CN110512678B - 渠道边坡清污作业小车自动压紧控制*** - Google Patents
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Abstract
渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，包括PLC控制器、液压***、拉线长度传感器、立柱、主臂、多级伸缩臂、连接臂和空化射流清洗小车；多级伸缩臂的前端通过弹性预紧机构与连接臂的上端连接，连接臂的下端与空化射流清洗小车的顶部铰接；拉线长度传感器安装在弹性预紧机构上，PLC控制器通过控制电缆分别与液压***和拉线长度传感器连接。本发明通过电比例控制多路阀，调节连接臂与主臂+多级伸缩臂之间的弹簧压缩量，能将空化射流清洗小车以一定的预压力压紧在渠道边坡作业面上，从而对作业平台非直线行驶及渠道边坡角度具有一定的冗错能力，可更好地实现对渠道边坡藻泥混合物进行生态清除。
Description
技术领域
本发明涉及一种渠道边坡清污技术领域，尤其涉及一种渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，渠道、河流、内陆湖泊以及景观水体等水域边坡上藻泥混合物的生态清除。
背景技术
目前，随着社会工业化进程的加快，人类在生产以及日常生活中，向水体中排入大量含氮、磷的污染物，加速了湖泊、水库等缓流水体的富营养化进程，从而造成藻类滋生，严重破坏了水体的生态平衡，危害人类和其他生物的安全。另外，对于采用渠道方式进行的重大调水工程，渠道边坡上除滋生藻类外，还会附着大量的泥污，形成藻泥混合物。渠道边坡处藻类的滋生和泥污沉积严重影响了水体质量，水体中的藻类不但能导致水体腥臭和发绿发黑，大多数湖泊和水塘的臭味由藻类死亡以及水体缺氧产生的硫化氢、硫、氨等物质引起，死亡的藻体沉积在边坡上严重影响了水体质量，更严重的是可以产生藻毒素等有害物质，对沿线水厂的处理工艺造成冲击，增加供水成本。因此清理边坡上的藻泥混合物，提高水体输送质量，减轻水厂处理难度，成为亟需解决的技术问题，具有重要的生态和环境意义。
目前，国内外边坡藻泥清除技术中，为避免对水质产生二次污染问题，常采用物理清除方法，主要包括手工清理、机械摩擦式清理等方法。采用人工清理，不仅劳动强度大，效率低下，还会使大量污物扩散入水中，造成二次污染，且不能完全清除掉被深水淹埋的藻泥附着物。机械摩擦式清理方式存在设备构造复杂、水下作业时不易密封、藻类不能根除、作业区效率低等问题；另一方面，机械摩擦作业装置一般布置在移动式作业平台上，作业平台在移动时不能严格按直线行走，另外，渠道边坡角度也会发生变化，致使机械摩擦作业装置与渠道边坡不能紧密贴合，从而对藻泥混合物的清除造成一定困难，影响作业效率。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，能将空化射流清洗小车以一定的预压力压紧在渠道边坡上，从而对作业平台非直线行驶及渠道边坡角度具有一定的冗错能力，可更好地实现对渠道边坡藻泥混合物进行生态清除。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，包括PLC控制器、液压***、拉线长度传感器、立柱、主臂、多级伸缩臂、连接臂和空化射流清洗小车；
立柱由下到上向后倾斜设置，主臂后端与立柱上端铰接，主臂与立柱下部前侧之间设置有主变幅液压缸，主臂前端与多级伸缩臂后端铰接，主臂底部和多级伸缩臂的最后一节底部之间设置有伸缩变幅液压缸，多级伸缩臂的前端通过弹性预紧机构与连接臂的上端连接，连接臂的下端与空化射流清洗小车的顶部铰接；
拉线长度传感器安装在弹性预紧机构上，PLC控制器通过控制电缆分别与液压***和拉线长度传感器连接，液压***通过液压管路分别与主变幅液压缸和伸缩变幅液压缸连接。
