CN104847643A - 混凝土泵送系统换向控制方法及相应换向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土泵送系统换向控制方法及相应换向控制装置。所述混凝土泵送系统换向控制方法包括时间换向模式，在所述时间换向模式下，基于液压系统油泵出口压力和排量确定换向时间。采用本发明的混凝土泵送系统换向控制方法和换向控制装置，在特殊情况(例如某些故障)下，能够采取一种应急措施进行换向控制，在故障恢复之前使泵送系统能够以一种瘸行模式进行换向控制。从而使得能够继续完成施工，避免因施工中断造成严重的经济损失。

Description

混凝土泵送系统换向控制方法及相应换向控制装置

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种混凝土泵送系统换向控制方法及相应换向控制装置，尤其是用于混凝土臂架泵车、车载泵、拖泵等其他具有双活塞双输送缸泵送系统的换向控制方法及相应换向控制装置。

背景技术

混凝土泵送机构是混凝土泵车的核心机构，负责将混凝土沿输送管道连续泵送到浇注现场。混凝土泵送结构一般为双活塞双输送缸泵送机构。该泵送机构利用两个主油缸交替工作，一缸前进则另一缸后退，依次将吸入输送缸的混凝土泵送至出料口。两个输送缸在各自主油缸的驱动下同样交替工作，一个吸入混凝土的同时，另一个泵出混凝土。当主油缸运动到行程尽头时进行换向动作，此时两个输送缸开始反向动作，吸入混凝土的缸转变为泵送混凝土，依次循环工作，从而连续泵出混凝土。

换向控制是泵送系统控制的核心，目前混凝土泵车换向一般采用电控换向方式。该方式通过检测主油缸或者检测输送缸的位置产生电信号，从而依靠电信号的状态改变来控制泵送系统的换向。具体检测方式为采用接近开关或采用检测主油缸压力的压力传感器。

混凝土泵车长期工作在恶劣的工作环境中，连续工作时间长。泵送机构由于振动大，工作强度大，导致泵送机构部件容易老化或产生故障。如果用于换向的接近开关或者压力传感器出现短路、断路或者传感器本身出现故障，现有的泵送系统换向技术将导致泵送系统不能换向，不能继续完成施工，管道中残余的混凝土无法及时的清理会造成堵管，将造成严重的经济损失。因此，希望有一种混凝土泵送系统换向控制方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。

发明内容

泵送机构是混凝土机械设备的执行机构，用于将混凝土沿输送管道连续输送到浇注现场。

控制器是用于混凝土泵送系统的控制器，可以是可编程控制模块(PLC)，或其他任何适当的控制单元。

本发明的目的在于提供一种混凝土泵送系统换向控制方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种混凝土泵送系统换向控制方法，所述混凝土泵送系统换向控制方法包括时间换向模式，在所述时间换向模式下，基于液压系统油泵出口压力和排量确定换向时间。

优选地，每次换向后，启动一个新的定时器，所述定时器的定时时间通过查询已经存储的数据库确定，如果定时时间到，则发出换向信号给换向电磁阀进行换向，其中，在所述数据库中，定时时间与油泵的出口压力、排量对应。

优选地，在油泵的出口压力大于等于设定阈值时，发出换向信号给换向电磁阀进行换向。

优选地，在油泵的出口压力大于等于设定阈值时，将下一周期的实际定时时间设置为从数据库查询得到的定时时间的90％至98％。

优选地，在油泵的出口压力大于等于设定阈值时，将下一周期的实际定时时间设置为从数据库查询得到的定时时间的94％至96％。

优选地，在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路发生故障时，进入所述时间换向模式；在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，退出所述时间换向模式。

优选地，所述数据库是在泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，通过检测、处理并存储油泵的出口压力、排量与实际对应换向时间而建立的。

优选地，所述数据库中的所述定时时间为油泵的出口压力、排量的实际对应换向时间的90％至95％。

优选地，所述混凝土泵送系统换向控制方法通过模式切换开关来控制是否以时间换向模式运行。

本发明还提供一种换向控制装置，所述换向控制装置包括：油泵压力传感器，用于检测液压系统油泵出口压力；换向电磁阀，用于控制主油缸的换向；以及控制器，其与所述油泵压力传感器和换向电磁阀电连接，接收所述油泵压力传感器检测的压力信号，并且接收液压系统油泵的排量信号，并基于所述压力信号和排量信号确定换向时间，以输出换向信号。

