CN109476041A - 混凝土滚筒中的偏心积聚检测 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于检测搅拌器滚筒中硬化混凝土积聚的方法和系统，该搅拌器滚筒基本没有塑性混凝土。示例性方法包括：使用在液压充入侧、在排出侧或优选地在转动搅拌器滚筒的液压马达的两侧上的液压压力传感器来监测使得滚筒以恒定速度旋转至少两圈连续旋转所需的液压压力；以及检测压力/时间数据曲线何时指示搅拌器滚筒的偏心行为，由此，提供警报或其他指示以确认卡车中的硬化混凝土积聚是不可接受的。本发明的积聚检测方法和系统不需要使用自动坍落度监测系统，但是可以与这种系统组合来实施以得到有利的结果和优点。

Description

混凝土滚筒中的偏心积聚检测

技术领域

本发明涉及混凝土搅拌，并且更具体地涉及用于基于空的滚筒的偏心行为来检测混凝土输送车辆的搅拌器滚筒内的硬化混凝土积聚的新颖的方法和系统。

背景技术

本发明人相信，在混凝土搅拌器滚筒内部硬化的混凝土（下文称为“积聚”）可以以多种并且通常相互关联的方式不利地影响混凝土的生产和输送。

首先，硬化混凝土意味着卡车上额外的重量。该额外的重量可能会导致在运输期间的更低燃料效率以及导致用于旋转搅拌器滚筒的增加的能量消耗。该额外的重量还降低了车辆的操作安全性，因为额外的重量可能会在转弯期间或在多个其他运输点处使卡车失去平衡。在极端情况下，卡车可能翻车，从而导致严重的受伤或伤亡。

本发明人相信，硬化混凝土积聚还可能会降低搅拌器滚筒内的容积能力，从而导致在搅拌和装载效率方面的降低，因为装载和配料时间可能被不必要地延长。

降低的搅拌效率还会导致混凝土负载的性质上不均匀的搅拌。如果不均匀，混凝土搅拌物在建造场地处尤其在坍落度和强度方面可能具有质量问题。

本发明人还相信，在配料和输送操作期间，卡车司机或工厂领班不容易检测到搅拌器滚筒内的硬化混凝土积聚。通常存在如下情况，硬化混凝土的最大积聚定位在搅拌器滚筒的腹部部分中，并且因此，不在视线内。甚至在硬化混凝土被“凿铲”出滚筒之后，硬化混凝土可以在数天内再次快速地积聚。在许多工厂中，卡车司机被指导将他们的带有滚筒标签的卡车停放成为公司品牌打广告的位置中。由于滚筒被保持在同一位置中，滚筒中留存的塑性混凝土倾向于安置在滚筒腹部内并且在同一位置一次又一次地积累，从而快速产生积聚。

“凿铲”输送卡车中的硬化混凝土积聚的过程是危险的。这种操作要求工人爬到滚筒内利用凿岩机来移除积累的积聚，该积聚可能定位在围绕滚筒的内部的多个周向位置处，诸如在搅拌叶片上或沿着搅拌叶片，该搅拌叶片围绕滚筒的旋转轴线螺旋地安装。受伤的风险与滚筒内积聚的量可能成比例，特别地，在悬置在工人的头部或四肢上方的硬化混凝土块通过凿岩机操作变得容易被清除。

用于解决混凝土积聚问题的先前尝试在确定已经发生了多少积聚以及何时解决积聚问题方面并没有提供足够的精度。例如，在Koehler等人的美国专利No. 8,960,990（由其共同受让人拥有）中教导了，旋转输送卡车的混凝土搅拌器滚筒所需的液压压力可以被用于当塑性混凝土流过旋转滚筒腹部内的叶片时监测并分析塑性混凝土。当塑性混凝土流过滚筒内的旋转叶片时，通过使用每次滚筒旋转时大量的采样率可以分析能量的波形。

另一方面，本发明人相信，通过湿混凝土监测不能以期望的精度解决积聚问题。问题的一部分在于，一旦湿混凝土负载被配料到滚筒内，司机的第一要务是将混凝土输送给客户。在卡车已经新装载有塑性混凝土之后，司机将不太可能停止输送以清理卡车。另一问题在于，一旦塑性混凝土的负载被配料到滚筒内，硬化积聚的存在可能会被滚筒上重量的增加所掩盖。

因此，非常需要用于检测和测量混凝土输送车辆的搅拌器滚筒中的硬化混凝土积聚的新颖的方法和系统。

发明内容

为了克服现有技术方法的缺点，本发明提供用于检测混凝土输送卡车的混凝土搅拌器滚筒内的硬化混凝土积聚的方法和系统，该混凝土搅拌器滚筒基本没有（或无）塑性混凝土。

换言之，本发明包括当混凝土搅拌器滚筒处于大体空的状态时可旋转混凝土搅拌器滚筒的偏心率的分析。本发明人如下地描述该空的状态，其中，搅拌器滚筒具有“零或可忽略的负载”，在量化意义上这样描述：此时滚筒包含0到1.0（以及更优选地0-0.5）立方码的松散材料，该松散材料包括塑性水泥材料或其他材料，所述其他材料未附接到搅拌器滚筒并且因此当滚筒旋转时在滚筒内部不移动。

应当存在极少量的并且更优选地零量的任何返回的塑性混凝土（例如，在输送之后）或任何其他松散的材料，诸如搅拌器滚筒中的骨料（石头）或其他松散的硬化混凝土片，以使本发明起作用。

