CN112265150A - 搅拌筒转速自适应控制装置、方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搅拌筒转速自适应控制装置、方法、设备及存储介质，通过新增设的旋转叶片和旋转轴来感知搅拌筒内混凝土的实时质量状态，该实时质量状态是由扭矩转速采集模块采集新增设的旋转叶片的扭矩和转速等参数，再通过转换关系式转换而得到的，然后通过质量状态判断搅拌筒内混凝土的离析状态，根据离析状态通过转速调节模块来实现搅拌筒转速的自适应调节，防止了混凝土发生离析问题，提高了混凝土的质量，同时在混凝土质量稳定的情况下，适当降低搅拌筒的转速，降低了燃油消耗，减小了液压系统和机械件的机械磨损。

Description

搅拌筒转速自适应控制装置、方法、设备及存储介质

技术领域

本发明属于工程机械控制技术领域，尤其涉及一种混凝土搅拌运输车搅拌筒转速自适应控制装置、方法、设备及存储介质。

背景技术

随着建筑业的发展和工程量的增加，混凝土搅拌运输车的使用量大大增加。在车辆运输混凝土的过程中，不适当的搅拌筒转速会造成以下情况的发生：一是影响运送的混凝土的匀质性，二是增加不必要的燃油消耗，三是加大了动力源—液压系统和搅拌筒的机械磨损。因此，在混凝土搅拌运输车运送混凝土的过程中、装料和卸料工况时，保证搅拌筒合适的转速意义重大。

目前，根据混凝土搅拌运输车的工作特性，在混凝土搅拌运输车装料和卸料工况时对搅拌筒的转速进行非恒定控制，在运送混凝土的过程中对搅拌筒的转速进行恒定控制，并不能对搅拌筒的转速进行自适应控制，对混凝土的匀质性存在一定影响，增加了燃油消耗，增加了液压系统和机械件的机械磨损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搅拌筒转速自适应控制装置、方法、设备及存储介质，以解决现有转速控制对混凝土匀质性的影响，增加燃油消耗，以及增加液压系统和机械件的机械磨损等问题。

本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个或多个。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种搅拌筒转速自适应控制装置，包括旋转轴、旋转叶片、扭矩转速采集模块、搅拌电机、控制模块以及转速调节模块；所述旋转轴设于搅拌筒的底部，且旋转轴的一端位于搅拌筒内，另一端位于搅拌筒外；所述旋转叶片设于所述旋转轴上，且旋转叶片位于搅拌筒内；所述扭矩转速采集模块设于搅拌筒外的旋转轴上；所述搅拌电机的输出轴与旋转轴的另一端连接；所述转速调节模块的输出端与搅拌筒连接；所述扭矩转速采集模块、搅拌电机以及转速调节模块分别与所述控制模块连接；

所述扭矩转速采集模块用于采集旋转叶片的扭矩和转速；所述控制模块用于根据所述旋转叶片的扭矩和转速以及搅拌筒的转速获得混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度，并根据所述混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度发出速度控制指令，以及用于控制搅拌电机的运行；所述转速调节模块用于根据所述速度控制指令调节所述搅拌筒的转速，并将搅拌筒的转速反馈给所述控制模块；所述搅拌电机用于在所述控制模块的控制下驱动旋转轴的转动。

本发明中，在搅拌筒内原有搅拌叶片和搅拌轴的基础上，在搅拌筒的底部新增设旋转叶片和旋转轴，为了新增设的旋转叶片和旋转轴不影响原有搅拌叶片和搅拌轴的正常工作，新增设的旋转叶片和旋转轴应为小型化结构；通过新增设的旋转叶片和旋转轴来感知搅拌筒内混凝土的实时质量状态，该实时质量状态是由扭矩转速采集模块采集新增设的旋转叶片的扭矩和转速等参数，再通过转换关系式转换而得到的，然后通过质量状态判断搅拌筒内混凝土的离析状态，根据离析状态通过转速调节模块来实现搅拌筒转速的自适应调节，防止了混凝土发生离析问题，提高了混凝土的质量，同时在混凝土质量稳定的情况下，适当降低搅拌筒的转速，降低了燃油消耗，减小了液压系统和机械件的机械磨损。

