CN113957944A - 挖掘机的自动降尘系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
挖掘机的自动降尘系统和控制方法，喷头雾化装置通过增压水管和增压空气管分别连接有增压水泵和增压空气泵，增压水管和增压空气管上分别设有增压水管压力传感器和增压空气压力传感器，增压水泵通过常压水管连接有储水箱，储水箱内设有水位传感器、加热装置和温度传感器，还包括主控制器，主控制器连接有铲斗外摆液压油管压力开关、铲斗内收液压油管压力开关和显示仪表。本发明通过在挖掘机配备储水箱、喷淋装置及相关管路系统，并利用一台增压空气泵和一台增压水泵同时工作，使增压后的水和空气在喷头雾化装置中充分混合接触，形成较大的冲力并产生微细液滴尺寸的水雾，从而对扬尘环境发挥很好的喷淋效果，喷淋调节比更广，更加节能节水。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体是挖掘机的自动降尘系统和控制方法。
背景技术
随着科技的进步，工程机械领域的发展也进入了加速期，特别挖掘机在施工项目中发挥着重要的作用。为贯彻执行清洁施工及绿色节能的工作理念，施工方在环境扬尘自我管控及治理环节的标准也越来越严格。目前在施工场地常见的降尘设备一般是围墙密集独立式喷淋降尘系统或车载雾炮降尘装备，进行被动式喷淋降尘。在一般施工场景里，每台挖掘机均需要配备一台车载雾炮降尘装备在挖掘机工作区域之外配合喷淋降尘。行业内陆续也出现了挖掘机上自带喷淋降尘装置，可以实现扬尘区域及时喷淋，达到降尘的目的。
比较常见的围墙密集独立式喷淋降尘系统或车载雾炮降尘装备，由于是采取被动喷淋方式，往往无法靠近扬尘源头，不但施工环境危险，还会造成水资源严重浪费，但扬尘效果并不理想的情况。冬季施工时，水箱容易结冰，喷淋系统无法正常使用。
挖掘机上自带喷淋降尘装置的方案，一般采用在车载储水箱里面安装自吸式抽水泵，通过软管连接到末端喷头位置，针对扬尘位置进行喷淋降尘。受限于工作装置活动部位软连接管路不能承受较大压力的因素，往往喷淋出的水雾颗粒较大，导致形成的水雾面积达不到理想状态。一旦采取加大抽水泵功率的方式提升喷淋面积和效率，车载储水箱里面的水可能很快耗尽，需要频繁补水，既浪费水源，又浪费辅助人力。由于喷头装置直接暴露在扬尘区域，导致喷头极易被污染堵塞，需要频繁清理喷头，堵塞严重时还需要换新处理，维护成本较高。冬季施工时，水箱容易结冰，喷淋系统无法正常使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、效果良好的挖掘机的自动降尘系统和控制方法。
本发明是以如下技术方案实现的：挖掘机的自动降尘系统，包括靠近铲斗设置的喷头雾化装置，所述喷头雾化装置通过增压水管和增压空气管分别连接有增压水泵和增压空气泵，所述增压水管和增压空气管上分别设有增压水管压力传感器和增压空气压力传感器，所述增压水泵通过常压水管连接有储水箱，所述储水箱内设有水位传感器、加热装置和温度传感器，还包括主控制器，所述主控制器的输入端连接有增压水管压力传感器、增压空气压力传感器、水位传感器、温度传感器、铲斗外摆液压油管压力开关和铲斗内收液压油管压力开关，所述主控制器的输出端连接有增压水泵、增压空气泵和加热装置，所述主控制器双向连接有显示仪表。
所述喷头雾化装置、增压水管和增压空气管设置在斗杆上，所述增压水管与喷头雾化装置的轴向接口连接，所述增压空气管与喷头雾化装置的侧向接口连接。
所述增压水管压力传感器设置在靠近增压水泵的出口处，所示增压空气压力传感器设置在靠近增压空气泵的出口处。
所述增压水泵和增压空气泵出口处并联引出多组分支组成多组喷头雾化装置。
所述加热装置为独立的电加热装置或收集挖掘机余热的装置。
所述显示仪表上设有降尘模式、自动降尘和自动清污按钮。
一种使用挖掘机的自动降尘系统的方法，包括降尘模式和清污模式，
降尘模式包括如下步骤：
步骤S101：点击显示仪表上的降尘模式和自动降尘功能按钮，向主控制器设置降尘模式和激活启动自动降尘功能；
步骤S102：根据水位传感器信号判断储水箱内部的水位是否达到了报警位，如果水位低于警戒位，则显示仪表发出水位低警告信息，提醒及时对储水箱进行补水；若水位属于正常位，则进行下一步操作；