用于检测搅拌器滚筒中硬化混凝土的积聚的本发明的示例性方法包括：（a）提供可旋转的混凝土搅拌器滚筒，其具有内壁和至少两个叶片，所述叶片安装在搅拌器滚筒内的内壁上，搅拌器滚筒具有0.0-1.0（并且更优选地0.0-0.5）立方码的塑性水泥材料和未附接到搅拌器滚筒的材料（下文被描述为“具有零或可忽略负载的搅拌器滚筒”），具有零或可忽略负载的混凝土搅拌器滚筒被由液压压力泵驱动的马达以恒定旋转速度旋转，马达具有第一侧和第二侧，第一侧用于使用由泵驱动的液压流体沿第一方向充入马达，第二侧用于使液压流体返回到泵；（b）使用用于测量在第一侧处的液压流体的压力的传感器、用于测量在第二侧上的液压流体的压力的传感器、或在两侧上的多个传感器，测量在处于恒定旋转速度（旋转速度优选地＜1.0RPM，并且更优选地＜0.5RPM）的具有零或可忽略负载的搅拌器滚筒的至少两圈连续的完整旋转（例如，≥720度的旋转）期间根据时间而定的液压压力，以由此获得压力/时间数据曲线（对应于使滚筒旋转通过多次连续旋转所需的能量）；（c）确定从步骤（b）获得的所感测的压力/时间数据曲线何时显示满足或超过所存储的偏心率阈值的偏心行为；以及，在偏心行为满足或超过所存储的偏心率阈值或限值的情况下；（d）提供警报或指示，该警报或指示表明搅拌器滚筒已经达到或者超过所存储的偏心率阈值。

应当完成混凝土搅拌器滚筒的至少2个并且更优选地至少10-20个或更多个连续旋转，使得所获得的压力/时间数据曲线不会仅仅反映虚假现象（例如，卡车在坑洼或颠簸的地形上行驶，其使得在输送卡车上的液压压力监测的精度失真）。

本发明的示例性系统包括：处理器单元，其被编程成执行用于监测输送卡车上的混凝土搅拌器滚筒的上述方法步骤，该混凝土搅拌器滚筒基本没有混凝土；至少一个并且优选地两个液压压力传感器，其能够与处理器单元通信并且有效地传送在充入侧、排出侧或液压压力马达的两侧上的液压压力值，该液压压力马达使用液压压力泵而被用于旋转搅拌器滚筒；以及用于检测混凝土搅拌器滚筒的旋转速度的至少一个传感器；处理器能够与可访问的存储器位置通信，该存储器位置存储一个或多个预定的偏心率阈值，该偏心率阈值用于确定搅拌器滚筒中的硬化混凝土积聚何时已经达到不可接受的偏心率状态；以及用于向司机、系统操作员、领班或其他人员发信号告知“已经满足或超过偏心率（积聚）阈值”的警报、监测器或其他指示设备。

将在下文更详细地描述本发明的其他优点和特征。

附图说明

通过结合附图考虑优选实施例的以下书面描述可以更容易地理解到本发明的益处和特征，在附图中：

图1是本发明的示例性系统的框图，其中，液压压力泵被用于驱动马达，该马达使混凝土搅拌器滚筒旋转，混凝土搅拌器滚筒基本没有塑性混凝土，并且通过一个或多个压力传感器随时间并且在连续的滚筒旋转期间监测充入侧、排出侧、或充入和排出侧两者上的液压压力，所述压力传感器与处理器单元通信，该处理器单元被编程成确定搅拌器滚筒行为的偏心率何时满足或超过所存储的偏心率阈值（或限值），并且当由处理器确定了已经满足或超过所述偏心率阈值时促动警报器或其他指示器；

图2是在混凝土搅拌器滚筒的以2转每分（RPM）的连续旋转期间，液压充入压力（在图像的顶部处以连续线在顶部处示出的数据曲线）和液压排出压力（以虚线在图像的底部上示出的数据曲线）随时间的图像图示，混凝土搅拌器滚筒具有可忽略的硬化混凝土积聚以及8立方码的塑性混凝土；

图3是在混凝土搅拌器滚筒的以2RPM的相继旋转期间，液压充入压力（在图像的顶部处以连续线在顶部处示出的数据曲线）和排出压力（以虚线在图像的底部上示出的数据曲线）随时间的图像图示，混凝土搅拌器滚筒具有硬化混凝土积聚并且不包含塑性混凝土；

图4是在搅拌器滚筒的以2RPM的相继旋转期间，液压充入压力（在图像的顶部中以连续线示出的数据曲线）和液压排出压力（在图形的底部中以虚线示出的数据曲线）随时间的图像图示，搅拌器滚筒不具有塑性混凝土（或其他松散的材料）并且具有可忽略的硬化混凝土积聚；

图5是在搅拌器滚筒的以2RPM的连续旋转期间，液压充入压力（以延伸到图像顶部的连续线示出的数据曲线）和液压排出压力（以虚线示出的数据曲线）随时间的图像图示，搅拌器滚筒基本没有（无）塑性混凝土（并且没有其他松散的材料），但是具有显著量的硬化混凝土积聚，其中，充入和排出压力数据曲线在多个点处交叉（重叠）；

图6是在搅拌器滚筒的完整360度旋转（以2RPM）期间，液压充入压力（以连续线示出的数据曲线）和液压排出压力（以虚线示出的数据曲线）的图像圆形图示，该搅拌器滚筒没有塑性混凝土（或任何其他松散的材料）并且具有可忽略的硬化混凝土积聚，其中，充入和排出压力数据曲线不交叉，并且充入压力数据曲线关于中心是相当对称的（例如，可以说它是“不偏心的”）；

图7是在搅拌器滚筒的完整360度旋转（以2RPM）期间，液压充入压力（以连续线示出的数据曲线）和液压排出压力（以虚线示出的数据曲线）的图像圆形图示，搅拌器滚筒没有塑性混凝土（或任何其他松散的材料），但是具有显著量的硬化混凝土积聚，其中，充入和排出压力数据曲线交叉（并且重叠），并且此外，其中，充入压力数据曲线相对于圆形图像的中心是高度非对称的（例如，可以说它是“偏心的”）；

