本發(fā)明涉及移動(dòng)式混凝土噴射機(jī)械手速凝劑自動(dòng)匹配控制裝置及方法，具體涉及一種根據(jù)混凝土實(shí)時(shí)泵送量、速凝劑實(shí)際輸送量，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)速凝劑泵運(yùn)行參數(shù)的裝置及方法，在速凝劑輸送量出現(xiàn)異常時(shí)，還可對(duì)自動(dòng)噴射動(dòng)作進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)各噴射物含量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以達(dá)到保證實(shí)際混合噴射物的品質(zhì)的效果，同時(shí)為設(shè)備的的安全運(yùn)行提供保障，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
移動(dòng)式混凝土噴射機(jī)械手在進(jìn)行噴射作業(yè)時(shí)，需要根據(jù)不同隧道施工工藝，對(duì)噴射混合物的組成進(jìn)行配比調(diào)節(jié)，噴射混合物的配比調(diào)節(jié)可簡(jiǎn)要理解為根據(jù)混凝土泵送量，按照設(shè)定的配比系數(shù)，輸送相應(yīng)比例的速凝劑，混凝土則由混凝土泵送系統(tǒng)進(jìn)行輸送，速凝劑則一般由速凝劑輸送系統(tǒng)的速凝劑泵進(jìn)行輸送。
現(xiàn)有的技術(shù)一般通過(guò)在人機(jī)交互系統(tǒng)中按照實(shí)際施工工藝需求，調(diào)節(jié)好泵送混凝土量與速凝劑量的配比關(guān)系，在噴射施工過(guò)程中，根據(jù)理論的泵送方量，輸出速凝劑泵的控制參數(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中理論的單位時(shí)間內(nèi)泵送方量一般采用基于油缸的換向信號(hào)結(jié)合混凝土輸送砼缸的體積，得出單位時(shí)間內(nèi)的泵送量理論值。假定砼缸的截面積為s（單位：平方），砼缸的行程長(zhǎng)度為l（單位：米），統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)定義為t（單位：秒），在t時(shí)間段內(nèi)換向的次數(shù)定義為n（單位：次），則由此推算的理論單位時(shí)間泵送方量（定義為a，單位：方/秒）為：a=s×l×n/t。
但是，在實(shí)際的泵送過(guò)程中，油缸及活塞的移動(dòng)速度均在變化，每個(gè)泵送運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，活塞的總體運(yùn)行行程也有所不同，這種理論的泵送量計(jì)算值在實(shí)時(shí)泵送量以及泵送總量方面均存在較大偏差，該偏差勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致速凝劑的輸出量與實(shí)際需求量存在偏差。
為此需要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種可檢測(cè)混凝土實(shí)時(shí)泵送量、速凝劑輸送流量，并以此進(jìn)行速凝劑泵動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的裝置及方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中缺乏準(zhǔn)確有效的速凝劑輸送量調(diào)節(jié)參考依據(jù)的問(wèn)題，提供一種移動(dòng)式混凝土噴射機(jī)械手速凝劑自動(dòng)匹配控制裝置及方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種移動(dòng)式混凝土噴射機(jī)械手速凝劑自動(dòng)匹配控制裝置，其包括人機(jī)交互單元、混凝土泵送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、控制單元及輸出信號(hào)單元；其中：
人機(jī)交互單元，與控制單元連接，用于接收操作者的噴射操控指令，用于設(shè)定速凝劑相對(duì)于混凝土用量的添加配比參數(shù)，還用于顯示每次自動(dòng)噴射過(guò)程的相關(guān)狀態(tài)信息；同時(shí)將該噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)發(fā)送至控制單元；
混凝土泵送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元，與該控制單元連接，包括位移傳感器，該位移傳感器設(shè)于混凝土泵送系統(tǒng)的泵送油缸內(nèi)以實(shí)時(shí)檢測(cè)該泵送油缸活塞的位置及其運(yùn)動(dòng)速度，混凝土泵送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元?jiǎng)t將位移傳感器采集到的泵送油缸活塞的位置及運(yùn)動(dòng)速度輸送至控制單元；
速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元，與該控制單元連接，包括流量傳感器，該流量傳感器設(shè)于速凝劑輸送系統(tǒng)速凝劑泵的速凝劑輸送管道中以檢測(cè)速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速，該速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元?jiǎng)t將流量傳感器采集到的速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速輸送至控制單元；