弹性预紧机构包括导向轴、压缩弹簧、轴套、下支杆和U型板，多级伸缩臂最前端设有推拉支架，导向轴后端铰接在推拉支架前侧上部，U型板开口朝下，U型板的左侧和右侧分别固定连接在连接臂上端的左侧和右侧，导向轴后端固定设置有挡板，导向轴前端螺纹连接有限位调节螺母，压缩弹簧和轴套均套设在导向轴上，轴套左右两侧均固定设有一根销轴，两根销轴转动连接在U型板的左右两侧，压缩弹簧前端和后端分别与轴套后端和挡板顶压配合，下支杆的前端与连接臂上部后侧固定连接，下支杆的后端与推拉支架下端铰接，拉线长度传感器位于压缩弹簧上方，拉线长度传感器的两端分别连接在U型板的顶部后侧和推拉支架上。
控制***包括PLC控制器连接有按钮开关和显示器，液压***包括负载敏感泵，主变幅液压缸和伸缩变幅液压缸均连接有伸出比例电磁阀及压缩比例电磁阀，负载敏感泵通过电比例控制多路阀别及双向平衡阀分别与伸出比例电磁阀和压缩比例电磁阀连接，PLC控制器通过控制电缆与电比例控制多路阀连接。
多级伸缩臂上安装有高清晰摄像头，高清晰摄像头与显示器通过数据线连接。
采用上述技术方案，主臂和多级伸缩臂通过液压马达、液压缸等执行机构实现架伸缩、变幅、回转等动作，以满足不同作业范围的要求；连接臂通过中部铰点铰接于多级伸缩臂的前端，连接臂下端通过铰接与空化射流清洗小车相连，且连接臂上端通过U型板与压缩弹簧连接，压缩弹簧能够保证空化射流清洗小车以一定的预压紧力紧贴在渠道边坡上，从而对用于带动主臂和多级伸缩臂的承载平台在非直线行驶及渠道边坡角度具有一定的冗错能力；空化射流清洗小车通过水下空化射流清洗工艺实现对渠道边坡藻泥混合物的生态清除；主臂和伸缩臂通过液压***驱动主变幅液压缸或伸缩变幅液压缸伸缩，可以调节空化射流清洗小车在渠道边坡上的压紧程度；拉线长度传感器、PLC控制器、电比例控制多路阀、主变幅液压缸共同构成一个带反馈的作业小车自动压紧控制***，能够自动调节压缩弹簧的压缩量，从而实现对作业小车自动压紧调节功能。
轴套沿导向轴滑动，压缩弹簧的压力通过轴套、销轴驱动U型板和连接臂以下支杆后端与推拉支架的铰接点为支点向后转动，使空化射流清洗小车与渠道边坡压紧力增大，限位调节螺母与U型板的顶部顶压接触时，对连接臂的下部向后转动起机械限位作用，多级伸缩臂和连接臂等效为刚性连接，此时，空化射流清洗小车有脱离渠道边坡作业面的风险。通过液压***驱动主变幅液压缸或伸缩变幅液压缸伸缩，可以调节连接臂上部与压缩弹簧的压缩量，从而实现调节空化射流清洗小车在渠道边坡上的压紧程度。
拉线长度传感器检测连接臂与多级伸缩臂之间压缩弹簧的压缩量信号，该信号输入PLC控制器，PLC控制器确定主变幅液压缸或伸缩变幅液压缸的伸缩量，由PLC控制器输出控制信号至电比例控制多路阀控制主变幅液压缸或伸缩变幅液压缸的比例电磁阀，从而驱动主变幅液压缸或伸缩变幅液压缸伸缩，实现连接臂与多级伸缩臂之间压缩弹簧压缩量的调节。
通过驾驶室操作台布置的按钮开关，来实现弹性预紧机构自动调节/手动调节功能的切换，当自动压紧按钮开关按下，PLC控制控制器通过液压***进行自动调节，否则，由操作人员人工对弹性预紧机构进行调节。
通过在驾驶室布置显示器，可以显示作业小车压紧机构自动调节/手动调节的状态及连接臂与作多级伸缩臂臂之间压缩弹簧压缩量的变化情况。
拉线长度传感器布置在与导向轴平行，拉线长度传感器通过电缆卷筒与PLC控制器相连，当多级伸缩臂伸缩时，电缆卷筒上的电缆能够实现随动。
液压***由PLC控制器编程实现，另外，在多级伸缩臂上布置一个高清晰摄像头，实现对空化射流清洗小车与渠道边坡作业面的贴合情况进行监视。
液压***的液压油源来自于负载敏感泵，负载敏感泵连接于汽车底盘或其它作业平台发动机动力输出端口（PTO）。
液压***采用负载敏感***，按需提供压力油，实现***节能；对于成本比较敏感的情况下，采用定量泵***。
控制主变幅液压缸或伸缩变幅液压缸伸缩的液压阀采用电比例控制多路阀，以降低***成本；对于控制精度要求较高的应用工况，采用比例阀来实现。
主变幅液压缸或伸缩变幅液压缸与电比例控制多路阀之间布置有双向平衡阀，以改善调节过程的平稳性。
空化射流清洗小车的四角安装有四个万向轮，在空化射流清洗小车压紧在含藻泥混合物的边坡上时，可以减小前进阻力。
综上所述，本发明具有以下技术效果：
本发明采用带负馈的自动控制***，通过电比例控制多路阀，调节连接臂与作业机械臂（主臂+多级伸缩臂）之间的弹簧压缩量，能将空化射流清洗小车以一定的预压力压紧在渠道边坡作业面上，从而对作业平台非直线行驶及渠道边坡角度具有一定的冗错能力，可更好地实现对渠道边坡藻泥混合物进行生态清除，对保证渠道水体质量和输水安全具有重大意义。
