本實用新型涉及工程機械領域，尤其涉及一種輸料控制系統(tǒng)及地下施工機械。

背景技術：

在地下施工中，尤其是在采用暗挖法進行城市地鐵施工中，渣土的輸送是必不可少的環(huán)節(jié)。人工或機械挖掘出的渣土需要及時地清理出工作界面，以便進行下一步的施工，而渣土的輸送對地下施工效率影響較大。

現(xiàn)有的地下施工所產(chǎn)生的渣土主要是利用挖掘機或一些施工設備的輸送裝置將渣土裝載或傳送到渣土運輸車上，然后再由渣土運輸車將渣土運離工作面。其中，挖掘機是以柴油機提供動力的，其工作時會排放出廢氣，而在空氣流動性不好的地下空間來說，這些廢氣會造成地下空氣污染，影響施工環(huán)境和施工人員的身體健康。

采用施工設備的輸送裝置進行渣土運輸?shù)姆绞絼t面臨著控制效果不理想的問題，由于輸送裝置往往采用全液壓控制系統(tǒng)，需要施工人員通過液壓手柄和開關按鈕進行控制，在液壓手柄操作不熟練時容易引起系統(tǒng)沖擊，例如在啟動時如果操作人員一下子將手柄推到最大，則液壓閥就會突然全開，造成較強的啟動沖擊，而輸送裝置上如果附著了一些渣土，則可能造成對輸送裝置的堵塞。除此之外，在渣土的正常輸送過程中也可能出現(xiàn)堵塞。對于輸送裝置的堵塞主要是通過人工進行清理，效率比較低下。目前也有通過振動電機來進行清堵，但這種方式需要加配振動電機，提高了設備成本，也占用了更多的空間和重量。

另一方面，現(xiàn)有的輸送控制系統(tǒng)設計比較簡單，主要通過施工人員肉眼觀察來了解渣土輸送的情況，但這樣的觀察無法獲得更為準確和詳細的設備狀態(tài)，控制的可靠性和準確性比較一般。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提出一種輸料控制系統(tǒng)及地下施工機械，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜施工工況下的輸料控制。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種輸料控制系統(tǒng)，包括：輸料操控手柄、控制器和輸料控制閥，所述輸料操控手柄與所述控制器信號連接，所述控制器與所述輸料控制閥的控制端信號連接，所述輸料控制閥設置在輸料系統(tǒng)中輸料馬達的工作油路中，用于控制所述輸料馬達的啟停、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。

進一步的，還包括壓力傳感器，用于檢測所述輸料馬達的正轉(zhuǎn)工作油壓，并提供給所述控制器；所述控制器與所述壓力傳感器信號連接，能夠通過所述輸料控制閥控制所述輸料馬達交替正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)清堵。

進一步的，所述控制器中還包括啟動過渡單元，與所述輸料操控手柄和所述輸料控制閥均信號連接，能夠控制提供給所述輸料控制閥的電流值以預設函數(shù)逐步增加到最大電流值。

進一步的，所述信號連接為電壓/電流信號連接或控制器局域網(wǎng)總線信號連接。

進一步的，還包括人機交互裝置，與所述控制器信號連接，能夠顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息和故障報警信息，并能夠根據(jù)接收的外部輸入進行堵料壓力閾值、允許最大反轉(zhuǎn)次數(shù)、反轉(zhuǎn)時間和/或啟動時間的設定。

進一步的，還包括轉(zhuǎn)速傳感器，與所述控制器信號連接，能夠在所述輸料馬達正常輸料時檢測馬達轉(zhuǎn)速，并將馬達轉(zhuǎn)速提供給所述控制器。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種地下施工機械，包括輸料馬達，其中還包括前述的輸料控制系統(tǒng)。

