CN113442687B - 地下工程施工设备及其驾驶舱环境的自动调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种地下工程施工设备及其驾驶舱环境的自动调节系统，在实际操作中，空气压缩机将驾驶舱外的隧道洞内空气压缩以提高压力，经空气净化器完成对粉尘、颗粒物等的过滤后进入空气储罐，空气储罐起缓冲区的作用，通过第一切换阀完成不同管路的配气；空气净化器净化后的第一路空气通过冷干机去除水分供制氧机制备氧气，制好的氧气进入氧气储罐并通过第二调节阀调节进气量。净化后的第二路空气直接通过第一切换阀和第三调节阀后进入驾驶舱；温度调节由工业空调器完成。压差传感器负责监测驾驶舱内外压差，通过微正压的方法保持驾驶舱内的空气洁净。上述设置，解决了隧道环境内空气湿度大、温度高、含氧度低以及空气混浊的问题。

Description

地下工程施工设备及其驾驶舱环境的自动调节系统

技术领域

本发明属于驾驶舱空气综合治理技术领域，特别涉及一种地下工程施工设备及其驾驶舱环境的自动调节系统。

背景技术

在地下隧道施工过程中，机械化设备的大量投入，能够极大的减少施工过程中劳动力投入、减轻劳动负担、提高施工安全性及效率。大多数情况下，隧道环境内兼具了高温、高湿、粉尘、噪音、低氧等各类恶劣环境条件，工作人员可以一般通过佩戴呼吸面罩，穿戴风扇、通风服等措施改善工作条件，在高海拔地区，由于空气中氧气含量低，常规的洞内通风条件下，在洞内空气含氧量无法满足正常工作需要时，可以结合氧气瓶等吸氧设备间歇性的补充氧气，保障人员用氧需求。

对于需要补充氧气的高原地区，由于换气量大，对于氧气的需求量大，不适合长期运行，对制氧设备的制氧能力要求较高。同时由于隧道内温度高、湿度大、粉尘量大、同时施工设备一般需要长时间开启施工等特定条件，常规的空调、制氧设备对空气条件有特定要求，势必无法满足长时间开机运行的使用条件。

因此，如何解决隧道环境内空气湿度大、温度高、含氧度低以及空气混浊的问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统及地下工程施工设备，解决了隧道环境内空气湿度大、温度高、含氧度低以及空气混浊的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统，包括：

工业空调器，用于调节驾驶舱内温度；

空气压缩机、空气净化器及空气储罐，所述空气压缩机的进气口连通驾驶舱外且排气口连通所述空气净化器的一端，所述空气净化器的另一端连通所述空气储罐的入口；

冷干机、制氧机及氧气储罐，所述空气储罐的出口通过第一排气管路连通所述冷干机，所述冷干机依次通过所述制氧机和所述氧气储罐向驾驶舱内通入氧气，所述空气储罐的出口通过第二排气管路向驾驶舱内通入净化空气；

第一切换阀，所述第一切换阀的第一进气口和第二进气口分别连通所述空气储罐和所述冷干机且出气口连通驾驶舱内，用于当驾驶舱内湿度超过预设值时，开启所述第二进气口，当驾驶舱内湿度未超过预设值时，开启所述第一进气口；

第二调节阀，用于调节所述制氧机和所述空气储罐向驾驶舱内的排气量；

第三调节阀，用于调节所述第一切换阀的出气口向驾驶舱内的排气量；

控制单元，用于控制所述工业空调器、所述第一切换阀、所述第二调节阀和所述第三调节阀的开关；

其中，所述控制单元包括用于检测驾驶舱内外压差的压差传感器，当所述压差传感器检测到驾驶舱内的气压低于驾驶舱外的气压时，控制所述第二调节阀和所述第三调节阀增大进气量。

可选的，所述控制单元包括湿度传感器，用于检测驾驶舱内湿度，当驾驶舱内湿度超过预设值时，控制所述第一切换阀开启所述第二进气口，当驾驶舱内湿度未超过预设值时，控制所述第一切换阀开启所述第一进气口。

可选的，所述控制单元还包括第一压力传感器，用于检测驾驶舱内气压，控制所述第二调节阀和所述第三调节阀的进气量。

可选的，所述控制单元还包括氧传感器，用于检测驾驶舱内氧气含量，控制所述第三调节阀的进气量。

可选的，所述控制单元还包括CO₂传感器，用于检测驾驶舱内CO₂浓度，控制所述第二调节阀和所述第三调节阀的进气量。

可选的，所述控制单元还包括温度传感器，用于检测驾驶舱内温度，当超过预设温度调节范围时，开启所述工业空调器，当处于预设温度调节范围时，关闭所述工业空调器。

可选的，所述控制单元还包括第二压力传感器，用于检测所述氧气储罐内压力，控制所述制氧机的开闭；

可选的，所述控制单元还包括第三压力传感器，用于检测所述空气储罐的压力，控制所述制氧机的开闭。

可选的，还包括人机交互装置，用于显示各部件的检测数据。

本方案还提供一种地下工程施工设备，包括如上文所述的地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统。