附图说明
图1为本发明的总体布置示意图；
图2为多级伸缩臂与空化射流清洗小车的正视图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明中液压***的原理图；
图5为本发明的电气控制原理图。
具体实施方式
如图1-图5所示，本发明的渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，包括PLC控制器50、液压***、拉线长度传感器51、立柱52、主臂53、多级伸缩臂54、连接臂55和空化射流清洗小车56；
立柱52由下到上向后倾斜设置，主臂53后端与立柱52上端铰接，主臂53与立柱52下部前侧之间设置有主变幅液压缸57，主臂53前端与多级伸缩臂54后端铰接，主臂53底部和多级伸缩臂54的最后一节底部之间设置有伸缩变幅液压缸58，多级伸缩臂54的前端通过弹性预紧机构76与连接臂55的上端连接，连接臂55的下端与空化射流清洗小车56的顶部铰接；
拉线长度传感器51安装在弹性预紧机构76上，PLC控制器50通过控制电缆分别与液压***和拉线长度传感器51连接，液压***通过液压管路分别与主变幅液压缸57和伸缩变幅液压缸58连接。
弹性预紧机构76包括导向轴59、压缩弹簧60、轴套61、下支杆62和U型板63，多级伸缩臂54最前端设有推拉支架64，导向轴59后端铰接在推拉支架64前侧上部，U型板63开口朝下，U型板63的左侧和右侧分别固定连接在连接臂55上端的左侧和右侧，导向轴59后端固定设置有挡板65，导向轴59前端螺纹连接有限位调节螺母66，压缩弹簧60和轴套61均套设在导向轴59上，轴套61左右两侧均固定设有一根销轴67，两根销轴67转动连接在U型板63的左右两侧，压缩弹簧60前端和后端分别与轴套61后端和挡板65顶压配合，下支杆62的前端与连接臂55上部后侧固定连接，下支杆62的后端与推拉支架64下端铰接，拉线长度传感器51位于压缩弹簧60上方，拉线长度传感器51的两端分别连接在U型板63的顶部后侧和推拉支架64上。
控制***包括PLC控制器50连接有按钮开关68和显示器69，液压***包括负载敏感泵70，主变幅液压缸57和伸缩变幅液压缸58均连接有伸出比例电磁阀71及压缩比例电磁阀72，负载敏感泵70通过电比例控制多路阀73别及双向平衡阀74分别与伸出比例电磁阀71和压缩比例电磁阀72连接，PLC控制器50通过控制电缆与电比例控制多路阀73连接。
多级伸缩臂54上安装有高清晰摄像头，高清晰摄像头与显示器69通过数据线连接。
主臂53和多级伸缩臂54通过液压马达、液压缸等执行机构实现架伸缩、变幅、回转等动作，以满足不同作业范围的要求；连接臂55通过中部铰点铰接于多级伸缩臂54的前端，连接臂55下端通过铰接与空化射流清洗小车56相连，且连接臂55上端通过U型板63与压缩弹簧60连接，压缩弹簧60能够保证空化射流清洗小车56以一定的预压紧力紧贴在渠道边坡75上，从而对用于带动主臂53和多级伸缩臂54的承载平台在非直线行驶及渠道边坡75角度具有一定的冗错能力；空化射流清洗小车56通过水下空化射流清洗工艺实现对渠道边坡75藻泥混合物的生态清除；主臂53和伸缩臂通过液压***驱动主变幅液压缸57或伸缩变幅液压缸58伸缩，可以调节空化射流清洗小车56在渠道边坡75上的压紧程度；拉线长度传感器51、PLC控制器50、电比例控制多路阀73、主变幅液压缸57共同构成一个带反馈的作业小车自动压紧控制***，能够自动调节压缩弹簧60的压缩量，从而实现对作业小车自动压紧调节功能。
轴套61沿导向轴59滑动，压缩弹簧60的压力通过轴套61、销轴67驱动U型板63和连接臂55以下支杆62后端与推拉支架64的铰接点为支点向后转动，使空化射流清洗小车56与渠道边坡75压紧力增大，限位调节螺母66与U型板63的顶部顶压接触时，对连接臂55的下部向后转动起机械限位作用，多级伸缩臂54和连接臂55等效为刚性连接，此时，空化射流清洗小车56有脱离渠道边坡75作业面的风险。通过液压***驱动主变幅液压缸57或伸缩变幅液压缸58伸缩，可以调节连接臂55上部与压缩弹簧60的压缩量，从而实现调节空化射流清洗小车56在渠道边坡75上的压紧程度。
