[發明專利]一種基于壓力反饋的除雪車冷吹風自動控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201310224933.4
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103306232A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 張軍;司癸卯;宋建安;雷元;肖婷婷;李鵬;司微;肖鵬;張鐵匠
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: E01H5/04
• 分類號: E01H5/04;F15B11/16
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷

1.一種基于壓力反饋的除雪車冷吹風自動控制裝置，其特征在于，包括液壓油箱（31）、風機油缸液壓系統、風機馬達液壓系統和PLC控制系統，其中：

所述的除雪車至少包括車體（1）和風機（5），風機（5）兩側通過對稱的風機左升降油缸（3）和風機右升降油缸（4）安裝在車體（1）的底盤尾部上；所述的風機（5）包括風機上端（6）、左風道（7）和右風道（8），風機（5）的結構呈“八”字狀，左風道（7）的下端和右風道的（8）的下端平齊，風機上端（6）通過風機伸縮軟管（2）與車體（1）連接，在左風道（7）的下端和右風道（8）的下端安裝有風機殼體（28）；風機殼體（28）下側通過聯接鍵（29）安裝有除雪吹風風道（30）；

風機上端6的內側安裝有風道轉換門9，風道轉換門9上固定有風道轉換旋轉軸10，風道轉換旋轉軸10安裝在風機上端6內，風道轉換旋轉軸10與風道轉換旋轉力臂11固定連接，風道轉換旋轉力臂11與安裝在風機5上的風道轉換油缸12鉸接；

左風道（7）的下端內部安裝有左風門（13），左風門（13）與安裝在風機殼體（28）上的左風門旋轉軸（14）固定，左風門旋轉軸（14）與左風門旋轉力臂（15）固定連接，左風門旋轉力臂（15）與安裝在左風道（7）上的左風門油缸（16）鉸接；

右風道（8）的下端內部安裝有右風門（17），右風門（17）與安裝在風機殼體（28）上的右風門旋轉軸（18）固定，右風門旋轉軸（18）與右風門旋轉力臂（19）固定連接，右風門旋轉力臂（19）與安裝在右風道（8）上的右風門油缸（20）鉸接；

所述的風機油缸液壓系統包括車載發動機（32）、液壓泵（33）、風機左升降油缸（3）、風機右升降油缸（4）、風道轉換油缸（12）、左風門油缸（16）和右風門油缸（20）；液壓油箱（31）中安裝有液壓泵（33），車載發動機（32）通過取力器與液壓泵（33）相連，液壓泵（33）的輸出端分為五條輸出支油路，五條輸出支油路分別與風機左升降比例閥（34）、風機右升降比例閥（35）、風道轉換電磁閥（36）、左風門電磁閥（37）和右風門電磁閥（38）的輸入端相連，風機左升降比例閥（34）通過平衡閥（39）與風機左升降油缸（3）相連，風機右升降比例閥（35）通過平衡閥（39）與風機右升降油缸（4）相連，風道轉換電磁閥（36）通過平衡閥（39）與風道轉換油缸（12）相連，左風門電磁閥（37）通過平衡閥（39）與左風門油缸（16）相連，右風門電磁閥（38）通過平衡閥（39）與右風門油缸（20）相連，風機左升降比例閥（34）、風機右升降比例閥（35）、風道轉換電磁閥（36）、左風門電磁閥（37）和右風門電磁閥（38）的輸出端合并為一條輸入油路，輸入油路與安裝在液壓油箱（31）中的第一過濾器（42）相連，輸入油路上還安裝有相互配合使用的工作壓力電磁閥（40）和第一溢流閥（41），工作壓力電磁閥（40）和第一溢流閥（41）用于建立風機油缸液壓系統的壓力；

所述的風機馬達液壓系統包括風機發動機（43）、風機變量泵（44）、風機變量泵排量調節機構（45）、風機變量泵排量控制電磁閥（46）、換油泵（47）和風機馬達（49）；風機馬達（49）通過聯軸器與風機（5）的風扇相連，風機馬達（49）上連接有用于實現風機馬達（49）的溢流功能的第二溢流閥（51），風機馬達（49）上連接有用于實現風機馬達（49）的補油功能的二位三通換向閥（50）；風機發動機（43）通過聯軸器與風機變量泵（44）相連，風機變量泵（44）與風機變量泵排量調節機構（45）相連，風機變量泵排量調節機構（45）與風機變量泵排量控制電磁閥（46）相連；風機變量泵（44）和風機馬達（49）組成一個閉式液壓回路，換油泵（47）的一端與風機變量泵（44）相連用于為閉式液壓回路換油，降低閉式油路的油溫，換油泵（47）的另一端與液壓油箱（31）中的第二過濾器（48）相連；