控制單元，用于接收人機(jī)交互單元發(fā)送的操作者的噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)，并接收混凝土泵送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元發(fā)送的泵送油缸活塞的位置和運(yùn)動(dòng)速度、以及速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元發(fā)送的速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速，進(jìn)行運(yùn)算處理后輸出速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)至輸出信號(hào)單元；同時(shí)該控制單元將該速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)信息發(fā)送至人機(jī)交互單元進(jìn)行顯示；
輸出信號(hào)單元，用于接收控制單元輸出的速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至速凝劑輸送系統(tǒng)以對(duì)噴射過(guò)程中速凝劑的添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
上述提及的自動(dòng)噴射過(guò)程的相關(guān)狀態(tài)信息包括噴射操控指令、速凝劑的添加配比參數(shù)、以及速凝劑用量控制參數(shù)、混凝土實(shí)時(shí)泵送量和速凝劑實(shí)際輸送量。
本發(fā)明同時(shí)提供一種移動(dòng)式混凝土噴射機(jī)械手速凝劑自動(dòng)匹配控制方法，該方法步驟如下：
a.于混凝土泵送系統(tǒng)的泵送油缸內(nèi)設(shè)置位移傳感器，以實(shí)時(shí)檢測(cè)該泵送油缸活塞的位置和運(yùn)動(dòng)速度；同時(shí)，于速凝劑輸送系統(tǒng)的速凝劑輸送管道中設(shè)置流量傳感器，以檢測(cè)速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)際流速；
b.人機(jī)交互單元獲取操作者的噴射操控指令并發(fā)送至控制單元，并將其設(shè)定的速凝劑相對(duì)于混凝土用量的添加配比參數(shù)發(fā)送至控制單元；同時(shí)該人機(jī)交互單元顯示該噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)信息；
c.控制單元接收操作者的噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)，同時(shí)接收位移傳感器傳送的泵送油缸活塞的位置和運(yùn)動(dòng)速度以及流量傳感器傳送的速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的流速，經(jīng)信號(hào)處理和邏輯運(yùn)算后輸出速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)，由輸出信號(hào)單元發(fā)送至速凝劑輸送系統(tǒng)以對(duì)噴射過(guò)程中速凝劑的添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)；同時(shí)該控制單元將該速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)信息反饋至人機(jī)交互單元進(jìn)行顯示；
其中，上述提及的信號(hào)處理和邏輯運(yùn)算過(guò)程如下：
1）混凝土實(shí)時(shí)泵送量的獲?。涸O(shè)定位移傳感器檢測(cè)或采集到的泵送油缸活塞的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度為v米/秒，砼缸的截面面積為s平方米，則單位時(shí)間內(nèi)的混凝土實(shí)時(shí)泵送量a=v×s。
速凝劑實(shí)際輸送量的獲?。涸O(shè)定流量傳感器檢測(cè)或采集到的速凝泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速為u米/秒，流量傳感器安裝位置所處的速凝劑輸送管道截面積為m平方米，則單位時(shí)間內(nèi)的速凝劑實(shí)際輸送量f實(shí)際=u×m。
2）設(shè)定人機(jī)交互單元設(shè)定的速凝劑相對(duì)于混凝土用量的添加配比參數(shù)為k，則根據(jù)當(dāng)前的混凝土實(shí)時(shí)泵送量，對(duì)應(yīng)的速凝劑需求量f需求=a×k；
設(shè)定速凝劑用量調(diào)節(jié)死區(qū)為△，速凝劑的用量調(diào)節(jié)分為以下幾種情況：
a、當(dāng)f需求＞（f實(shí)際＋△）時(shí)，則提高速凝劑用量控制參數(shù)，使至滿(mǎn)足c的情況；
b、當(dāng)f需求＜（f實(shí)際－△）時(shí)，則降低速凝劑用量控制參數(shù)，使至滿(mǎn)足c的情況；
c、當(dāng)（f實(shí)際－△）＜f需求＜（f實(shí)際＋△）時(shí)，則保持設(shè)定的速凝劑配比參數(shù)k；
d、當(dāng)f實(shí)際＝0時(shí)，即流量傳感器檢測(cè)到速凝劑輸送管道中無(wú)流量時(shí)，控制速凝劑輸送系統(tǒng)的速凝劑泵停止自動(dòng)噴射動(dòng)作即停止泵送速凝劑動(dòng)作，速凝劑泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
