CN112983906B - 一种节能搅拌装置及节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混凝土搅拌运输车节能搅拌装置，包括泵、三位四通换向阀、搅拌马达、搅拌筒和节能子系统；节能子系统包括第一梭阀、第一二位二通液控换向阀、第二梭阀、第二二位二通液控换向阀、发电马达、直流发电机和蓄电池；通过两个二位二通液控换向阀和两个梭阀构成的逻辑回路使搅拌筒在停止转动的过程中，无论搅拌筒正向转动，还是反向转动，用于发电的液压油仅能驱动发电马达沿同一方向转动，完成直流发电，实现能量的回收利用，降低再生回路的复杂性，节约作业成本，且集成度高。

Description

一种节能搅拌装置及节能方法

技术领域

本发明涉及混凝土搅拌技术领域，具体地涉及一种节能搅拌装置及节能方法。

背景技术

混凝土搅拌运输车是混凝土泵车的主要配套设备，主要由汽车底盘和混凝土运输专用装置组成。其专用装置主要包括取力器、搅拌筒前后支架、减速机、液压系统、搅拌筒、操纵结构、清洁系统等。而混凝土搅拌筒旋转的动力源主要由两种形式。一种是搅拌筒旋转和汽车底盘共用一台发动机，即集中驱动；另外一种是搅拌筒旋转单独设置一台发动机，即单独驱动。两种驱动各有自己独特的优势，比如集中驱动方式设备体积小，常用于小容量的混凝土搅拌运输车。而单独驱动方式动力单元独立设置，搅拌筒的工作状态不受汽车底盘负荷的影响，底盘行驶性能也不受搅拌装置的影响，常用于大容量的混凝土搅拌运输车。

目前，我国建筑行业高速发展，对资源和能源的消耗与日俱增，我国建筑能耗约占社会总能耗的三分之一。因此，建设资源节约型和环境友好型的可持续发展的经济社会是当今社会的热门研究领域。现有技术中，为了降低混凝土搅拌运输车的能耗，常按运输距离的不同，采用不同的搅拌方式。比如针对运输距离小于10公里的使用条件，可以将拌好的混凝土装入搅拌筒内，在运输途中，搅拌筒不断地做低速旋转，从而避免混凝土在筒内出现分层、离析或早凝等现象。而当运输距离大于10公里时，则将按配合比要求配好的混凝土干混料直接装入搅拌筒内，拌合用水注入水箱内，待接近浇注地点时，开动搅拌机将水注入搅拌筒内进行混合，避免了长时间的低速搅拌消耗过多能耗。

由于国产混凝土搅拌运输车多采用主车发动机取力方式，将发动机动力取出，经液压系统驱动搅拌筒旋转。搅拌筒在进料和运输过程中正向旋转，以利于进料和对混凝土的搅拌，在出料时反向旋转，混凝土沿着叶片向外卸出。搅拌筒正向转动和反向转动结束时，均需要进行减速，该过程造成机械能的浪费，尤其在短途运输过程中，搅拌筒的频繁减速会造成大量的机械能白白浪费。

有鉴于此，需要提供一种新型的能够降低混凝土搅拌运输车能耗的装置和使用方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混凝土搅拌运输车节能搅拌装置，以降低混凝土搅拌运输车能耗大的问题，并提供一种节能操作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种节能搅拌装置，包括泵、三位四通换向阀、搅拌马达和搅拌筒；

所述泵与三位四通换向阀的进油口连接，并通过所述三位四通换向阀的两个工作口向搅拌马达的两个油口供油；

所述搅拌马达的输出轴与搅拌筒连接，驱动所述搅拌筒正向旋转或反向旋转；

所述的节能搅拌装置还包括节能子系统，所述的节能子系统包括：第一梭阀、第一二位二通液控换向阀、第二梭阀、第二二位二通液控换向阀、发电马达、直流发电机和蓄电池；

其中，第一梭阀的左侧输入口分别与三位四通换向阀的左侧工作油口和第一二位二通液控换向阀的进油口连通，第一梭阀的右侧输入口分别与三位四通换向阀的右侧工作油口和第二二位二通液控换向阀的进油口连通；第一梭阀的出口分别与第一二位二通液控换向阀的先导口和第二二位二通液控换向阀的先导口连通；第一二位二通液控换向阀的出油口与第二梭阀的左侧入口连通，第二二位二通液控换向阀的出油口与第二梭阀的右侧入口连通，第二梭阀的出口与发电马达的油液入口连通，发电马达的油液出口与油箱连通，发电马达与直流发电机机械连接，直流发电机与蓄电池电连接；