进一步地，所述转速调节模块包括油泵、液压马达以及减速电机，所述油泵的输入端与油箱连接，油泵的输出端与液压马达连接，油泵的控制端与所述控制模块连接，所述液压马达与减速电机连接，所述减速电机与所述搅拌筒连接。

油泵根据速度控制指令输出对应排量的液压油至液压马达，从而控制液压马达的运动速度，液压马达又控制减速电机的转速，从而控制搅拌筒的转速。

进一步地，所述扭矩转速采集模块通过无线通讯模块与所述控制模块连接。

进一步地，所述实时屈服强度和实时塑性粘度的计算表达式分别为：

其中，

为混凝土的实时屈服强度，

为混凝土的实时塑性粘度，

为旋转叶片旋转时的角速度，

为搅拌筒旋转时的角速度，

为旋转叶片半径，

为搅拌筒半径，

为旋转叶片旋转深度，

为单位旋转叶片转速所增加的扭矩，

为旋转叶片的初始扭矩，旋转叶片的转速与旋转轴的转速一致，旋转叶片的角速度和搅拌筒的角速度均由对应转速转换得到。

本发明还提供一种如上所述搅拌筒转速自适应控制装置的控制方法，包括以下步骤：

获取旋转叶片的扭矩和转速，以及获取搅拌筒的转速；

根据所述旋转叶片的扭矩和转速，以及搅拌筒的转速获得搅拌筒内混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度；

如果所述实时屈服强度大于屈服强度临界范围的上限值，且实时塑性粘度大于塑性粘度临界范围的上限值，则表明混凝土发生离析现象，提高搅拌筒的转速；

如果所述实时屈服强度小于屈服强度临界范围的下限值，且实时塑性粘度小于塑性粘度临界范围的下限值，则表明混凝土未发生离析现象，降低搅拌筒的转速；

如果所述实时屈服强度处于屈服强度临界范围内，且实时塑性粘度处于塑性粘度临界范围内，则保持搅拌筒的转速不变。

该控制方法根据搅拌筒内混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度对搅拌筒的转速进行自适应调节，保证了混凝土的质量，降低了燃油消耗，减小了液压系统和机械件的机械磨损。

本发明还提供一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述混凝土搅拌运输车搅拌筒转速自适应控制装置的控制方法。

本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述混凝土搅拌运输车搅拌筒转速自适应控制装置的控制方法。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种搅拌筒转速自适应控制装置、方法、设备及存储介质，通过新增设的旋转叶片和旋转轴来感知搅拌筒内混凝土的实时质量状态，该实时质量状态是由扭矩转速采集模块采集新增设的旋转叶片的扭矩和转速等参数，再通过转换关系式转换而得到的，然后通过质量状态判断搅拌筒内混凝土的离析状态，根据离析状态通过转速调节模块来实现搅拌筒转速的自适应调节，防止了混凝土发生离析问题，提高了混凝土的质量，同时在混凝土质量稳定的情况下，适当降低搅拌筒的转速，降低了燃油消耗，减小了液压系统和机械件的机械磨损。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中搅拌筒转速自适应控制装置的结构示意图；

其中，1-搅拌筒，2-旋转叶片，3-扭矩转速采集模块，4-无线通讯模块，5-搅拌电机，6-控制模块，7-转速调节模块，8-旋转轴。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。

如图1所示，本实施例所提供的一种搅拌筒转速自适应控制装置，包括旋转轴8、旋转叶片2、扭矩转速采集模块3、搅拌电机5、控制模块6以及转速调节模块7；旋转轴8设于搅拌筒1的底部，且旋转轴8的一端位于搅拌筒1内，另一端位于搅拌筒1外；旋转叶片2设于旋转轴8上，且旋转叶片2位于搅拌筒1内；扭矩转速采集模块3设于搅拌筒1外的旋转轴8上；搅拌电机5的输出轴与旋转轴8的另一端连接；转速调节模块7的输出端与搅拌筒1连接；扭矩转速采集模块3、搅拌电机5以及转速调节模块7分别与控制模块6连接。

