阅读说明：本技术 混凝土泵送设备泵送控制系统及方法 (Concrete pumping equipment pumping control system and method ) 是由 石峰 张旭东 高贵涛 何全宁 马传杰 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种混凝土泵送设备泵送控制系统,包括接收用户输入信息并向分布式控制器发出泵送控制指令的中央控制器、检测主油缸换向信号的信号检测装置,用于接收换向信号并执行泵送控制指令的分布式控制器。还包括缓冲模块,分布式控制器控制主油缸换向、摆动油缸换向和缓冲模块动作。还包括电控换向先导阀组,电控换向先导阀组包括分别控制主系统换向阀、摆动油缸换向阀、缓冲模块动作的主油缸换向先导阀、摆动油缸换向先导阀和缓冲先导阀。本发明还公开了一种泵送控制方法,换向效率高、行程利用率高,换向过程的冲击小。(The invention discloses a kind of concrete pumping equipment pumping control systems, including receive user input information and to distributed director issue pumping control instruction central controller, detect master cylinder commutation signal signal supervisory instrument, for receive commutation signal and execute pumping control instruction distributed director.It further include buffer module, distributed director controls master cylinder commutation, oscillating oil cylinder commutation and buffer module movement.It further include electric control reversing pilot valves, electric control reversing pilot valves include controlling main system reversal valve, oscillating oil cylinder reversal valve, the master cylinder change-over pilot valve of buffer module movement, oscillating oil cylinder change-over pilot valve and buffering pilot valve respectively.The invention also discloses a kind of pumping control method, commutating, high-efficient, operation mileage rate is high, and the impact of commutation process is small.)

混凝土泵送设备泵送控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土泵送设备泵送控制系统及方法，属于工程机械技术领域。

背景技术

混凝土泵送设备是一种利用管道将混凝土输送到施工现场的建筑工程机械。它以柴油机为动力，驱动液压泵产生高压压力油，进而驱动主油缸及与其相连的两个混凝土输送缸实现交替往复运动，并在换向阀的有序配合动作下，使混凝土不断地从料斗吸入输送缸并通过输送管输送到施工现场，在机场、码头、道路、桥梁、建筑房屋等混凝土施工方面，具有重要作用。泵送机构是混凝土泵车泵送过程的执行机构。图1中是现有技术中的混凝土泵送机构结构示意图，主要由主油缸1、输送缸2、水槽3、砼活塞、料斗5、摆动油缸8、分配阀9、搅拌机构7、出料口6、配管等部分组成。砼活塞分别与主油缸活塞杆连接，在主油缸的作用下，作往复运动，一缸前进，另一缸后退；输送缸出口与料斗和分配阀连通，分配阀出料端接出料口6，另一端通过花键轴与摆摇机构8的摆臂连接，在摆摇机构8的摆动油缸81作用下，可以左右摆动。如图2(a)所示，正泵时，泵送混凝上料时，在主油缸作用下，砼活塞前进，砼活塞后退，同时在摆动油缸作用下，分配阀与输送缸连通，输送缸与料斗连通。这样砼活塞后退，便将料斗内的混凝上吸入输送缸，砼活塞前进，将输送缸内混凝上料送入分配阀泵出。当砼活塞后退至行程终端时，控制系统发出信号，主油缸换向，同时摆动油缸换向，使分配阀与输送缸连通，输送缸与料斗连通，这时砼活塞后退，砼活塞前进。依次循环，从而实现连续泵送。图2(b)所示，反泵时，通过反泵操作，使处在吸入行程的输送缸与分配阀连通，处在推送行程的输送缸与料斗连通，从而将管路中的混凝土抽回料斗。