图8是在装载活动期间，在充入和排出侧处液压压力的图像图示，其中，旋转的混凝土滚筒具有可忽略量的硬化混凝土积聚，并且最初没有塑性混凝土，但是然后被装载有用于制造混凝土配料的骨料、水泥和水，该图像示出了在滚筒速度从约2RPM提高到16RPM之前和之后以及在装载之前和之后排出侧处的相对小的压力变化（±5磅每平方英寸（PSI））；

图9是在装载活动期间，在充入和排出侧处液压压力的图像图示，其中，滚筒具有显著的硬化混凝土积聚，并且最初没有塑性混凝土；但是，在装载有骨料、水泥和水之后，在搅拌器滚筒速度从2RPM提高到约15RPM之后并且在装载之前和之后，液压压力被示出发生剧烈变化；

图10是图像图示，其示出了基于当滚筒（处于10-20RPM）基本没有塑性混凝土时在充入侧上测量的液压压力的幅值进行的预测硬化混凝土积聚滚筒，并且与在滚筒被凿铲以移除积聚之后所测得的实际积聚相比较；以及

图11是概述用于确定和报告搅拌器滚筒（其基本没有塑性混凝土和其他松散的材料）中的积聚的示例性步骤的图表。

具体实施方式

现在将结合附图在下文更充分地描述本发明，在附图中，多个示例性实施例被示出以阐述在本发明的范围内的各种变化。但是，本公开可以体现为许多不同的形式，并且不应当被解释为限于本文所描述和/或所示出的实施例。提供这些实施例以使得本公开变得完整和透彻，并且以能够向本领域的普通技术人员充分地传达本发明的范围。

术语“混凝土”指的是水泥（其通常包含诸如石灰岩、飞灰和/或颗粒爆炸炉渣的火山灰质材料）、骨料（例如，沙、碎石）以及可选地一种或多种化学掺合剂，例如，用于提高可工作性和其他流变学特性的塑化剂、促凝剂、缓凝剂、加气剂、空气去除剂、塑性减缩剂、阻蚀剂（用于钢筋）或用于改变混凝土性质的其他掺合剂，而不管其处于其塑性还是硬化状态。

当在本文使用时，在商业混凝土输送操作的背景下最好地理解短语“基本没有（或无）塑性混凝土”。通常不会在一天24小时持续地使用混凝土输送车辆。混凝土的第一状态可被描述为“在当天的首次装载之前”，因为在某种情况下，在给定的24小时周期的最后装载与后续的24小时周期的首次装载之间存在几个小时。在当天的首次装载之前，从前一天剩余的任何混凝土通常处于硬化状态（即，当搅拌器滚筒旋转时，混凝土不流动或移动），并且，在该状况下，混凝土输送卡车的搅拌器滚筒可以适当地说含有“零或可忽略量的塑性”混凝土。

但是，这种状况的例外是，当大剂量的缓凝剂被添加到剩下的混凝土以保持混凝土的塑性以用于下一天使用时；并且，在这种情况下，搅拌器滚筒不能认为是基本没有塑性混凝土；因为，在这种情况下，如果缓凝混凝土的量等于或大于一（1）立方码或者更多，则塑性混凝土的量可能会阻碍或破坏本发明的方法和系统的如下能力，该能力是确定在搅拌器滚筒中是否存在硬化混凝土积聚以及该积聚是否是可以接受量的积聚。

因此，出于本发明的目的，本发明人认为零或“可忽略量”的塑性混凝土（包括诸如骨料或松散的硬化混凝土片的任何其他松散的材料，该松散的硬化混凝土片已经从滚筒的内表面分离）是在0-1.0（更优选地0.0-0.5）立方码的范围内。这种量相对容易地被按体积计来量化，并且在液压传感器的误差范围内，当前在具有至少8立方码或者更多立方码的装载能力的混凝土输送卡车上采用这种液压传感器。

优选地，在搅拌器滚筒中任何返回的塑性混凝土（或未被充分排出或洗掉但是保持处于可工作或可流动的状态的混凝土）应当总计不大于1.0立方码（更优选地，总计不大于0.5立方码），返回的塑性混凝土已被配给有缓凝剂以保持塑性直到下一天。

本发明的方法和系统可以采用在混凝土输送工业中买得到的仪器，例如液压压力传感器、用于接收来自于传感器的信息的处理器等。

如图1中所示，本发明的示例性系统（其可以被编程以执行在发明内容部分中所描述的步骤）包括：混凝土搅拌器滚筒10，其具有内壁12以及安装在搅拌器滚筒10内的内壁12上的至少两个搅拌叶片（仅仅一个在13处被示出）；由液压压力泵18驱动的马达16；以及第一侧20和第二侧21，第一侧20用于使用由泵18驱动的液压流体沿第一方向充入马达，第二侧21用于使液压流体返回到泵18。第一传感器22被用于测量充入侧20上的液压压力，并且第二传感器23被用于测量排出侧21上的液压压力。计算机处理器单元25被连接到传感器22和23，并且被编程成测量根据在搅拌器滚筒10的连续旋转期间的时间而定的液压压力，并且确定搅拌器滚筒行为的偏心率何时满足或超过所存储的偏心率阈值，如本文将进一步详细地描述的，该偏心率阈值被存储在处理器可访问的存储器30中。如果基于实时压力/时间数据曲线计算的偏心率被发现满足或超过所存储的偏心率阈值30，则处理器25被编程成启动警报、监测器或其他指示（如，以35示出）以通知司机、系统操作员、建造场地领班、经理或其他人员、调度中心、控制中心或远程位置：所存储的偏心率阈值（或限值）被满足或超过。这将允许司机或管理人员（例如，质量控制经理）将输送卡车从服务中移开，使得所述输送卡车可以被凿铲，并且被另一输送卡车替代来进行服务。