扭矩转速采集模块3用于采集旋转叶片2的扭矩和转速，扭矩转速采集模块3所采集的扭矩和转速实际上是旋转轴8的扭矩和转速，旋转叶片2设置在旋转轴8上，旋转轴8在搅拌电机5的驱动下带动旋转叶片2旋转，旋转叶片2在混凝土的作用下产生扭矩，因此，旋转叶片2的扭矩和转速与旋转轴8的扭矩和转速一致。控制模块6用于根据旋转叶片2的扭矩和转速以及搅拌筒1的转速获得混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度，并根据混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度发出速度控制指令，以及用于控制搅拌电机5的运行。转速调节模块7用于根据速度控制指令调节搅拌筒1的转速，并将搅拌筒1的转速反馈给控制模块6；搅拌电机5用于在控制模块6的控制下驱动旋转轴8的转动。

在搅拌筒1内原有搅拌叶片和搅拌轴（该搅拌叶片用于搅拌筒内混凝土的搅拌）的基础上，在搅拌筒1的底部新增设旋转叶片2和旋转轴8，为了新增设的旋转叶片2和旋转轴8不影响原有搅拌叶片和搅拌轴的正常工作，新增设的旋转叶片2和旋转轴8应为小型化结构；通过新增设的旋转叶片2和旋转轴8来感知搅拌筒1内混凝土的实时质量状态，该实时质量状态是由扭矩转速采集模块3采集新增设的旋转叶片2的扭矩和转速等参数，再通过转换关系式转换而得到的，然后通过质量状态判断搅拌筒1内混凝土的离析状态，根据离析状态通过转速调节模块7来实现搅拌筒1转速的自适应调节，防止了混凝土发生离析问题，提高了混凝土的质量，同时在混凝土质量稳定的情况下，适当降低搅拌筒1的转速，降低了燃油消耗，减小了液压系统和机械件的机械磨损。

本实施例中，转速调节模块7实际上是搅拌筒1的驱动系统，转速调节模块7包括油泵、液压马达以及减速电机，油泵的输入端与油箱连接，油泵的输出端与液压马达连接，油泵的控制端与控制模块6连接，液压马达与减速电机连接，减速电机与搅拌筒连接。油泵根据速度控制指令输出对应排量的液压油至液压马达，从而控制液压马达的运动速度，液压马达又控制减速电机的转速，从而控制搅拌筒的转速。

本实施例中，扭矩转速采集模块3通过无线通讯模块4与控制模块6连接。控制模块6为PLC控制器，扭矩转速采集模块3为扭矩转速传感器，扭矩转速传感器和PLC控制器均为市面在售产品，可以根据需要选择所需型号。

本实施例中，实时屈服强度和实时塑性粘度的计算表达式分别为：

（1）

（2）

其中，

为混凝土的实时屈服强度，

为混凝土的实时塑性粘度，

为旋转叶片旋转时的角速度，

为搅拌筒旋转时的角速度，

为旋转叶片半径（体现了旋转叶片旋转的范围），

为搅拌筒半径，

为旋转叶片旋转深度（即旋转叶片的高度），

为单位旋转叶片转速所增加的扭矩，

为旋转叶片的初始扭矩（即旋转叶片启动旋转时的扭矩），旋转叶片的转速与旋转轴的转速一致，旋转叶片的角速度和搅拌筒的角速度均由对应转速转换得到，角速度与转速的转换公式为

，

为转速，

为角速度。实时屈服强度和实时塑性粘度的计算有效考虑旋转叶片和搅拌筒旋转时角速度的相对均值精度。

本实施例还提供一种如上所述搅拌筒转速自适应控制装置的控制方法，包括以下步骤：

获取旋转叶片的扭矩和转速，以及获取搅拌筒的转速；

根据旋转叶片的扭矩和转速，以及搅拌筒的转速获得搅拌筒内混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度；

如果实时屈服强度大于屈服强度临界范围的上限值，且实时塑性粘度大于塑性粘度临界范围的上限值，则表明混凝土发生离析现象，提高搅拌筒的转速，防止混凝土离析现象的发生，提高了搅拌筒内混凝土的质量；

如果实时屈服强度小于屈服强度临界范围的下限值，且实时塑性粘度小于塑性粘度临界范围的下限值，则表明混凝土未发生离析现象，降低搅拌筒的转速，降低了燃油消耗，同时还减小了机械磨损；

