專利名稱：活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量測(cè)量的方法及系統(tǒng)，尤其是涉及一種活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
混凝土的攪拌和泵送通常是在相距較遠(yuǎn)的兩地進(jìn)行的，攪拌、運(yùn)輸和施工方也常為三個(gè)不同的單位。建筑機(jī)械租賃業(yè)中因信息不對(duì)稱處于劣勢(shì)的一方——施工用戶方——提出急需排量計(jì)量系統(tǒng)(主要是隨泵車的排量計(jì)量系統(tǒng))來彌補(bǔ)這方面的不足。在泵(車)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、施工管理和施工質(zhì)量、泵車質(zhì)量的評(píng)價(jià)方面也存在著對(duì)排量計(jì)量系統(tǒng)的需求。一個(gè)典型的例子是在用水泥漿(或石灰漿)澆筑地基或用深層攪拌法打樁時(shí)，由于沒有較可靠的計(jì)量記錄裝置，灌入的水泥數(shù)量難以保證，技術(shù)和人為原因時(shí)常造成“豆腐渣工程”，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，也使一些整機(jī)設(shè)備、施工工藝的使用受到限制。混凝土排量計(jì)量技術(shù)已成為建筑施工設(shè)備中的一項(xiàng)亟待解決的工程實(shí)際應(yīng)用技術(shù)問題，隨車的排量計(jì)量裝置及控制系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)的開發(fā)，被國內(nèi)各主要建筑機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)視為新一代泵車的標(biāo)志性功能。
國內(nèi)外有關(guān)混凝土泵排量計(jì)量技術(shù)的直接研究鮮有報(bào)道，正使用或正在研究之中的計(jì)量方法包括(1)利用位移傳感器、開關(guān)傳感器進(jìn)行排量計(jì)量的方法。這種方法采用開關(guān)傳感器對(duì)泵送沖程次數(shù)進(jìn)行記數(shù)，并根據(jù)按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的泵送效率進(jìn)行活塞式混凝土泵(泥漿泵)排量的計(jì)量。由于不能在計(jì)量方法上排除“空行程”及出口壓力變化的影響，這種方法存在較大計(jì)量誤差。
(2)利用液壓系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行排量計(jì)量的方法。這種方法利用液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)與活塞缸往復(fù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行混凝土泵的排量計(jì)量。這一方法雖具有簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，但本質(zhì)上仍停留在測(cè)量液壓驅(qū)動(dòng)活塞的往復(fù)次數(shù)上，且不能區(qū)分背壓信號(hào)，在復(fù)雜工況下的精度是很有限的。
(3)基于實(shí)測(cè)吸入容積效率的計(jì)量方法。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土缸吸入容積效率計(jì)算平均吸入容積效率，并測(cè)量混凝土缸的活塞在最大行程時(shí)每分鐘的沖程數(shù)，然后根據(jù)平均吸入容積效率對(duì)混凝土泵排量進(jìn)行計(jì)量。該方法原理簡(jiǎn)單，可以減少因排量系數(shù)不準(zhǔn)確而造成的實(shí)際平均排量的誤差。但要求有專門的測(cè)量管道，同時(shí)也增加了操作人員的勞動(dòng)量。不僅耗費(fèi)時(shí)間，頻繁測(cè)定也不現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以計(jì)算理論排量、實(shí)際排量、實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)和平均泵送效率系數(shù)。
本發(fā)明是通過下面的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一.活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量方法通過測(cè)量混凝土缸活塞位移和混凝土缸壓力，以活塞位移信號(hào)為基準(zhǔn)，根據(jù)活塞位移信號(hào)與混凝土缸壓力信號(hào)周期相同但特征點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間不同的信息，將活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)相結(jié)合，對(duì)活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)，對(duì)活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量進(jìn)行計(jì)量；該方法的具體步驟如下1)將一個(gè)固定支架安裝在水箱處，將兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器安裝在固定支架上，兩個(gè)位移傳感器的拉繩末端分別接在混凝土泵各自活塞桿與混凝土缸活塞的連接法蘭上，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)混凝土泵活塞位移；2)將兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器分別安裝在各自混凝土缸活塞上，分別測(cè)量泵送混凝土?xí)r混凝土缸壓力；3)將兩個(gè)開關(guān)傳