优选地，所述换向控制装置进一步包括传感装置线路，所述传感装置线路检测泵送系统泵送行程，并将检测信号发送给所述控制器，在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路发生故障时，所述控制器基于所述压力信号和排量信号确定换向时间；在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，所述控制器基于泵送行程信号确定换向时间。

优选地，所述换向控制装置进一步包括模式切换开关，所述模式切换开关与所述控制器电连接，在所述模式切换开关动作的情况下，所述控制器基于所述压力信号和排量信号确定换向时间。

采用本发明的混凝土泵送系统换向控制方法和换向控制装置，在特殊情况(例如某些故障)下，能够采取一种应急措施进行换向控制，在故障恢复之前使泵送系统能够以一种瘸行模式进行换向控制。从而使得能够继续完成施工，避免因施工中断造成严重的经济损失。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的混凝土泵送系统换向控制装置的示意图。

图2是根据本发明第二实施例的混凝土泵送系统换向控制装置的示意图。

图3是根据本发明的一种混凝土泵送系统换向控制方法的示意性流程图。

图4是根据本发明的另一种混凝土泵送系统换向控制方法的示意性流程图。

附图标记：

1	油泵压力传感器	4	主油缸
				2	控制器	5	模式切换开关
3	换向电磁阀

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

根据本发明的混凝土泵送系统换向控制方法包括时间换向模式。在所述时间换向模式下，基于液压系统油泵出口压力和排量确定换向时间。优选地，每次换向后，启动一个新的定时器，所述定时器的定时时间通过查询已经存储的数据库确定，如果定时时间到，则发出换向信号给换向电磁阀进行换向，其中，在所述数据库中，定时时间与油泵的出口压力、排量对应。

根据本发明的换向控制装置包括：油泵压力传感器，用于检测液压系统油泵出口压力；换向电磁阀，用于控制主油缸的换向；以及控制器，其与所述油泵压力传感器和换向电磁阀电连接，接收所述油泵压力传感器检测的压力信号，并且接收液压系统油泵的排量信号，并基于所述压力信号和排量信号确定换向时间。进而根据所述换向时间输出换向信号。

采用本发明的混凝土泵送系统换向控制方法或换向控制装置，在特殊情况(例如某些故障)下，能够采取一种应急措施进行换向控制，在故障恢复之前使泵送系统能够以一种瘸行模式进行换向控制。从而使得能够继续完成施工，避免因施工中断造成严重的经济损失。瘸行模式是指以降低性能来实现功能完整的工作方式。

图1是根据本发明第一实施例的混凝土泵送系统的换向控制装置的示意图。图1所示的混凝土泵送系统的换向控制装置包括油泵压力传感器1、控制器2、换向电磁阀3和主油缸4。主油缸(或称为泵送主油缸)是控制对象：主油缸的活塞运动到0行程与最大行程位置时，必须使之反向运动。所述反向运动，是通过使得主油缸的有杆腔和无杆腔的液流反向而实现的。

油泵压力传感器1用于检测液压系统油泵出口压力，并将压力信号传递给控制器2。可以理解的是，油泵压力传感器1的具体型号、设置位置可以根据需要设置，只要其能够检测油泵的出口压力即可。检测得到的压力信号有三个用途。第一个用途：用于判断油泵出口压力是否超出了设定阈值(憋压压力)，在超出设定阈值时，发出换向信号。第二个用途：用于在正常模式下运行时建立数据库，即建立油泵出口压力、排量和换向时间之间的映射关系。第三个用途：在时间换向模式(即辅助换向模式)下，用于与排量一起来确定换向时间。

控制器2与油泵压力传感器1连接，以接收油泵出口压力信号。控制器2还与油泵排量选择开关(未图示，通常为油泵排量挡位开关)相连接，以获取油泵排量信息。

控制器2进一步与换向电磁阀3连接，以发出换向信号给换向电磁阀，进行换向。需要指出的是，控制器2能够有两种换向模式：正常模式与时间换向模式。正常模式是基于油缸的行程或位置来进行换向。时间换向模式是基于时间来进行换向。

参见图1，控制器包括定时器和数据库。需要指出的是，定时器是一种软件形式存在的定时器，存储在控制器程序中，用于记录主油缸每次的行程时间。定时器的定时时间由控制器查询已经存储的数据库确定，如果定时时间到，则发出换向信号给换向电磁阀进行换向。