本发明所提供的一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统，在实际操作中，空气压缩机将驾驶舱外的隧道洞内空气压缩以提高压力，经空气净化器完成对粉尘、颗粒物等的过滤后进入空气储罐，空气储罐起缓冲区的作用，通过第一切换阀完成不同管路的配气；空气净化器净化后的第一路空气通过冷干机去除水分供制氧机制备氧气，制好的氧气进入氧气储罐并通过第二调节阀调节进气量。空气净化器净化后的第二路空气直接通过第一切换阀和第三调节阀后进入驾驶舱。进气量由电气控制系统自动调节；温度调节由工业空调器完成，为了满足隧道洞内高温条件下，空调室长时间工作的要求，选用适应高温条件的工业空调器。空调器的启停由电气控制系统自动调节。控制单元包括负责监测驾驶舱内外压差的压差传感器，通过微正压的方法保持驾驶舱内的空气洁净，将净化的空气注入驾驶舱，利用与外界的微小压差，让舱内的气体压力始终大于舱外，使得舱内的空气保持一定的外泄量，这样可以有效地阻止外界浑浊空气的进入，保持内部环境洁净。系统可以结合压差传感器的数据实时调整进气量，保持压差闭环控制的实时调整效果。通过上述设置，解决了隧道环境内空气湿度大、温度高、含氧度低以及空气混浊的问题。

本发明还提供了一种具有上述地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统的地下工程施工设备，因此，其同样具有上述有益效果，此处便不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统的功能流程图；

图2为本发明实施例提供的一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统的控制结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的核心是提供一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统及地下工程施工设备，解决了隧道环境内空气湿度大、温度高、含氧度低以及空气混浊的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，本发明提供了一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统，包括工业空调器、空气压缩机、空气净化器及空气储罐、冷干机、制氧机及氧气储罐、第一切换阀、第二调节阀、第三调节阀以及控制单元。

其中，工业空调器用于调节驾驶舱内温度。

空气压缩机的进气口连通驾驶舱外且排气口连通空气净化器的一端，空气净化器的另一端连通空气储罐的入口。

空气储罐的出口通过第一排气管路连通冷干机，冷干机依次通过制氧机制备高纯度氧气经氧气储罐向驾驶舱内通入氧气，空气储罐的出口通过第二排气管路向驾驶舱内通入净化空气。

第一切换阀的第一进气口和第二进气口分别连通空气储罐和冷干机且出气口连通驾驶舱内，用于当驾驶舱内湿度超过预设值时，开启第二进气口，当驾驶舱内湿度未超过预设值时，开启第一进气口。

第二调节阀用于调节制氧机和空气储罐向驾驶舱内的排气量。具体为电控比例阀。

第三调节阀用于调节第一切换阀的出气口向驾驶舱内的排气量。

控制单元用于控制工业空调器、第一切换阀、第二调节阀和第三调节阀的开关。

实际操作中，空气压缩机将驾驶舱外的隧道洞内空气压缩以提高压力，经空气净化器完成对粉尘、颗粒物等的过滤后进入空气储罐，空气储罐起缓冲区的作用，通过第一切换阀完成不同管路的配气。

从空气净化器净化后的第一路空气通过冷干机去除水分供制氧机制备氧气，制好的氧气进入氧气储罐并通过第二调节阀调节进气量。空气净化器净化后的第二路空气直接通过第一切换阀和第三调节阀后进入驾驶舱。进气量由电气控制系统自动调节。

温度调节由工业空调器完成，为了满足隧道洞内高温条件下，空调室长时间工作的要求，选用适应高温条件的工业空调器。空调器的启停由电气控制系统自动调节。

上述设置，针对高原隧道施工设备的自身特点，为包含驾驶舱的施工设备设计安装特定的环境调节系统，同时具备温度、湿度、氧浓度和压力调节功能，将对应的系统以模块化的形式与施工设备进行集成融合。通过控制单元中的各传感器检测环境数据；加装适应高温条件的工业空调器，保障温度调节功能的正常运行；利用驾驶舱不完全密封的气密性条件，通过调节第一切换阀、第二调节阀和第三调节阀的排气量，使驾驶舱内外形成压差，保障驾驶舱内微正压状态，防止外部气体进入，保障内部空间的空气洁净度；设置前置冷干机，降低空气湿度，制氧机提高气源的质量，保障氧气系统的可靠运行；将相关的控制系统接入施工设备的控制系统，实现人机操作的一体化及设备驱动的自动控制。