感器安裝在水箱處，測(cè)量每個(gè)泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；4)對(duì)開關(guān)傳感器信號(hào)、位移傳感器信號(hào)和壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)開關(guān)傳感器信號(hào)確定各自泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以活塞位移信號(hào)為基準(zhǔn)，將活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)相結(jié)合，利用活塞位移信號(hào)與混凝土缸壓力信號(hào)周期相同但特征點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間不同的信息，計(jì)算實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)，實(shí)現(xiàn)混凝土泵實(shí)時(shí)排量的計(jì)量Q=Σi=1nQi=Σi=1n14πD2S·ηi]]>式中Q-混凝土泵總的實(shí)際排量(m3)；Qi-第i個(gè)泵送沖程的實(shí)際排量(m3)；D-混凝土缸直徑(m)；S-混凝土缸理論長(zhǎng)度(m)；ηi-第i個(gè)泵送沖程的實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)。
二.活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量系統(tǒng)包括兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器，兩個(gè)開關(guān)傳感器，兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器，輸入裝置、輸出裝置和微處理器。兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器裝在活塞式混凝土泵水箱的固定支架上，兩個(gè)位移傳感器的拉繩末端分別經(jīng)定滑輪接在各自混凝土泵活塞桿與混凝土缸活塞的連接法蘭上；兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器分別安裝在各自混凝土缸無桿腔一端的活塞上；用于確定每個(gè)泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的兩個(gè)開關(guān)傳感器安裝在固定支架上；六個(gè)傳感器分接微處理器，微處理器還分別與用于輸入排量計(jì)量所需參數(shù)的輸入裝置和用于將計(jì)算結(jié)果顯示或打印的輸出裝置相連接。
所述的L型墊片安裝在活塞桿與混凝土缸活塞連接的法蘭上，所述的另一片L型墊片安裝在另一根活塞桿與另一個(gè)混凝土缸活塞連接的法蘭上；兩個(gè)位移傳感器的拉繩末端分別固定在兩片L型墊片上，通過兩個(gè)定滑輪分別對(duì)兩個(gè)位移傳感器拉繩進(jìn)行換向，保證兩個(gè)位移傳感器拉繩與各自活塞桿軸線平行。
本發(fā)明具有的有益效果是針對(duì)混凝土泵出口壓力、液壓系統(tǒng)壓力變化導(dǎo)致活塞在不同行程、不同沖次時(shí)運(yùn)動(dòng)速度不同的問題，進(jìn)一步利用混凝土缸壓力信號(hào)蘊(yùn)涵的信息提出計(jì)算結(jié)果的修正量，從計(jì)量方法上基本排除拌合物流變狀態(tài)、成分比例不同以及泵出口壓力工況變化、液壓驅(qū)動(dòng)力變化的影響，提高計(jì)量準(zhǔn)確度。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是位移傳感器之一安裝示意圖；圖4是混凝土缸壓力信號(hào)和活塞位移信號(hào)關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖。
圖中1、拉繩式直線位移傳感器，2、拉繩式直線位移傳感器，3、開關(guān)傳感器，4、開關(guān)傳感器，5、混凝土缸壓力傳感器，6、混凝土缸壓力傳感器，7、輸入裝置，8、輸出裝置，9、定滑輪，10、定滑輪，11、主油缸，12、主油缸，13、混凝土缸，14、混凝土缸，15、主油缸活塞，16、主油缸活塞，17、活塞桿，18、活塞桿，19、L型墊片，20、L型墊片，21、法蘭，22、法蘭，23、混凝土缸活塞，24、混凝土缸活塞，25、微處理器，26、固定支架。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器1、2，兩個(gè)開關(guān)傳感器3、4，兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器5、6，輸入裝置7、輸出裝置8和微處理器25；兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器1、2裝在活塞式混凝土泵水箱的固定支架26上，兩個(gè)位移傳感器1、2的拉繩末端分別經(jīng)定滑輪9、10接在各自混凝土泵活塞桿17、18與混凝土缸活塞23、24的連接法蘭21、22上；兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器5、6分別安裝在各自混凝土缸13、14無桿腔一端的活塞23、24上；用于確定每個(gè)泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的兩個(gè)開關(guān)傳感器3、4安裝在固定支架26上；六個(gè)傳感器分接微處理器25，微處理器25還分別與用于輸入排量計(jì)量所需參數(shù)的輸入裝置7和用于將計(jì)算結(jié)果顯示或打印的輸出裝置8相連接。11和12分別為活塞式混凝土泵的兩個(gè)主油缸，15、16分別為活塞式混凝土泵的主油缸活塞。