目前泵送过程中主油缸和摆动油缸的换向方式根据换向信号的类型分为液控和电控换向两种。液控换向是当主油缸运行到行程终端时，主油缸输出压力信号经过信号阀输出去控制摆动油缸和主油缸的换向。由于液控换向方式依靠液压信号进行控制和换向，对液压系统元件的加工精度和尺寸要求较高，在特殊工况存在容易内泄和乱换向的缺陷，并且受信号阀结构限制，不易进行主油缸和摆动油缸的换向匹配调节。电控换向是在主油缸末端安装接近开关，当主油缸活塞运动到行程末端时，接线开关感应并输出电信号到控制器，再由控制器发出指令控制摆动油缸和主油缸的换向。发明专利“一种混凝土泵送控制方法及控制装置”，(申请号201410806554.0，授权公告号CN 104847642 B)中提出在每个主油缸行程末端附近设置两个行程检测位置，主油缸活塞到达第一行程位置(距离行程末端200-300mm的范围)后，主泵流量从工作流量变更为第一设定流量(主泵最大流量的50％)；在油缸行程到达第二行程位置后，并将主泵流量变更为第二设定流量(主泵最大流量的20％)；相对于到达第二行程位置的感应时刻延迟第一时长后，发出摆动油缸换向指令；以及相对于所述感应时刻延迟第二时长后，发出主油缸换向的指令，其中第二时长大于第一时长。

混凝土泵送设备的控制信号中，一类为泵送使能、正反泵切换、泵送速度调节等之类的低速控制信号，而另一类为泵送换向控制的高速控制信号。因换向过程短(通常换向时间0.2s)，在如此短的时间内完成摆缸换向、主缸换向、换向压力缓冲等之类的控制以及它们之间的逻辑和时序控制，需要相应快、精度准的控制。

而现有技术中，混凝土泵送设备的所有控制均由中央控制器完成，大大拉低了泵送换向控制的响应时间和换向精度。因此，从接收油缸到位信号开始，到输出摆动油缸和主油缸的换向指令，电气延迟时间长，换向响应慢。同时由于电气延迟时间长，在整个泵送过程中，不同泵送速度下，预留的主油缸缓冲距离均较大。(即第一行程位置和第二行程位置，主油缸的缓冲距离的设定是保证主油缸活塞在运行到检测位置之后，在电气延迟时间内完成换向，而不撞缸预留的缓冲距离。)而较大的缓冲距离会造成主油缸和摆动油缸在接收到控制器发出的换向信号后，实际的换向位置一致性误差大，换向时序匹配不精准，换向效率低，主缸行程利用率低。

同时现有技术在主油缸活塞到达第一行程位置时，通过降低主泵排量实现减小冲击，然而在实际应用中，由于换向时间很短，主泵排量变化响应较慢，排量的控制也不精准，通过降低主泵排量来减小换向冲击往往很难达到预期效果，且在换向过程中，主泵频繁快速的排量变化，影响主泵的寿命和可靠性。

现有的泵送控制系统存在换向匹配不精准、换向压力冲击大、行程利用率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的泵送控制系统行程利用率低的不足，提供一种混凝土泵送设备泵送控制系统，技术方案如下：

混凝土泵送设备泵送控制系统，包括接收用户输入信息并向分布式控制器发出泵送控制指令的中央控制器、检测主油缸换向信号的信号检测装置，用于接收换向信号并执行泵送控制指令的分布式控制器。

进一步地，前述泵送控制系统还包括缓冲模块，分布式控制器控制主油缸换向、摆动油缸换向和缓冲模块动作。

优选地，还包括电控换向先导阀组，所述电控换向先导阀组包括分别控制主系统换向阀、摆动油缸换向阀、缓冲模块动作的主油缸换向先导阀、摆动油缸换向先导阀和缓冲先导阀。

进一步地，信号检测装置为安装在主油缸上的抗压磁性传感器。

混凝土泵送设备泵送控制方法，包括以下步骤：

接收中央控制器发送的泵送控制指令；

将换向信息反馈至所述中央控制器；

接收信号检测装置检测到的主油缸换向信号；

根据所述换向信号控制主油缸换向、摆动油缸换向、缓冲模块动作。

进一步地，泵送控制指令包括正泵指令、反泵指令和主泵排量参数值设置指令；

进一步地，分布式控制器在t₀时刻控制摆动油缸换向；在t₁时刻缓冲模块动作；在t₂时刻输出换向信号控制主油缸换向，其中t₁＝t₀+Δt₁，t₂＝t₀+Δt₂。

优选地，主油缸运行速度v与摆动油缸换向时间Δt₁、主油缸换向时间Δt₂之间满足如下关系：

Δt₁＝k₁/v+k₂

Δt₂＝k₃/v+k₄

v＝S/Δt

其中：k₁、k₃是时序控制系数；k₂、k₄是修正系数，S为主油缸行程；Δt为本次换向与上次换向的时间差，每次换向过程实时更新,第一次泵送动作的Δt为程序预设。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明综合考虑了换向过程匹配、换向压力冲击及主油缸行程利用率等因素，设计了一种分布式电控换向控制系统，提高换向过程响应速度和精度；同时在此控制系统基础上，设计了电控换向缓冲技术，解决换向冲击的问题；主油缸和摆动油缸换向时序匹配方法提高了换向的效率。

