CN113894935A - 电控液压智联泵搅拌车及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了混凝土搅拌运输车制造技术领域的一种电控液压智联泵搅拌车，包括车体、电控液压系统和智联泵控制系统，所述电控液压系统包括发动机、电控液压泵、液压马达、减速器、搅拌筒、发动机转速传感器、马达转速传感器，所述电控液压泵一端与发动机连接，所述电控液压泵另一端与液压马达连接，所述发动机转速传感器安装于发动机上，所述马达转速传感器安装于液压马达，所述电控液压泵安装有电磁比例阀，所述智联泵控制系统一端分别与发动机转速传感器、马达转速传感器连接，所述智联泵控制系统另一端与电磁比例阀连接。有益效果：提升了机械传动效率5%左右，大幅减少零部件数量90%以上，实现运输过程中搅拌筒的恒速转动。
Description
技术领域
本发明属于混凝土搅拌运输车制造技术领域，特别涉及一种电控液压智联泵搅拌车及其控制方法。
背景技术
目前，传统的混凝土搅拌运输车一般通过全功率取力器、传动轴实现液压柱塞泵与底盘发动机的连接，通过机械式操纵机构控制液压泵摆杆实现搅拌筒的正、反转，存在如下弊端：（1）传递效率低；底盘发动机功率通过传动轴传递到液压泵的过程中功率损失较大，能源浪费严重；（2）整车稳定性差，出勤率低；传动轴易损坏，寿命低；传动轴安装一般具有一定的安装角度，工作状态十字万向节易产生磨损，从而导致传动轴损坏以致致车辆的功能部分无法工作，严重影响到搅拌车出勤率；（3）零件数量多，组装困难，液压泵与底盘发动机的联接结构包括发动机全功率取力器、转接盘传动轴、液压泵支架等结构组成，零件数目多，成本较高；（4）液压泵机械式操纵作业环境差，搅拌筒转速操作精度低，为实现搅拌筒正转装料、反转卸料及搅拌筒的可变转速等工况作业需求，在搅拌车驾驶室内设计了软轴控制器，搅拌车后台设计了两面操纵，通过连杆实现三面联动机械式操纵系统。
搅拌筒旋转速度大小和操作杆偏离中位的程度有关，难以量化控制搅拌筒速度；搅拌车行走时，搅拌筒转速随油门大小而变化；手动控制需要通过连杆机构操作液压泵变量机构，给制造安装带来很大不便。因此，市场需要一种传递效率高、装配方便、安全可靠且可实现智能控制的混凝土搅拌运输车。
发明内容
为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电控液压智联泵搅拌车及其控制方法，可以实现电控液压泵与底盘发动机直联，安全可靠、装配简便并且实现搅拌筒智能恒速控制。
一种电控液压智联泵搅拌车，包括车体、电控液压系统和智联泵控制系统，所述电控液压系统包括发动机、电控液压泵、液压马达、减速器、搅拌筒、发动机转速传感器、马达转速传感器，所述电控液压泵一端与发动机连接，所述电控液压泵另一端与液压马达连接，所述减速器一端与液压马达连接，所述减速器另一端与搅拌筒连接；所述发动机转速传感器安装于发动机上，所述马达转速传感器安装于液压马达，所述电控液压泵安装有电磁比例阀，所述智联泵控制系统一端分别与发动机转速传感器、马达转速传感器连接，所述智联泵控制系统另一端与电磁比例阀连接。
进一步地，所述电控液压系统还包括油箱、液压油冷装置，所述液压马达通过液压油冷装置与油箱连接，所述电控液压泵还分别与油箱和液压油冷装置连接。
所述搅拌筒运转工作中，电控液压系统作为动力传递、输出的核心，通过电控液压泵将发动机动能转换液压能，液压油驱动液压马达，液压马达驱动减速器转动，通过减速器内行星齿轮系的降速增扭，实现搅拌筒转动；在整个系统中，通过液压油冷装置及油箱进行补油和散热，油箱给电控液压泵供油，电控液压泵和液压马达之间液压油循环，电控液压泵和液压马达都有泄露油回液压油冷装置进行散热，散热后的油都回到油箱里。
进一步地，所述智联泵控制系统包括控制单元、运算模块、分析模块，所述马达转速传感器的输出端与分析模块的输入端电连接，所述发动机转速传感器的输出端与分析模块的输入端电连接，所述分析模块的输出端与运算模块的输入端电连接，所述运算模块的输出端与控制单元的输入端电连接，所述控制单元的输出端与电磁比例阀电连接。