如上文总结的，混凝土搅拌器的液压驱动系统包括液压压力泵-马达组合18/16以转动搅拌器滚筒10。泵18典型地由卡车引擎（未示出）的动力输出（PTO）驱动轴来驱动，PTO驱动轴的输出可以基于卡车引擎速度而变化。液压马达16是固定排量类型并且包含用于连接和/或安装压力传感器22和23的端口。压力传感器22和23可以是在自动坍落度检测系统中使用的相同的传感器，该自动坍落度监测系统监测液压压力以用于计算滚筒中混凝土负载的坍落度或其他流变学性质。为了克服变化的引擎速度的影响以及为了提供可调节的搅拌器滚筒10的速度，泵18优选地是变排量类型并且与手动或电动排量控制器（未示出）一起被使用。

如上文提及的，液压马达16通常包含两个或更多个端口22和23，这些端口可以被称为“充入”和“排出”端口。（液压管线被指代为图1中的24和26）。大体上，当使搅拌器滚筒10沿“充入”方向旋转的能量增加时，充入端口22上的液压压力比“排出”端口23上的液压压力更显著地增加。相反，当使搅拌器滚筒10沿排出方向旋转所需的能量增加时，排出端口23上的液压压力比充入端口22上的液压压力更显著地增加。

优选地为变排量类型（例如，可以控制泵的速度和/或体积）的泵使得流体移动，流体转而驱动马达。在当前的卡车设计中，液压流体的流率大多数情况下受卡车的节流阀（油门）的使用以及为每个缸体冲程设定的排量体积影响。一旦设定了这些变量，泵将使得流体以恒定速率移动。泵的流率控制马达的速度，并且转而控制滚筒旋转速度。当搅拌器滚筒基本没有混凝土并且以恒定速度旋转时，如果滚筒没有偏心的积聚，则充入压力将始终大于排出压力，这是因为马达仍然在旋转重的质量块（因为滚筒自身重达近乎两顿或更大）。但是，当滚筒具有偏心的积聚时，那么以在旋转的底部处（最接近地）的质量块开始，当质量块被向上提升时，马达感测到压力的增加，这是因为重量正对抗马达的作用（重力对于滚筒的移动不利）。在偏心重量在旋转的顶部处撞击其顶峰之后，当偏心的质量块现在正在下降时（重力对于滚筒的移动有利），来自于泵的流动将以恒定速率沿充入方向推动马达。由于马达将仅仅与来自于泵的流体的流动一样快地运行，排出压力传感器将增加，因为马达将不会更快地运行并且因此正对抗下降的质量块。

虽然没有必要在混凝土预拌输送卡车上采用自动的混凝土流变监测系统，但是优选的是，使得使用混凝土流变监测系统以用于实现本发明的方法，其中，搅拌器滚筒基本没有塑性混凝土（以及如上文先前所讨论的其他可移动物体）。从VERIFI LLC（GCP应用技术公司的全资子公司，马萨诸塞州02140、剑桥路、惠特莫尔林荫大道62号）可买到市场上买得到的混凝土管理系统，本发明认为该混凝土管理系统适于执行该方法并且适于实施本发明的系统。在美国专利No. 8,118,473、8,020,431、8,746,954、8,989,905、美国序列号No. 13/818,046、8,491,717、8,764,273，美国序列号No. 14/052,289（公布为No. US/2014-0104066-A1）、序列号No. 14/052,310（公布为No. US/2014-0104972-A1）、美国序列号No.61/979,217 （公布为No. WO2015160610A1）、公布WO 2015/073825A1以及其他文献中描述了自动混凝土监测系统，其具有处理旋转速度感测和监测的仪器。

虽然自动混凝土监测系统被公知用于监测坍落度，要理解的是，本发明在其他流变参数的监测期间也是可适用的，其他流变参数包括坍落度、坍落流、屈服应力、粘度和其他流变参数。如本说明书中使用的术语“坍落度”可以替代性地指其他的流变测量。应当理解，即使当指代“坍落”时，本发明也覆盖其他流变参数的监测。美国专利8,764,272公开了用于监测搅拌滚筒中混凝土的触变性和坍落度以及屈服应力的自动系统，而美国专利8,818,561公开了用于监测坍落流的系统。因此，用于监测塑性（湿的、未硬化的）混凝土的各种流变性质的系统可以被使用以用于检测和测量搅拌器滚筒中硬化混凝土积聚，根据本发明，该搅拌器滚筒基本没有（无）塑性混凝土。

可以优选地使用安装在搅拌器滚筒上的加速计、磁体、或旋转编码器中的一个或多个来测量搅拌器滚筒10的旋转速度，诸如通过使用通过磁体场效应传感器的环形布置或向系统处理器提供输出信号的其他公知的设备，诸如伊顿传感器。示例性的速度感测装置是在Richard Jordan等人的国际公布No. WO 2015/073825A1中教导的陀螺旋转监测系统，该国际公开被由如上文先前所列举的其中共同的受让人所拥有。从美国马萨诸塞州剑桥路的Verifi LLC可买到陀螺仪轴承监测系统。本发明的其他示例性实施例包括将陀螺仪（优选地与加速计一起）用作用于确定诸如旋转速度的滚筒旋转状态的传感器。

图2-图10是使用在充入和排出侧（例如，在混凝土输送卡车的液压马达上的充入和排出端口处）上的传感器进行的液压压力监测的图像图示。这些图示以图像方式说明了滚筒中可忽略和不可忽略（显著的）的硬化混凝土积聚的影响，其将在该部分中后面的示例中被描述。