数据库也存储在控制器2中，用于存储泵送系统在不同压力和排量下的行程时间。例如，数据库的形式可以如下。

油泵压力	油泵排量	行程时间
			P1	Q1	t1
P1	Q2	t2
			P2	Q1	t3
P2	Q2	t4
			……	……	……

其中，油泵压力为油泵压力传感器1检测到的油泵出口压力，油泵排量为由油泵排量挡位开关选定的油泵排量。行程时间为在时间换向模式下，与所述油泵压力和油泵排量相对应的油缸行程时间，即换向时间。可以理解的是，数据库的存储可以有多种方式。

需要指出的是，也能够以其他方式来确定油泵压力和油泵排量与油缸行程时间的对应关系。例如，能够建立油泵压力、油泵排量与油缸行程时间之间的函数关系，然后通过计算来确定油缸行程时间，从而能够节省上述数据库的存储时间。再例如，在一个可选实施例中，在基于油泵压力、油泵排量而确定油缸行程时间之后，在后续的多个周期内始终以该确定的油缸行程时间进行换向，除非油泵压力的波动超过设定阈值或者油泵排量挡位变化。

可以理解的是，在实际检测到的油泵出口压力与数据库中存储的油泵压力存在差异时，将实际检测到的油泵出口压力与数据库中最为接近的油泵压力相对应。在一个优选实施例中，当实际检测到的油泵出口压力处于数据库中存储的两个油泵压力之间时，将实际检测到的油泵出口压力与所存储两个油泵压力中较大的一个相对应。

还需要指出的是，上述的数据库可以是在泵送设备出厂前预设的数据库；还可以是在泵送设备在使用过程中不断学习、优化而得到的数据库。下面结合下表对数据库的优化与学习方法进行简单介绍。

油泵压力	油泵排量	实际换向时间	行程时间
				P1	Q1	T01	t01
P1	Q1	T02	t02
				P1	Q1	T03	t03
P1	Q1	T04	t04
				……	……	……	……

表中的实际换向时间是指在正常模式下工作时，对应于实际油泵压力P1和油泵排量Q1的多个实际换向时间。而行程时间是指基于所述实际换向时间不短调整与优化的时间。具体可以采用下述方法进行学习与优化。

t01＝T01；

t02＝(t01+T02)/2；

t03＝(t02+T03)/2；

t04＝(t03+T04)/2；

……

优选的是，所述数据库中的所述定时时间为油泵的出口压力、排量的实际对应换向时间的90％至95％。例如，t01＝T01*95％；t02＝(t01+T02)*95％/2；……

换向电磁阀3由控制器2控制，以控制主油缸的换向。例如，可以通过换向电池阀来控制液压切换阀，进而控制主油缸的换向。每次换向后，控制器2启动一个新的定时器，所述定时器的定时时间由控制器查询已经存储的数据库确定，如果定时时间到，则发出换向信号给换向电磁阀进行换向。同时，判断油泵出口压力是否超出了设定阈值(憋压压力)，在超出设定阈值时，即使没有达到定时时间，也发出换向信号。

图2是根据本发明第二实施例的混凝土泵送系统的换向控制装置的示意图。图2所示的混凝土泵送系统的换向控制装置包括油泵压力传感器1、控制器2、换向电磁阀3、主油缸4和模式切换开关5。

也就是说，第二实施例的换向控制装置与第一实施例的换向控制装置的主要区别在于，多了一个模式切换开关5。模式切换开关5与控制器2电连接，用于切换换向模式。例如，在模式切换开关5不动作时，向控制器2输出低电平，控制器2的相应管脚悬置，而在模式切换开关5动作时，向控制器2输出高电平。

有利的是，模式切换开关5是手动操纵开关。在泵送系统出现故障而不能正常进行换向工作时，操作人员能够将模式切换开关从“正常模式”切换至“时间换向模式”，从而使得泵送系统以“时间换向模式”进行换向，也就是说，控制器2将在“时间换向模式”下运行。

可以理解的是，模式切换开关5可以是实际的独立式器件，也可以是软件虚拟的按键。例如，在一个实施例中，模式切换开关5是触控屏上显示的操控界面上的一个图标按钮。

需要指出的是，通常是在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路发生故障时，切换至“时间换向模式”。传感装置线路通常包括行程开关(或接近开关)、压力传感器(其检测主油缸的有杆腔及无杆腔中的压力)以及其与控制器的连接线路。在用于换向的接近开关或者压力传感器出现短路、断路或者其他故障，或连接线路意外接地等故障，泵送系统在“正常模式”下不能换向，不能继续完成施工。从而需要采用辅助换向方式，进入“时间换向模式”。