进一步地，所述电控液压泵由柱塞泵和电磁比例阀两部分组成，柱塞泵内设有斜盘，控制泵内液压油的流量和流向。
进一步地，所述液压马达为斜轴马达、摆线马达和柱塞马达中的一种。
一种电控液压智联泵搅拌车的控制方法，具体如下：
（1）当电控液压智联泵搅拌车处于行驶工况时，选择搅拌筒1～3 r/min的恒定转速进行设定，智联泵控制系统接收到发动机转速传感器和马达转速传感器的信号并进行处理后，智联泵控制系统的控制单元调节电控液压泵中的电磁比例阀的位置，保持搅拌筒的恒定转速。
（2）当电控液压智联泵搅拌车处于驻车工况时，选择搅拌筒1～16 r/min的恒定转速进行设定，当搅拌筒转速＜6 r/min时，智联泵控制系统的控制单元调节电控液压泵中的电磁比例阀的位置，保持搅拌筒的恒定转速；当6 r/min＜搅拌筒转速＜16 r/min时，控制逻辑判定此时液压泵达到最大排量75 cc/r，控制单元输出提升发动机转速来提高搅拌筒转速。
进一步地，所述控制单元通过控制电磁比例阀，调整电控液压泵斜盘摆角的改变，使电控液压泵的排量改变；电控液压泵v 泵的排量的计算公式为：n发动机 = n搅拌筒*i*v 马达/（v泵*η），n发动机为发动机转速，n搅拌筒为搅拌筒转速，减速器固定速比i=120，v 马达为液压马达排量，排量范围0-75 cc/r，v 泵为电控液压泵排量，效率η为0.95。
所述搅拌筒运转工作中，电控液压系统作为动力传递输出的核心，通过电控液压泵将发动机动能转换液压能，液压油驱动液压马达，液压马达驱动减速器转动，通过减速器内行星齿轮系的降速增扭，实现搅拌筒转动，在整个系统中，通过液压油冷装置及油箱进行补油和散热。搅拌筒转动带动筒内螺旋叶片，搅拌筒内的混凝土在与筒壁和叶片的摩擦力、内在的附着力和重力的共同作用下，搅拌筒内的混凝土将不断的被提升、向下跌落和滑移，在搅拌筒和螺旋叶片的引导下，混凝土将沿着搅拌筒径向和切向运动，直到混凝土移动到螺旋叶片的末端，通过搅拌筒后端出口处设有出料装置引导，完成混凝土的放料工作。
本发明取得的有益效果如下：
（1）电控液压泵通过泵壳连接件直接接到发动机后端，电控液压泵直接连接发动机内置取力器齿轮上，取消了发动机全功率取力器法兰端输出及传动轴等传动链的连接，提升了机械传动效率5%左右，大幅减少零部件数量90%以上，降低了整车重量120kg以上，节约成本，提升了装配效率。
（2）通过设置控制单元、分析模块、运算模块、马达转速传感器、发动机转速传感器和电控液压泵电磁比例阀相互配合，电控液压泵代替手动机械液压泵，发动机转速传感器对发动机转速实时监测，马达转速传感器传输的搅拌筒转速信号和发动机转速传感器传输的发动机转速信号通过分析模块的分析和固定程序运算模块的计算，通过控制单元将输出指令传递到电控液压泵的电磁比例阀对液压泵内斜盘摆角进行调节，调整电控液压泵输出的液压油排量。当搅拌筒转速确认后，通过发动机转速和液压泵排量两者之间的智能耦合，实现运输过程中搅拌筒的恒速转动，保证混凝土在运输过程中的品质，减少混凝土添加剂的使用，保证工程质量；当发动机转速不能满足当前搅拌筒实际转速时，控制单元通过控制发动机转速自动提升搅拌筒转速。
（3）通过设置控制单元、分析模块、运算模块、马达转速传感器、发动机转速传感器和电控液压泵电磁比例阀相互配合，电控液压智联泵控制技术逻辑为固有程序运算控制，当搅拌筒转速由低速向高速提升时，马达转速传感器传输的搅拌筒转速信号和发动机转速传感器传输的发动机转速信号通过分析模块的分析和固定程序运算模块的计算，通过控制单元输出指令，通过调整泵内斜盘摆角，提高电控泵输出液压油流量，如果不能满足搅拌筒的转速要求，控制单元将输出指令传达至发动机，提升发动机的转速，搅拌筒的降速同样也遵循相同的逻辑关系。由于搅拌筒转速不再随发动机转速的变化而变化，通过搅拌筒恒定低速控制，发动机始终在经济转速区间运转，电控液压智联搅拌车技术比与传统机械控制节油效果显著，在空载、满载两种状态，车辆综合工况下电控液压智联搅拌车比常规机械控制搅拌车节油7%以上。
