砂浆车搅拌控制系统及砂浆车 【技术领域】
本发明属于运输用砂浆车技术领域， 具体涉及一种砂浆车搅拌控制系统及砂浆车。 背景技术
砂浆车是煤炭、 冶金、 矿山、 森林、 地铁、 铁道、 公路隧道等非防爆场所建设的关键 设备。 以轨道建设为例， 砂浆车主要是将沥青、 水、 细沙、 水泥、 添加剂等建材在一定条件下， 计量并均匀搅拌成流动性较好的一种路基填充材料， 然后把砂浆灌注到轨道板和底座之 间。砂浆主要起到填充、 支撑、 承力和适当的缓冲功能， 确保高速火车行使的舒适性和安全 性， 轨道板使用的耐久性和可维护性。
砂浆车包括两部分 ： 运输装置和砂浆搅拌装置。上述运输装置包括牵引机车和拖 车， 用于将砂浆搅拌装置或者连同搅拌好的砂浆， 从一个地方运往另一个地方。 上述砂浆搅 拌装置包括 ： 盛装砂浆的砂浆罐， 搅拌砂浆的搅拌机， 及控制上述搅拌机工作的搅拌控制系 统。
目前国内使用的砂浆车搅拌砂浆的方式均为停车搅拌， 即， 砂浆车的运输装置停 车装浆时， 电源可以通入， 接入 AC380V 电源， 进行搅拌工作。搅拌完毕， 砂浆搅拌装置停止 工作。运输装置将搅拌好的砂浆运往目的地。运输途中， 砂浆搅拌装置由于没有合适的电 源供电， 所以不能进行砂浆搅拌工作。到达工程现场时， 砂浆车的运输装置停止工作， 从地 面给砂浆搅拌装置供给工频电源， 可以再一次进行砂浆搅拌工作。
由于搅拌好的砂浆成品经过一定的时间， 容易凝固结块。而凝固结块的砂浆无法 用于工程施工， 或者经过再次搅拌后砂浆质量严重下降， 严重影响工程质量和工程进度。 所 以现有的砂浆车仅适合短距离的砂浆运输， 无法满足运输线路较长或需要异地搅拌的砂浆 运输。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种砂浆车搅拌控制系统， 能够在砂浆车行使 途中同时进行砂浆搅拌工作， 防止砂浆在运输途中凝固结块。
为了解决上述问题， 一方面提供了一种砂浆车搅拌控制系统， 包括 ： 由机车电池 组、 逆变器连接而成的变频供电电路， 实现工频、 变频供电转换的第一转换开关， 及驱动砂 浆搅拌机工作的搅拌电机 ；
其中， 所述第一转换开关包括 ： 第一工频连接开关和第一变频连接开关 ； 所述第 一工频连接开关与所述搅拌电机的接入端子连接 ； 所述第一变频连接开关的一端与所述变 频供电电路的输出端连接， 另一端与所述搅拌电机的接入端子连接。
优选的， 上述砂浆车搅拌控制系统还包括 ： 交流断路器， 所述交流断路器与所述第 一工频连接开关连接。
优选的， 在所述第一工频连接开关与所述搅拌电机之间连接有 ： 交流减压电机起
动器。 优选的， 所述变流减压电机起动器具体为 ： 星 - 三角起动器或自耦减压起动器。
优选的， 上述砂浆车搅拌控制系统还包括 ： 与所述第一转换开关串联的、 结构相同 的第二转换开关 ； 所述第二转换开关包括 ： 第二工频连接开关和第二变频连接开关 ；
所述第二工频连接开关连接在所述第一工频连接开关和所述搅拌电机的接入端 之间 ； 所述第二变频连接开关连接在所述第一变频连接开关和所述搅拌电机的接入端之 间。
优选的， 在所述第二工频连接开关和所述搅拌电机之间， 还连接有变流减压电机 起动器。
优选的， 所述变流减压电机起动器具体为星 - 三角起动器或自耦减压起动器。
对应上述砂浆车搅拌控制系统， 本发明还提供了一种砂浆车， 包括运输装置和砂 浆搅拌装置， 所述砂浆搅拌装置的搅拌机由上述任一砂浆车搅拌控制系统控制。
与现有技术相比， 上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点 ：