步骤S103：根据水温传感器信号判断储水箱内部的温度是否达到了报警位，如果水温低于警戒位，启动加热装置对水箱内部的水进行加热；若水温属于正常值，则进行下一步操作；
步骤S104：当水箱水位和温度均正常时，主控制器根据步骤S101中选择的强度模式自动调用相应的雾化功能模块；
步骤S105：根据铲斗外摆液压油管压力开关的信号和铲斗内收液压油管压力开关的信号，判断当前机器是否处于施工状态，当机器处于施工状态时，结合步骤S104中选择的雾化功能模块，及时控制增压水泵转速控制电流值和增压空气泵转速控制电流值，保证自动降尘效果；当机器不动作时，则不进行操作；
清污模式包括如下步骤：
步骤S201：点击显示仪表上的自动清污按钮，向主控制器设置开启自动清污指令，激活自动清污功能；
步骤S202：判断增压水泵的运行状态，若增压水泵还未停止运行，发送停止增压水泵指令；
步骤S203：启动增压空气泵；
步骤S204：清污时间结束后，自动停止增压空气泵。
步骤S101中，主控制器预设了大、中、小三种强度模式的降尘模块，大、中、小三种强度模式的扬尘高度分别大于1.5米、0.5米～1.5米和小于0.5米。
步骤S102中，所述储水箱的警戒位为正常水位的10%处，步骤S103中，水温警戒位为10℃。
本发明具有以下优点：本发明的挖掘机的自动降尘系统和控制方法，通过在挖掘机配备储水箱、喷淋装置及相关管路系统，并利用一台增压空气泵和一台增压水泵同时工作，使增压后的水和空气在喷头雾化装置中充分混合接触，形成较大的冲力并产生微细液滴尺寸的水雾，从而对扬尘环境发挥很好的喷淋效果，喷淋调节比更广，更加节能节水。同时，还具备自动清污功能，大大节省人力、备件及整机维护成本。设计了自动加热功能，满足四季可用。
附图说明
图1为本发明的自动降尘系统在铲斗位置的主要部件构成图；
图2为本发明的自动降尘系统的系统构成图；
图3为本发明的自动降尘功能的控制方法流程图；
图4为本发明的喷头雾化装置自动清污功能的控制方法流程图；
图中：101、喷头雾化装置，200、储水箱，201、增压水管，202、增压水管压力传感器，203、增压水泵，204、常压水管，205、水位传感器，206、加热装置，207、温度传感器，301、增压空气管，302、增压空气压力传感器，303、增压空气泵，401、铲斗外摆液压油管压力开关，402、铲斗内收液压油管压力开关，501、主控制器，601、显示仪表。
具体实施方式
如图1至图4所示的挖掘机的自动降尘系统，包括靠近铲斗设置的喷头雾化装置101，所述喷头雾化装置101通过增压水管201和增压空气管301分别连接有增压水泵203和增压空气泵303，所述增压水管201和增压空气管301上分别设有增压水管压力传感器202和增压空气压力传感器302，所述增压水泵203通过常压水管204连接有储水箱200，所述储水箱200内设有水位传感器205、加热装置206和温度传感器207，还包括主控制器501，所述主控制器501的输入端连接有增压水管压力传感器202、增压空气压力传感器302、水位传感器205、温度传感器207、铲斗外摆液压油管压力开关401和铲斗内收液压油管压力开关402，所述主控制器501的输出端连接有增压水泵203、增压空气泵303和加热装置206，所述主控制器501双向连接有显示仪表601。所述喷头雾化装置101、增压水管201和增压空气管301设置在斗杆上，所述增压水管201与喷头雾化装置101的轴向接口连接，所述增压空气管301与喷头雾化装置101的侧向接口连接。所述增压水管压力传感器202设置在靠近增压水泵203的出口处，所示增压空气压力传感器302设置在靠近增压空气泵303的出口处。
本发明的挖掘机的自动降尘系统，包括喷头雾化装置，喷头雾化装置固定在斗杆装置上，且靠近铲斗装置一侧，并保证铲斗挖掘和卸料施工全过程不受影响；增压水管和增压空气管固定在斗杆装置上，喷头雾化装置轴向接口与增压空气管相连，喷头雾化装置侧向接口与增压水管相连，从喷头雾化装置喷出的水雾在喷口外扩散形成雾化区域。可以通过调节喷头雾化装置的出口方向，确定具体的雾化区域，以满足挖掘施工时的最佳降尘效果。