如上文所总结的，用于检测搅拌器滚筒中硬化混凝土的积聚的示例性方法包括：（a）提供可旋转的混凝土搅拌器滚筒10，其具有内壁12以及安装在搅拌器滚筒10内的内壁12上的至少两个叶片（如，例如在13处指代的），搅拌器滚筒10具有0.0-1.0（更优选地为0.0-0.5）立方码的塑性水泥材料以及未被附接到搅拌器滚筒10（下文中被描述为“具有零或可忽略负载的搅拌器滚筒”）的松散材料，具有零或可忽略负载的混凝土搅拌器滚筒10被由液压压力泵18驱动的马达16以恒定旋转速度旋转，马达16具有第一侧20和第二侧21，第一侧20用于使用由泵18驱动的液压流体沿第一方向充入马达16，第二侧21用于使液压流体返回至泵18；（b）使用用于测量在第一侧20处的液压流体的压力的传感器22、用于测量在第二侧21上的液压流体的压力的传感器23、或（更优选地）在两侧上的多个传感器，测量在处于恒定旋转速度（优选地＜1.0RPM，并且更优选地＜0.5RPM）的具有零或可忽略的负载的搅拌器滚筒10的至少两圈连续的完整旋转（≥720度的旋转）期间根据时间而定的液压压力，以获得压力/时间数据曲线；（c）确定从步骤（b）获得的感测到的压力/时间数据曲线何时显示满足或超过所存储的偏心率阈值（如图1中在30处指代的）的偏心行为；以及确定在发现偏心行为满足或超过所存储的偏心率阈值（或限值）的情况下；（d）提供警报或指示阈值（如图1中在35处指代的），警报或指示阈值表明搅拌器滚筒已经达到或超过所存储的偏心率阈值（或限值）。

在本发明的示例性实施例中，警报或指示35包括：（i）检测到硬化混凝土积聚的视觉指示或显示（诸如向安装有混凝土搅拌器滚筒的车辆的司机发出的监测或视觉警报）；（ii）硬化混凝土积聚已经超过阈值限值的通知（例如，至混凝土工厂经理）；（iii）至混凝土质量控制经理或操作经理的通知，表明已经检测到积聚并且可选地检测到积聚的量。例如，该警报或指示可以是呈智能手机监测器的形式。替代性地，卡车驾驶室中的监测显示器可被用于提供检测到积聚的存在或量的视觉警报或图像的或其他的视觉指示。

如先前讨论的，如果搅拌器滚筒基本没有塑性混凝土和任何其他松散的材料，那么本发明的示例性方法和系统将最佳地起作用。“基本没有”意指搅拌器滚筒包含0.0-1.0（并且更优选地0.0-0.5）立方码的沙骨料、粗糙的石头骨料或未附接到搅拌器滚筒内表面的松散的硬化混凝土；并且更优优选地，在搅拌器滚筒内将不存在塑性混凝土或其他松散的材料。

然后，本发明的系统和方法将最准确地检测搅拌器滚筒内部积聚的存在以及甚至积聚的量。本发明人相信可采用至少三个不同的示例性程序来确定是否存在搅拌器滚筒行为的偏心率，并且可选地确定偏心率的量，其可以被关联到滚筒中积聚的量：（A）第一以及最优选的程序包括测量在充入侧处、在排出侧处或者在充入和排出侧两者处的感测液压压力的幅值；（B）第二程序包括将完整的滚筒旋转期间在充入侧处的液压压力与同一完整的滚筒旋转期间在排出侧处的液压压力相比较；以及（C）第三程序包括：计算关于如下形状的x和y轴的截面二次矩之间的比率，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在充入侧处的液压压力而产生，在该极坐标中，压力表示距离极点（图像的中心）的距离并且滚筒旋转的角度表示角坐标；或者包括测量形状的几何中心，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在排出侧处的液压压力而产生，在该极坐标中，压力表示距离极点的距离，并且滚筒旋转的角度表示角坐标。

关于第一程序A，可以以许多方式限定“幅值”。由于压力传感器信号将产生一些噪声（虚假数据），其可以被视觉化为液压压力值的图像图示中的正弦波（例如，见图2和图4）中的粗糙度，不太推荐使用“绝对”值，即正弦波（见图2到图5）的最大和最小值，因为噪声可能会对这些值产生不希望的影响。更优选地是使用如下值，其可以表示例如一个完整的滚筒旋转的跨度上液压压力值（例如，平均）的第5%和第95%；这些值不易被噪声偏斜。因此，如本文所使用的术语“幅值”可以指代正弦波高度的任何测量，而不管测量是“绝对的”还是不是“绝对的”。优选地是，对用户或系统根据偏好被编程成选择用于确定幅值的期望的或合适的方法。

在又其他的实施例中，如针对程序B特别描述的，可以基于将在完整的滚筒旋转期间在充入侧处的液压压力与在同一完整的滚筒旋转期间在排出侧处的液压压力相比较来评估搅拌器滚筒的偏心率。如在该部分的末尾处提供的示例中进一步讨论的，处理器可以被编程成检测在充入侧处感测的液压压力值何时与在排出侧处感测的液压压力值交叉或重叠（比较图4的“清洁”滚筒和图5的具有显著的积聚的滚筒）。充入和排出压力之间交叉或重叠的发生可被系统处理器使用以启动警报或指示，该警报或指示表明硬化混凝土积聚已经发生并且应当被移除。

在使用用于确定滚筒旋转的偏心率的程序B的其他示例性实施例中，处理器可以被编程成确定当针对充入和排出压力被感测的平均或峰值液压压力进入充入和排出压力的预定距离内（例如，图4和图5中示出的隔开且重叠的图像之间的某处）时存在偏心。