所述的第一二位二通液控换向阀的先导口和第二二位二通液控换向阀的先导口在加载状态下，两个所述液控换向阀均处于截止状态，先导口泄压状态下，两个所述液控换向阀的阀芯在各自弹簧的作用下均处于导通状态；

所述的三位四通换向阀的中位机能为O型；

所述的第二梭阀的两个进油口上并联有补油回路。

优选地，所述泵为变量泵，所述变量泵为轴向柱塞变量泵或叶片变量泵。

优选地，所述泵的输出端顺次串联有第一单向阀和可调节流阀，可调节流阀的出口与三位四通换向阀的进油口连接。

优选地，所述泵的输出端连接有溢流阀。

优选地，所述搅拌马达通过减速器与搅拌筒连接。

优选地，所述补油回路为主动补油回路或者被动补油回路；所述的主动补油回路通过油泵补油。

优选地，所述的被动补油回路包括第一补油单向阀和第二补油单向阀，所述第一补油单向阀和第二补油单向阀的入口均与油箱连通，第一补油单向阀的出口与第二梭阀的左侧入口连通，第二补油单向阀的出口与第二梭阀的右侧入口连通。

本发明还提供节能搅拌装置的使用方法，所述方法包括如下步骤：

S1，启动动力马达，三位四通换向阀切换至左位，动力马达驱动泵工作；

S2，所述泵输出的油液分别流向搅拌马达的左侧入口，以及第一二位二通液控换向阀和第二位二通液控换向阀的先导口，两个所述的液控换向阀处于截止状态，搅拌筒正向旋转；

S3，三位四通换向阀切换至中位，第一二位二通液控换向阀和第二位二通液控换向阀的先导口泄压，两个所述的液控换向阀在弹簧的作用下切换至导通状态；油液通过第二二位二通液控换向阀进入第二梭阀，并驱动发电马达转动；搅拌马达通过第一补油单向阀补液；并最终停止转动；

S4，三位四通换向阀切换至右位，第一二位二通液控换向阀和第二位二通液控换向阀的先导口加压，两个所述的液控换向阀切换至截止状态；泵供给的油液进入搅拌马达，并驱动其反向转动；

S5，卸料结束后，三位四通换向阀切换至中位，第一二位二通液控换向阀和第二位二通液控换向阀的先导口泄压，两个所述的液控换向阀在弹簧的作用下切换至导通状态；油液通过第一二位二通液控换向阀进入第二梭阀，并驱动发电马达转动；搅拌马达通过第二补油单向阀补液；并最终停止转动。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用两个二位二通液控换向阀和两个梭阀构成的逻辑回路使搅拌筒在正常的混凝土搅拌或者输出过程中，变量泵输出的油液一部分作用在所述的两个二位二通液控换向阀的先导口处，使其均处于截止状态，进而油液仅用于驱动搅拌马达正向或者反向转动。当三位四通换向阀切换至中位，以使搅拌筒停止转动时，所述的两个二位二通液控换向阀的先导口泄压，阀芯换向，进而处于导通状态，搅拌马达在惯性作用下继续转动，使油液通过液控换向阀、第二梭阀和发电马达流入油箱，从而驱动直流发电机发电，实现机械能向电能的转化，实现机械能的再生。本发明的节能回路对称设置，并在第二梭阀的整流作用下，无论搅拌筒正向转动，还是反向转动，用于发电的液压油仅能驱动发电马达沿同一方向转动，简化了直流发电回路，避免使用整流器将交流向直流转化的设备，降低了工业成本和结构复杂性，同时也提高了能量的利用率。

（2）为了避免搅拌马达吸空，损伤液压回路元件，本发明进一步在液压回路中设置补油回路。具体的，在第二梭阀的两个入口端并联两个补油单向阀，从而控制油液仅向搅拌马达的低压侧补油，解决搅拌马达吸空的问题。