本发明提供的砂浆车搅拌控制系统， 可以通过由机车电池组和逆变器组成的变频 电源供电单元给搅拌电机提供变频交流电源， 并通过第一转换开关实现工频、 变频转换。 当 砂浆车在停车状态下， 可以通过第一工频连接开关实现地面工频供电， 在装浆地点开始对 砂浆进行搅拌。 在运输途中， 利用第一转换开关切换到变频供电单元提供的变频电源， 实现 变频电源供电。实现砂浆在运输途中不停被搅拌， 不会出现凝固结块现象。特别是， 对于砂 浆长距离运输和异地运输， 在运输砂浆的同时， 利用统筹方法对砂浆进行搅拌， 有效节约砂 浆在工频电源供电下的搅拌时间， 进而缩短了砂浆生产、 运输时间， 进而加快了工程的建设 进度。
附图说明
图 1 是本发明砂浆车搅拌控制系统实施例一的示意图 ；
图 2 是本发明砂浆车搅拌控制系统实施例二的示意图 ；
图 3 是本发明砂浆车搅拌控制系统实施例三的示意图 ；
图 4 是本发明砂浆车搅拌控制系统实施例四的示意图。 具体实施方式
为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图 1， 示出了本发明砂浆车搅拌控制系统实施例一的结构示意图， 包括 ： 工频 电源插头 1， 第一转换开关 3， 搅拌电机 4、 变频电源插头 5、 插座 6、 逆变器 7、 机车电池组 8。
其中， 工频电源插头 1， 用于将供电电网输出的 AC380V 的工频电源接入， 供搅拌电 机 4 驱动砂浆搅拌机正常工作。
需要说明的是， 砂浆车的运输装置只有处于停车状态下， 工频电源插头 1 才可以 从工地现场接通工频电源， 给搅拌电机 4 提供电能， 驱动搅拌机进行砂浆搅拌工作。上述工 频电源插头 1 可以是五柱插头， 分别连接工频电源的三根火线、 一根零线、 一根地线。
在实际电路中， 工频接入电路优选接入交流断路器 2， 与工频电源插头 1 的三相连接线连接， 起工频电源的断路保护作用。
第一转换开关 3 包括 ： 第一工频连接开关 3-1 和第一变频连接开关 3-2。其中， 第 一工频连接开关 3-1 的一端与工频电源插头 1 连接， 此处， 通过与交流断路器 2 间接与工频 电源插头 1 连接， 另一端与搅拌电机 4 的接入端子连接， 用于控制搅拌电机 4 接通工频电 源。该工频电源一般是频率为 50Hz 的 AC380V 交流电。
第一变频连接开关 3-2 的一端与变频电源插头 5 连接， 另一端与搅拌电机 4 的接 入端子连接， 用于控制搅拌电机 4 接通变频电源。
搅拌电机 4 的三个输入端子 U1、 V1、 W1 和对应的三个输出端子 V2、 W2、 U2 角接。
上述机车电池组 8、 逆变器 7、 插座 6 依次电连接， 组成该系统的变频供电电路。该 变频供电电路用于将砂浆车机车的蓄电池组提供的直流电转换成变频交流电， 提供变频交 流输出。当变频电源插头 5 接到插座 6 内， 并且变频连接开关 3-2 闭合后， 搅拌电机 4 接通 变频电源。
其中， 逆变器 7 具体为车载逆变器， 是一种能够将直流电源转换成频率、 电压均可 控制的交流电的电源转换器， 给交流电动机供给电能。 在交流电动机起动时， 提供较小电压 和频率的交流电， 实现软起动 ； 起动后， 提供交流电动机所需的额定电压， 保证搅拌电机 4 正常工作。 上述变频供电电路实现变频交流电输出的原理为 ： 逆变器 7 将机车电池组 8 输出 的直流电转换成三相变频交流电， 通过三相传输线 U3、 V3、 W3 与变频电源插座 6 的三相插孔 连接。上述机车电池组 8 可以是砂浆车机车的蓄电池组。
本砂浆车搅拌控制系统实施例的工作过程为 ：
当砂浆车的运输装置即牵引机车， 处于停车状态下， 向砂浆罐添加砂浆原料完毕， 闭合第一转换开关 3 的第一工频连接开关 3-1， 搅拌电机 4 接通到 AC380V 的工频电源， 驱动 搅拌机进行砂浆搅拌。