如上文针对程序C提及的，可以基于计算如下关于形状的x和y轴两者的截面二次矩之间的比率来确定搅拌器滚筒行为的偏心率，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在充入侧处的液压压力而产生，在极坐标中，压力表示距离极点的距离，并且滚筒旋转的角度表示角坐标；或者可以基于计算关于如下形状的x和y轴两者的截面二次矩之间的比率来确定搅拌器滚筒行为的偏心率，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在排出侧处的液压压力而产生，在极坐标中，液压压力表示或可测量为距离极点的距离，并且滚筒旋转的角度表示角坐标。作为物理中的标准概念，截面二次矩被计算为：和，其中，为绕x轴的截面二次矩，为绕y轴的截面二次矩，A是形状R的面积（例如，见图6和图7）。

在又其他的示例性示例中，在确定搅拌器滚筒中的偏心率（积聚）是不可接受的之后，处理器被编程成促动警报或指示，诸如在滚筒中检测到的硬化混凝土积聚的量的图像图示、数字或其他指示。这可以通过如下操作来实现，将硬化混凝土积聚的多个量与所关联的液压压力/时间数据曲线凭经验地关联，并且把这些关联存储到处理器可访问的存储器内，使得当在滚筒旋转期间实时地产生压力/时间数据时，压力/时间数据可以与所存储的压力/时间曲线比较，并且相关联的积聚量可以由例如监测器或手提电脑或智能手机屏幕显示。将通过凿铲卡车并且确定该积聚的量来确定混凝土积聚的量。

在本发明的又其他示例性实施例中，优选地，通过以恒定速度旋转滚筒来实现（空的）搅拌器滚筒的偏心率的确定，由此，获得压力/时间数据曲线，所述恒定速度超过最大滚筒旋转速度的50%并且更优选地超过最大滚筒旋转速度的90%。

在本发明的又其他的示例性实施例中，其中，返回的塑性混凝土被从搅拌器滚筒倒掉，在已经移除塑性混凝土之后，优选地引入一种或多种缓凝掺合剂化学物质到搅拌器滚筒内，以有助于保持滚筒的健康状态。在又其他的示例性实施例中，处理器被编程成在诸如手提电脑屏幕监测器、智能手机屏幕或其他监测器的视觉显示器上表明根据时间（诸如在卡车的“多次清洁”之间）而定的搅拌器滚筒中的硬化混凝土积聚的量。

图11以流程图形式示出了系统处理器如何被编程成确定偏心搅拌器滚筒行为的程度。该过程首先可以基于旋转滚筒所需的液压压力的量来确定滚筒是否被装载（2）。如果没有检测到负载（4），则处理器在连续的滚筒旋转期间测量液压压力和滚筒速度（6）。如果在最近的滚筒旋转循环中压力是稳定的（8）、并且在最近的旋转期间滚筒速度是稳定的（10）并且处于某速度容差内（12），则处理器使用液压压力和滚筒速度值（如从传感器获得的）来确定偏心率或积聚的存在以及可选地偏心率或积聚的量（14）。该偏心率或积聚量可以与来自于先前输送的先前获得的值（当卡车是空的时候所获得的）或用于当前输送的先前获得的值（预装载）作平均（18）。

如果已经检测到装载活动（2），则系统处理器使用从先前输送获得（预装载状态）的最近计算的积聚值（20）并且将其与阈值比较以判断是否超过了阈值（22）。如果在步骤22中超过了阈值，则可以发生以下行为中的一者：在卡车上使用坍落度监测的情况下关闭坍落度测量（24），提醒司机（26），提醒管理员（例如，工厂操作经理或质量控制人员）（28），在坍落度监测系统与本发明一起使用的情况下改变或修改坍落度计算（30），或者其组合。

虽然本文使用有限量的实施例来描述本发明，这些特定实施例不旨在限制本发明的范围，本发明的范围在本文以其他方式被描述及要求保护。存在对所描述的实施例的修改和变化。更具体地，下列示例作为要求保护的本发明的实施例的特定阐述被给出。应当理解的是，本发明不限于示例中所提出的特定细节。

示例1

在该示例中，两个旋转的搅拌器滚筒以2转每分（PRM）的恒定速度旋转，两个旋转的搅拌器滚筒均具有（八）8立方码的混凝土，并且在图2和图3中比较了在大约4圈旋转内充入和排出压力随时间的关系。

在图2中，可看到具有可忽略积聚的滚筒的压力/时间行为；而在图3中，滚筒具有显著的积聚。

图2和图3中充入压力的变化分别为±60磅每平方英寸（PSI）和±100（PSI）。当包括其他因素（例如，滚筒构造、搅拌比例）时，可能难以检测这些充入压力的这些变化之间的差异。图2和图3中的排出压力的变化均在约±5PSI。

尽管在两个滚筒之间积聚状态显著不同，旋转的诸如幅值的变化的比较不总是可以提供对积聚的存在或程度的清晰的指示。

此外，这两个图清晰地显示出充入和排出压力之间的分离，即，两个信号之间不存在交叉点。因此，当滚筒基本没有混凝土时，难以基于液压压力信号来推断积聚。

示例2

在该示例中，两个旋转搅拌器滚筒以2RPM的恒定速度旋转四圈，并在图4和图5中被比较，所述两个旋转搅拌器滚筒均基本没有塑性混凝土。

图4示出了滚筒中可忽略的积聚，而图5示出了滚筒中显著的积聚。图4和图5中充入压力的变化分别为±20PSI和±200PSI。此外，图4和图5中排出压力的变化为±5PSI和±100PSI。与示例1比较，这些变化之间的差异大得多。虽然图4示出充入和排出压力之间没有交叉点，图5示出在每个完整的滚筒旋转内充入和排出压力之间存在两个交叉点（和重叠）。当滚筒不是基本没有混凝土时，积聚对液压压力信号的影响变得清晰。

