一种混凝土泵车和用于混凝土泵车的泵送控制系统和方法

摘要

本发明针对现有的泵送控制系统不能在泵送速度不变的情况下调节泵送频率的缺陷，提供一种能够在保持泵送速度不变的情况下实时调节泵送频率的控制系统和控制方法。用于混凝土泵车的控制系统包括：信号处理单元，其实时采集所述臂架系统的振动与姿态信号，对该振动与姿态信号进行优化处理，将优化处理后的振动与姿态信号输出给频率辨识单元；频率辨识单元，其计算当前实际的泵送频率，根据优化处理后的振动与姿态信号来获取所述臂架系统的固有频率，并将当前实际的泵送频率和固有频率发送给泵送频率计算单元；泵送频率计算单元，其对接收自频率辨识单元的当前实际的泵送频率和固有频率进行比较并根据比较结果来设置期望的泵送频率。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程机械领域，尤其涉及一种混凝土泵车和用于混凝土 泵车的泵送控制系统和泵送控制方法。

背景技术

目前，在建筑工程中，普遍使用混凝土泵车来将混凝土从泵车所在位置 输送到建筑工程所指定的目标位置。混凝土泵车主要由底盘、泵送系统、输 送管道及臂架系统构成，臂架系统包括多个臂架以及在各个臂架之间设置的 油缸和电磁阀，所述泵送系统包括油缸和砼缸以及驱动油缸和砼缸的油泵。 混凝土通过安装在底盘上的双油缸泵送系统的交替往复运动而被推入输送 管道，输送管道固定在臂架上并随同臂架一起运动。臂架系统一般由3～6节 臂架构成，图1示出的臂架系统包括5节臂架，臂架之间相互铰接，并通过 油缸2的收缩运动来收拢或展开；各个臂架之间通过转轴10的旋转实现打 开和折叠功能；通过油缸2内活塞杆的伸缩，依靠连杆9来驱动相邻的臂架 进行旋转；臂架系统的转台1安装在底盘上，工作时，转台1及其上的部件 可以在水平范围内旋转，这样就能够实现臂架末端的空间运动，从而将混凝 土输送到期望的浇筑位置。

然而，臂架系统的惯性大、刚性差，固有频率较低，混凝土在输送管道 中的不连续流动对臂架的冲击很大，导致臂架在运动和泵送作业工作中，易 出现振动大的情况，特别是在泵送频率接近臂架固有频率时，由于共振效应， 臂架振幅可能会超过1000mm，给施工带来极大的难度及危险性，且易造成 臂架结构件被破坏。图2示出现有的一种泵车在泵送作业工作中，臂架末端 的振幅与泵送频率的对应关系。由图2可知，当泵送频率接近或等于臂架系 统的固有频率f₂时，臂架末端的振幅出现急剧增大(接近10倍)现象。

然而，在现有技术中，混凝土泵车的泵送控制系统还不能在保持泵送系 统泵送速度不变的情况下对泵送频率进行调节。

发明内容

本发明针对现有技术中的混凝土泵车的泵送控制系统不能在泵送速度 不变的情况下对泵送系统的泵送频率进行调节的缺陷，提供一种能够在保持 泵送速度不变的情况下实时调节泵送系统的泵送频率的控制系统和控制方 法。

本发明提供一种用于混凝土泵车的控制系统，该混凝土泵车包括臂架系 统和泵送系统，其中，所述泵送控制系统包括：

信号处理单元，用于实时采集所述臂架系统的振动与姿态信号，对该振 动与姿态信号进行优化处理，将优化处理后的振动与姿态信号输出给频率辨 识单元；

频率辨识单元，用于计算当前实际的泵送频率，根据经所述信号处理单 元优化处理后的振动与姿态信号来获取所述臂架系统的固有频率，并将所述 当前实际的泵送频率和所述固有频率发送给泵送频率计算单元；