当砂浆车开始行车时， 断开第一工频连接开关 3-1， 闭合第一转换开关 3 的第一变 频连接开关 3-2， 搅拌电机 4 接通到变频供电电路提供的变频电源， 驱动搅拌机在砂浆车运 输途中进行砂浆搅拌工作。
作为本发明砂浆车搅拌控制系统实施例一的优选实施方式， 参照图 2， 提供了本发 明砂浆车搅拌控制系统实施例二的示意图。 包括 ： 工频电源插头 1， 交流断路器 2、 第一转换 开关 3， 搅拌电机 4、 变频电源插头 5、 插座 6、 逆变器 7、 机车电池组 8， 以及交流减压电机起 动器 9。
与图 1 所示的砂浆车搅拌控制系统第一实施例的示意图相比较， 实施例二在工频 电源接入电路中增加了变流减压电机起动器 9， 其余部件与图 1 所示相同或相似。
本实施例二中， 变流减压电机起动器 9， 用于实现搅拌电机 4 的过载及断相保护。 其中， 交流减压电机起动器 9 可以具体是星 - 三角起动器或自耦减压起动器等。下面以 星 - 三角起动器为例进行具体说明 ：
当上述交流减压电机起动器 9 具体为星 - 三角起动器时， 电路中还应增加 ： 第三转 换开关 11。第三转换开关 11 具体包括 ： 第三工频连接开关 11-1 和星接控制开关 11-2。
其中， 第一转换开关 3 的第一工频连接开关 3-1 与第三转换开关 11 的第三工频连 接开关 11-1 串联后， 与星 - 三角起动器 9 的输入端连接， 用于工频电源的接入。星 - 三角
起动器 9 的其它端与搅拌电机 4 的输入端和输出端连接。
第三转换开关 11 的星接控制开关 11-2 连接在第一转换开关 3 的第一变频连接开 关 3-2 和搅拌电机 4 的输入端之间。当星 - 三角起动器 9 控制搅拌电机 4 的定子绕组由角 接转换成星接时， 断开星接控制开关 11-2， 避免中间三根连线造成短路。 当星 - 三角起动器 9 控制搅拌电机 4 的转子绕组由星接转换成角接时， 闭合星接控制开关 11-2。所以， 第三转 换开关 11， 用于有星 - 三角起动器接入时， 起保护电动机的作用。
众所周知， 三相交流电动机的起动电流是额定电流的 6 ～ 7 倍， 所以为了降低电机 的起动电压， 减小起动电流通常会采取一些方法， 最常见的就有 “星 - 三角降压起动” 方式。 本实施例中， 通过在工频接入电路中连接星 - 三角起动器 9 实现上述 “星 - 三角降压起动” 方式。
星 - 三角起动器 9 的工作原理为 ： 星 - 三角起动器是利用改变定子绕组的接线方 式来达到减压起动目的， 实现交流电动机的软起动。
星 - 三角起动器 9 适用于正常运行时绕组为三角形接线， 且具有六个出线端子的 低压笼型电动机， 用于控制电动机定子绕组由 “星形” 至 “三角形” 换接起动、 运行及停止， 可实现对电动机的过载及断相保护。
其中， 星形接法和三角形接法都是指电动机本身的绕组接法， 星形接法指将电动 机绕组三相末端接在一起， 三相首端为电源端。 三角形接法指将三相绕组首尾互相连接， 三 个端点为电源端。无论哪种接法， 都必须要有三相相位互差 120 度的三相正弦交流电源供 电， 不可用 220V 的代替。所以， 仅用于 AC380V 的工频电源接入电路。
起动时， 电动机定子绕组接成星形， 此时绕组电压为额定电压的， 起动转矩和起动 电流值为全压起动时的 1/3， 可以避免因起动电流过大， 导致电动机烧毁事故的发生。然后 将三相绕组转接成三角形， 电动机正常工作。
结合电动机和星 - 三角起动器的结构来说， 就是在起动时， 主接触器和星形连接 接触器吸合， 因为星形连接接触器的一端三个主接线端被短接， 另外一端与电动机三个绕 组的一端分别连接， 这样就相当于将三个绕组的一端连在一起， 形成中性点， 而主接触器的 主接点与绕组的另一端连接， 就构成了星形连接方式， 此时绕组上施加的是电源的相电压， 流过的电流是相电流， 这些值都要小于三角形连接方式的值， 所以也就降低了电动机起动 时的电压和电流， 实现减压起动， 减小起动电流的作用。
