專利名稱：混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，由于基礎(chǔ)設(shè)施及房地產(chǎn)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，中國對混凝土機(jī)械的需求高速增長，混凝土攪拌運(yùn)輸車承擔(dān)者重要的運(yùn)輸任務(wù)，是混凝土攪拌站至混凝土泵車之間的最為重要一環(huán)。隨著預(yù)拌商品混凝土的廣泛采用，混凝土攪拌運(yùn)輸車正在發(fā)揮著日益重要的作用?，F(xiàn)在，混凝土攪拌運(yùn)輸車在攪拌筒驅(qū)動方面，對傳動和控制技術(shù)提出了更高的要求可靠性高、操作簡便、生產(chǎn)效率高、使用壽命長以及節(jié)能環(huán)保等。為了保證輸送途中混凝土的質(zhì)量，混凝土攪拌輸送車滿載預(yù)拌混凝土的攪拌筒在整個運(yùn)輸過程中都必須轉(zhuǎn)動，且攪拌筒的攪動轉(zhuǎn)速必須恒定，不受汽車發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速變化的影響，與車輛的行走速度無關(guān)，從而避免運(yùn)輸過程中出現(xiàn)因道路情況變化而使汽車速度頻繁變化而導(dǎo)致攪拌筒的攪動轉(zhuǎn)速忽高忽低，筒內(nèi)混凝土流動不均勻，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的離析，坍塌度變大，破壞混凝土品質(zhì)。 而且車輛加速的同時使攪拌筒加速，增加能耗的同時減少了車輛加速所需功率儲備。這就勢必要求液壓系統(tǒng)能夠保證攪拌筒的轉(zhuǎn)速不隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，也就是攪拌筒的恒速控制問題。目前，實(shí)現(xiàn)攪拌筒的恒速控制，大致有以下4種方式第一種方式是采用發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，而其余三種方式都是通過取力器(PTO)從汽車底盤上引取動力。采用發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，雖能解決攪拌筒的恒速問題，并能夠保證在任何行車工況下始終保持?jǐn)嚢柰驳暮闼?，但?shí)際上因?yàn)樘嘿F而很少被使用，而且這種驅(qū)動方式往往是以減少混凝土裝載量為代價，以換取單獨(dú)發(fā)動機(jī)的安裝之地。然而取力器的出現(xiàn)使得攪拌車能夠做到全車共用一個動力源，不必配置單獨(dú)發(fā)動機(jī)驅(qū)動攪拌筒，使整車經(jīng)濟(jì)性有明顯提高，其包括以下兩種方式(I)常規(guī)液壓系統(tǒng)傳動方式，通過控制手柄改變變量泵斜盤的角度，從而使變量泵實(shí)現(xiàn)雙向無級變量，在變量泵的斜盤固定的情況下，變量泵輸出流量與輸入轉(zhuǎn)速成正比。該方案是目前最普遍采用的方案。這種驅(qū)動方式?jīng)]有加裝攪拌筒恒速攪動裝置，這主要是因?yàn)樯a(chǎn)廠家有一種錯誤的看法。他們認(rèn)為攪拌筒攪動時轉(zhuǎn)速很低，反映在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，攪拌筒轉(zhuǎn)速似乎變化不大。如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為600r/min時,拌筒轉(zhuǎn)速為lr/min ;而當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1800r/min時，拌筒轉(zhuǎn)速增加為3r/min。轉(zhuǎn)速增加了 3倍，但攪拌筒轉(zhuǎn)速的絕對值只增加了 2r/min。他們所采用的減速機(jī)的減速比很大，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速改變量很小時，攪拌筒的速度不會有太大的改變，故也不會對混凝土的品質(zhì)有較大的改變。