基于上述技術方案，本實用新型使控制器分別與輸料操控手柄和輸料控制閥信號連接，利用電氣控制代替部分液壓控制，相比于現(xiàn)有的全液壓輸料控制過程，能夠在更復雜的施工工況下實現(xiàn)較好的控制效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型輸料控制系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型輸料控制系統(tǒng)的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型輸料控制系統(tǒng)的又一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型輸料控制系統(tǒng)實施例中人機交互裝置的界面示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，為本實用新型輸料控制系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，輸料控制系統(tǒng)包括：輸料操控手柄1、控制器2和輸料控制閥3，所述輸料操控手柄1與所述控制器2信號連接，所述控制器2與所述輸料控制閥3的控制端信號連接，所述輸料控制閥3設置在輸料系統(tǒng)中輸料馬達4的工作油路中，用于控制所述輸料馬達4的啟停、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。

在本實施例中，輸料操控手柄1可設置在操縱室內(nèi)由操作人員手工操作，操作人員可以根據(jù)實際工況選擇啟動或停止輸料過程，還包括控制輸料的速度等。輸料控制閥3設置在輸料系統(tǒng)中輸料馬達4的工作油路中，換句話說，流入輸料馬達4的液壓油需要經(jīng)過輸料控制閥3，并由輸料控制閥3來控制液壓油供應端和輸料馬達4之間的油路連通關系以及液壓油流量，進而實現(xiàn)輸料馬達4的啟停、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制?？刂破?在本實施例中作為核心部件可采用已有的數(shù)字信號處理器、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件或者其任意適當組合。在本實施例中，上述信號連接可以為電壓/電流信號連接，也可以為控制器局域網(wǎng)總線(Controller Area Network，簡稱CAN)信號連接。

與現(xiàn)有技術中的全液壓控制相比，本實施例中的輸料操控手柄1并不直接控制輸料控制閥3的開度，而是由控制器2來接收輸料操控手柄1的輸入指令，并根據(jù)該輸入指令以及預設的處理邏輯向輸料控制閥3發(fā)出相應的電壓或電流控制信號，來調(diào)整輸料控制閥3中閥芯的工作位置，從而實現(xiàn)輸料馬達4的啟動或停止、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以及低轉(zhuǎn)速或高轉(zhuǎn)速等。本實施例利用電氣控制代替部分液壓控制，相比于現(xiàn)有的全液壓輸料控制過程，能夠在更復雜的施工工況下實現(xiàn)較好的控制效果。

如圖2所示，為本實用新型輸料控制系統(tǒng)的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。與上一實施例相比，本實施例還包括壓力傳感器5，該壓力傳感器5用于檢測所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓，并提供給所述控制器2?？刂破?與所述壓力傳感器5信號連接，能夠在確定所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓超過預設的堵料壓力閾值時，通過所述輸料控制閥3控制所述輸料馬達4交替正反轉(zhuǎn)，并在所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓不超過所述堵料壓力閾值時恢復所述輸料馬達4的正常輸料過程。

正轉(zhuǎn)工作油壓超過預設的堵料壓力閾值通常對應了輸料系統(tǒng)出現(xiàn)堵料的情況，即由于堵料導致輸料馬達4的負載迅速增加，使得輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓也隨之提高，當超過預設的堵料壓力閾值時，則認為堵料情況較嚴重的影響到了正常的輸料過程，需要進行清理。相應的，堵料壓力閾值則可以通過歷史數(shù)據(jù)或多次實驗進行確定后進行設定。

對于出現(xiàn)的堵料情況，控制器2通過輸料控制閥3來控制輸料馬達4正反轉(zhuǎn)來使得堵塞的物料沿輸送路徑前后擺動，能夠有效地改善堵料情況。相比于現(xiàn)有的振動電機清堵方式，本實施例可省去振動電機的配置，只利用輸料馬達的正反轉(zhuǎn)就實現(xiàn)了清堵，進而相對降低了設備成本，避免了空間和重量的浪費。

對于輸料馬達正反轉(zhuǎn)的控制，控制器2可通過內(nèi)部設置的多個硬件單元進行實現(xiàn)。舉例來說，控制器2可具體包括：油壓比較單元、正反轉(zhuǎn)控制單元和反轉(zhuǎn)次數(shù)設定單元。其中，油壓比較單元與所述壓力傳感器5信號連接，用于對從所述壓力傳感器5接收的所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓與預設的堵料壓力閾值進行比較。