起动过程结束后， 通过控制电路将星形接触器断开， 同时将角接接触器吸合， 从而 使电动机的定子绕组切换成三角形接法， 从而实现了星 - 三角转换。
需要说明的是， 当变流减压电机起动器 9 具体为自耦减压起动器时， 上述电路中 可以不连接第三转换开关 11。
参照图 3， 示出了本发明砂浆车搅拌控制系统实施例三的示意图， 包括 ： 工频电源 插头 1、 交流断路器 2、 第一转换开关 3、 搅拌电机 4、 变频电源插头 5、 插座 6、 逆变器 7、 机车 电池组 8 和第二转换开关 10。
与图 1 所示的砂浆车搅拌控制系统第一实施例的示意图， 实施例三增加了第二转 换开关 10。第二转换开关 10 的结构与第一转换开关 3 的结构相同， 包括 ： 第二工频连接开 关 10-1 和第二变频连接开关 10-2。
本实施例中第二转换开关 10 与第一转换开关 3 串联在一起， 组成转换开关组合。即， 第一转换开关 3 的第一工频连接开关 3-1 与第二转换开关 10 的第二工频连接开关 10-1 串联， 第一转换开关 3 的第一变频连接开关 3-2 与第二转换开关 10 的第二变频连接开关 10-2 串联在一起。
其中， 在工频接入电路中， 第二工频连接开关 10-1 连接搅拌电机 4 的输入端。在 变频接入电路中， 搅拌电机 4 的输入端与第一变频连接开关 3-2 连接， 搅拌电机 4 的输出端 与第二变频连接开关 10-2 连接。
第二变频连接开关 10-2 闭合时， 搅拌电机 4 的三个输入端子 U1、 V1、 W1 分别与对 应的三个输出端子 V2、 W2、 U2 角接。
实施例三的工作过程为 ：
砂浆车运输装置处于停车状态时， 工频电源插头 1 插接到工频输出插座上， 闭合 交流断路器 2、 第一工频连接开关 3-1、 第二工频连接开关 10-1、 第二变频连接开关 10-2， 实 现工频连接， 搅拌电机 4 接通工频电源。其他任何状态均无法实现工频电源的接通、 无法保 证搅拌电机 4 正常工作。
砂浆车行走过程中， 变频电源插头 5 插接到插座 6 内， 闭合第一变频连接开关 3-2、 第二变频连接开关 10-2， 实现变频连接， 搅拌电机 4 接通砂浆车的牵引机车提供的变频电 源。其他任何状态均无法实现变频电源的接通。 当第一工频连接开关 3-1、 第二变频连接开关 10-2 处于闭合状态， 或者， 第一变频 连接开关 3-2、 第二工频连接开关 10-1 处于闭合状态， 转换开关组合都处于零位， 搅拌电机 4 不接入任何电源。
参照图 4， 示出了本发明砂浆车搅拌控制系统实施例四的示意图， 包括 ： 工频电源 插头 1、 交流断路器 2、 第一转换开关 3、 搅拌电机 4、 变频电源插头 5、 插座 6、 逆变器 7、 机车 电池组 8、 交流减压电机起动器 9 和第二转换开关 10。
实施例四与图 3 所示的砂浆车搅拌控制系统实施例三相比， 增加了交流减压电机 起动器 9， 变流减压电机起动器 9 可以为星 - 三角起动器或自耦减压起动器， 其余部件与图 3 所示相同。
本实施例四中， 变流减压电机起动器 9， 用于实现对搅拌电机 4 的过载及断相保 护， 本实施例仍以星 - 三角起动器为例进行具体说明。
具体为 ： 星 - 三角起动器 9 的输入端与第二转换开关 10 的第二工频连接开关 10-1 连接， 其他端与搅拌电机 4 的输入端和输出端连接。
实施例四的工作过程为 ：