传感装置线路的故障，可以人工检测，也可以自动检测。例如，当控制器在泵送工况下于设定时长内没有接收到换向信号，这能够判定传感装置线路出现故障。例如，假设通常在泵送工况下，单个泵送行程的最长时间为Tmax，但是在经过3个Tmax时间后，仍然没有接收到接近开关发出的信号，则判定接近开关故障、或接近开关与控制器的连接线路出现故障。

图3是根据本发明的一种混凝土泵送系统换向控制方法的示意性流程图。图3所示的换向控制方法包括下述步骤。

步骤11：泵送启动。

步骤12：控制器采集油泵压力信号以及排量信号。

步骤13：确定是否采用时间换向模式。如前所述，可以采用任何适当的方式来确定是否采用时间换向模式。有利的是，在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路发生故障时，进入所述时间换向模式；在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，退出所述时间换向模式。在一个可选实施例中，通过模式切换开关来控制是否以时间换向模式运行。

步骤14：如果判断不采用时间换向模式，则以正常换向模式运行，同时，记录当前油泵压力、排量以及对应的泵送时间。如果需要的话，对泵送时间进行优化。优化方法可以采用前述方法，也可以采用其他任何适当的方法。

步骤15：如果判断采用时间换向模式，则查询数据库，确定定时时间。

步骤16：每次换向后，启动定时器。

步骤17：定时时间到，则进行换向。

图4是根据本发明的另一种混凝土泵送系统换向控制方法的示意性流程图。图4所示的换向控制方法包括下述步骤。

步骤21：泵送启动。

步骤22：控制器采集油泵的压力信号以及排量信号。

步骤23：确定是否采用时间换向模式。如前所述，可以采用任何适当的方式来确定是否采用时间换向模式。有利的是，在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路发生故障时，进入所述时间换向模式；在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，退出所述时间换向模式。

步骤24：如果判断不采用时间换向模式，则以正常换向模式运行，同时，记录当前油泵压力、排量以及对应的泵送时间。如果需要的话，对泵送时间进行优化。优化方法可以采用前述方法，也可以采用其他任何适当的方法。

步骤25a：如果判断采用时间换向模式，则在刚气泵的20s内，转至步骤29b。

步骤25b：如果已经经过刚气泵的20s时间段，则判断压力和排量是否稳定，如果不稳定，则转至步骤29b，否则转至步骤26。

步骤26：根据压力和排量，查询数据库，确定定时时间。优选地，所述数据库是在泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，通过检测、处理并存储油泵的出口压力、排量与实际对应换向时间而建立的。优选的是，所述数据库中的所述定时时间为油泵的出口压力、排量的实际对应换向时间的90％至95％。

在一个优选实施例中，控制器查询到数据库的定时时间后，可以对比控制器记录到的上一泵送周期的时间，对数据库的定时时间进行优化，利用优化后的时间再进行换向控制。例如，可以将本次查询的时间与上次泵送周期时间的平均值作为换向时间。

步骤27：每次换向后，启动定时器。

步骤28：在定时器计时时段内，检测压力是否大于憋压压力，大于则转至步骤29b，

步骤29a：如果定时时间到，则进行换向。

步骤29b：根据压力进行憋压换向。也就是说，在油泵的出口压力大于等于设定阈值时，发出换向信号给换向电磁阀进行换向。优选的是，在油泵的出口压力大于或大于等于等于设定阈值(憋压压力)时，将下一周期的实际定时时间设置为从数据库查询得到的定时时间的90％至98％；更优选地，设置为94％至96％。

该发明采用基于时间换向为主的辅助换向方式，并且能通过泵送系统正常时自学习每次换向的行程时间，不断优化行程时间数据库，可以使换向周期趋于稳定，减小油缸憋压情况。

该发明的方法可以分为2个阶段，第一阶段为数据库学习阶段。数据库中存储的是不同负载压力、不同油泵排量下的油缸行程时间值。为了建立一个相对准确的数据库，控制器在泵送系统未出现故障时应提前学习行程时间。每次正常依靠接近开关换向时，记录下当前负载压力和油泵排量对应的油缸行程时间。当泵送系统正常工作在不同负载压力、不同油泵排量下时，整个行程时间数据库将学习完成。