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是混凝土搅拌运输车的结构示意图；

图2是混凝土搅拌运输车的节能搅拌装置；

图3是节能搅拌装置的节能子系统结构图。

图中：油箱100、变量泵101、动力马达102、溢流阀103、第一单向阀104、可调节流阀105、三位四通换向阀106、第一梭阀107、发电马达108、直流发电机109、第二梭阀110、第一补油单向阀111、第二补油单向阀112、第一二位二通液控换向阀113、第二二位二通液控换向阀114、搅拌马达115、减速器116、搅拌筒117、液压系统10、混凝土搅拌运输车1。

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。

本发明提供一种混凝土搅拌运输车的节能搅拌装置。参见图1所示，所述的混凝土搅拌运输车主要包括取力器、减速器、搅拌筒、液压系统和车辆底盘等结构。取力器将发动机动力取出，并用于驱动液压系统的泵送机构工作，进而使加压的液压油供给至马达，驱动搅拌筒旋转。

本发明的节能装置的具体结构如图2和3所示，由动力部分和节能部分组成。动力马达102用于驱动泵101正向旋转和反向转动，所述的泵101可以为轴向柱塞变量泵或叶片变量泵。变量泵101将液压油加压泵送至搅拌马达115，搅拌马达115在液压油的驱动下正向旋转或反向旋转，并通过减速器116将动力输送至搅拌筒117，从而驱动搅拌筒117搅拌原料或者将拌合均匀的混凝土输出。

变量泵101的输出端设置有换向阀106，所述换向阀106具体为三位四通换向阀，进一步可以为手动换向阀，其进油口与变量泵101的输出端连接，其出口通过油管与油箱100连接，手动三位四通换向阀106的两个工作有口分别与搅拌马达115的油口连接。变量泵101输出的油液经过手动三位四通换向阀106的一个工作有口进入搅拌马达115的一个油口，并从另一个油口流出，再通过手动三位四通换向阀106后流入油箱100，从而使搅拌马达115在变量泵101和手动三位四通换向阀106的控制下实现正向转动和反向转动，具体的，当手动三位四通换向阀106切换到左位时，搅拌马达115正向转动，切换至右位时，马达反向转动，切换至中位时，手动三位四通换向阀106的所有油口截止，即手动三位四通换向阀为具有O型中位机能的换向阀。

当混凝土搅拌运输车到达目的地后，手动三位四通换向阀106从左位切换至中位，搅拌马达115与液压源切断，并逐渐减速，当速度降低至零后，手动三位四通换向阀106从中位切换至右位，搅拌马达115反转，利用搅拌叶片将混凝土输出。为了缩短上述的减速过程的时间，并及时回收搅拌筒117的转动动能，降低系统能耗，本发明提供一节能子系统。

所述节能子系统包括第一梭阀107、第一二位二通液控换向阀113、第二梭阀110、第二二位二通液控换向阀114、发电马达108、直流发电机109和蓄电池（图中未示出）。其中，第一梭阀107的左侧输入口分别与手动三位四通换向阀106的左侧工作油口和第一二位二通液控换向阀113的进油口连通，第一梭阀107的右侧输入口分别与手动三位四通换向阀106的右侧工作油口和第二二位二通液控换向阀114的进油口连通。第一梭阀107的出口分别与第一二位二通液控换向阀113的先导口和第二二位二通液控换向阀114的先导口连通；第一二位二通液控换向阀113的出油口与第二梭阀110的左侧入口连通，第二二位二通液控换向阀114的出油口与第二梭阀110的右侧入口连通，第二梭阀110的出口与发电马达108的入口连通，发电马达108的出口与油箱100连通，发电马达108与直流发电机109机械连接，从而带动直流发电机旋转，为蓄电池充电。

所述的节能子系统的工作原理如下。当手动三位四通换向阀106工作在左位时，搅拌筒117正向转动，同时第一梭阀107输出的高压油液同步作用在第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114的先导口处，第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114均处于截止状态，工作油液无法输入至第二梭阀110。