采用上述高原隧道施工设备的驾驶舱中，通过设计相关的环境调节装置，可长时间保持空间内部的空气洁净、温度舒适、并将氧气含量控制在一定的浓度，同时考虑将相关的环境控制设备作为部件集成在施工设备上，可以有效的进行操作及参数调节。上述的装置可以保障装备操作人员长时间进行设备作业，提高人员作业效率。

结合自动调节系统中各功能部件，通过各类检测元件的实时检测，自动调节系统可以实时监测驾驶舱内环境数据并进行联动控制。系统控制结构框图如图2所示。

本实施例中，检测元件包括压差传感器、湿度传感器、第一压力传感器、氧传感器、CO₂传感器、温度传感器、第二压力传感器和/或第三压力传感器。

其中，压差传感器用于检测驾驶舱内外的大气压差，当压差传感器检测到驾驶舱内的气压低于驾驶舱外的气压时，结合氧气、湿度等数据关联调节，控制第二调节阀和第三调节阀增大进气量。通过微正压的方法保持驾驶舱内的空气洁净，将净化的空气注入驾驶舱，利用与外界的微小压差，让驾驶舱内的气体压力始终大于驾驶舱外，使得驾驶舱内的空气保持一定的外泄量，这样可以有效地阻止外界浑浊空气的进入，保持内部环境洁净。系统可以结合压差传感器的数据实时调整进气量，保持压差闭环控制的实时调整效果。

湿度传感器用于检测驾驶舱内的空气湿度，当驾驶舱内湿度超过预设值(具体数值可根据实际环境设定)时，控制第一切换阀开启第二进气口，当驾驶舱内湿度未超过预设值时，控制第一切换阀开启第一进气口。空气净化后分为两路，一路经过冷干机去除水分，一路则直接连接第一切换阀，通过这样的设置，当驾驶舱内湿度超过预设值时，通过第一切换阀将经过冷干机的干燥空气通入驾驶舱内，可以降低空气湿度，反之，则可以通过第一切换阀将不经过冷干机的湿润空气通入驾驶舱内。通过不同的气源，结合换气过程的空气循环过程，完成湿度调整。

第一压力传感器用于检测驾驶舱内的大气压，结合氧气、湿度等数据关联调节，控制第二调节阀和第三调节阀的进气量。当设备在高原或通风状态很差的洞内施工时，如果气压太低，不利于操作人员长时间操作施工设备，此时可以通过增大进气量，保持舱内的气压在一个合理的范围内，经过空气经空气压缩机压缩进入空气储罐的气压一般可以达到4-5个大气压，具备提升舱内压力调整的上限能力。

氧传感器用于检测驾驶舱内氧气含量，控制第三调节阀的进气量。结合检测氧含量数据，控制制氧机制备的氧气储罐出口阀门，可以实时的调整驾驶舱内氧气含量，由于驾驶舱空间小，载人数量少，密闭条件良好，对制氧设备的性能指标要求不高，可以通过弥散供氧的方式，直接提高舱内氧含量。在高原施工的场景中，可以让操作人员免于佩戴鼻吸设备，有利于长时间作业，防止高原反应，提高作业效率。

CO₂传感器用于检测驾驶舱内CO₂浓度，控制第二调节阀和第三调节阀的进气量。浓度较大时可以增大换气量，加速驾驶舱内的气体循环速度。

温度传感器用于检测驾驶舱内温度，当超过预设温度调节范围时，开启工业空调器，当处于预设温度调节范围时，关闭工业空调器。判定工业空调器启停的依据，工业空调器能够满足大的温度范围内的温度调节，整个工作过程只涉及到热量交换，不会参与气体交换，在系统中属于较为独立的一套调节部件。

第二压力传感器用于检测氧气储罐内压力，控制制氧机的开闭。氧气储罐配备第二压力传感器，当压力低于设定值时制氧机启动制氧，当压力高于设定值时制氧机停止制氧。氧气进气量可以通过电气系统自动调节。

第三压力传感器用于检测空气储罐的压力，控制制氧机的开闭。

通过设计合理的储罐，在氧气及洁净气体的生产和使用过程中，设置了一个缓冲区，保证了气体供应及时和平稳性。通过检测储罐的压力，结合实际的用气量，可以结合需求间歇性的开启相关的部件，如在氧气浓度合理或用量很小的隧道洞内环境，制氧机可以不需要开启或长时间间歇性开启，减少功耗的同时，提高了设备的使用寿命。

