CN108442329B - 一种渠道自动清淤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种渠道自动清淤系统，包括：升降模块，用于控制升降台和闸门在竖直方向移动；变频模块；传感器检测模块；清淤机控制模块，用于启动清淤机使其开始工作；数据输入模块，用于键盘输入和液晶显示，实现系统工作参数的设置和启动工作；信号分析处理模块；数据输入模块和传感器检测模块分别与信号分析处理模块输入端连接，信号分析处理模块与升降模块、变频模块及清淤机控制模块连接，通过信号分析处理模块实现智能清淤。本发明提供的渠道自动清淤系统，自动化操作效率高，节约大量劳动力，同时保证渠道底部淤泥得到有效清理，通过对变频信号的相应处理，使系统适用于不同的渠底环境，通过对参数的设置，使系统适用于不同尺寸要求的渠道情况。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程施工自动控制领域，具体涉及一种渠道自动清淤系统。
背景技术
机械清淤作为一种效率高、节省劳动力的技术，一般广泛运用于河道、泥塘、大型渠道等区域不仅劳力消耗大，而且存在效率低、速度慢等问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种渠道自动清淤系统，主要应用于小型渠道的清淤，明显提高了施工质量和施工效率，降低了劳动强度，节约劳动力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种渠道自动清淤系统，包括：
用于实现升降台和闸门分别在竖直方向移动的升降模块；
用于改变清淤机功率的变频模块；
用于实现系统定位、测量淤泥厚度、测量渠道内水流流速、测量清淤机与渠道两侧之间的距离、测量绞刀装置感应阻力、测量升降台背部与清淤机之间的距离以及测量升降台底部与水面之间的距离的传感器检测模块；
用于启闭清淤机和控制清淤机返回的清淤机控制模块；
用于提供键盘输入和液晶显示，实现系统工作参数设置和确认开始工作的数据输入模块；
用于接收并处理数据输入模块和传感器检测模块输出的信号并控制升降模块、变频模块和清淤机控制模块工作的信号分析处理模块，信号分析处理模块与数据输入模块和传感器检测模块输出端相连，用于接收并处理数据输入模块和传感器检测模块输出的信号，信号分析处理模块还与升降模块、变频模块以及清淤机控制模块输入端相连接，根据处理得到的结果调控升降模块、变频模块和清淤机控制模块。
进一步的，还包括用于在系统无法正常工作时紧急停止的安全系统模块和用于与前述各模块相连并为系统各模块提供电源的电源模块。
进一步的，所述升降模块包括升降驱动电机、升降台和闸门，在工作过程中升降驱动电机始终固定于升降台和闸门表面并为升降台和闸门提供升降动力，升降台和闸门固定于混凝土架内且二者在升降驱动电机的作用下沿混凝土架做升降运动。
进一步的，所述变频模块包括变频电机和绞刀装置，变频电机固定于清淤机主箱内部，用于改变绞刀装置的转速，绞刀装置上装有防缠绕刀片，以防止绞刀装置被水草等物缠住。
进一步的，所述清淤机控制模块包括推进器、一个用来固定绞刀装置的可调伸缩杆、一个用来保护绞刀装置的钢筋杆、清淤机和GPS定位器，推进器为清淤机的前进提供动力，绞刀装置通过旋转对渠底淤泥进行初步清理，可调伸缩杆能自动伸缩，可调伸缩杆一端固定于清淤机主箱上，可调伸缩杆另一端固定于绞刀装置上，用于对绞刀装置的位置进行调整，从而使绞刀装置贴近渠底淤泥，钢筋杆位于可调伸缩杆上，钢筋杆底端与绞刀装置底端平行，当GPS定位器显示清淤机与升降台之间的距离达到设置距离时清淤机自动返回。