如圖3所示，所述的L型墊片19安裝在活塞桿17與混凝土缸活塞23連接的法蘭21上，所述的另一片L型墊片20安裝在另一根活塞桿18與另一個(gè)混凝土缸活塞24連接的法蘭22上；兩個(gè)位移傳感器1、2的拉繩末端分別固定在兩片L型墊片19、20上，通過兩個(gè)定滑輪9、10分別對(duì)兩個(gè)位移傳感器1、2拉繩進(jìn)行換向，保證兩個(gè)位移傳感器1、2拉繩與各自活塞桿17、18軸線平行。
如圖2所示，拉繩式直線位移傳感器1和2分別安裝在固定支架26上，其中位移傳感器1用于測(cè)量混凝土缸活塞23的位移，位移傳感器2用于測(cè)量混凝土缸活塞24的位移。開關(guān)傳感器3和4分別安裝在固定支架上，用于確定每個(gè)泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間?；炷粮讐毫鞲衅?和6分別安裝在混凝土缸活塞23和24上，用于測(cè)量混凝土缸13、14的壓力。輸入裝置7用于輸入排量計(jì)量所需參數(shù)如坍落度、混凝土缸直徑、長(zhǎng)度等。輸出裝置8用于將計(jì)算結(jié)果顯示或打印。微處理器25用于分析混凝土缸壓力信號(hào)、活塞位移信號(hào)和中斷信號(hào)，并提供系統(tǒng)所需時(shí)鐘，計(jì)算混凝土泵實(shí)時(shí)排量并將結(jié)果發(fā)送給輸出裝置。
本發(fā)明工作過程結(jié)合圖2和圖5，第i個(gè)泵送沖程啟動(dòng)后，當(dāng)混凝土缸活塞23或24離開開關(guān)傳感器3或4時(shí)，開關(guān)傳感器3或4發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)(從高電平到低電平)給微處理器25，微處理器25根據(jù)其內(nèi)部自帶的時(shí)鐘電路確定第i個(gè)泵送沖程開始的時(shí)間；當(dāng)混凝土缸活塞23或24到達(dá)混凝土缸17或18末端時(shí)，相應(yīng)地，混凝土缸活塞24或23到達(dá)開關(guān)傳感器4或3，開關(guān)傳感器4或3發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)(從低電平到高電平)給微處理器25，微處理器25根據(jù)其內(nèi)部自帶的時(shí)鐘電路確定第i個(gè)泵送沖程結(jié)束的時(shí)間。當(dāng)微處理器25收到開關(guān)傳感器3和4發(fā)出的中斷信號(hào)后，說明第i個(gè)泵送沖程完成，提取出第i個(gè)泵送沖程中位移傳感器1或2和混凝土缸壓力傳感器5或6采集的信號(hào)，并對(duì)第i個(gè)泵送沖程的混凝土缸活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)進(jìn)行分析。
第i個(gè)泵送沖程中混凝土缸壓力信號(hào)和混凝土缸活塞位移信號(hào)的關(guān)系如圖4所示。其中(a)為混凝土缸壓力-時(shí)間圖，(b)為混凝土缸活塞位移-時(shí)間圖，(c)為開關(guān)傳感器中斷信號(hào)-時(shí)間圖。由于混凝土缸13或14在吸入混凝土拌和物時(shí)，不能完全充滿整個(gè)混凝土缸，在泵送時(shí)有一個(gè)壓實(shí)混凝土的過程。在壓實(shí)混凝土的過程中，混凝土缸13或14內(nèi)的壓力逐漸上升；當(dāng)混凝土被完全壓實(shí)時(shí)，混凝土缸13或14內(nèi)的壓力保持穩(wěn)定值。微處理器25通過對(duì)第i個(gè)泵送沖程中的混凝土缸活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)混凝土缸壓力信號(hào)保持穩(wěn)定值時(shí)，確定此刻所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t1i。而在第i個(gè)泵送沖程中，各個(gè)時(shí)刻都有一個(gè)位移值與之相對(duì)應(yīng)。第i個(gè)泵送沖程開始時(shí)，時(shí)間t0i對(duì)應(yīng)的位移為S0i；第i個(gè)泵送沖程結(jié)束時(shí)，時(shí)間t2i對(duì)應(yīng)的位移為S2i；第i個(gè)泵送沖程中，當(dāng)壓力信號(hào)保持穩(wěn)定值時(shí)，時(shí)間t1i對(duì)應(yīng)的位移為S1i。由前面分析可知，S2i-S1i為第i個(gè)泵送沖程的有效位移，而S2i-S0i為第i個(gè)泵送沖程的總位移，則第i個(gè)泵送沖程的實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)為ηi=S2i-S1iS2i-S0i.]]>已知第i個(gè)泵送沖程的理論排量為Q0=14πD2S,]]>則可以得到第i個(gè)泵送沖程的實(shí)際排量Qi=14πD2S·ηi=14πD2S·(S2i-S1iS2i-S0i)]]>將各個(gè)泵送沖程的實(shí)際排量累加起來，則可以得到總的實(shí)際排量Q=Σi=nnQi=Σi=1nQ0·ηi=Σi=1n14πD2S·ηi=Σ14πD2S·(S2i-S1iS2i-S0i)]]>將各個(gè)泵送沖程的泵送效率系數(shù)累加起來，除以總的泵送沖程次數(shù)，即可得到平均泵送效率系數(shù)。
本發(fā)明采用的位移傳感器、開關(guān)傳感器、混凝土缸壓力傳感器和微處理器市面上均可購買。
權(quán)利要求