进一步地，本方案的自动调节系统还包括人机交互装置，用于显示各部件的检测数据。

上述各环境数据的闭环调整是一个关联调节的闭环系统，为了满足任何一个参数的调节，都可能影响到其他参数的波动，比如增大空气进量，提高了驾驶舱内压力，减少了二氧化碳浓度，增大了换气速度的同时，也可能减少了氧气的浓度，并提高了舱内的气温，需要配合氧气的调节和空调器的介入。

因此，驾驶舱内的环境调节需要一个实时监控并闭环调整的电气系统进行控制。保证了各环境参数在一个合理的范围值，可以为操作人员提供一个较为理想的作业环境，从而提高作业效率。将上述的检测元件、执行器件集成到现有施工设备的电控系统中，同时利用现有电控系统的处理资源对环境调节系统进行控制，节约硬件成本。

综上，本案提供的自动调节系统具有如下有益效果：

1、通过对洞内施工设备驾驶舱内的环境进行调节，为作业人员提供了理想的作业环境，提升作业时间，提高作业效率；

2、通过电气系统的自动控制完成环境参数的自动调整，方便可靠；

3、依托施工设备的电气系统及人机交互界面，能有效地控制集成成本，提高操作便捷性。

此外，本申请还公开了一种地下工程施工设备，包括如上述实施例中公开的地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统。因此，具有该地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统的地下工程施工设备也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。

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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统，其特征在于，包括：

工业空调器，用于调节驾驶舱内温度；

空气压缩机、空气净化器及空气储罐，所述空气压缩机的进气口连通驾驶舱外且排气口连通所述空气净化器的一端，所述空气净化器的另一端连通所述空气储罐的入口；

冷干机、制氧机及氧气储罐，所述空气储罐的出口通过第一排气管路连通所述冷干机，所述冷干机依次通过所述制氧机和所述氧气储罐向驾驶舱内通入氧气，所述空气储罐的出口通过第二排气管路向驾驶舱内通入净化空气；

第一切换阀，所述第一切换阀的第一进气口和第二进气口分别连通所述空气储罐和所述冷干机且出气口连通驾驶舱内，用于当驾驶舱内湿度超过预设值时，开启所述第二进气口，当驾驶舱内湿度未超过预设值时，开启所述第一进气口；

第二调节阀，用于调节所述制氧机和所述空气储罐向驾驶舱内的排气量；

第三调节阀，用于调节所述第一切换阀的出气口向驾驶舱内的排气量；

控制单元，用于控制所述工业空调器、所述第一切换阀、所述第二调节阀和所述第三调节阀的开关；

其中，所述控制单元包括用于检测驾驶舱内外压差的压差传感器，当所述压差传感器检测到驾驶舱内的气压低于驾驶舱外的气压时，控制所述第二调节阀和所述第三调节阀增大进气量。

2.根据权利要求1所述的自动调节系统，其特征在于，所述控制单元包括湿度传感器，用于检测驾驶舱内湿度，当驾驶舱内湿度超过预设值时，控制所述第一切换阀开启所述第二进气口，当驾驶舱内湿度未超过预设值时，控制所述第一切换阀开启所述第一进气口。

3.根据权利要求2所述的自动调节系统，其特征在于，所述控制单元还包括第一压力传感器，用于检测驾驶舱内气压，控制所述第二调节阀和所述第三调节阀的进气量。

4.根据权利要求2所述的自动调节系统，其特征在于，所述控制单元还包括氧传感器，用于检测驾驶舱内氧气含量，控制所述第三调节阀的进气量。

5.根据权利要求2所述的自动调节系统，其特征在于，所述控制单元还包括CO₂传感器，用于检测驾驶舱内CO₂浓度，控制所述第二调节阀和所述第三调节阀的进气量。

6.根据权利要求1所述的自动调节系统，其特征在于，所述控制单元还包括温度传感器，用于检测驾驶舱内温度，当超过预设温度调节范围时，开启所述工业空调器，当处于预设温度调节范围时，关闭所述工业空调器。

7.根据权利要求1所述的自动调节系统，其特征在于，所述控制单元还包括第二压力传感器，用于检测所述氧气储罐内压力，控制所述制氧机的开闭。

8.根据权利要求1所述的自动调节系统，其特征在于，所述控制单元还包括第三压力传感器，用于检测所述空气储罐的压力，控制所述制氧机的开闭。

9.根据权利要求1-8任一项所述的自动调节系统，其特征在于，还包括人机交互装置，用于显示各部件的检测数据。

10.一种地下工程施工设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的地下工程施工设备驾驶舱环境的自动调节系统。

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