正反轉(zhuǎn)控制單元與所述油壓比較單元信號連接，用于在確定所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓超過預設的堵料壓力閾值時，通過向所述輸料控制閥3發(fā)出控制信號，以使所述輸料控制閥3控制所述輸料馬達4交替正反轉(zhuǎn)，并在所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓不超過所述堵料壓力閾值時恢復所述輸料馬達4的正常輸料過程。反轉(zhuǎn)次數(shù)設定單元與所述正反轉(zhuǎn)控制單元信號連接，用于接收外部輸入或系統(tǒng)默認的允許最大反轉(zhuǎn)次數(shù)，并提供給所述正反轉(zhuǎn)控制單元，以便所述控制器2在所述輸料馬達4反轉(zhuǎn)次數(shù)達到所述允許最大反轉(zhuǎn)次數(shù)，且所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓仍然超過預設的堵料壓力閾值時，通知人工手動清堵或通過所述輸料控制閥3使所述輸料馬達4停機。

在本實施例中，正反轉(zhuǎn)控制單元不僅需要通過輸料控制閥來控制輸料馬達的正反轉(zhuǎn)，還需要控制反轉(zhuǎn)的持續(xù)時間、需要反轉(zhuǎn)的次數(shù)，在多次反轉(zhuǎn)無法有效地進行清堵的時候能夠通知相關人員及時進行手動清堵，根據(jù)情況還可以在無法清堵時進行停機處理，以便相關人員進行檢修。

在上述實施例中，除了輸料馬達的正反轉(zhuǎn)控制之外，控制器2中還可以進一步包括啟動過渡單元，該單元與所述輸料操控手柄1和所述輸料控制閥3均信號連接，能夠在系統(tǒng)啟動時檢測到所述輸料操控手柄1的輸入電流在低于預設啟動時間下增加到最大電流值時，控制提供給所述輸料控制閥3的電流值以預設函數(shù)逐步增加到最大電流值。當輸料操控手柄1的輸入電流在低于預設啟動時間下增加到最大電流值時，表明操作人員在啟動時將輸料操控手柄過快的推到最大位置，如果按照現(xiàn)有的全液壓控制方式，則會造成系統(tǒng)沖擊，而在本實施例中通過控制器的啟動過渡單元對輸入給輸料控制閥的電流大小的控制，能夠使輸料控制閥的閥芯以比較平緩的方式逐步地運動到最大通過流量的位置，這樣就不會造成系統(tǒng)沖擊，確保了輸料馬達的平穩(wěn)啟動。這里的預設函數(shù)可選擇線性增函數(shù)或拋物線增函數(shù)。其中線性增函數(shù)和拋物線增函數(shù)的參數(shù)需要滿足使從初始電流值到達最大電流值的時間要大于預設啟動時間。

如圖3所示，為本實用新型輸料控制系統(tǒng)的又一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。與上述各實施例相比，本實施例中還包括人機交互裝置6，該裝置與所述控制器2信號連接，能夠顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息和故障報警信息，并能夠根據(jù)接收的外部輸入進行堵料壓力閾值、允許最大反轉(zhuǎn)次數(shù)、反轉(zhuǎn)時間和/或啟動時間的設定。人機交互裝置6可以為能夠輸入并顯示的觸摸屏，也可以是顯示器和操作鍵盤的組合。例如圖4示出的人機交互裝置的界面實例中，靠左部分為輸料參數(shù)設定界面，該界面可以實現(xiàn)堵料壓力閾值、允許最大反轉(zhuǎn)次數(shù)、反轉(zhuǎn)時間和啟動時間的設定，而靠右部分為輸料信息顯示界面，該界面能夠顯示正轉(zhuǎn)油壓、反轉(zhuǎn)油壓、馬達轉(zhuǎn)速、輸料控制閥電流等系統(tǒng)狀態(tài)信息，也能夠顯示故障報警信息。操作人員通過觀察該人機交互裝置即可及時且詳細地了解設備的當前狀態(tài)，并能夠根據(jù)這些信息進行相應的報警和故障處理。