然而采用這樣的傳動方式省去了恒速控制裝置，在價格上取得了優(yōu)勢，但是，由于攪拌筒轉(zhuǎn)動慣量大，攪拌筒的轉(zhuǎn)速隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，從而就會導(dǎo)致如前所述的弊端。而且隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展，對混凝土質(zhì)量要求也越來越高。(2)電子恒速傳動(CSD)方式，通過控制電流來控制變量泵的流量，使之始終與按各工況轉(zhuǎn)速要求所預(yù)定的流量一致。采用電子恒速傳動的方式已經(jīng)有多年的歷史，最早是德國Rexroth公司于20世紀(jì)90年代中期開發(fā)的攪拌車專用泵A4VTG，其加裝CSD電子恒速傳動裝置，即可實(shí)現(xiàn)攪拌筒的恒速驅(qū)動。美國Sauer-Danfoss公司于2001年也設(shè)計出了能實(shí)現(xiàn)電子恒速控制功能的TM系列攪拌車專用液壓元件。電子恒速傳動方案與常規(guī)液壓系統(tǒng)傳動方案大體上是一致的，只是變量泵的控制形式改為了電比例控制。它是通過調(diào)節(jié)帶位移-力反饋的比例閥的輸入電流，驅(qū)動變量泵斜盤角度變化，從而使變量泵實(shí)現(xiàn)雙向無級變量，變量泵輸出流量與輸入電流成正比。恒速的實(shí)現(xiàn)是通過傳感器檢測拌筒的轉(zhuǎn)速，電子裝置根據(jù)實(shí)測轉(zhuǎn)速與預(yù)選轉(zhuǎn)速的差值，不斷調(diào)節(jié)輸出電流，從而使泵的輸出流量按預(yù)定值保持不變。然而由于價格昂貴，很難得到廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種性價比高的混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)，其包括通過動力總線與發(fā)動機(jī)相連的恒速控制器、與恒速控制器相連的主控單元、與恒速控制器相連的輔控單元、用于實(shí)時顯示主控單元操作情況的顯示單元、與恒速控制器 相連的變量泵電磁閥、由變量泵電磁閥控制的液壓驅(qū)動單元、以及用于檢測攪拌筒轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步包括附屬技術(shù)方案所述恒速控制器采集多路開關(guān)量信號，并輸出兩路功率驅(qū)動輸出信號。所述主控單元包括急停開關(guān)、模式設(shè)置按鈕、速度設(shè)置按鈕、確認(rèn)開關(guān)、切換開關(guān)以及停止按鈕。所述恒速控制器每隔固定時間T將攪拌筒轉(zhuǎn)速與用戶設(shè)定目標(biāo)速度的差值帶入增量式PID算法公式，并由該公式的輸出量決定單片機(jī)PWM方波的占空比，然后變量泵電磁閥根據(jù)此PWM方波的占空比來決定流量。架構(gòu)恒速控制器、主、輔控單元之間的通訊協(xié)議至少包括通訊速率、通訊信息的長度、協(xié)議字、命令字、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)方式、糾錯機(jī)制、沖突仲裁。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)有利于我國混凝土攪拌運(yùn)輸車整車電子的國產(chǎn)化，降低恒速電子速控制系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，同時既能保證混凝土的勻質(zhì)性，又能降低能耗。


圖I是本發(fā)明的功能方塊圖；圖2是本發(fā)明的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例如圖1-2所示，其為本發(fā)明的一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)的具體實(shí)施例，其包括通過動力總線與發(fā)動機(jī)相連的恒速控制器、與恒速控制器相連的主控單元、與恒速控制器相連的輔控單元、用于實(shí)時顯示主控單元操作情況的顯示單元、與恒速控制器相連的變量泵電磁閥、由變量泵電磁閥控制的液壓驅(qū)動單元、以及用于檢測攪拌筒轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器。