如果实时屈服强度处于屈服强度临界范围内，且实时塑性粘度处于塑性粘度临界范围内，则保持搅拌筒的转速不变。

该控制方法根据搅拌筒内混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度对搅拌筒的转速进行自适应调节，保证了混凝土的质量，降低了燃油消耗，减小了液压系统和机械件的机械磨损。

本实施例中，混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度的计算表达式分别如式（1）和（2）所示。屈服强度临界范围和塑性粘度临界范围的确定为现有技术，可参考申请公布号为CN111650088A，名称为一种流态混凝土拌合物流变性能实时检测方法的专利申请文献中公开的计算方法，还可以通过多次测量来标定获得。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种搅拌筒转速自适应控制装置，其特征在于：包括旋转轴、旋转叶片、扭矩转速采集模块、搅拌电机、控制模块以及转速调节模块；所述旋转轴设于搅拌筒的底部，且旋转轴的一端位于搅拌筒内，另一端位于搅拌筒外；所述旋转叶片设于所述旋转轴上，且旋转叶片位于搅拌筒内；所述扭矩转速采集模块设于搅拌筒外的旋转轴上；所述搅拌电机的输出轴与旋转轴的另一端连接；所述转速调节模块的输出端与搅拌筒连接；所述扭矩转速采集模块、搅拌电机以及转速调节模块分别与所述控制模块连接；

所述扭矩转速采集模块用于采集旋转叶片的扭矩和转速；所述控制模块用于根据所述旋转叶片的扭矩和转速以及搅拌筒的转速获得混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度，并根据所述混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度发出速度控制指令，以及用于控制搅拌电机的运行；所述转速调节模块用于根据所述速度控制指令调节所述搅拌筒的转速，并将搅拌筒的转速反馈给所述控制模块；所述搅拌电机用于在所述控制模块的控制下驱动旋转轴的转动。

2.如权利要求1所述的搅拌筒转速自适应控制装置，其特征在于：所述转速调节模块包括油泵、液压马达以及减速电机，所述油泵的输入端与油箱连接，油泵的输出端与液压马达连接，油泵的控制端与所述控制模块连接，所述液压马达与减速电机连接，所述减速电机与所述搅拌筒连接。

3.如权利要求1所述的搅拌筒转速自适应控制装置，其特征在于：所述扭矩转速采集模块通过无线通讯模块与所述控制模块连接。

4.如权利要求1~3中任一项所述的搅拌筒转速自适应控制装置，其特征在于：所述实时屈服强度和实时塑性粘度的计算表达式分别为：

其中，

为混凝土的实时屈服强度，

为混凝土的实时塑性粘度，

为旋转叶片旋转时的角速度，

为搅拌筒旋转时的角速度，

为旋转叶片半径，

为搅拌筒半径，

为旋转叶片旋转深度，

为单位旋转叶片转速所增加的扭矩，

为旋转叶片的初始扭矩，旋转叶片的转速与旋转轴的转速一致，旋转叶片的角速度和搅拌筒的角速度均由对应转速转换得到。

5.一种如权利要求1~4中任一项所述搅拌筒转速自适应控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取旋转叶片的扭矩和转速，以及获取搅拌筒的转速；

根据所述旋转叶片的扭矩和转速，以及搅拌筒的转速获得搅拌筒内混凝土的实时屈服强度和实时塑性粘度；

如果所述实时屈服强度大于屈服强度临界范围的上限值，且实时塑性粘度大于塑性粘度临界范围的上限值，则表明混凝土发生离析现象，提高搅拌筒的转速；

如果所述实时屈服强度小于屈服强度临界范围的下限值，且实时塑性粘度小于塑性粘度临界范围的下限值，则表明混凝土未发生离析现象，降低搅拌筒的转速；

如果所述实时屈服强度处于屈服强度临界范围内，且实时塑性粘度处于塑性粘度临界范围内，则保持搅拌筒的转速不变。

6.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5所述搅拌筒转速自适应控制装置的控制方法。

7.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现如权利要求5所述搅拌筒转速自适应控制装置的控制方法。

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