示例3

作为假设性示例，系统可以被编程成运行以下步骤。首先，测量排出压力的幅值（在连续的滚筒旋转期间的峰值减去谷值）。在其中滚筒具有可忽略的积聚的示例1中，排出压力的幅值将被计算为5PSI；然而，在其中滚筒具有显著的积聚的示例2中，排出压力的幅值将被计算为100PSI。然后，该值将与预先存储的阈值比较，该预先存储的阈值可取决于卡车类型。如果该值被设定为10PSI并且存储在处理器可访问的存储器中，对于示例2而言，操作员和其他实体将被系统处理器提醒积聚的存在，但是对于示例1而言则没有提醒。

作为又一示例性实施例，充入和排出压力的比较可以用作幅值测量程序的替代。在再次使用具有可忽略积聚的滚筒的示例1中，在每个连续旋转期间，充入压力减去排出压力将得到大于0PSI的值。但是，在具有显著的积聚的滚筒的示例2中，在每圈旋转中，存在排出压力大于充入压力的时刻。因此，在每圈旋转的某点处，充入压力减去排出压力将持续地产生小于0PSI的值。针对该情况，如果在旋转中的任何点处充入压力减去排出压力的差小于0PSI，那么可以表示存在积聚。

在其他示例性实施例中，阈值可以是更大的数，诸如50PSI。示例1的充入压力和排出压力之间的最小差是85PSI，该差将不会引起警报，然而在示例2中，最小差将是-150PSI，其小于阈值85PSI，从而引起过剩积聚的警报。

示例4

当使用极坐标系统绘制时，从上文示例2中描述的两个滚筒获得的压力/时间数据可以提供有价值的洞察。当使用极坐标系统绘制时，可以以相对于滚筒旋转的角度来视觉化在一圈滚筒旋转期间的压力值。如果参照系可以与搅拌器滚筒圆周的物理取向关联的话，图6和图7示出在何处发生液压压力的循环。

如示例2中所述，两个滚筒基本没有塑性混凝土并且以2RPM旋转。图6示出了具有可忽略积聚的滚筒，而图7示出了具有显著积聚的滚筒。在图6中，再次，在充入和排出压力之间不存在交叉点。但是，在图7中，清晰地识别出充入和排出压力之间的多个交叉点。此外，没有积聚的滚筒相较于具有积聚的滚筒而言显示出更对称（或集中）的圆形图像。在一个示例性实施例中，这可以通过比较x和y方向的截面二次矩来量化。截面二次矩被计算为：以及，其中，为绕x轴的截面二次矩，为绕y轴的截面二次矩，A是形状R的面积。使用这些公式，可以计算和之间的比率，对于示例1，比率为/=0.71，而对于示例2，比率为/=6.1。在截面二次矩的比率方面而言这是显著的差异。

更具体地，示例1比示例2更接近一（1）。物理上，这意味着，与没有积聚的滚筒相比，具有积聚的滚筒在一圈旋转上经历更高的偏心压力分布。

在本发明的其他示例性方法和系统中，视觉显示器被用于示出硬化混凝土积聚的量及其在滚筒内的相应位置。优选地，这通过使用极坐标来实现。

示例5

作为另一假设性示例，系统还可以被编程成运行以下步骤。首先，可以以极坐标绘制在连续的旋转期间的充入压力，在极坐标中，极点为零压力，并且角度值表示在一圈旋转期间的滚筒角度。针对每圈连续的旋转，可以针对所包覆的形状计算关于x和y轴两者的惯性截面二次矩之间的比率。在示例1中，该比率为0.71，而对于示例2而言该比率为6.1。这些比率可以与预先存储的阈值相比较，再次，该预先存储的阈值取决于卡车类型。假设性的阈值条件可以是，如果比率在范围0.5和1.5内，积聚被认为是可忽略的。但是，如果比率小于0.5或者大于1.5，那么，操作员和其他实体将被提醒积聚的存在。使用这种条件，针对示例2提醒积聚，但是针对示例1不提醒。

示例6

在该示例中，最初没有塑性混凝土的两个旋转滚筒被装载有骨料、水和水泥。在图8和图9中绘制充入和排出压力两者以及滚筒速度。

图8示出了压力对比具有可忽略积聚的滚筒的速度，而图9示出了压力对比具有显著积聚的滚筒的速度。在图8中，可看到，排出压力的变化在整个时间内为约±5PSI并且排出压力在从2RPM至16RPM的速度改变期间不改变；在装载活动期间排出压力也不变。另一方面，在图9中，排出压力的变化在5RPM的速度下为约±125磅每平方英寸（PSI）并且当滚筒旋转速度增加至15RPM时降至±40PSI。此外，在装载活动期间，排出压力的变化再次降至±5PSI，对于具有可忽略积聚的滚筒而言同样如此。

这证明了本发明在速度改变和装载活动两者期间检测积聚的能力。

示例7

在该示例中，针对含有不同积聚量的不同的空的搅拌器滚筒，建立在从卡车凿铲掉的积聚的量与处于高速下的最大和最小充入压力之差的关系。

然后，该关系被施加到空的滚筒信号，其结果绘制在图10中。如可看见的，这些点落在如下线附近，在该线中，预测积聚与实际积聚是相同的。

在本文使用有限数量的阐述性实施例来描述本发明，这些阐述性实施例不旨在限制本发明的范围，本发明的范围在本文以其他方式被描述和要求保护。可以存在对所描述的实施例的修改和变化。应当理解的是，本发明不限于上文所提出的特定细节。

Claims (18)

1.一种用于检测搅拌器滚筒中硬化混凝土的积聚的方法，包括：

（a）提供可旋转的混凝土搅拌器滚筒，其具有内壁和至少两个叶片，所述叶片安装在搅拌器滚筒内的所述内壁上，所述搅拌器滚筒具有0.0-1.0立方码的塑性水泥材料和未附接到所述搅拌器滚筒的材料（下文中被描述为“具有零或可忽略负载的搅拌器滚筒”），具有零或可忽略负载的所述混凝土搅拌器滚筒被由液压压力泵驱动的马达以恒定旋转速度旋转，所述马达具有两侧，第一侧用于使用由所述泵驱动的液压流体沿第一方向充入马达，并且第二侧用于使所述液压流体返回至所述泵；