进一步的，所述传感器检测模块包括七个与信号分析处理模块输入端相连的传感器，分别为：两个分别固定于清淤机主箱两侧边沿的第一激光测距传感器、一个固定于升降台背部的第二激光测距传感器、一个固定于升降台底部的第三激光测距传感器、一个固定于绞刀装置内部的压力传感器以及分别固定于渠道内的淤泥量传感器和水流速传感器，固定于渠道内的淤泥量传感器和水流速传感器分别采集测定淤泥厚度和渠道内水流速度信号并传输给信号分析处理模块，信号分析处理模块分析处理后进行闸门的调节和升降台的下降；固定于清淤机箱两侧边沿的两个第一激光测距传感器在对具有不同厚度的渠底淤泥清理过程中，分别及时采集清淤机与渠道两侧的距离信号并传输给信号分析处理模块，信号分析处理模块分析处理后控制清淤机与渠道两侧的距离达到设定值以控制清淤机前进方向；固定于升降台背部的第二激光测距传感器用于清淤机工作结束退回后及时采集升降台与清淤机的距离信号并传输给信号分析处理模块，信号分析处理模块分析处理后控制清淤机停止和升降台上升；固定于升降台底部的第三激光测距传感器用于及时采集与水面的距离信号并传输给信号分析处理模块，信号分析处理模块分析处理后控制启动清淤机；固定于绞刀装置内部的压力传感器通过及时采集清淤机所遇阻力大小信号和是否接触到物体信号并传输给信号分析处理模块，信号分析处理模块分析处理后调节变频模块和可调伸缩杆。
进一步的，所述数据输入模块包括键盘控制模块和液晶显示模块；键盘控制模块用于对系统开始前的工作模式的选择、确认及参数的输入；液晶显示模块用于显示键盘控制模块的工作状态和系统的状态。
进一步的，所述信号分析处理模块主要由单片机和相应控制电路组成；信号分析处理模块用于接收数据输入模块和传感器检测模块输入的信号，通过分析处理后，实现对升降模块、清淤机控制模块、变频模块的控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种渠道自动清淤系统，包括：升降模块，用于控制升降台和闸门在竖直方向移动；变频模块，用于调整清淤机的功率；传感器检测模块，用于实现系统定位、测量淤泥厚度、测量渠道内水流速、测量清淤机与渠道两侧的距离、测量绞刀装置感应阻力、测量升降台背部与清淤机的距离、测量升降台底部与水面的距离；清淤机控制模块，用于启动清淤机使其开始工作；数据输入模块，用于键盘输入和液晶显示，实现系统工作参数的设置和启动工作；信号分析处理模块，与数据输入模块和传感器检测模块输出端相连，用于接收并处理数据输入模块和传感器检测模块输出的信号，信号分析处理模块还与升降模块、变频模块以及清淤机控制模块连接，根据处理得到的结果调控升降模块、变频模块和清淤机控制模块。本发明提供的渠道自动清淤系统，通过各模块之间的关联进行自动清淤工作，自动化操作工作效率高，节约了大量劳动力，同时保证渠道底部淤泥得到有效清理，通过对变频信号的相应处理，使系统适用于不同的渠底环境，通过对参数的设置，使系统适用于不同尺寸要求的渠道情况。
附图说明
图1是本发明的系统框架图；
图2是本发明的整体结构图；
图3是本发明的拆分结构示意图；
其中，1、信号分析处理模块，2、数据输入模块，2-1、键盘控制模块，2-2、液晶显示模块，3、升降模块，3-1、升降驱动电机，3-2、升降台，3-3、闸门，3-4、混凝土架，4、变频模块，4-1、变频电机，4-2、绞刀装置，4-2-1、防缠绕刀片，5、清淤机控制模块，5-1、推进器，5-2、可调伸缩杆，5-2-1、钢筋杆，5-3、清淤机主箱，5-4、GPS定位器，6、传感器检测模块，6-1、第一激光测距传感器、6-2、第二激光测距传感器、6-3、第三激光测距传感器、6-4、压力传感器、6-5、淤泥量传感器，6-6、水流速传感器，7-安全系统模块，8-电源模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示，一种渠道自动清淤系统，包括：
一个用于接收并处理数据输入模块2和传感器检测模块6输出的信号，并控制升降模块3、变频模块4和清淤机控制模块5工作的信号分析处理模块1；
一个用于提供键盘输入和液晶显示以实现系统工作参数的设置和确认开始工作的数据输入模块2；
一个用于实现升降台3-2和闸门3-3分别在竖直方向移动的升降模块3；
一个用于实现调整、改变清淤机功率的变频模块4；
一个用于启动清淤机使其开始工作的清淤机控制模块5；