上述提及的速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)信息包括速凝劑用量控制參數(shù)、混凝土實(shí)時(shí)泵送量和速凝劑實(shí)際輸送量。
本發(fā)明通過(guò)在混凝土泵送系統(tǒng)的泵送油缸中加裝位移傳感器，獲取活塞運(yùn)動(dòng)的速度，進(jìn)而經(jīng)過(guò)換算得出混凝土實(shí)時(shí)泵送量，在速凝劑輸送管道中加裝流量傳感器，進(jìn)而經(jīng)過(guò)換算得出速凝劑實(shí)際輸送量；并以混凝土實(shí)時(shí)泵送量為參考，結(jié)合速凝劑實(shí)際輸送量，進(jìn)而經(jīng)過(guò)換算得出當(dāng)前的速凝劑用量控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)速凝劑調(diào)加量的準(zhǔn)確、自動(dòng)匹配控制，并能在速凝劑流量出現(xiàn)異常時(shí)，主動(dòng)干預(yù)自動(dòng)噴射動(dòng)作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：在操控進(jìn)行自動(dòng)噴射動(dòng)作過(guò)程中，通過(guò)獲取砼缸中活塞的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度，得出單位時(shí)間內(nèi)混凝土的準(zhǔn)確輸送量，進(jìn)而得出速凝劑的理論需求量，結(jié)合實(shí)時(shí)采集的速凝劑輸送量，得出速凝劑泵控制系統(tǒng)參數(shù)值，為速凝劑輸出量的控制提供一種可靠的、準(zhǔn)確的參考源，實(shí)現(xiàn)了速凝劑用量的自動(dòng)匹配，避免了噴射物達(dá)不到施工工藝要求而需要返工，避免了該些現(xiàn)象直接帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失或者給隧道施工帶來(lái)的一定質(zhì)量安全隱患。保證了實(shí)際混合噴射物的品質(zhì)，同時(shí)為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障，降低操作手的勞動(dòng)強(qiáng)度。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明控制裝置的組成框圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明為一種移動(dòng)式混凝土噴射機(jī)械手速凝劑自動(dòng)匹配控制裝置及方法，是一種根據(jù)混凝土實(shí)時(shí)泵送量、速凝劑實(shí)際輸送量，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)速凝劑泵運(yùn)行參數(shù)的裝置及方法，在速凝劑輸送量出現(xiàn)異常時(shí)，還可對(duì)自動(dòng)噴射動(dòng)作進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)。通過(guò)對(duì)速凝劑添加量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，能保證實(shí)際混合噴射物的品質(zhì)，同時(shí)為設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。
如圖1所示，本裝置包括：人機(jī)交互單元、混凝土泵送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、控制單元及輸出信號(hào)單元。其中：
人機(jī)交互單元，與控制單元連接，用于接收操作者的噴射操控指令（包括自動(dòng)噴射的啟動(dòng)和停止等），用于設(shè)定速凝劑相對(duì)于混凝土用量的添加配比參數(shù)，同時(shí)將該噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)發(fā)送至控制單元；還用于顯示每次自動(dòng)噴射過(guò)程的相關(guān)狀態(tài)信息（包括噴射操控指令、速凝劑的添加配比參數(shù)、以及下面提及的速凝劑用量控制參數(shù)、混凝土實(shí)時(shí)泵送量和速凝劑實(shí)際輸送量等信息）；
混凝土泵送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元，與該控制單元連接，包括位移傳感器，該位移傳感器設(shè)于混凝土泵送系統(tǒng)的泵送油缸內(nèi)以實(shí)時(shí)檢測(cè)該泵送油缸活塞的位置以及運(yùn)動(dòng)速度?；炷帘盟土繉?shí)時(shí)檢測(cè)單元?jiǎng)t將位移傳感器采集到的泵送油缸活塞的位置及運(yùn)動(dòng)速度輸送至控制單元；
速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元，與該控制單元連接，包括流量傳感器，該流量傳感器設(shè)于速凝劑輸送系統(tǒng)速凝劑泵的速凝劑輸送管道中以檢測(cè)速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速。該速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元?jiǎng)t將流量傳感器采集到的速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速輸送至控制單元；