当手动三位四通换向阀106从左位切换至中位后，搅拌筒117从正向旋转状态逐渐减速，而在惯性的作用下，搅拌筒117和搅拌马达115的转动方向不变，与此同时，第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114的先导口失去工作油液的压力，两个液控换向阀的阀芯在弹簧的作用下同步移动，并切换至导通位置；管路中油液随着搅拌马达115的转动依次通过第二二位二通液控换向阀114、第二梭阀110和发电马达108，并最终流入油箱100；发电马达108的转动带动直流发电机109旋转，并将产生的电能存储在蓄电池中。

同理，当手动三位四通换向阀106从右位切换至中位后，搅拌筒117从反向旋转状态逐渐减速，而在惯性的作用下，搅拌筒117和搅拌马达115的转动方向不变，与此同时，第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114的先导口失去工作油液的压力，两个液控换向阀的阀芯在弹簧的作用下同步移动，并切换至导通位置；管路中油液随着搅拌马达115的转动依次通过第一二位二通液控换向阀113、第二梭阀110和发电马达108，并最终流入油箱100；发电马达108的转动带动直流发电机109旋转，并将产生的电能存储在蓄电池中。

上述工作过程中，由于第一梭阀107和两个液控换向阀的配合作用，使搅拌马达115正转和反转过程中，液压油液仅通过搅拌马达，不流向发电马达。而在手动换向阀切换至中位时，无论搅拌马达115正转还是反转，管路中的油液最终仅能通过第二梭阀110的方向调整作用，从发电马达108的入口进入，也即发电马达108只沿着一个方向旋转，实现直流发电机109直接将电流输入至蓄电池，避免了交流发电过程中需要配合使用整流器的问题。所述的蓄电池存储的电能可以为混凝土搅拌运输车的电器设备供电。

进一步的，为了避免管路内油液减少，造成搅拌马达吸空的问题。本发明进一步设置了补油回路。所述的补油回路可以采用主动补油的方式，或者被动补油的方式。所述的被动补油回路包括第一补油单向阀111和第二补油单向阀112，所述第一补油单向阀111和第二补油单向阀112的入口均与油箱100连通，第一补油单向阀111的出口与第二梭阀110的左侧连通，第二补油单向阀112的出口与第二梭阀110的右侧连通。当手动三位四通换向阀切换至中位时，搅拌马达115低压侧的油口通过补油单向阀从油箱进行补油。当然，可以在上述补油回路中设置泵构成主动补油回路，所述的泵入口与油箱连通，出油分别与第一补油单向阀111和第二补油单向阀112的入口连通。

进一步的，变量泵101的输出口连接有溢流阀103，从而调节系统的输出压力，保证系统的安全性。

进一步的，变量泵101的出口顺次连接有第一单向阀104和可调节流阀105，以控制输出油液的流向，并灵活调整系统的输出排量。

本发明还提供一种混凝土搅拌运输车能耗的装置的使用方法。具体操作步骤如下。

S1，启动动力马达102， 动力马达驱动泵101工作；

S2，低速搅拌过程，手动三位四通换向阀106切换至左位，变量泵101输出的油液分别流向搅拌马达115的左侧入口，以及第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114的先导口，两个所述的液控换向阀处于截止状态；搅拌筒117正向旋转；

S3，搅拌结束后，手动三位四通换向阀106切换至中位，第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114的先导口泄压，两个所述的液控换向阀在弹簧的作用下切换至导通状态；油液通过第二二位二通液控换向阀114进入第二梭阀110，并驱动发电马达108转动；搅拌马达115通过第一补油单向阀111补液；并最终停止转动；

S4，卸料过程，手动三位四通换向阀106切换至右位，第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114的先导口加压，两个所述的液控换向阀切换至截止状态；变量泵101供给的油液进入搅拌马达115，并驱动其反向转动；

S5，卸料结束后，手动三位四通换向阀106切换至中位，第一二位二通液控换向阀113和第二位二通液控换向阀114的先导口泄压，两个所述的液控换向阀在弹簧的作用下切换至导通状态；油液通过第一二位二通液控换向阀113进入第二梭阀110，并驱动发电马达108转动；搅拌马达115通过第二补油单向阀112补液；并最终停止转动。

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 (10)