附图说明
图1为电控液压智联泵搅拌车的主视图；
图2为电控液压系统的结构示意图；
图3为智联泵控制系统的结构示意图；
图4为电控液压智联泵搅拌车控制方法的流程图；
图中附图标记为：
1. 车体；2. 电控液压系统；3. 搅拌筒；4. 检修口；5. 导轨；6. 出料装置；7. 滚轮装置；8. 固定架；9. 发动机；10. 电控液压泵；11. 液压马达；12. 减速器；13. 油箱；14. 液压油冷装置；15. 电磁比例阀；16.马达转速传感器；17.发动机转速传感器；18.分析模块；19.运算模块；20.控制单元；21. 智联泵控制系统。
具体实施方式
实施例1
如图1-4所示，一种电控液压智联泵搅拌车，所述电控液压智联泵搅拌车包括车体1、电控液压系统2和智联泵控制系统21，车体1通过固定架8连接有搅拌筒3，所述搅拌筒3是通过滚压工艺制作而成，搅拌筒3整体由三部分焊接而成，整体形状呈“梨形”，前段、后段为圆锥体，中段为圆柱体，搅拌筒3前段封闭，后段开口，中段设有检修口4，搅拌筒3内部设有两道对称的螺旋叶片，螺旋叶片贯穿整个搅拌筒3前后端，固定架8是利用钢板折弯成型后焊接而成，固定架8包括前支座、后支座，前支座通过减速器12连接搅拌筒3的前端，后支座通过滚轮装置7与搅拌筒3的后端导轨连接，滚轮装置7通过螺栓固定在固定架8后支座，搅拌筒3与导轨5焊接而成，导轨5与滚轮装置7的中心在同一垂直面上，搅拌筒3转动时，带动两侧的滚轮装置7转动。
所述电控液压系统2包括发动机9、电控液压泵10、液压马达11、减速器12、搅拌筒3、发动机转速传感器17、马达转速传感器16，所述电控液压泵10一端与发动机9连接，所述电控液压泵10另一端与液压马达11连接，所述减速器12一端与液压马达11连接，所述减速器12另一端与搅拌筒3连接；所述发动机转速传感器17安装于发动机9上，所述马达转速传感器16安装于液压马达11，所述电控液压泵10安装有电磁比例阀15，所述智联泵控制系统21一端分别与发动机转速传感器17、马达转速传感器16连接，所述智联泵控制系统21另一端与电磁比例阀15连接。
搅拌筒3左侧设有电控液压系统2，电控液压泵10输入端与发动机9后输出端采用花键式连接，电控液压泵10壳体与发动机9壳体采用螺栓连接，电控液压泵10设有电磁比例阀15，当控制单元20输出指令后，电磁比例阀15将会精准的调整电控液压泵10内的斜盘摆角来改变电控液压系统2的流量，电控液压泵10右侧通过连接管固定连接有液压马达11，液压马达11具有双向性，通过电磁比例阀15将会精准的调整电控液压泵10内的斜盘方向，改变液压油的流向，从而改变液压马达11输出轴的旋向。
所述电控液压系统还包括油箱13、液压油冷装置14，液压马达11前侧通过液压油冷装置14连接有油箱13，电控液压泵10一侧通过连接管固定连接油箱13，电控液压泵10和液压马达11的内泄液压油通过连接管流回液压油冷装置14，电控液压泵10内设有补油泵，通过连接管从油箱13内吸油，为系统提供足够的冷却液压油，同时补充系统中内泄的液压油，液压马达11的输出轴固定连接有减速器12，减速器12为行星齿轮系机械式减速器，传递扭矩大，稳定性好，减速器12的输出轴固定连接有搅拌筒3，搅拌筒3以一定转速转动。所述电控液压泵10由柱塞泵和电磁比例阀15两部分组成，柱塞泵内设有斜盘，控制泵内液压油的流量和流向，所述液压马达11为斜轴马达。
马达转速传感器16将会监测到液压马达11的转速，通过减速器12固定速比换算后，将搅拌筒3的转速以电信号的形式输出，通过电控液压泵10将发动机9动能转换液压能，液压油驱动液压马达11，液压马达11驱动减速器12转动，通过减速器12内行星齿轮系的降速增扭，实现搅拌筒3转动，在整个系统中，通过液压油冷装置14及油箱13进行补油和散热。搅拌筒3转动带动筒内螺旋叶片，搅拌筒3内的混凝土在与筒壁和叶片的摩擦力、内在的附着力和重力的共同作用下，搅拌筒3内的混凝土将不断的被提升、向下跌落和滑移，在搅拌筒3和螺旋叶片的引导下，混凝土将沿着搅拌筒径向和切向运动，直到混凝土移动到螺旋叶片的末端，通过搅拌筒3后端出口处设有出料装置6引导，完成混凝土的放料工作。