附图说明

图1是现有技术中的混凝土泵送机构的结构示意图；

图2是现有技术中的混凝土泵送机构泵送过程示意图(a)正泵状态；(b)反泵状态；

图3是本发明的泵送控制系统的泵送原理示意图；

图4是本发明的泵送控制系统及方法示意图；

图5是本发明中的换向控制示意图；

图中：1-主油缸，11-第一主油缸，12-第二主油缸，2-输送缸，21-第一输送缸，211-第一砼活塞，22-第二输送缸，221-第二砼活塞，3-水槽，4-信号检测装置，41-第一信号检测装置，42-第二信号检测装置，5-料斗，6-出料口，7-搅拌机构，8-摆摇机构，81-摆动油缸，9-分配阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图3、图4所示，混凝土泵送设备泵送控制系统，包括接收用户输入信息并向分布式控制器发出泵送控制指令的中央控制器、检测主油缸1换向信号的信号检测装置4，用于接收换向信号并执行泵送控制指令的分布式控制器。在接收到泵送指令后，接收换向信号后，换向动作由分布式控制器直接控制，无需经过中央控制器；目的是不经过中央控制器，可实现快速响应；在泵送动作停止后，分布式控制可将换向过程数据(例如换向次数)传输给中央控制器。

本实施例中，专用于泵送换向的分布式控制器具体采用的是一种可独立编程的小型控制器，具有参数可配置的输入/输出功能，用于接收信号检测装置4传来的信号，并输出控制指令，输入/输出响应时间达到10ms级；同时通过CAN接口与中央控制器实时通信。

中央控制器作为混凝土泵送设备的集中控制单元，控制设备其余动作，例如用于接收用户及外界各种输入，用于控制(除泵送换向外的)所有动作的控制，同时向分布式控制器发出泵送开始/停止、正反泵、憋压、排量大小等指令和参数，并接收分布式控制器的运行数据(泵送换向次数等)。

前述泵送控制系统还包括缓冲模块，分布式控制器控制主油缸1换向、摆动油缸81换向和缓冲模块动作。

本实施例中作为优选，如图5所示，还包括电控换向先导阀组，所述电控换向先导阀组包括分别控制主系统换向阀、摆动油缸换向阀、缓冲模块动作的主油缸换向先导阀、摆动油缸换向先导阀和缓冲先导阀。

电控换向先导阀组在接收到分布式控制器的泵送控制指令后，根据具体的控制逻辑去控制主油缸1换向、摆动油缸81换向及换向缓冲动作。控制缓冲模块先导阀、使缓冲模块动作，缓冲模块动作可降低换向时的系统压力。具体的控制逻辑是分布式控制器在t₀时刻控制摆动油缸81换向；在t₁(即t₁＝t₀+Δt₁)时刻缓冲模块动作；在t₂(t₂＝t₀+Δt₂)时刻输出换向信号控制主油缸1换向。

作为本实施例中的优选，缓冲模块还包括并联设置的第一溢流阀和第二溢流阀，第一溢流阀的溢流压力高于第二溢流阀的溢流压力。如图5所示，具体地，第一溢流阀和第二溢流阀安装在主系统换向阀上，可以控制主系统的工作压力。第一溢流阀与第二溢流阀并联，系统工作压力为最小的溢流阀设定压力。进行缓冲时，由缓冲先导阀开启设定压力低的第二溢流阀。

作为本实施例中的优选，主油缸1换向，则由第一溢流阀动作切换为第二溢流阀动作。即当主油缸1换向时，自动切换为低溢流压力的第二溢流阀工作，可快速降低换向时的系统压力，换向缓冲效果显著。

信号检测装置4为安装在主油缸1上的抗压磁性传感器。抗压磁性传感器可检测油缸活塞主体的黑色金属，当抗压磁性传感器感应到主油缸1的活塞经过时，可输出开关量信号给分布式控制器。