一个用于实现系统定位、测量淤泥厚度、测量渠道内水流速、测量清淤机与渠道两侧之间的距离、测量清淤机感应阻力及测量升降台3-2与清淤机之间距离的传感器检测模块6；
用于在系统无法正常工作时紧急停止的安全系统模块7，用于系统保护，实现清淤系统紧急急停，提高工作安全性；
与前述各模块电连接并用于为系统各模块提供电源的电源模块8。
信号分析处理模块输入端分别与数据输入模块和传感器检测模块输出端相连，用于接收并处理数据输入模块和传感器检测模块输出的信号，信号分析处理模块输出端还与升降模块、变频模块以及清淤机控制模块输入端连接，根据处理得到的结果调控升降模块、变频模块和清淤机控制模块。
升降模块3包括升降驱动电机3-1、升降台3-2和闸门3-3，在工作过程中升降驱动电机3-1始终固定于升降台3-2和闸门3-3表面，用于为升降台3-2和闸门3-3提供升降动力，升降台3-2和闸门3-3固定于混凝土架3-4内，在升降驱动电机3-1的作用下，升降台3-2和闸门3-3可沿混凝土架3-4做升降运动。
变频模块4包括变频电机4-1、绞刀装置4-2和防缠绕刀片4-2-1，变频电机4-1固定于清淤机主箱5-3内部，绞刀装置4-2通过可调伸缩杆5-2与清淤机主箱5-3相连接，在变频电机4-1的作用下可改变绞刀装置4-2的转速，绞刀装置4-2通过旋转对渠底淤泥进行初步清理，绞刀装置4-2上装有防缠绕刀片4-2-1，以防止绞刀装置4-2被水草等物缠住。
清淤机控制模块5包括推进器5-1、可调伸缩杆5-2、一个用来保护绞刀装置4-2的钢筋杆5-2-1、清淤机主箱5-3和GPS定位器5-4，推进器5-1为清淤机的前进提供动力，可调伸缩杆5-2能够自动伸缩，可调伸缩杆5-2一端固定于清淤机主箱5-3上，可调伸缩杆5-2另一端固定于绞刀装置4-2上，用于对绞刀装置4-2的位置进行人工调整并使绞刀装置4-2贴近渠底淤泥，钢筋杆5-2-1固定于可调伸缩杆5-2上，钢筋杆5-2-1底端与绞刀装置4-2底端平行，用于保护绞刀装置4-2，当GPS定位器5-4显示清淤机与升降台3-2之间的距离达到设置距离时清淤机自动返回。
传感器检测模块6主要由七个传感器组成，包括：两个分别固定于清淤机主箱5-3两侧边沿的第一激光测距传感器6-1、一个固定于升降台3-2背部的第二激光测距传感器6-2、一个固定于升降台3-2底部的第三激光测距传感器6-3、一个固定于绞刀装置4-2内部的压力传感器6-4以及分别固定于渠道内的淤泥量传感器6-5和水流速传感器6-6，通过淤泥量传感器6-5及时采集测定淤泥厚度信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后进行数据输入模块2的输入和闸门3-3的调节工作，通过水流速传感器6-6及时采集测定渠道内水流速度信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后进行控制升降台3-2下降，两个第一激光测距传感器6-1分别固定于清淤机主箱5-3的两侧边沿，在清淤机对渠底淤泥的清理过程中，通过两个第一激光测距传感器6-1及时采集清淤机与渠道两侧之间的距离信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后控制清淤机与渠道两侧的距离达到设置距离值，用于确定清淤机的前进方向，清淤机工作结束退回后，通过升降台3-2背部的第二激光测距传感器6-2及时采集升降台3-2背部与清淤机的距离信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后控制清淤机停止和升降台3-2上升，通过固定于升降台3-2底部的第三激光测距传感器6-3及时采集升降台3-2底部与水面之间的距离信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后控制启动清淤机，绞刀装置4-2内部的压力传感器6-4及时采集清淤机所遇阻力大小信号和是否接触到物体信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后调节变频电机4-1和可调伸缩杆5-2，若铰刀装置4-2内部压力出现异常，异常数据传输至信号分析处理模块1进行处理，通过信号分析处理模块1控制安全系统模块7启动，同时调控变频电机4-1至停止动作，便于后期技术人员进行故障或问题的排查、维修等。