其中架構(gòu)恒速控制器、主、輔控單元之間通過F-CAN總線平臺的車身總線連接，且通訊協(xié)議包括通訊速率、通訊信息的長度、協(xié)議字、命令字、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)方式，糾錯機(jī)制、沖突仲裁等內(nèi)容，并符合汽車電子工業(yè)的相關(guān)要求，同時參照SAE J1939協(xié)議制定。主控單元位于駕駛室內(nèi)，而輔控單元則位于駕駛室之外包括左右操作面板，由此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。恒速控制器為核心模塊并包括單片機(jī)，接收來自主控單元和輔控單元的操作請求，輸出控制比例電磁閥的脈寬調(diào)制信號控制變量泵的排量，通過動力CAN總線控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)攪拌筒在各種工況下的恒速控制。恒速控制器采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、攪拌筒轉(zhuǎn)速、操作面板各種設(shè)置參數(shù)，通過這些實(shí) 時輸入信號輸出兩路可變電流(PWM)來實(shí)時控制變量泵的流量和方向，即采集開關(guān)量信號、I路頻率信號、和2路功率驅(qū)動輸出信號，從而達(dá)到設(shè)定模式控制水泥罐的工作狀態(tài)。同時恒速控制器還采集駕駛室內(nèi)主控單元、左右操作面板的輸出信號，綜合所有信號顯示并發(fā)出相應(yīng)的控制信息。恒速控制器每隔固定時間T將攪拌筒轉(zhuǎn)速與用戶設(shè)定目標(biāo)速度的差值帶入增量式PID算法公式，由該公式的輸出量決定單片機(jī)PWM方波的占空比，而后變量泵根據(jù)此PWM方波的占空比來決定流量。攪拌筒轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的偏差大則占空比增大，變量泵的流量大，使攪拌筒轉(zhuǎn)速的實(shí)測值與設(shè)定值的偏差迅速減少；反之，二者的偏差小則占空比減小，變量泵流量減少，直至目標(biāo)值與實(shí)測值相等，達(dá)到自動控制的目的。本發(fā)明的液壓驅(qū)動單元由變量泵、和定量馬達(dá)組成，用電控變量泵代替目前的手動變量泵，同時用電控比例閥代替手動伺服閥，之后對變量泵電磁閥的輸入電流按上述要求進(jìn)行控制，達(dá)到液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速恒定的要求。攪拌筒的轉(zhuǎn)速由兩個變量控制一是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速nm ;二是液壓變量泵的排量1(液壓馬達(dá)是定量馬達(dá))，即= f Ovqp)，運(yùn)輸過程中的恒速控制原理就是根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號的變化，對液壓變量泵的排量qp做出調(diào)整，從而確保罐體的轉(zhuǎn)速保持恒定。進(jìn)、出料過程的恒速控制是在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速基本恒定的情況下(處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū))調(diào)節(jié)變量泵的排量來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的恒定。勻速控制方式在變量泵的控制形式為電比例控制。它是通過調(diào)節(jié)帶位移-力反饋的比例電磁閥的輸入電流，驅(qū)動變量缸，從而使變量泵雙向無級變量，變量泵單位時間內(nèi)的輸出流量與輸入電流成正比。勻速的實(shí)現(xiàn)是攪拌系統(tǒng)動力從發(fā)動機(jī)取力口傳出到變量泵，通過調(diào)節(jié)比例電磁閥的輸入電流，驅(qū)動變量泵斜盤角度變化，從而使變量泵實(shí)現(xiàn)雙向無級變量，變量泵輸出流量與輸入電流成正比。