CN104550069A - 一种可变速坝体清刷机器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变速坝体清刷机器及其工作方法，本可变速坝体清刷机器包括：深水电机，其设有用于检测所述深水电机下潜深度的压力传感器，且与清洗刷配合用于淸刷水下坝体表面的污垢；以及功率调控单元，适于根据压力传感器获得的压力值控制深水电机获得与下潜深度相匹配的功率；采用了上述技术方案后，当本机器工作下潜至一定的深度的水域内，深度发生变化时，由压力传感器感测水压大小，并将数据数字化输出至上位机，经上位机处理并显示此时机器工作深度和所需的工作电压，以维持电机正常转速而不至于烧坏或速度过快导致的操控不便。

Description

一种可变速坝体清刷机器及其工作方法

技术领域

本发明涉及机械设计领域，尤其涉及一种适于水下坝体清洗的可变速坝体清刷机。

背景技术

大坝裂缝是混凝土坝体最主要的损伤，裂缝的存在会使大坝存在安全隐患，因此找出裂缝并进行修复是非常必要且迫切的。但是，深水坝表面与坝体裂缝处往往堆积大量水垢、水生植物等污垢，这些污垢既隐藏裂缝又妨碍修复进行，因此在大坝的可视探伤与快速修复技术中，坝体及裂缝表面污垢的彻底清除是关键。借鉴船体清刷技术，可利用清刷机器对坝体进行清洗，且清刷对坝体几乎无损伤。但由于清刷机器需要工作在不同深度的水下，在越深的地方，清刷阻力和电机负载越大，电机转速下降，故恒定功率的电机无法适应不断变化的水深，甚至可能烧坏。此外，在清刷机器工作过程中还存在很大的反冲力，给清洗带来不便。

因此，需要设计一种适于水下坝体清洗的可变速坝体清刷机，从而实现对不同水深坝体表面的清洗。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变速坝体清刷机及工作方法，以实现根据机器下潜深度实时调节深水电机转速，解决了当深度变化时电机转速不平稳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适于水下坝体清洗的坝体清刷机，包括：深水电机，其设有用于检测所述深水电机下潜深度的压力传感器，且与清洗刷配合用于淸刷水下坝体表面的污垢；以及功率调控单元，适于根据压力传感器获得的压力值控制深水电机获得与下潜深度相匹配的功率。

进一步，为了通过调节电压实现功率调节；所述压力传感器获得的水压数据发送给功率调控单元中的上位机以计算出深水电机的当前下潜深度，所述功率调控单元包括调压器，即所述上位机根据当前下潜深度控制调压器输出深水电机所需的工作电压。

进一步，为了使清洗刷贴合坝体表面，提高清洁效果；所述清洗刷安装于深水电机的联轴器前端；一叶轮安装于清洗刷与深水电机之间，其适于在深水电机转动时，产生向前推进力，以推动所述清洗刷贴近坝体表面。

进一步，为了实现数据传输和电压传输，以及对深水电机进行牵引；坝体清刷机还包括：卷扬器，所述卷扬器中的电缆用于连接调压器和深水电机，即根据所述深水电机的下潜深度及时收放电缆，所述电缆用于向所述深水电机输送电能和向所述计算机传送水压数据。

又一方面，本发明还提供了一种坝体清刷机的工作方法。

所述坝体清刷机的工作方法包括：所述坝体清刷机中深水电机的转速与该深水电机的下潜深度相匹配。

进一步，所述坝体清刷机中深水电机的转速与该深水电机的下潜深度相匹配的工作步骤如下：步骤S1，根据压力传感器采集的水压数据确定深水电机的下潜深度；步骤S2，通过所述下潜深度产生相应的输出功率，以控制所述深水电机的转速。

进一步，为了通过调节电压实现功率调节；所述步骤S2中输出功率的调节包括：深水电机的工作电压调节，即通过调节所述工作电压，以控制深水电机转速。

进一步，建立工作电压与下潜深度之间的公式，通过下潜深度计算工作电压的公式：式中，P_H为预设的最大下潜所对应的压强，ΔU为最大工作电压与初始工作电压U₀之差，以及P(t)为水压。

进一步，为了实现自动电压调节或者手动电压调节，所述步骤S2中控制所述深水电机的转速的方法包括：通过所述公式计算出与下潜深度相匹配的工作电压，以实现自动调节转速；或根据所述下潜深度手动调节工作电压，以实现手动调节转速。