喷头雾化装置通过增压水管与增压水泵相连，增压水管压力传感器安装在增压水管上，靠近增压水泵出口处；增压水泵入口与储水箱通过常压水管相连；储水箱安装在挖掘机本体上；水位传感器安装于储水箱内部，可测量储水箱连续水位；
喷头雾化装置通过增压空气管与增压空气泵相连；增压空气压力传感器安装在增压空气管上，靠近增压空气泵出口处；
铲斗外摆液压油管压力开关安装在铲斗油缸外摆液压油管路上；铲斗内收液压油管压力开关安装在铲斗油缸内收液压油管路上；
其中，增压空气压力传感器、水位传感器、加热装置、温度传感器、增压空气压力传感器、铲斗外摆液压油管压力开关和铲斗内收液压油管压力开关与主控器通过信号线相连；显示仪表601与主控器501通过信号线相连，用来显示系统参数和输入控制指令。
如图1至图4所示的挖掘机的自动降尘系统，所述增压水泵203和增压空气泵303出口处并联引出多组分支组成多组喷头雾化装置。本发明的增压空气泵和增压水泵出口处并联引出多组分支，组成多组喷头雾化装置，实现多角度的降尘效果。
如图1至图4所示的挖掘机的自动降尘系统，所述加热装置206为独立的电加热装置或收集挖掘机余热的装置。本发明的水温加热装置根据整机设计情况而定，可以为独立的电加热装置对水箱加热，也可以收集挖掘机余热对水箱加热；但是加热装置的启动和停止均由主控制器501完成控制。
如图1至图4所示的挖掘机的自动降尘系统，所述显示仪表601上设有降尘模式、自动降尘和自动清污按钮。本发明的控制方法主要有降尘模式设定、自动降尘功能和自动清污功能，相应的显示仪表上设置有降尘模式、自动降尘功能和自动清污按钮，通过按钮输出指令给控制器，进行相应的功能操作。
一种使用挖掘机的自动降尘系统的方法，包括降尘模式和清污模式，
降尘模式包括如下步骤：
步骤S101：点击显示仪表601上的降尘模式和自动降尘功能按钮，向主控制器501设置降尘模式和激活启动自动降尘功能；
主控制器501预设了大、中、小三种强度模式的降尘模块，大、中、小三种强度模式的扬尘高度分别大于1.5米、0.5米～1.5米和小于0.5米；显示仪表601向主控制器501设定降尘模式指令，可以实现大、中、小三种强度模式的降尘效果；根据施工环境内扬尘高度，对应选择大、中、小三种降尘强度模式，可以自由控制喷淋速度和喷淋区域的大小，达到按需喷淋以及节能节水的目的，手动激活自动降尘功能，则进入步骤S102；
步骤S102：根据水位传感器205信号判断储水箱200内部的水位是否达到了报警位，如果水位低于警戒位，则显示仪表601发出水位低警告信息，提醒及时对储水箱200进行补水；若水位属于正常位，则进行下一步操作；所述储水箱200的警戒位为正常水位的10%处；
主控制器501接收到激活自动降尘功能指令后，在施工及自动降尘过程中,会实时判断储水箱200内部的水位是否达到了报警位；如果未接收到S101中的激活自动降尘功能指令，则默认为不需要执行自动降尘功能，所以无需提醒储水箱200中水位是否正常；如果水位传感器205检测到水位低于警戒位（小于正常水位的10%），则及时在显示仪表601发出水位低警告信息，提醒及时对储水箱200进行补水；如果水位传感器205检测到水位属于正常位（不小于正常水位的10%），则按序进入步骤S103；
步骤S103：根据水温传感器207信号判断储水箱200内部的温度是否达到了报警位，如果水温低于警戒位，启动加热装置206对水箱内部的水进行加热；若水温属于正常值，则进行下一步操作；水温警戒位为10℃；
主控制器501接收到激活自动降尘功能指令后，在施工及自动降尘过程中,会实时判断储水箱200内部的温度是否达到了报警位；如果水温传感器207检测到水温低于警戒位（低于10℃），则按序进入步骤S104及时启动加热装置206（持继续加热水温达到不低于10℃）；如果水温传感器207检测到水温属于正常值，则按序进入步骤S104；
主控制器501接收到启动加热装置206指令后，会启动加热装置对水箱内部的水进行加热（持继续加热水温达到不低于10℃）；主控制器501会实时判断储水箱200内部的水温是否达到了报警位（低于10℃）；