所述智联泵控制系统21包括控制单元20、运算模块19、分析模块18，所述马达转速传感器16的输出端与分析模块18的输入端电连接，所述发动机转速传感器17的输出端与分析模块18的输入端电连接，所述分析模块18的输出端与运算模块19的输入端电连接，所述运算模块19的输出端与控制单元20的输入端电连接，所述控制单元20的输出端与电磁比例阀15电连接。
所述智联泵控制系统21控制搅拌筒3运转工作，通过设置控制单元20、分析模块18、运算模块19、马达转速传感器16、发动机转速传感器17和电控液压泵的电磁比例阀15相互配合，电控液压泵10代替手动机械液压泵，发动机转速传感器17对发动机9的转速实时监测，马达转速传感器16传输的搅拌筒3转速信号和发动机转速传感器17传输的发动机转速信号通过分析模块18的分析和程序运算模块19的计算，通过控制单元20将输出指令传递到电控液压泵的电磁比例阀15，通过调整电磁比例阀15的行程，对电控液压泵10内斜盘摆角进行精准调节，调整电控液压泵10输出的液压油排量。
当搅拌筒3转速确认后，通过发动机9的转速和电控液压泵10的排量两者之间的智能耦合，实现运输过程中搅拌筒3的恒速转动。当发动机9转速不能满足当前搅拌筒3实际转速时，控制单元20通过控制发动机9转速自动提升搅拌筒3的转速。保证混凝土在运输过程中的品质，减少混凝土添加剂的使用，保证工程质量。
电控液压智联泵搅拌车控制方法如下：
智联泵控制系统技术逻辑为：智联泵控制系统21接收到马达转速器传感器16的信号、发动机转速传感器17的信号，经过逻辑程序分析、运算，由控制单元20输出，控制电控液压泵10排量和发动机9转速的变化，实现搅拌筒的恒速和变速控制。
第一种工况：搅拌车行驶工况下搅拌筒恒速（1～3 r/min）控制
搅拌车行驶工况下，因路况、驾驶员操纵习惯差异，发动机转速实时变化，变化范围800～2200 rpm。此时智联泵控制系统21技术逻辑为控制单元20通过调整电控液压泵10的排量实现搅拌筒3恒速，具体数据如下：n发动机为发动机转速，n搅拌筒为搅拌筒转速，设定n搅拌筒=3 r/min，减速器固定速比i=120，液压马达排量v马达=75cc/r，控制单元20控制电磁比例阀15，实现电控液压泵10斜盘摆角的改变，使电控液压泵10的排量改变，排量范围0-75cc/r，效率η为0.95。
根据计算公式：n发动机 = n搅拌筒*i*v 马达/（v 泵*η）列举典型数据如下表：
第二种工况：搅拌车驻车工况下搅拌筒恒速（1～16 r/min）控制
搅拌车驻车工况下，发动机转速为800±50 rpm。
智联泵控制系统21技术逻辑为：控制单元20首先通过调整电控液压泵10排量（范围11.8～71 cc/r）实现搅拌筒转速1～6 r/min；当6 r/min＜搅拌筒转速＜16 r/min时，控制逻辑判定此时电控液压泵10达到最大排量75 cc/r，控制单元20输出提升发动机9转速来提高搅拌筒3转速。具体数据如下：n发动机为发动机转速，n搅拌筒为搅拌筒转速，减速器固定速比i=120，液压马达排量v 马达=75cc/r，控制单元20控制电磁比例阀15来实现电控液压泵10斜盘摆角的改变，使电控液压泵10的排量改变，排量范围0-75 cc/r。
以搅拌筒升速为例根据计算公式：n发动机 = n搅拌筒*i*v马达/（v泵*η）列举典型数据如下表：
综上可得，通过电控液压泵10壳连接件直接接到发动机9后端，电控液压泵10直接连接发动机9内置取力器齿轮上，取消了发动机9全功率取力器法兰端输出，及传动轴等传动链的连接，提升了机械传动效率5%左右，大幅减少零部件数量90%以上，降低了整车重量120kg以上，节约成本，提升了装配效率。
当搅拌筒3转速由低速向高速提升时，马达转速传感器16传输的搅拌筒3转速信号和发动机转速传感器17传输的发动机3转速信号通过分析模块18的分析和固定程序运算模块19的计算，通过控制单元20输出指令，通过调整电控液压泵10内斜盘摆角，提高输出液压油流量，如果不能满足搅拌筒3的转速要求，控制单元20将输出指令传达至发动机9，提升发动机9的转速，搅拌筒3的降速同样也遵循相同的逻辑关系。