进一步，为了使清洗刷贴合坝体表面，提高清洁效果；所述工作方法还包括：抵消清洗刷在高速转动清洗坝面时产生的反冲力的方法，其包括：通过安装于深水电机、清洗刷之间的叶轮转动所产生的向前推进力来抵消所述反冲力，使清洗刷贴合坝体表面。

本发明的有益效果是：采用了上述技术方案后，当本机器工作下潜至一定的深度的水域内，深度发生变化时，由压力传感器感测水压大小，并将数据数字化输出至上位机，经上位机处理并显示此时机器工作深度和所需的工作电压，以维持电机正常转速而不至于烧坏或速度过快导致的操控不便。同时，利用叶轮的转动产生的推力是机器始终较好地贴近坝体表面，提高清洗效率。本发明的效益在于，较好地保证了坝体表面的清洗效果和电机的安全运作，同时对大坝裂缝的发现与修复起到了很好的帮助作用，降低大坝安全隐患。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了坝体清刷机的原理框图；

图2示出了坝体清刷机的结构示意图；

图3示出了深水电机的转速与该深水电机的下潜深度相匹配的工作步骤流程图。

图中：深水电机1、清洗刷2、叶轮3、压力传感器4、上位机5、显示模块6、调压器7、卷扬器8、支撑架9。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

图1示出了坝体清刷机的原理框图。

图2示出了坝体清刷机的结构示意图。

如图1所示，本发明的一种适于水下坝体清洗的坝体清刷机，包括：深水电机1，其设有用于检测所述深水电机1下潜深度的压力传感器4，且与清洗刷2配合用于淸刷水下坝体表面的污垢；以及功率调控单元，适于根据压力传感器4获得的压力值控制深水电机1获得与下潜深度相匹配的功率。

作为所述功率调控单元一种可选的实施方式，所述功率调控单元可以采用电压调节方式。所述压力传感器4获得的水压数据发送给功率调控单元中的上位机5以计算出深水电机1的当前下潜深度，所述功率调控单元包括调压器7，即所述上位机5根据当前下潜深度控制调压器7输出深水电机1所需的工作电压。

作为所述功率调控单元一种可选的实施方式，所述功率调控单元也可以采用电流调节方式，通过输出电流来实现控制深水电机1的转速。

所述压力传感器4例如但不限于采用PTH501型号水压变送器，其采用全不锈钢封焊结构，稳定性好、精度高，并且可实现RS485接口数字信号输出，将数据及时送及上位机处理。所述上位机5例如但不限于采用计算机、具有ARM芯片的控制板。深水电机1可选的额定功率为2000W，采用高强密封防水设计，能够在20m深水下安全工作，动力输送通过有线电缆完成。

所述清洗刷2安装于深水电机1的联轴器前端；一叶轮3安装于清洗刷2与深水电机1之间，其适于在深水电机1转动时，产生向前推进力，以推动所述清洗刷2贴近坝体表面。所述清洗刷2由尼龙刷盘和不锈钢刷丝构成，实现对污垢清洗。所述叶轮3例如但不限于由三片叶扇构成，其在水下随深水电机1转动产生前向推力。

所述坝体清刷机还包括：卷扬器8，所述卷扬器8中的电缆用于连接调压器7和深水电机1，即根据所述深水电机1的下潜深度及时收放电缆，所述电缆用于向所述深水电机1输送电能和向所述上位机5(可选用计算机)传送水压数据。

所述上位机5还包括显示模块(例如液晶显示器)，所述调压器7需输出电压可由显示模块显示。

可选的，所述坝体清刷机还包括支撑架9，其用于固定与支撑深水电机1。

实施例2

在实施例1基础上，本发明还提供了坝体清刷机的工作方法。

所述坝体清刷机的工作方法，即所述坝体清刷机中深水电机1的转速与该深水电机1的下潜深度相匹配。

图3示出了深水电机的转速与该深水电机的下潜深度相匹配的工作步骤流程图。

如图3所示，所述坝体清刷机中深水电机1的转速与该深水电机1的下潜深度相匹配的工作步骤如下：

步骤S1，根据压力传感器4采集的水压数据确定深水电机1的下潜深度；

步骤S2，通过所述下潜深度产生相应的输出功率，以控制所述深水电机1的转速。

所述步骤S2中输出功率的调节包括：深水电机1的工作电压调节，即通过调节所述工作电压，以控制深水电机1转速。

通过下潜深度计算工作电压的公式：

式中，P_H为预设的最大下潜所对应的压强，ΔU为最大工作电压与初始工作电压U₀之差，以及P(t)为水压。

所述步骤S2中控制所述深水电机1的转速的方法包括：通过所述公式计算出与下潜深度相匹配的工作电压，以实现自动调节转速；或根据所述下潜深度手动调节工作电压，以实现手动调节转速。即手动调节时，所述调压器7例如但不限于采用三相动圏式调压器，输出电压范围为0V～430V。