泵送频率计算单元，用于对接收自所述频率辨识单元的所述当前实际的 泵送频率和所述固有频率进行比较，并根据比较结果来设置期望的泵送频 率。

本发明还提供一种用于混凝土泵车的泵送控制方法，该混凝土泵车包括 臂架系统和泵送系统，其中，所述泵送控制方法包括：

实时采集所述臂架系统的振动与姿态信号，对该振动与姿态信号进行优 化处理；

计算当前的实际泵送频率，根据优化处理后的振动与姿态信号来计算所 述臂架系统的固有频率；

将所述当前实际的泵送频率和所述固有频率进行比较，根据比较结果来 设置期望的泵送频率。

本发明还提供一种混凝土泵车，该混凝土泵车包括臂架系统和泵送系 统，所述臂架系统包括多个臂架以及在各个臂架之间设置的油缸和电磁阀， 所述泵送系统包括油缸和砼缸以及驱动油缸和砼缸的油泵，其中，该混凝土 泵车还包括上述本发明提供的泵送控制系统。

由于根据本发明的泵送控制系统和泵送控制方法以及混凝土泵车能够 实时采集臂架系统的臂架姿态与振动信号，进而获得臂架系统的固有频率和 当前的泵送频率，并将泵送频率和臂架系统的固有频率进行比较，据此来判 断两者是否共振，并根据比较结果来设置泵送频率，所以根据本发明的泵送 控制系统和泵送控制方法以及混凝土泵车能够在满足泵送速度要求的情况 下避免混凝土泵车中的共振。

附图说明

图1是混凝土泵车的臂架系统的结构示意图；

图2是臂架振幅与臂架系统激振频率之间的关系图示；

图3是根据本发明的用于混凝土泵车的泵送控制系统的框图；

图4是根据本发明的用于混凝土泵车的泵送控制系统的框图；

图5是根据本发明的用于混凝土泵车的泵送控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述根据本发明的用于混凝土泵车的泵送控制系 统和泵送控制方法以及混凝土泵车。

如图3所示，根据本发明的用于混凝土泵车的泵送控制系统300包括： 信号处理单元301，用于实时采集所述臂架系统的振动与姿态信号，对该振 动与姿态信号进行优化处理，将优化处理后的振动与姿态信号输出给频率辨 识单元302；频率辨识单元302，用于计算当前的实际泵送频率，根据经所 述信号处理单元301优化处理后的振动与姿态信号来获取所述臂架系统的固 有频率，并将所述当前实际的泵送频率和所述固有频率发送给泵送频率计算 单元303；泵送频率计算单元303，用于对接收自所述频率辨识单元302的 所述当前实际的泵送频率和所述固有频率进行比较，根据比较结果来设置期 望的泵送频率。

在根据本发明的一个优选实施方式中，信号处理单元301可以包括传感 器电路和处理电路，其中，传感器电路安装在臂架上以用于检测臂架的振动 与姿态信号，处理电路则对传感器电路检测到的臂架振动与姿态信号进行滤 波、放大等处理。

在根据本发明的另一优选实施方式中，所述频率辨识单元302根据以下 参数组中的一组来计算当前实际的泵送频率：所述泵送系统的油缸或砼缸的 结构参数和频率辨识单元302从泵送控制系统300外部接收到的期望的泵送 速度；或者所述泵送系统的油缸或砼缸上的换向检测元件检测到的换向信 号；或者所述泵送系统的油缸或砼缸在换向过程中的压力的变化。由于泵送 速度、泵送频率与泵送系统的油缸(砼缸)的结构参数之间的关系，或者泵 送频率与泵送系统的油缸(砼缸)的换向信号或者换向过程中的压力变化之 间的关系，对于本领域技术人员而言是公知的，所以此处不再赘述。