步骤S104：当水箱水位和温度均正常时，主控制器501根据步骤S101中选择的强度模式自动调用相应的雾化功能模块；
主控制器501根据步骤S101中选择的强度模式，水箱水位和温度均正常时，则允许启动增压水泵，自动调用相应的雾化功能模块；根据大、中、小三种降尘强度模式，分别编制了雾化功能算法程序；在对应的降尘强度模式下，主控制器501会在程序中预设水泵和空气泵各自出口的压力目标值，以期达到对应模式下的降尘功能所需的最优雾化效果。增压水泵和增压空气泵分编制独立的闭环控制程序。
步骤S105：根据铲斗外摆液压油管压力开关401的信号和铲斗内收液压油管压力开关402的信号，判断当前机器是否处于施工状态，当机器处于施工状态时，结合步骤S104中选择的雾化功能模块，及时控制增压水泵转速控制电流值和增压空气泵转速控制电流值，保证自动降尘效果；当机器不动作时，则不进行操作；
主控制器501对实时采集检测铲斗外摆液压油管压力开关401的信号和铲斗内收液压油管压力开关402的信号；当检测到任意一个压力开关信号，则认定挖掘机处于施工状态，执行输出相应的计算结果，如果未能检测到任意一个压力开关信号，则认定挖掘机处于未施工状态，即可停止执行计算结果，以达到节能节水的目的。
其中，三种降尘强度模式输出的增压水泵转速控制电流值和增压空气泵转速控制电流值的具体计算方法如下：
在“大”强度模式下，理想的增压水泵出口压力为P11,与之匹配的增压空气泵出口压力应为P12；主控制器501分别读取当前增压水泵出口增压水管压力传感器202压力值和增压空气泵出口增压空气管压力传感器302压力值，进而计算出所需的增压水泵转速控制电流值和增压空气泵转速控制电流值，从而使增压水泵出口压力稳定在P11，增压空气泵出口压力稳定在P12；
同理，在“中”强度模式下，理想的增压水泵出口压力为P21,与之匹配的增压空气泵出口压力应为P22；在“小”强度模式下，理想的增压水泵出口压力为P31,与之匹配的增压空气泵出口压力应为P32；其中P11＞P21＞P31, P12＞P22＞P32，其中P11与P12比例系数为K1, P21与P22比例系数为K2, P31与P32比例系数为K3。
清污模式包括如下步骤：
步骤S201：点击显示仪表601上的自动清污按钮，向主控制器501设置开启自动清污指令，激活自动清污功能；
当喷头雾化装置发生堵塞时，需要对雾化喷头进行清污处理时，通过操作显示仪表601，向主控制器501发送自动清污功能指令，可以进入降尘系统自动清污程序；
步骤S202：判断增压水泵的运行状态，若增压水泵还未停止运行，发送停止增压水泵指令；如果增压水泵还未停止运行，应立即发送停止增压水泵指令，以达到停止增压水泵的目的；
步骤S203：启动增压空气泵；
启动增压空气泵，并给定到预设电流值，令增压空气泵处于高速工作状态，使增压空气管路至喷头出口处建立增压空气，通过气流的流通作用，将积存在喷头雾化装置内部及喷口处的污垢快速清除；
步骤S204：清污时间结束后，自动停止增压空气泵。
主控制器501自主计算开启清污功能的过程时间；如未达到预设时间，则继续维持自动清污流程，主控制器501在清污时间结束后，自动停止增压空气泵，本流程结束。
本发明的和控制方法，具体方法是在储水箱水位满足使用要求的情况下，开启自动降尘功能，可以保证在施工状态下及时的完成高压精密雾化，达到喷淋降尘的目的。当机器处于非施工状态时，及时停止雾化喷淋功能，提升节能节水效果，可以降低频繁补水的次数。本发明提出的借助空气力的作用来提升水滴雾化效果的方法，可有助于减小增压水泵的输出功率，降低增压水泵的故障率，提升雾化效率，增强施工降尘效果，喷淋过程调节比更广。在小喷淋模式下，可比大喷淋模式节水60%以上，在中喷淋模式下，可比大喷淋模式节水40%以上。另外，本发明拥有对喷头雾化装置的自动清污功能；该功能可以替代人工完成繁琐的喷头拆装及清理工作，提升了设备维护效率，降低了系统污染概率，节省了备件投入成本。设计了温度检测和自动加热功能，满足冬季情况下水箱不结冰，可保证冬季施工时正常降尘使用。
Claims (9)