所述工作方法还包括：抵消清洗刷在高速转动清洗坝面时产生的反冲力的方法，其包括：通过安装于深水电机1、清洗刷2之间的叶轮3转动所产生的向前推进力来抵消所述反冲力，使清洗刷贴合坝体表面。

本发明的工作原理如下：

首先通过支撑架9将深水电机置于工作环境。电机的空载启动电压为110V，设定初始工作电压U₀为150V。接入电源，本坝体清刷机开始工作。此时，压力传感器4实时检测水压大小，设测得的水压为P(t)。压力传感器4将数据传从至计算机5，计算机5根据公式：计算得到电机所需的合适工作电压，式中，P_H为预设最大下潜深度对应的压强，ΔU为最大工作电压与初始工作电压之差。同时，通过水压P(t)计算当前的水下下潜深度h，将h与P(t)同时显示在显示模块6上。其次，根据显示模块6上的指示信息，在10V范围内四舍五入取整十，改变调压器输出电压的大小。例如当下潜深度增加时，深水电机1转速下降，通过提高电压来提升深水电机1转速，以求在深水区达到均衡的清洗效果。最后，当深水电机1工作上下移动时，卷扬器8可以及时收放电缆，确保机器安全工作。此外，由深水电机11工作带动轴端叶轮3转动，叶轮3产生向前的推进力以抵消清洗刷2高速转动清洗坝面时产生的反冲力，确保机器始终贴近坝面，维持较高效率的清洗过程。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种适于水下坝体清洗的坝体清刷机，其特征在于，包括：

深水电机，其设有用于检测所述深水电机下潜深度的压力传感器，且与清洗刷配合用于淸刷水下坝体表面的污垢；以及

功率调控单元，适于根据压力传感器获得的压力值控制深水电机获得与下潜深度相匹配的功率。

2.如权利要求1所述的坝体清刷机，其特征在于，所述压力传感器获得的水压数据发送给功率调控单元中的上位机以计算出深水电机的当前下潜深度，所述功率调控单元包括调压器，即

所述上位机根据当前下潜深度控制调压器输出深水电机所需的工作电压。

3.如权利要求2所述的可变速坝体清刷机，其特征在于，所述清洗刷安装于深水电机的联轴器前端；

一叶轮安装于清洗刷与深水电机之间，其适于在深水电机转动时，产生向前推进力，以推动所述清洗刷贴近坝体表面。

4.如权利要求3所述的可变速坝体清刷机，其特征在于，坝体清刷机还包括：卷扬器，所述卷扬器中的电缆用于连接调压器和深水电机，即根据所述深水电机的下潜深度及时收放电缆，所述电缆用于向所述深水电机输送电能和向所述计算机传送水压数据。

5.一种坝体清刷机的工作方法，其特征在于，所述坝体清刷机中深水电机的转速与该深水电机的下潜深度相匹配。

6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，所述坝体清刷机中深水电机的转速与该深水电机的下潜深度相匹配的工作步骤如下：

步骤S1，根据压力传感器采集的水压数据确定深水电机的下潜深度；

步骤S2，通过所述下潜深度产生相应的输出功率，以控制所述深水电机的转速。

7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，所述步骤S2中输出功率的调节包括：深水电机的工作电压调节，即通过调节所述工作电压，以控制深水电机转速。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，通过下潜深度计算工作电压的公式： $U=U_0+\frac{P\left(t\right)}{P_H}\mathrm{\ΔU},$

式中，P_H为预设的最大下潜所对应的压强，ΔU为最大工作电压与初始工作电压U₀之差，以及P(t)为水压。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述步骤S2中控制所述深水电机的转速的方法包括：

通过所述公式计算出与下潜深度相匹配的工作电压，以实现自动调节转速；或

根据所述下潜深度手动调节工作电压，以实现手动调节转速。

10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，所述工作方法还包括：抵消清洗刷在高速转动清洗坝面时产生的反冲力的方法，其包括：通过安装于深水电机、清洗刷之间的叶轮转动所产生的向前推进力来抵消所述反冲力，使清洗刷贴合坝体表面。