砂浆车运输装置处于停车状态时， 工频电源插头 1 插接到工频输出插座上， 闭合 断路器 2、 第一转换开关 3 的第一工频连接开关 3-1、 第二转换开关 10 的第二工频连接开关 10-1， 接通工频电源。当搅拌电机 4 起动时， 转子绕组在星 - 三角起动器 9 的控制下呈星接 状态， 第二转换开关 10 的第二变频连接开关 10-2 处于断开状态。当星 - 三角起动器 9 控 制搅拌电机 4 的转子绕组由星接转换成角接时， 需要闭合第二转换开关 10 的第二变频连接 开关 10-2， 搅拌电机 4 正常工作。
砂浆车行走过程中， 变频电源插头 5 插接到插座 6 内， 闭合第一变频连接开关 3-2、 第二变频连接开关 10-2， 实现变频连接， 搅拌电机 4 接通砂浆车的牵引机车提供的变频电 源。其他任何状态均无法实现变频电源的接通。
对于变流减压电机起动器 9 的介绍已在实施例二中作过详细描述， 此处不再赘 述。 需要说明的是， 在实际应用中， 如果搅拌电机的额定功率大于等于 7.5KW， 通过工频电源 供电时， 需要在工频电源接入电路中接入变流减压电机起动器。如果搅拌驱动电机的额定 功率小于 7.5KW， 工频电源供电时也可以省略变流减压电机起动器的保护。
此外， 上述各实施例中， 工频电源插头 1、 变频电源插头 5、 插座 6 并非本发明所必 须的元件， 不应理解为对本发明技术方案保护范围的限制。 本领域普通技术人员应当理解 ： 在缺少上述三个元件的情况下， 工频接入和变频接入之间的相互转换依然可以实现。
相应的， 本发明还提供了一种砂浆车， 包括 ： 运输装置和砂浆搅拌装置， 其中， 砂浆 搅拌装置包括上述任一实施例提供的砂浆车搅拌控制系统。 由该砂浆车搅拌控制系统控制 搅拌机工作。该砂浆车搅拌控制系统利用运输装置中引擎机车的机车电池组输出的直流 电， 转换成搅拌驱动电机所需的变频交流电， 不仅实现了在砂浆运输途中可以同时进行搅 拌工作， 节省工频供电状态下， 搅拌机的工作时间， 同时也省略了工频电源供电时所需的变 流减压电机起动器， 达到简化变频接入电路的目的。
综上， 使用本发明提供的砂浆车搅拌控制系统， 当砂浆车的运输装置停车后， 可以 通过工频电源接入电路给搅拌驱动单元提供电能。当砂浆车运输途中， 可以通过变频电源 供电单元给搅拌驱动单元提供电能。 通过转换开关实现工频电源供电到变频电源供电的适 时转换， 实现砂浆车在运输途中可以进行砂浆搅拌工作， 有效避免了砂浆在长距离运输途 中或异地运输时产生凝固结块。使砂浆的长距离运输和异地运输变得容易。同时， 由于利 用变频电源供电， 可以在运输途中进行砂浆搅拌， 有效节约砂浆的运输、 制备周期， 用于工 程建设时， 不仅保证了工程质量， 还可以缩短工程建设时间。 另外， 在控制系统中增加第二转换开关， 不仅可以实现工频接入控制、 变频接入控 制， 还具有零位控制， 可以起到保护电路的作用。
此外， 对于搅拌电机的额定功率大于等于 7.5KW 的情况， 可以在工频接入电路中 增加变流减压电机起动器， 改变电动机从起动到正常运转时的定子绕组的接线方式， 减小 电动机起动时的电压和电流， 保护电动机。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的一种砂浆车搅拌控制系统， 以及一种砂浆车， 进行了详细 介绍， 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明 只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想 ； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本 发明的思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不应 理解为对本发明的限制。