1.挖掘机的自动降尘系统，其特征在于：包括靠近铲斗设置的喷头雾化装置（101），所述喷头雾化装置（101）通过增压水管（201）和增压空气管（301）分别连接有增压水泵（203）和增压空气泵（303），所述增压水管（201）和增压空气管（301）上分别设有增压水管压力传感器（202）和增压空气压力传感器（302），所述增压水泵（203）通过常压水管（204）连接有储水箱（200），所述储水箱（200）内设有水位传感器（205）、加热装置（206）和温度传感器（207），还包括主控制器（501），所述主控制器（501）的输入端连接有增压水管压力传感器（202）、增压空气压力传感器（302）、水位传感器（205）、温度传感器（207）、铲斗外摆液压油管压力开关（401）和铲斗内收液压油管压力开关（402），所述主控制器（501）的输出端连接有增压水泵（203）、增压空气泵（303）和加热装置（206），所述主控制器（501）双向连接有显示仪表（601）。
2.如权利要求1所述的挖掘机的自动降尘系统，其特征在于：所述喷头雾化装置（101）、增压水管（201）和增压空气管（301）设置在斗杆上，所述增压水管（201）与喷头雾化装置（101）的轴向接口连接，所述增压空气管（301）与喷头雾化装置（101）的侧向接口连接。
3.如权利要求1所述的挖掘机的自动降尘系统，其特征在于：所述增压水管压力传感器（202）设置在靠近增压水泵（203）的出口处，所示增压空气压力传感器（302）设置在靠近增压空气泵（303）的出口处。
4.如权利要求1所述的挖掘机的自动降尘系统，其特征在于：所述增压水泵（203）和增压空气泵（303）出口处并联引出多组分支组成多组喷头雾化装置。
5.如权利要求1所述的挖掘机的自动降尘系统，其特征在于：所述加热装置（206）为独立的电加热装置或收集挖掘机余热的装置。
6.如权利要求1所述的挖掘机的自动降尘系统，其特征在于：所述显示仪表（601）上设有降尘模式、自动降尘和自动清污按钮。
7.一种使用权利要求1所述的挖掘机的自动降尘系统的控制方法，其特征在于：包括降尘模式和清污模式，
降尘模式包括如下步骤：
步骤S101：点击显示仪表（601）上的降尘模式和自动降尘功能按钮，向主控制器（501）设置降尘模式和激活启动自动降尘功能；
步骤S102：根据水位传感器（205）信号判断储水箱（200）内部的水位是否达到了报警位，如果水位低于警戒位，则显示仪表（601）发出水位低警告信息，提醒及时对储水箱（200）进行补水；若水位属于正常位，则进行下一步操作；
步骤S103：根据水温传感器（207）信号判断储水箱（200）内部的温度是否达到了报警位，如果水温低于警戒位，启动加热装置（206）对水箱内部的水进行加热；若水温属于正常值，则进行下一步操作；
步骤S104：当水箱水位和温度均正常时，主控制器（501）根据步骤S101中选择的强度模式自动调用相应的雾化功能模块；
步骤S105：根据铲斗外摆液压油管压力开关（401）的信号和铲斗内收液压油管压力开关（402）的信号，判断当前机器是否处于施工状态，当机器处于施工状态时，结合步骤S104中选择的雾化功能模块，及时控制增压水泵转速控制电流值和增压空气泵转速控制电流值，保证自动降尘效果；当机器不动作时，则不进行操作；
清污模式包括如下步骤：
步骤S201：点击显示仪表（601）上的自动清污按钮，向主控制器（501）设置开启自动清污指令，激活自动清污功能；
步骤S202：判断增压水泵的运行状态，若增压水泵还未停止运行，发送停止增压水泵指令；
步骤S203：启动增压空气泵；
步骤S204：清污时间结束后，自动停止增压空气泵。
8.如权利要求7所述的一种挖掘机的自动降尘系统的控制方法，其特征在于：步骤S101中，主控制器（501）预设了大、中、小三种强度模式的降尘模块，大、中、小三种强度模式的扬尘高度分别大于1.5米、0.5米～1.5米和小于0.5米。
9.如权利要求7所述的一种挖掘机的自动降尘系统的控制方法，其特征在于：步骤S102中，所述储水箱（200）的警戒位为正常水位的10%处，步骤S103中，水温警戒位为10℃。
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