信号分析处理模块1主要由单片机和相应控制电路组成，信号分析处理模块1主要用于接收数据输入模块2和传感器检测模块6输入的信号，通过分析处理后实现对升降模块3、变频模块4、清淤机控制模块5的控制，信号分析处理模块1通过升降驱动电机3-1控制升降台3-2和闸门3-3的升降运动，信号分析处理模块1通过调控变频电机4-1的频率控制绞刀装置4-2的转速，可在不同转速下进行清淤工作，信号分析处理模块1通过推进器5-1驱动清淤机进行清淤动作。
数据输入模块2包括键盘控制模块2-1和液晶显示模块2-2，键盘控制模块2-1主要用于对模式的选择及参数的输入；液晶显示模块2-2主要用于显示键盘控制模块2-1的工作模式和系统的状态。
本发明采用的绞刀装置4-2、可调伸缩杆5-2、传感器检测模块6包括的七个传感器等各部件均可市购获得，型号、规格、尺寸等可进行灵活选择，实用性强。
实施例1
本实施例以系统的部分参数设定后的工作状况为具体说明如下：
工程中需要对一条长度为L＝600m，深度为h＝1m，口宽为B＝1.2m的混凝土衬砌U90渠道进行清淤。
清淤系统安装固定完毕后，通过数据输入模块2设定：淤泥厚度为d＝0.15m，渠道水流速为v＝2m/s，升降台3-2的升降速度为v1＝1.5m/s，清淤机的初始前进速度为v2＝1m/s，清淤机的返回速度为v3＝1.5m/s，清淤机5-3主箱距离两侧渠道的距离为L1＝0.2m，清淤机前进路程为L2＝600m，清淤机背部与清淤机距离为d1＝0.1m，清淤机底部与水面距离为d2＝-0.3m。
通过数据输入模块2进入初始化界面后，通过淤泥量传感器6-5及时采集测定淤泥厚度信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后进行数据输入模块2的输入和闸门3-3的调节升降工作，通过调节闸门3-3的升降改变水流速度，通过水流速传感器6-6实时采集测定渠道内水流速度信号，当检测到渠道内水流速度达到预设渠道水流速2m/s时，通过信号分析处理模块1分析处理后，闸门3-3停止升降动作，同时升降台3-2开始下降，通过传感器检测模块6实时采集升降台与水面的距离信号，当距离为0m时传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理，得知此时清淤机与水面齐平可进行清淤工作，控制启动清淤机，清淤机以1m/s的速度前进，前进过程中不断地通过第一激光测距传感器6-1采集清淤机主箱5-3与渠道两侧的距离信号，通过信号分析处理模块1分析处理后调整清淤机主箱5-3与渠道两侧墙体的距离为设定距离值，通过压力传感器6-4及时采集清淤机所遇阻力大小信号和是否接触到物体信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后调节变频电机4-1和可调伸缩杆5-2，当清淤机前进了600m后以1.5m/s的速度原路后退，通过第二激光测距传感器6-2及时采集升降台背部与清淤机的距离信号，当距离达到预设d1值：0.1m时传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处理后控制清淤机停止和升降台3-2上升，绞刀装置4-2通过旋转对渠底淤泥进行初步清理，当铰刀装置4-2无法正常运转时，安全系统模块7启动，变频电机4-1停止工作，。
显然，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明的技术基础上，对个别部件进行的改进和等同变化，不应排除在本发明的保护范围之外。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种渠道自动清淤系统，其特征在于，包括：