另外，上述的期望的泵送速度指的是设备操作人员输入的期望的泵送速 度。而且，所述泵送系统的油缸或砼缸的结构参数、所述泵送系统的油缸或 砼缸上的换向检测元件检测到的换向信号以及所述泵送系统的油缸或砼缸 在换向过程中的压力的变化等参数都可以预先存储在频率辨识单元302中； 当然，这些参数也可以在计算当期实际的泵送频率时由用户输入给频率辨识 单元302。

另外，上述的换向过程指的是：混凝土泵车对混凝土的连续输送是通过 泵送系统的两个油缸的交替往复运动实现的，当一个油缸运动到头，需要改 变运动方向，这个过程即称为换向。其中，换向检测元件可以为接近开关、 压差开关等元件。

在根据本发明的又一优选实施方式中，频率辨识单元302可以根据以下 方式中的一者来获取臂架系统的固有频率：通过对经信号处理单元301优化 处理后的振动与姿态信号进行频谱分析来获取臂架系统的固有频率；或者根 据经信号处理单元301优化处理后的臂架在振动自由衰减状态下的振动与姿 态信号来获取臂架系统的固有频率；或者通过查找包含所述振动与姿态信号 与臂架系统的固有频率之间的对应关系的查找表，来获取臂架系统的固有频 率。其中，所述查找表可以通过试验或者仿真的方式建立。另外，臂架在振 动自由衰减状态下的振动与姿态信号与臂架系统的固有频率之间的关系，对 于本领域技术人员而言是公知的，此处不再赘述。

在根据本发明的又一优选实施方式中，泵送频率计算单元303被配置成 按照如下方式来设置期望的泵送频率：若所述当前实际的泵送频率与所述固 有频率的差值的绝对值大于第一预设值，则认为此时臂架系统偏离共振区， 因此将所述当前实际的泵送频率设置为期望的泵送频率；若所述当前实际的 泵送频率与所述固有频率的差值的绝对值小于或等于所述第一预设值，则认 为此时臂架系统进入共振区，但是为了满足操作人员输入的泵送速度要求， 因此将所述当前实际的泵送频率与第二预设值的和以及所述当前实际的泵 送频率与所述第二预设值的差值交替设置为所述期望的泵送频率。其中，所 述第一预设值的取值可以根据臂架振幅与臂架系统激振频率之间的关系曲 线(如图2所示的那样的曲线)或对应表来确定；而且不同的混凝土泵车， 第一预设值的取值会有所差异。另外，第二预设值可以与第一预设值相等， 当然第二预设值也可以大于或小于第一预设值，只要满足混凝土泵车的精度 和工作性能要求即可。

此外，如图4所示，根据本发明的泵送控制系统还可以包括油泵排量控 制信号计算单元401，用于根据之前设置的期望的泵送频率、所述泵送系统 的油缸的结构参数与油泵排量-电流(或电压)的特性参数来计算用于控制 油泵的排量的控制信号。这样，通过油泵的排量控制信号来控制油泵的排量， 就能够实现对泵送系统的泵送频率的控制，从而能够使得泵送系统以期望的 泵送频率进行工作。另外，由于油泵的排量、油泵的转速以及油泵的输出流 量之间的关系以及油泵的流量、油缸的结构尺寸以及泵送系统的泵送频率之 间的关系是本领域技术人员公知的，所以此处不再赘述。

下面结合图5来描述根据本发明的用于混凝土泵车的泵送控制方法，该 泵送控制方法包括：

S51、实时采集臂架系统的振动与姿态信号，对该振动与姿态信号进行 优化处理；

S52、计算当前的实际泵送频率，根据优化处理后的振动与姿态信号来 计算臂架系统的固有频率；

S53、将当前实际的泵送频率和固有频率进行比较，根据比较结果来设 置期望的泵送频率。

其中，在步骤S51中，可以通过安装在臂架上的传感器电路来检测臂架 的振动与姿态信号。

进一步地，在步骤S52中，所述泵送控制方法可以根据以下参数组中的 一组来计算所述当前实际的泵送频率：泵送系统的油缸或砼缸的结构参数和 用户输入的期望的泵送速度；或者所述泵送系统的油缸或砼缸上的换向检测 元件检测到的换向信号；或者所述泵送系统的油缸或砼缸在换向过程中的压 力的变化。由于泵送速度、泵送频率和泵送系统的油缸(砼缸)的结构参数 之间的关系，泵送频率与泵送系统的油缸(砼缸)的换向信号之间的关系以 及泵送频率与油缸(砼缸)换向过程中的压力变化之间的关系，对于本领域 技术人员而言是公知的，所以此处不再赘述。