由于搅拌筒3转速不再随发动机9转速的变而变化，通过搅拌筒3恒定低速控制，发动机9始终在经济转速区间运转，电控液压智联搅拌车技术比与传统机械控制节油效果显著，在空载、满载两种状态，车辆综合工况下电控液压智联搅拌车比常规机械控制搅拌车节油7%以上。
Claims (7)
1.一种电控液压智联泵搅拌车，其特征在于：包括车体（1）、电控液压系统（2）和智联泵控制系统（21），所述电控液压系统（21）包括发动机（9）、电控液压泵（10）、液压马达（11）、减速器（12）、搅拌筒（3）、发动机转速传感器（17）、马达转速传感器（16），所述电控液压泵（10）一端与发动机（9）连接，所述电控液压泵（10）另一端与液压马达（11）连接，所述减速器（12）一端与液压马达（11）连接，所述减速器（12）另一端与搅拌筒（3）连接；所述发动机转速传感器（17）安装于发动机（9）上，所述马达转速传感器（16）安装于液压马达（11），所述电控液压泵（10）安装有电磁比例阀（15），所述智联泵控制系统（21）一端分别与发动机转速传感器（17）、马达转速传感器（16）连接，所述智联泵控制系统（21）另一端与电磁比例阀（15）连接。
2.根据权利要求1所述的一种电控液压智联泵搅拌车，其特征在于：所述电控液压系统还包括油箱（13）、液压油冷装置（14），所述液压马达（11）通过液压油冷装置（14）与油箱（13）连接，所述电控液压泵(10)还分别与油箱(13)和液压油冷装置(14)连接。
3.根据权利要求1所述的一种电控液压智联泵搅拌车，其特征在于：所述智联泵控制系统（21）包括控制单元（20）、运算模块（19）、分析模块（18），所述马达转速传感器（16）的输出端与分析模块（18）的输入端电连接，所述发动机转速传感器（17）的输出端与分析模块（18）的输入端电连接，所述分析模块（18）的输出端与运算模块（19）的输入端电连接，所述运算模块（19）的输出端与控制单元（20）的输入端电连接，所述控制单元（20）的输出端与电磁比例阀（15）电连接。
4.根据权利要求1所述的一种电控液压智联泵搅拌车，其特征在于：所述电控液压泵（10）由柱塞泵和电磁比例阀（15）两部分组成，柱塞泵内设有斜盘。
5.根据权利要求1所述的一种电控液压智联泵搅拌车，其特征在于：所述液压马达（11）为斜轴马达、摆线马达和柱塞马达中的一种。
6.一种权利要求3所述电控液压智联泵搅拌车的控制方法，其特征在于：
（1）当电控液压智联泵搅拌车处于行驶工况时，选择搅拌筒（3）以1～3 r/min的恒定转速进行设定，智联泵控制系统（21）接收到发动机转速传感器（17）和马达转速传感器（16）的信号并进行处理后，智联泵控制系统（21）的控制单元（20）调节电控液压泵（10）中的电磁比例阀（15）的位置，保持搅拌筒（3）的恒定转速；
（2）当电控液压智联泵搅拌车处于驻车工况时，选择搅拌筒（3）以1～16 r/min的恒定转速进行设定，当搅拌筒转速＜6 r/min时，智联泵控制系统（21）的控制单元（20）调节电控液压泵（10）中的电磁比例阀（15）的位置，保持搅拌筒（3）的恒定转速；当6 r/min＜搅拌筒转速＜16 r/min时，控制逻辑判定此时电控液压泵（10）达到最大排量75 cc/r，控制单元（20）输出提升发动机（9）转速来提高搅拌筒（3）转速。
7.根据权利要求6所述电控液压智联泵搅拌车的控制方法，其特征在于：v 泵为电控液压泵（10）排量，所述电控液压泵（10）的排量的计算公式为：n发动机 = n搅拌筒*i*v 马达/（v 泵*η），n发动机为发动机转速，n搅拌筒为搅拌筒转速，减速器固定速比i=120，v 马达为液压马达排量，排量范围0-75 cc/r，效率η为0.95。
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