如图4，混凝土泵送设备泵送控制方法，包括以下步骤：

用户向中央控制器输入控制指令；

中央控制器将控制指令中的泵送控制指令发送给分布式控制器；

分布式控制器将换向信息反馈至中央控制器；

信号检测装置4检测到主油缸1换向信号并传送给分布式控制器；

分布式控制器根据换向信号控制主油缸1换向、摆动油缸81换向、缓冲模块动作。

泵送控制指令包括正泵指令、反泵指令和主泵排量参数值设置指令；

分布式控制器在t₀时刻控制摆动油缸81换向；在t₁(t₁＝t₀+Δt₁)时刻缓冲模块动作；在t₂(t₂＝t₀+Δt₂)时刻输出换向信号控制主油缸1换向。

本实施例中作为优选，主油缸运行速度v与摆动油缸换向时间Δt₁、主油缸换向时间Δt₂之间满足如下关系：

Δt₁＝k₁/v+k₂

Δt₂＝k₃/v+k₄

v＝S/Δt

其中：k₁、k₃是时序控制系数；k₂、k₄是修正系数，S为主油缸行程；Δt为本次换向与上次换向的时间差，每次换向过程实时更新,第一次泵送动作的Δt为程序预设。

不同工况下，主油缸1的运行速度不同，由于排量越大，主油缸1的运行速度越快，为保证泵送过程出料的稳定和连续性，需在不同排量下对摆动油缸81换向时间Δt₁和主油缸1的换向时间Δt₂进行匹配调节。主油缸运行速度越大时，Δt₁和Δt₂越小。

下面结合图3、图4，对泵送工作过程进行详细说明：

正泵状态下：根据用户的输入，中央控制器向分布式控制器发出泵送开始(正泵)的指令和排量大小参数值，分布式控制器根据正泵的逻辑，控制主油缸换向先导阀、摆动油缸81换向先导阀动作，使主油缸1及摆动油缸81配合进行正泵工作。即图3中第一主油缸11活塞向右运行，带动输送缸2中第一砼活塞211向右运行，同时摆动油缸81使分配阀9与第一输送缸21接通，第一输送缸21中混凝土被推出；第二主油缸12活塞与第二输送缸22的第二砼活塞221向左运行，将料斗5中混凝土吸入到第二输送缸22中。

第一主油缸11的活塞向右运行到第一信号检测装置41的位置S1时(检测位置S1和检测位置S2是主油缸1在最大运动速度下的缓冲距离，本发明中检测位置S1和S2距离主油缸行程末端为100mm)，检测位置S1的位置传感器输出电信号到分布式控制器。分布式控制器在t0时刻输出信号控制摆动油缸81先导阀动作，摆动油缸81进行换向，换向后分配阀9与第二输送缸22接通；在t₁(t₁＝t₀+Δt₁)时刻输出信号控制缓冲模块先导阀动作，降低系统运行压力；之后分布式控制器在t₂(t₂＝t₀+Δt₂)时刻输出信号控制主油缸换向先导阀动作，主油缸1开始换向，换向后第二主油缸12的活塞和第二输送缸22的第二砼活塞221向右运行，通过分配阀9将混凝土推出；第一主油缸11的活塞和第一输送缸21的第一砼活塞211向左运行，从料斗5中吸入混凝土。第二主油缸12活塞运行至第二信号检测装置42的位置S2时，输出电信号到分布式控制器，控制过程同前述步骤类似。

本发明泵送换向动作采用独有分布式控制器单独控制，控制器响应时间达到10ms级，远超中央控制器的100ms级，换向响应快，控制精度高，为避免主油缸1换向撞缸设置的缓冲距离大幅缩短，主油缸的行程利用率高。

在快速响应的换向控制基础上，引入不同泵送速度下主油缸1和摆动油缸81的换向匹配逻辑控制，保证在各个泵送速度下，泵送过程均能稳定连续出料。

同时采用电控缓冲技术，在摆动油缸81换向的同时，可迅速降低主油缸运行压力，保证主油缸在低压力工况下换向，有效降低缓冲冲击。

本发明的混凝土泵送设备泵送控制系统实现了以下技术效果：

(1)泵送换向动作采用分布式控制器，响应快，主油缸行程利用率高；

(2)不同泵送速度下主油缸和摆动油缸的换向匹配；

(3)采用电控缓冲技术，解决换向冲击问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。