空化射流清洗小车56自动压紧控制过程如下：
操作人员通过驾驶室操作台布置的按钮开关68，来实现弹性预紧机构76自动调节/手动调节功能的切换，当按下自动压紧按钮开关68，拉线长度传感器51检测连接臂55与多级伸缩臂54之间压缩弹簧60的压缩量，该信号通过电缆卷盘输入PLC控制器50，PLC控制器50确定主变幅液压缸57或伸缩变幅液压缸58的伸缩量，由PLC控制器50输出控制信号至电比例控制多路阀73控制主变幅液压缸57或伸缩变幅液压缸58的伸出比例电磁阀71和压缩比例电磁阀72，从而驱动主变幅液压缸57或伸缩变幅液压缸58伸缩，从而实现压缩弹簧60压缩量的调节，该控制回路构成一完整的带负反馈的空化射流清洗小车56自动压紧控制***。
空化射流清洗小车56自动压紧控制的算法如下：利用拉线长度传感器51来检测压缩弹簧60的实际弹簧长度L’，设压缩弹簧60理想长度为L，***容许偏差为δ,当 L-δ ≤ L’≤L+δ时，PLC控制器50输出到伸出比例电磁阀71和压缩比例电磁阀72的控制信号为零，即控制***不进行调节；当 L’≤L-δ时，意味着空化射流清洗小车56对渠道边坡75的压紧程度过大，PLC控制器50输出控制信号至伸出比例电磁阀71，调节压缩弹簧60的压缩量，直至到达理想长度L，调节过程结束；当 L’≥L+δ时,，意味着空化射流清洗小车56压紧程度过松，空化射流清洗小车56有脱离渠道边坡75作业面的风险，PLC控制器50输出控制信号至压缩比例电磁阀72，调节压缩弹簧60的压缩量，直至到达理想长度L，调节过程结束。
本发明中的带负馈的自动控制***（PLC控制器50）以及液压***均为现有常规技术，其功能的现实并不依靠新的计算机程序。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，其特征在于：包括PLC控制器、液压***、拉线长度传感器、立柱、主臂、多级伸缩臂、连接臂和空化射流清洗小车；
立柱由下到上向后倾斜设置，主臂后端与立柱上端铰接，主臂与立柱下部前侧之间设置有主变幅液压缸，主臂前端与多级伸缩臂后端铰接，主臂底部和多级伸缩臂的最后一节底部之间设置有伸缩变幅液压缸，多级伸缩臂的前端通过弹性预紧机构与连接臂的上端连接，连接臂的下端与空化射流清洗小车的顶部铰接，空化射流清洗小车的四角安装有四个万向轮；
拉线长度传感器安装在弹性预紧机构上，PLC控制器通过控制电缆分别与液压***和拉线长度传感器连接，液压***通过液压管路分别与主变幅液压缸和伸缩变幅液压缸连接；
弹性预紧机构包括导向轴、压缩弹簧、轴套、下支杆和U型板，多级伸缩臂最前端设有推拉支架，导向轴后端铰接在推拉支架前侧上部，U型板开口朝下，U型板的左侧和右侧分别固定连接在连接臂上端的左侧和右侧，导向轴后端固定设置有挡板，导向轴前端螺纹连接有限位调节螺母，压缩弹簧和轴套均套设在导向轴上，轴套左右两侧均固定设有一根销轴，两根销轴转动连接在U型板的左右两侧，压缩弹簧前端和后端分别与轴套后端和挡板顶压配合，下支杆的前端与连接臂上部后侧固定连接，下支杆的后端与推拉支架下端铰接，拉线长度传感器位于压缩弹簧上方，拉线长度传感器的两端分别连接在U型板的顶部后侧和推拉支架上，拉线长度传感器布置在与导向轴平行。
2.根据权利要求1所述的渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，其特征在于：控制***包括PLC控制器连接有按钮开关和显示器，液压***包括负载敏感泵，主变幅液压缸和伸缩变幅液压缸均连接有伸出比例电磁阀及压缩比例电磁阀，负载敏感泵通过电比例控制多路阀别及双向平衡阀分别与伸出比例电磁阀和压缩比例电磁阀连接，PLC控制器通过控制电缆与电比例控制多路阀连接。
3.根据权利要求2所述的渠道边坡清污作业小车自动压紧控制***，其特征在于：多级伸缩臂上安装有高清晰摄像头，高清晰摄像头与显示器通过数据线连接。
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