1.一种节能搅拌装置，包括泵（101）、三位四通换向阀（106）、搅拌马达（115）和搅拌筒（117）；

所述泵（101）与三位四通换向阀（106）的进油口连接，并通过所述三位四通换向阀（106）的两个工作口向搅拌马达（115）的两个油口供油；

所述搅拌马达（115）的输出轴与搅拌筒（117）连接，驱动所述搅拌筒（117）正向旋转或反向旋转；

其特征在于：

所述的节能搅拌装置还包括节能子系统，所述的节能子系统包括：第一梭阀（107）、第一二位二通液控换向阀（113）、第二梭阀（110）、第二二位二通液控换向阀（114）、发电马达（108）、直流发电机（109）和蓄电池；

其中，第一梭阀（107）的左侧输入口分别与三位四通换向阀（106）的左侧工作油口和第一二位二通液控换向阀（113）的进油口连通，第一梭阀（107）的右侧输入口分别与三位四通换向阀（106）的右侧工作油口和第二二位二通液控换向阀（114）的进油口连通；第一梭阀（107）的出口分别与第一二位二通液控换向阀（113）的先导口和第二二位二通液控换向阀（114）的先导口连通；第一二位二通液控换向阀（113）的出油口与第二梭阀（110）的左侧入口连通，第二二位二通液控换向阀（114）的出油口与第二梭阀（110）的右侧入口连通，第二梭阀（110）的出口与发电马达（108）的油液入口连通，发电马达（108）的油液出口与油箱（100）连通，发电马达（108）与直流发电机（109）机械连接，直流发电机（109）与蓄电池电连接；

所述的第一二位二通液控换向阀（113）的先导口和第二二位二通液控换向阀（114）的先导口在加载状态下，两个所述液控换向阀均处于截止状态，先导口泄压状态下，两个所述液控换向阀的阀芯在各自弹簧的作用下均处于导通状态；

所述的三位四通换向阀（106）的中位机能为O型；

所述的第二梭阀（110）的两个进油口上并联有补油回路。

2.如权利要求1所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述泵为变量泵。

3.如权利要求2所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述变量泵为轴向柱塞变量泵或叶片变量泵。

4.如权利要求2所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述泵的输出端顺次串联有第一单向阀（104）和可调节流阀（105），可调节流阀（105）的出口与三位四通换向阀的进油口连接。

5.如权利要求4所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述泵的输出端连接有溢流阀（103）。

6.如权利要求1所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述搅拌马达（115）通过减速器（116）与搅拌筒（117）连接。

7.如权利要求1所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述补油回路为主动补油回路或者被动补油回路。

8.如权利要求7所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述的被动补油回路包括第一补油单向阀（111）和第二补油单向阀（112），所述第一补油单向阀和第二补油单向阀的入口均与油箱连通，第一补油单向阀的出口与第二梭阀的左侧入口连通，第二补油单向阀的出口与第二梭阀的右侧入口连通。

9.如权利要求7所述的节能搅拌装置，其特征在于：所述的主动补油回路通过油泵补油。

10.一种如权利要求8所述的节能搅拌装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1，启动动力马达（102），动力马达（102）驱动泵（101）工作；

S2，低速搅拌过程，手动将三位四通换向阀（106）切换至左位，所述泵输出的油液分别流向搅拌马达的左侧入口，以及第一二位二通液控换向阀和第二二位二通液控换向阀的先导口，两个所述的液控换向阀处于截止状态，搅拌筒正向旋转；

S3，搅拌结束后，三位四通换向阀切换至中位，第一二位二通液控换向阀和第二二位二通液控换向阀的先导口泄压，两个所述的液控换向阀在弹簧的作用下切换至导通状态；油液通过第二二位二通液控换向阀进入第二梭阀，并驱动发电马达转动；搅拌马达通过第一补油单向阀补液；并最终停止转动；

S4，卸料过程，三位四通换向阀切换至右位，第一二位二通液控换向阀和第二二位二通液控换向阀的先导口加压，两个所述的液控换向阀切换至截止状态；泵供给的油液进入搅拌马达，并驱动其反向转动；

S5，卸料结束后，三位四通换向阀切换至中位，第一二位二通液控换向阀和第二二位二通液控换向阀的先导口泄压，两个所述的液控换向阀在弹簧的作用下切换至导通状态；油液通过第一二位二通液控换向阀进入第二梭阀，并驱动发电马达转动；搅拌马达通过第二补油单向阀补液；并最终停止转动。

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