第二阶段是时间换向模式阶段。该阶段系统会进入时间换向模式，每次换向后，控制器启动一个新的定时器，定时时间由控制器查询已经存储的数据库决定。如果定时时间到，则发出换向信号给液压切换阀进行换向。

将本发明的方案实施至混凝土泵车上可以提高泵送系统的鲁棒性。一般来说，泵车会在泵送系统中安装接近开关或者压力传感器用于换向检测，正常情况下通过控制器采集接近开关或者压力传感器信号，信号来时则换向控制液压电磁阀。该发明所述方法在泵送系统正常用接近开关或压力传感器换向时，先学习时间数据库；如果接近开关出现故障，则用户能通过一定方式进入时间换向模式。此时，控制器会将学习完整的时间数据库调出作为定时时间，启动定时器，每次泵送依靠定时时间到换向。

但实际方案实施中仅仅用定时时间换向可能存在一种问题，如果定时时间比实际油缸运行时间长，则油缸活塞运行到头，定时时间还没到，液压回路的压力会急剧上升，出现憋压，此时控制器通过采集到的油泵压力传感器值来判断油缸憋压，如果憋压则换向。这种换向方式要比正常换向方式要晚，压力冲击也会高，但能实现换向的目的。

当刚启动泵送不久时，由于不知道主油缸活塞的位置，第一次行程时间是无法预估的，且前几次换向发动机转速、负载压力还没有稳定，只能依赖判断憋压方式进行换向。因此控制器必须时刻监测油泵压力传感器信号，当压力大于一定阈值，控制器则认为油缸出现憋压。待泵送运行稳定后，再用数据库时间进行换向。

整体来说，本发明能够大大增强泵送系统的鲁棒性。接近开关故障以后，仍然能使泵送系统工作，为客户大大降低机器故障造成的经济损失。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，包括时间换向模式，在所述时间换向模式下，基于液压系统油泵出口压力和排量确定换向时间。

2.如权利要求1所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，每次换向后，启动一个新的定时器，所述定时器的定时时间通过查询已经存储的数据库确定，如果定时时间到，则发出换向信号给换向电磁阀进行换向，其中，在所述数据库中，定时时间与油泵的出口压力、排量对应。

3.如权利要求1所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，在油泵的出口压力大于等于设定阈值时，发出换向信号给换向电磁阀进行换向。

4.如权利要求3所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，在油泵的出口压力大于等于设定阈值时，将下一周期的实际定时时间设置为从数据库查询得到的定时时间的90％至98％。

5.如权利要求3所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，在油泵的出口压力大于等于设定阈值时，将下一周期的实际定时时间设置为从数据库查询得到的定时时间的94％至96％。

6.如权利要求2所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路发生故障时，进入所述时间换向模式；在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，退出所述时间换向模式。

7.如权利要求6所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，所述数据库是在泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，通过检测、处理并存储油泵的出口压力、排量与实际对应换向时间而建立的。

8.如权利要求7所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，所述数据库中的所述定时时间为油泵的出口压力、排量的实际对应换向时间的90％至95％。

9.如权利要求1所述的混凝土泵送系统换向控制方法，其特征在于，通过模式切换开关来控制是否以时间换向模式运行。

10.一种换向控制装置，其特征在于，包括：

油泵压力传感器(1)，用于检测液压系统油泵出口压力；

换向电磁阀(3)，用于控制主油缸(4)的换向；以及

控制器(2)，其与所述油泵压力传感器(1)和换向电磁阀(3)电连接，接收所述油泵压力传感器(1)检测的压力信号，并且接收液压系统油泵的排量信号，并基于所述压力信号和排量信号确定换向时间。

11.如权利要求10所述的换向控制装置，其特征在于，进一步包括传感装置线路，所述传感装置线路检测泵送系统泵送行程，并将检测信号发送给所述控制器(2)，在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路发生故障时，所述控制器基于所述压力信号和排量信号确定换向时间；在检测泵送系统泵送行程的传感装置线路正常时，所述控制器基于泵送行程信号确定换向时间。

12.如权利要求10所述的换向控制装置，其特征在于，进一步包括模式切换开关(5)，所述模式切换开关(5)与所述控制器(2)电连接，在所述模式切换开关(5)动作的情况下，所述控制器(2)基于所述压力信号和排量信号确定换向时间。