控制單元，用于接收人機(jī)交互單元發(fā)送的操作者的噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)，并接收混凝土泵送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元發(fā)送的泵送油缸活塞的位置和運(yùn)動(dòng)速度、以及速凝劑輸送量實(shí)時(shí)檢測(cè)單元發(fā)送的速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速，進(jìn)行運(yùn)算處理（信號(hào)處理及邏輯運(yùn)算）后輸出速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)至輸出信號(hào)單元；同時(shí)該控制單元將該速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)信息發(fā)送至人機(jī)交互單元進(jìn)行顯示；
輸出信號(hào)單元，用于接收控制單元輸出的速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至速凝劑輸送系統(tǒng)以對(duì)噴射過(guò)程中速凝劑的添加量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明利用上述裝置進(jìn)行移動(dòng)式混凝土噴射機(jī)械手速凝劑自動(dòng)匹配控制方法的具體步驟如下：
a.于混凝土泵送系統(tǒng)的泵送油缸內(nèi)設(shè)置位移傳感器，以實(shí)時(shí)檢測(cè)該泵送油缸活塞的位置和運(yùn)動(dòng)速度；同時(shí)，于速凝劑輸送系統(tǒng)的速凝劑輸送管道中設(shè)置流量傳感器，以檢測(cè)速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)際流速；
b.人機(jī)交互單元獲取操作者的噴射操控指令（包括自動(dòng)噴射的啟動(dòng)和停止等）并發(fā)送至控制單元，并將其設(shè)定的速凝劑相對(duì)于混凝土用量的添加配比參數(shù)發(fā)送至控制單元；同時(shí)該人機(jī)交互單元顯示該噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)信息；
c.控制單元接收操作者的噴射操控指令及速凝劑的添加配比參數(shù)，同時(shí)接收位移傳感器和流量傳感器采集到的傳感信號(hào)（即泵送油缸活塞的位置和運(yùn)動(dòng)速度以及速凝劑泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的流速），經(jīng)運(yùn)算處理后輸出速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)，由輸出信號(hào)單元發(fā)送至速凝劑輸送系統(tǒng)以對(duì)噴射過(guò)程中速凝劑的添加量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。同時(shí)控制單元將該速凝劑用量控制參數(shù)信號(hào)信息（包括速凝劑用量控制參數(shù)、混凝土實(shí)時(shí)泵送量及速凝劑實(shí)際輸送量）反饋至人機(jī)交互單元進(jìn)行顯示；
其中，上述提及的信號(hào)處理和邏輯運(yùn)算過(guò)程如下：
1）混凝土實(shí)時(shí)泵送量的獲?。涸O(shè)定位移傳感器檢測(cè)或采集到的泵送油缸活塞的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度為v（單位:米/秒），砼缸的截面面積為s（單位:平方米），則單位時(shí)間內(nèi)的混凝土實(shí)時(shí)泵送量a=v×s（方/秒）。
速凝劑實(shí)際輸送量的獲?。涸O(shè)定流量傳感器檢測(cè)或采集到的速凝泵運(yùn)行時(shí)速凝劑的實(shí)時(shí)流速為u（單位：米/秒），流量傳感器安裝位置所處的速凝劑輸送管道截面積為m（單位：平方米），則單位時(shí)間內(nèi)的速凝劑實(shí)際輸送量f實(shí)際=u×m(立方/秒）。
2）設(shè)定人機(jī)交互單元設(shè)定的速凝劑相對(duì)于混凝土用量的添加配比參數(shù)為k，則根據(jù)當(dāng)前的混凝土實(shí)時(shí)泵送量，對(duì)應(yīng)的速凝劑需求量f需求=a×k；
設(shè)定速凝劑用量調(diào)節(jié)死區(qū)為△，速凝劑的用量調(diào)節(jié)按分為以下幾種情況：
a、當(dāng)f需求＞（f實(shí)際＋△）時(shí)，則提高速凝劑用量控制參數(shù)，使至滿(mǎn)足c的情況；
b、當(dāng)f需求＜（f實(shí)際－△）時(shí)，則降低速凝劑用量控制參數(shù)，使至滿(mǎn)足c的情況；
c、當(dāng)（f實(shí)際－△）＜f需求＜（f實(shí)際＋△）時(shí)，則保持設(shè)定的速凝劑配比參數(shù)k；
d、當(dāng)f實(shí)際＝0時(shí)，即流量傳感器檢測(cè)到速凝劑輸送管道中無(wú)流量時(shí)，控制速凝劑輸送系統(tǒng)的速凝劑泵停止自動(dòng)噴射動(dòng)作即停止泵送速凝劑動(dòng)作，速凝劑泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
關(guān)于上述提及的提高或降低速凝劑用量控制參數(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，如采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓比例閥控制速凝劑用量參數(shù)等。