升降模块，用于控制升降台和闸门在竖直方向移动；
变频模块，用于调整清淤机的功率；
传感器检测模块，包括若干个传感器，分别用于实现系统定位、测量淤泥厚度、测量渠道内水流速、测量清淤机与渠道两侧的距离、测量绞刀装置感应阻力、测量升降台背部与清淤机的距离、测量升降台底部与水面的距离；
清淤机控制模块，用于启动清淤机使其开始工作；
数据输入模块，用于键盘输入，实现系统工作参数的设置和启动工作；
信号分析处理模块，与数据输入模块和传感器检测模块输出端相连，用于接收并处理数据输入模块和传感器检测模块输出的信号，信号分析处理模块还与升降模块、变频模块以及清淤机控制模块输入端相连接，根据处理得到的结果调控升降模块、变频模块和清淤机控制模块；
还包括用于在系统无法正常工作时紧急停止的安全系统模块和用于为系统各模块提供电源的电源模块；
所述升降模块包括升降驱动电机、升降台和闸门，在工作过程中升降驱动电机始终固定于升降台和闸门表面并为升降台和闸门提供升降动力，升降台和闸门固定于混凝土架内且二者在升降驱动电机的作用下沿混凝土架做升降运动；
所述变频模块包括变频电机、绞刀装置和防缠绕刀片，变频电机固定于清淤机主箱内部，用于改变绞刀装置的转速，绞刀装置通过可调伸缩杆与清淤机主箱相连接，绞刀装置通过旋转对渠底淤泥进行清理，绞刀装置上装有防缠绕刀片，以防止绞刀装置被水草缠住。
2.根据权利要求1所述的一种渠道自动清淤系统，其特征在于，所述清淤机控制模块包括推进器、用于固定绞刀装置的可调伸缩杆、用于保护绞刀装置的钢筋杆、清淤机和GPS定位器，所述推进器为清淤机的前进提供动力，可调伸缩杆能自动伸缩，可调伸缩杆一端固定于清淤机主箱上，可调伸缩杆另一端固定于绞刀装置上，用于对绞刀装置的位置进行调整并使绞刀装置贴近渠底淤泥，钢筋杆位于可调伸缩杆上，钢筋杆底端与绞刀装置底端平行，当GPS定位器显示清淤机与升降台之间的距离达到设计距离时清淤机自动返回。
3.根据权利要求1所述的一种渠道自动清淤系统，其特征在于，所述传感器检测模块包括七个与信号分析处理模块输入端相连的传感器，分别为：两个分别固定于清淤机主箱两侧边沿的第一激光测距传感器、一个固定于升降台背部的第二激光测距传感器、一个固定于升降台底部的第三激光测距传感器、一个固定于绞刀装置内部的压力传感器以及分别固定于渠道内的淤泥量传感器和水流速传感器，通过淤泥量传感器和水流速传感器分别采集测定淤泥厚度和渠道内水流速度并传输给信号分析处理模块进行处理，通过信号分析处理模块控制闸门的启闭和升降台的下降，通过固定于清淤机主箱两侧边沿的第一激光测距传感器实时采集清淤机与渠道两侧的距离信号并传输给信号分析处理模块进行处理，通过信号分析处理模块控制清淤机与渠道两侧的距离达到设定值以控制清淤机的前进方向，升降台背部的第二激光测距传感器用于清淤机工作结束退回后实时采集升降台与清淤机的距离信号并传输给信号分析处理模块行处理，通过信号分析处理模块分析处理后控制清淤机停止和升降台上升，固定于升降台底部的第三激光测距传感器用于采集升降台底部与水面的距离信号并传输给信号分析处理模块，通过信号分析处理模块分析处理后控制启动清淤机，通过固定于绞刀装置内部的压力传感器采集清淤机所遇阻力大小信号和是否接触到物体信号并传输给信号分析处理模块进行处理，通过信号分析处理模块分析处理后调控变频模块和可调伸缩杆。
4.根据权利要求1所述的一种渠道自动清淤系统，其特征在于，所述信号分析处理模块包括单片机和相应控制电路，通过单片机接收数据输入模块和传感器检测模块输入的信号并实现对升降模块、变频模块、清淤机控制模块的控制，所述数据输入模块包括键盘控制模块，键盘控制模块用于选择工作模式及输入工作参数，液晶显示模块用于显示键盘控制模块的工作模式和清淤系统的状态。
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| GR01 | Patent grant | ||
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