在另一實施例中，輸料控制系統(tǒng)還可以包括轉(zhuǎn)速傳感器7，該轉(zhuǎn)速傳感器7與所述控制器2信號連接，能夠在所述輸料馬達4正常輸料時檢測馬達轉(zhuǎn)速，并將馬達轉(zhuǎn)速提供給所述控制器2。這樣在輸料時，控制器2可以采集所述輸料控制閥3的電流反饋值和所述輸料馬達4的馬達轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述電流反饋值和所述馬達轉(zhuǎn)速判斷所述輸料系統(tǒng)是否運轉(zhuǎn)正常，如果確定所述輸料系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不正常，則并通過人機交互裝置6進行故障報警。

上述各輸料控制系統(tǒng)適用于各類需要進行物料輸送的作業(yè)設備，尤其適合應用在地下施工機械。因此本實用新型還提供了一種地下施工機械，包括輸料馬達4和前述的任一種輸料控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對挖掘出的渣土的輸送。

基于上述各輸料控制系統(tǒng)的實施例，對應的輸料控制流程可包括以下步驟：

壓力傳感器5實時檢測輸料系統(tǒng)中的輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓，并將檢測到的所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓提供給控制器2；

所述控制器2將所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓與預設的堵料壓力閾值進行比較，如果確定所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓超過預設的堵料壓力閾值，則通過所述輸料控制閥3控制所述輸料馬達4交替正反轉(zhuǎn)，并在所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓不超過所述堵料壓力閾值時恢復所述輸料馬達4的正常輸料過程。

其中，通過所述輸料控制閥3控制所述輸料馬達4交替正反轉(zhuǎn)，并在所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓不超過所述堵料壓力閾值時恢復所述輸料馬達4的正常輸料過程的操作可具體包括：

反轉(zhuǎn)步驟：所述控制器2向所述輸料控制閥3發(fā)出控制信號，使所述輸料控制閥3控制所述輸料馬達4反轉(zhuǎn)，并在預設反轉(zhuǎn)時間內(nèi)維持反轉(zhuǎn)狀態(tài)；

正轉(zhuǎn)檢測及處理步驟：在所述輸料馬達4反轉(zhuǎn)狀態(tài)持續(xù)預設反轉(zhuǎn)時間后，所述控制器2向所述輸料控制閥3發(fā)出控制信號，使所述輸料控制閥3控制所述輸料馬達4恢復正轉(zhuǎn)，并檢測所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓是否仍然超過預設的堵料壓力閾值，如果仍然超過，則進一步判斷當前的輸料馬達4反轉(zhuǎn)次數(shù)是否已達到允許最大反轉(zhuǎn)次數(shù)，是則通知人工手動清堵或通過所述輸料控制閥3使所述輸料馬達4停機，否則重新執(zhí)行所述反轉(zhuǎn)步驟；如果所述輸料馬達4的正轉(zhuǎn)工作油壓不超過預設的堵料壓力閾值，則恢復所述輸料馬達4的正常輸料過程。

在另一種可行的輸料控制過程中，還可以包括：當所述控制器2在所述輸料系統(tǒng)啟動時檢測到所述輸料操控手柄1的輸入電流在低于預設啟動時間下增加到最大電流值時，控制提供給所述輸料控制閥3的電流值以預設函數(shù)逐步增加到最大電流值。該預設函數(shù)可選擇線性增函數(shù)或拋物線增函數(shù)。輸料控制過程還可以包括：在輸料時，所述控制器2采集所述輸料控制閥3的電流反饋值和所述輸料馬達4的馬達轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述電流反饋值和所述馬達轉(zhuǎn)速判斷所述輸料系統(tǒng)是否運轉(zhuǎn)正常，如果確定所述輸料系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不正常，則并通過人機交互裝置6進行故障報警。

最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本實用新型的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本實用新型技術方案的精神，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案范圍當中。