通過轉(zhuǎn)速傳感器檢測攪拌筒的轉(zhuǎn)速，根據(jù)實(shí)測轉(zhuǎn)速與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的差，不斷調(diào)節(jié)輸出電流，即通過控制電流的大小來控制變量泵的排量，從而使泵的輸出流量按預(yù)設(shè)值保持不變，并且能夠根據(jù)工況(裝料、卸料、運(yùn)輸?shù)?要求調(diào)整攪拌筒轉(zhuǎn)速。攪拌筒轉(zhuǎn)速可通過安裝在減速馬達(dá)上的傳感器來采集，通過減速馬達(dá)減速比的換算得出攪拌筒的實(shí)際轉(zhuǎn)速。恒速控制器接收主控面板的開關(guān)量信號，輔控單元的報文信號，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，攪拌罐轉(zhuǎn)速信號，通過內(nèi)部算法模塊控制兩路PWM波輸出驅(qū)動變量泵同時將實(shí)時工作狀態(tài)發(fā)送到顯示單元指導(dǎo)駕駛員對系統(tǒng)進(jìn)行操作。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速輸入信號通過動力CAN總線報文；攪拌筒轉(zhuǎn)速信號在減速馬達(dá)上加裝轉(zhuǎn)速傳感器，通過頻率信號輸入；正轉(zhuǎn)比例電磁閥控制信號通過PWM可調(diào)電流輸出I ;
反轉(zhuǎn)比例電磁閥控制信號通過PWM可調(diào)電流輸出2 ；恒速控制器的參數(shù)標(biāo)定通過車身CAN以及柔性開發(fā)系統(tǒng)標(biāo)定，如取力器傳動比、減速器傳動比、變量泵參數(shù)等，數(shù)據(jù)存儲在恒速控制器的EEPROM中。主控單元為純開關(guān)面板，將開關(guān)量信號送入恒速控制器，實(shí)現(xiàn)以下功能第一將控制開關(guān)信息發(fā)送到恒速控制器；第二在恒速控制器發(fā)生故障不能發(fā)出控制信號時啟動緊急接通開關(guān)，保證變量泵電磁閥能工作，以及在恒速控制器發(fā)生故障輸出錯誤的情況下，切斷恒速控制器的輸出，保證變量泵電磁閥能夠停止；其中主控單元包括以下信號速度設(shè)置按鈕有兩路，速度加和速度減，輸出到恒速控制器；模式設(shè)置開關(guān)觸發(fā)選擇信號，從停止、進(jìn)料、運(yùn)輸、出料、清洗5種模式循環(huán)選擇；必須按“確認(rèn)開關(guān)”之后才起作用； 確認(rèn)開關(guān)操作模式設(shè)置開關(guān)之后，必須按“確認(rèn)”鍵才將工作模式正式轉(zhuǎn)換成當(dāng)前設(shè)置模式，否則5秒鐘之后操作取消，維持原有工作模式。切換開關(guān)輸出到恒速控制器，用于切換主控單元及輔控單元控制權(quán)，當(dāng)切換開關(guān)關(guān)閉時，控制權(quán)在主控單元，打開時控制權(quán)交給輔控單元；急停按鈕急停按鈕直接接到電源和電磁閥繼電器，當(dāng)恒速控制器系統(tǒng)故障時，按下急停按鈕，系統(tǒng)迅速切斷電源，停止工作，當(dāng)需要恢復(fù)工作時，需將急停按鈕取消。停止按鈕停止按鈕接到恒速控制器，當(dāng)系統(tǒng)需要停止工作時，按下停止按鈕，系統(tǒng)輸出的占空比逐漸減小，攪拌筒緩慢停止工作。而輔控單元包括電源模塊、微處理器模塊、顯示模塊、開關(guān)輸入模塊和CAN通訊模塊等。轉(zhuǎn)速傳感器采用非磁性的金屬測量接近開關(guān)，頻響IKHZ以內(nèi)，安裝螺紋5/8 " -18〃UNF，感應(yīng)距離10麗以上。本發(fā)明共有六種工作模式，分別為自動進(jìn)料模式、自動出料模式、駕駛員控制油門出料模式、恒速模式、停止模式、應(yīng)急工作模式。I)自動進(jìn)料模式發(fā)動機(jī)油門由恒速控制器自動控制，實(shí)現(xiàn)攪拌筒在目標(biāo)轉(zhuǎn)速下進(jìn)料的工作模式。2)自動出料模式發(fā)動機(jī)油門由恒速控制器自動控制，實(shí)現(xiàn)攪拌筒在目標(biāo)轉(zhuǎn)速下出料的工作模式。3)駕駛員控制油門出料模式發(fā)動機(jī)油門由駕駛員控制，恒速控制器不參與油門控制，恒速控制器僅用于設(shè)定變量泵的排量大小，在變量泵排量一定的情況下，攪拌筒的出料速度是由駕駛員控制油門大小來決定的工作模式。