续计算下一斗当前称重的配料的重量并累计所述配料的添加量。

16.根据权利要求15所述的配料计量方法，其特征在于，还包括：

当称重的所述配料累计达到所需重量后，进行下一种所需配料的称重。

17.根据权利要求15所述的配料计量方法，其特征在于，还包括：

当选定的配料为液体配料时，测量所述液体配料输运的流量以及输运的时间，并且根据所述流量和输运时间计算所述液体配料的体积，和/或结合所述体积以及所述液体配料的密度计算所述液体配料的重量。