（b）使用用于测量在第一侧处的液压流体的压力的传感器、用于测量在第二侧上的液压流体的压力的传感器、或在两侧上的传感器，测量在处于恒定旋转速度的具有零或可忽略的负载的搅拌器滚筒的至少两圈连续的完整旋转期间根据时间而定的液压压力，以获得压力/时间数据曲线；

（c）确定从步骤（b）获得的所感测的压力/时间数据曲线何时表示偏心行为，所述偏心行为满足或超过所存储的偏心率阈值；以及，在偏心行为满足或超过所存储的偏心率阈值的情况下，

（d）提供警报或指示，所述警报或指示表明混凝土滚筒的旋转具有满足或超过所存储的阈值的偏心行为。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（c）中，基于以下程序中的至少一者来确定偏心率：

A. 在所述充入侧处、在所述排出侧处、或在所述充入和排出侧两者处测量所感测的液压压力的幅值；

B. 将完整的滚筒旋转期间在所述充入侧处的液压压力与同一完整的滚筒旋转期间在所述排出侧处的液压压力相比较；或者

C. 计算关于如下形状的x和y轴两者的截面二次矩之间的比率，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在所述充入侧处的所述液压压力而产生，在所述极坐标中，所述压力表示距离极点的距离，并且滚筒旋转的角度表示角坐标；或者测量如下形状的几何中心，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在所述排出侧处的所述液压压力而产生，在所述极坐标中，所述压力表示距离所述极点的距离，并且滚筒旋转的所述角度表示所述角坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于测量在所述充入侧处、在所述排出侧处、或基于在所述充入和排出侧处的多个传感器的所感测的液压压力的幅值来确定搅拌器滚筒行为的偏心率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述幅值被计算为在所述充入侧处所述液压压力随时间的最大值和最小值之间的绝对差；或者所述幅值被计算为在所述排出侧处所述液压压力随时间的最大值和最小值之间的绝对差。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，基于将完整的滚筒旋转期间在所述充入侧处的所述液压压力与同一完整的滚筒旋转期间在所述排出侧处的所述液压压力相比较，确定搅拌器滚筒行为的偏心率。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，通过计算关于如下形状的x和y轴两者的截面二次矩之间的比率来确定搅拌器滚筒行为的偏心率，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在所述充入侧处的所述液压压力而产生，在所述极坐标中，所述压力表示距离所述极点的距离，并且滚筒旋转的所述角度表示所述角坐标；或者通过测量如下形状的几何中心来确定搅拌器滚筒行为的偏心率，所述形状通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在所述排出侧处的所述液压压力而产生，在所述极坐标中，所述压力表示距离所述极点的距离，并且滚筒旋转的角度表示所述角坐标。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（d）中，所述警报或指示包括：（i）视觉指示或显示，其向安装有所述混凝土搅拌器滚筒的车辆的司机指示检测到硬化混凝土积聚；（ii）至混凝土工厂经理的关于硬化混凝土积聚已经超过阈值限值的通知；（iii）至混凝土质量控制经理的关于积聚已经超过阈值限值的通知；或者（iv）任何前述的组合。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，在程序A中，所述幅值被计算为在滚筒旋转期间在所述充入侧处所述液压压力的最大值和最小值之间的绝对差，或者所述幅值被计算为在滚筒旋转期间在所述排出侧处所述液压压力的最大值和最小值之间的绝对差。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，在程序A中，通过将测量的幅值与先前存储的数据曲线相比较来确定积聚的量，所述先前存储的数据曲线从积聚量数据和幅值数据推导得到。

10.根据权利要求2所述的方法，其中，在程序B中，在完整的滚筒旋转期间在所述充入侧和排出侧处的所述液压压力之间的比较被在完整的滚筒旋转期间在所述充入侧和排出侧处的所述液压压力之差量化。

11.根据权利要求2所述的方法，其中，在程序B中，通过将在所述充入侧处的所述液压压力和在所述排出侧处的所述液压压力之间的差异与先前存储的数据曲线相比较来计算硬化混凝土积聚的量，所述先前存储的数据曲线包含积聚量数据以及在所述充入侧处所述液压压力和在所述排出侧处所述液压压力之间的差异。

12.根据权利要求2所述的方法，其中，在程序C中，通过将关于如下形状的x和y轴两者的截面二次矩之间的比率与先前存储的数据曲线相比较来量化积聚，所述形状是通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在充入端口处的液压压力而产生，在所述极坐标中，所述压力表示距离所述极点的距离，并且滚筒旋转的所述角度表示所述角坐标和所述极点，所述先前存储的数据曲线将积聚量与关于如下形状的x和y轴两者的截面二次矩之间的比率相关联，所述形状是通过以极坐标绘制在完整的滚筒旋转期间在所述充入侧处的所述液压压力而产生，在所述极坐标中，液压压力表示距离所述极点的距离，并且滚筒旋转的所述角度表示所述角坐标。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（d）中，所述指示是关于硬化混凝土积聚的量。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（b）中，以恒定速度旋转所述滚筒，所述恒定速度超过最大滚筒旋转速度的50%。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（a）和（b）中，以恒定速度旋转所述滚筒，所述恒定速度超过最大滚筒旋转速度的90%。

16.根据权利要求1所述的方法，还包括：在从所述滚筒已经移除塑性混凝土之后，将至少一种缓凝掺合剂化学物质引入所述搅拌器滚筒内。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理器被编程成在视觉显示器上指示根据时间而定的所述搅拌器滚筒中的硬化混凝土积聚的量。

18.一种混凝土搅拌器滚筒监测系统，包括：计算机处理器，其被编程以执行权利要求1所述的方法。