另外，上述的期望的泵送速度指的是设备操作人员输入的期望的泵送速 度。

此外，关于“换向”的概念，已经在描述根据本发明的用于混凝土泵车 的泵送控制系统时进行了说明，此处不再赘述。

进一步地，在步骤S52中，所述泵送控制方法可以根据以下方式中的一 者来获取所述臂架系统的固有频率：通过对优化处理后的振动与姿态信号进 行频谱分析来获取臂架系统的固有频率；或者根据优化处理后的臂架在振动 自由衰减状态下的振动与姿态信号来获取臂架系统的固有频率；或者通过查 找包含所述振动与姿态信号与所述臂架系统的固有频率之间的对应关系的 查找表，来获取臂架系统的固有频率。其中，所述查找表可以通过试验或者 仿真的方式建立。另外，臂架在振动自由衰减状态下的振动与姿态信号与臂 架系统的固有频率之间的关系，对于本领域技术人员而言是公知的，此处不 再赘述。

此外，在步骤S53中，所述根据比较结果来设置期望的泵送频率可以包 括：若所述当前实际的泵送频率与所述固有频率的差值的绝对值大于第一预 设值，则认为此时臂架系统偏离共振区，因此将所述当前实际的泵送频率设 置为期望的泵送频率；若所述当前实际的泵送频率与所述固有频率的差值的 绝对值小于或等于所述第一预设值，则认为此时臂架系统进入共振区，但是 为了满足操作人员输入的泵送速度要求，因此将所述当前实际的泵送频率与 第二预设值的和以及所述当前实际的泵送频率与第二预设值的差值交替设 置为所述期望的泵送频率。其中，所述第一预设值的取值可以根据臂架振幅 与臂架系统激振频率之间的关系曲线(如图2所示的那样的曲线)或对应表 来确定；而且不同的混凝土泵车，第一预设值的取值会有所差异。另外，第 二预设值可以与第一预设值相等，当然第二预设值也可以大于或小于第一预 设值，只要满足混凝土泵车的精度和工作性能要求即可。

此外，在设置了期望的泵送频率之后，根据本发明的用于控制混凝土泵 车的泵送控制方法还可以包括：根据所设置的期望的泵送频率、所述泵送系 统的油缸的结构参数与油泵排量-电流或电压的特性参数来计算用于控制油 泵的排量的控制信号。这样，通过油泵的排量控制信号来控制油泵的排量， 就能够实现对泵送系统的泵送频率的控制，从而能够使得泵送系统以期望的 泵送频率进行工作。另外，由于油泵的排量、油泵的转速和油泵的输出流量 之间的关系以及油泵的输出流量、油缸的结构尺寸和泵送系统的泵送频率之 间的关系是本领域技术人员公知的，此处不再赘述。

另外，本发明还提供一种混凝土泵车，该混凝土泵车包括臂架系统和泵 送系统，所述臂架系统包括多个臂架以及在各个臂架之间设置的油缸和电磁 阀，所述泵送系统包括油缸和砼缸以及驱动油缸和砼缸的油泵。除了包括上 述公知的结构之外，根据本发明的混凝土泵车还包括上面描述的泵送控制系 统。在前文中已经对该泵送控制系统进行了详细描述，所以此处不再赘述。

以上仅结合本发明的优选实施方式对本发明进行了详细描述，本领域技 术人员应当理解，在不背离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行 各种变形和修改。