4)恒速模式在此工作模式下發(fā)動機(jī)油門由駕駛員控制，控制器不參與控制油門，但控制器會根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化實(shí)時調(diào)整變量泵排量，使變量泵輸出流量恒定，來達(dá)到攪拌筒恒速的工作模式。5)停止模式在攪拌筒內(nèi)無料等情況下，需要攪拌筒停止旋轉(zhuǎn)；6)應(yīng)急工作模式在控制器硬件發(fā)生故障時，為防止攪拌筒內(nèi)的混凝土凝固，保證攪拌筒能夠旋轉(zhuǎn)的應(yīng)急運(yùn)行模式；本發(fā)明通過CAN總線平臺來實(shí)現(xiàn)攪拌筒攪拌勻速控制，其優(yōu)點(diǎn)如下
I)在車輛行駛時攪拌筒可調(diào)至恒定低速，攪拌轉(zhuǎn)速恒定。車輛的行走性能受到的影響很小，車速變化時攪拌筒轉(zhuǎn)速不會變化。2)車輛加速時不需要同時使攪拌筒加速的附加功率；3)恒定的攪拌筒轉(zhuǎn)速使混凝土流動均勻，可保證運(yùn)送混凝土的質(zhì)量； 4)避免了因攪拌筒隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化所引起的不必要的附加的功率浪費(fèi)。
權(quán)利要求
1.一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)，其特征在于其包括通過動力總線與發(fā)動機(jī)相連的恒速控制器、與恒速控制器相連的主控單元、與恒速控制器相連的輔控單元、用于實(shí)時顯示主控單元操作情況的顯示單元、與恒速控制器相連的變量泵電磁閥、由變量泵電磁閥控制的液壓驅(qū)動單元、以及用于檢測攪拌筒轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)，其特征在于所述恒速控制器采集多路開關(guān)量信號，并輸出兩路功率驅(qū)動輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控單元包括急停開關(guān)、模式設(shè)置按鈕、速度設(shè)置按鈕、確認(rèn)開關(guān)、切換開關(guān)以及停止按鈕。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)，其特征在于所述恒速控制器每隔固定時間T將攪拌筒轉(zhuǎn)速與用戶設(shè)定目標(biāo)速度的差值帶入增量式PID算法公式，并由該公式的輸出量決定單片機(jī)PWM方波的占空比，然后變量泵電磁閥根據(jù)此PWM方波的占空比來決定流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)，其特征在于其中架構(gòu)恒速控制器、主、輔控單元之間的通訊協(xié)議至少包括通訊速率、通訊信息的長度、協(xié)議字、命令字、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)方式、糾錯機(jī)制、沖突仲裁。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種混凝土攪拌運(yùn)輸車恒速控制系統(tǒng)，其包括通過動力總線與發(fā)動機(jī)相連的恒速控制器、與恒速控制器相連的主控單元、與恒速控制器相連的輔控單元、用于實(shí)時顯示主控單元操作情況的顯示單元、與恒速控制器相連的變量泵電磁閥、由變量泵電磁閥控制的液壓驅(qū)動單元、以及用于檢測攪拌筒轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器。本發(fā)明有利于我國混凝土攪拌運(yùn)輸車整車電子的國產(chǎn)化，降低恒速電子速控制系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，同時既能保證混凝土的勻質(zhì)性，又能降低能耗。
文檔編號B28C7/02GK102794823SQ20121030632
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者白浩博, 李愛軍, 秦貴波, 姚建軍, 張翔, 陳振華, 楊喆, 白晗, 高飛, 羅亮, 趙漢鵬 申請人:西安智源電氣有限公司