1.活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量方法，其特征在于通過測(cè)量混凝土缸活塞位移和混凝土缸壓力，以混凝土缸活塞位移信號(hào)為基準(zhǔn)，根據(jù)混凝土缸活塞位移信號(hào)與混凝土缸壓力信號(hào)周期相同但特征點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間不同的信息，將混凝土缸活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)相結(jié)合，對(duì)混凝土缸活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)，對(duì)活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量進(jìn)行計(jì)量；該方法的具體步驟如下1)將一個(gè)固定支架安裝在水箱處，將兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器安裝在固定支架上，兩個(gè)位移傳感器的拉繩末端分別接在混凝土泵各自活塞桿與混凝土缸活塞的連接法蘭上，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)混凝土泵活塞位移；2)將兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器分別安裝在各自混凝土缸活塞上，分別測(cè)量泵送混凝土?xí)r混凝土缸壓力；3)將兩個(gè)開關(guān)傳感器安裝在水箱處，測(cè)量每個(gè)泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；4)對(duì)開關(guān)傳感器信號(hào)、位移傳感器信號(hào)和壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，根據(jù)開關(guān)傳感器信號(hào)確定各自泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以活塞位移信號(hào)為基準(zhǔn)，將活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)相結(jié)合，利用活塞位移信號(hào)與混凝土缸壓力信號(hào)周期相同但特征點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間不同的信息，計(jì)算實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)，實(shí)現(xiàn)混凝土泵實(shí)時(shí)排量的計(jì)量Q=Σi=1nQi=Σi=1n14πD2S·ηi]]>式中Q-混凝土泵總的實(shí)際排量(m3)；Qi-第i個(gè)泵送沖程的實(shí)際排量(m3)；D-混凝土缸直徑(m)；S-混凝土缸理論長(zhǎng)度(m)；ηi-第i個(gè)泵送沖程的實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)。
2.活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于包括兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器(1、2)，兩個(gè)開關(guān)傳感器(3、4)，兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器(5、6)，輸入裝置(7)、輸出裝置(8)和微處理器(25)；兩個(gè)拉繩式直線位移傳感器(1、2)安裝在活塞式混凝土泵水箱的固定支架(26)上，兩個(gè)位移傳感器(1、2)的拉繩末端分別經(jīng)定滑輪(9、10)接在各自混凝土泵活塞桿(17、18)與混凝土缸活塞(23、24)的連接法蘭(21、22)上；兩個(gè)混凝土缸壓力傳感器(5、6)分別安裝在各自混凝土缸(13、14)無桿腔一端的活塞(23、24)上；用于確定每個(gè)泵送沖程的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的兩個(gè)開關(guān)傳感器(3、4)安裝在固定支架(26)上；六個(gè)傳感器分接微處理器(25)，微處理器(25)還分別與用于輸入排量計(jì)量所需參數(shù)的輸入裝置(7)和用于將計(jì)算結(jié)果顯示或打印的輸出裝置(8)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于所述的L型墊片(19)安裝在活塞桿(17)與混凝土缸活塞(23)連接的法蘭(21)上，所述的另一片L型墊片(20)安裝在另一根活塞桿(18)與另一個(gè)混凝土缸活塞(24)連接的法蘭(22)上；兩個(gè)位移傳感器(1、2)的拉繩末端分別固定在兩片L型墊片(19、20)上，通過兩個(gè)定滑輪(9、10)分別對(duì)兩個(gè)位移傳感器(1、2)拉繩進(jìn)行換向，保證兩個(gè)位移傳感器(1、2)拉繩與各自活塞桿(17、18)軸線平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量計(jì)量方法及系統(tǒng)。通過測(cè)量混凝土缸活塞位移和混凝土缸壓力，以混凝土缸活塞位移信號(hào)為基準(zhǔn)，根據(jù)混凝土缸活塞位移信號(hào)與混凝土缸壓力信號(hào)周期相同但特征點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間不同的信息，將混凝土缸活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)相結(jié)合，對(duì)混凝土缸活塞位移信號(hào)和混凝土缸壓力信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算實(shí)時(shí)泵送效率系數(shù)，對(duì)活塞式混凝土泵實(shí)時(shí)排量進(jìn)行計(jì)量。針對(duì)混凝土泵出口壓力、液壓系統(tǒng)壓力變化導(dǎo)致活塞在不同行程、不同沖次時(shí)運(yùn)動(dòng)速度不同的問題，利用混凝土缸壓力信號(hào)蘊(yùn)涵的信息提出計(jì)算結(jié)果的修正量，排除拌合物流變狀態(tài)、成分比例不同以及泵出口壓力工況變化、液壓驅(qū)動(dòng)力變化的影響，提高計(jì)量準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)F04B51/00GK1987100SQ200610155170
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者李偉, 劉會(huì)勇, 顧大強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)