所述的PLC控制系統中，左風道（7）的內壁上均勻布置有左風道風壓傳感器（21）；右風道（8）的內壁上均勻布置有右風道風壓傳感器（22）；風機左升降限位開關（23）通過限位開關固定支架（25）安裝在車體（1）上，用于檢測風機左升降油缸（3）與風機（5）相連的支耳（27）上的檔塊（26），實現風機左升降油缸（3）的上升極限位置開關檢測；風機右升降限位開關（24）通過限位開關固定支架（26）安裝在車體（1）上，用于檢測風機右升降油缸（4）與風機（5）相連的支耳（27）上的檔塊（26），實現風機右升降油缸（4）的上升極限位置開關檢測；

左風道風壓傳感器（21）、右風道風壓傳感器（22）、風機左升降限位開關（23）和風機右升降限位開關（24）分別與PLC控制器（52）的輸入端相連，PLC控制器（52）的輸出端分別與風機左升降比例閥（34）、風機右升降比例閥（35）、風道轉換電磁閥（36）、左風門電磁閥（37）、右風門電磁閥（38）、工作壓力電磁閥（40）和風機變量泵排量控制電磁閥（46）相連，PLC控制器（52）還與用于控制風機發動機（43）轉速的風機發動機ECU（54）相連，PLC控制器（52）上還連接有操作面板（53）。

2.一種基于壓力反饋的除雪車冷吹風自動控制方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進行：

步驟一：啟動：

風機左升降限位開關（23）檢測風機左升降油缸（3）的位置，風機右升降限位開關（24）檢測風機右升降油缸（4）的位置，PLC控制器（52）獲取風機左升降油缸（3）和風機右升降油缸（4）的位置信息，其中：

（Ⅰ）當風機左升降油缸（3）未處于極限位置時，PLC控制器（52）通過風機左升降比例閥（34）控制風機左升降油缸（3）上升；

（Ⅱ）當風機右升降油缸（4）未處于極限位置時，PLC控制器（52）通過風機右升降比例閥（35）控制風機右升降油缸（4）上升；

（Ⅲ）當風機左升降油缸（3）和風機右升降油缸（4）均處于極限位置時，PLC控制器（52）關閉風機左升降比例閥（34）和風機右升降比例閥（35）的電流；

步驟二：工作風道選擇：

PLC控制器（52）檢測到操作面板（53）的工作風道選擇信號后，PLC控制器（52）將控制相應油缸打開相應的風道，關閉不使用的風道；

（Ⅰ）當PLC控制器（52）檢測到操作面板（53）輸入左風道工作信號后，PLC控制器（52）首先通過風道轉換電磁閥（36）控制風道轉換油缸（12）全伸，使風道轉換門（9）將右風道（8）關閉，左風道（7）打開，然后PLC控制器（52）通過左風門電磁閥（37）控制左風門油缸（16）全伸，使得左風門（13）打開，同時PLC控制器（52）通過右風門電磁閥（38）控制右風門油缸（20）全縮，使得右風門（17）關閉；

（Ⅱ）當PLC控制器（53）檢測到操作面板（53）輸入右風道工作信號后，PLC控制器（53）首先通過風道轉換電磁閥（36）控制風道轉換油缸（12）全縮，使風道轉換門（9）將左風道（7）關閉，右風道（8）打開，然后PLC控制器（52）通過右風門電磁閥（38）控制右風門油缸（20）全伸，使得右風門（17）打開，同時PLC控制器（52）通過左風門電磁閥（37）控制左風門油缸（16）全縮，使得左風門（13）關閉；

步驟三：工作電磁閥斷電：

PLC控制器（52）對步驟二的工作油缸動作時進行計時，當風道轉換電磁閥（36）、左風門電磁閥（37）或右風門電磁閥（38）的動作時間達到10s后，關閉該電磁閥；

步驟四：風機發動機速度控制：

PLC控制器（52）檢測到操作面板（53）輸入的工作模式后，按照PLC控制器（53）中預定義的風機工作模式，通過CAN總線的J1939協議與風機發動機ECU（54）通訊，控制風機發動機（43）到指定的轉速；

步驟五：風機風壓控制：

當為左風道（7）工作，則PLC控制器（52）通過左風道風壓傳感器（21）采集的風壓值與設定風壓閾值10bar比較；當為右風道（8）工作，則PLC控制器（52）通過右風道風壓傳感器（22）采集的風壓值與設定風壓閾值10bar比較；PLC控制器（52）將設定風壓閾值10bar與檢測風壓值進行PID運算，依據計算結果PLC控制器（52）通過風機左升降比例閥（34）和風機右升降比例閥（35）控制風機殼體（28）與地面保持有效的間距，保證風機（5）的吹風風壓實現吹雪功能，其中：

（Ⅰ）當左風道風壓傳感器（21）或右風道風壓傳感器（22）探測的風壓值比設定的風壓閾值小1bar以上時，則風機殼體（28）未與地面保持有效高度，PLC控制器（52）通過對設定風壓閾值10bar與檢測風壓值進行PID計算，獲得風機左升降比例閥（34）和風機右升降比例閥（35）的分配電流值，通過PWM模塊控制風機左升降油缸（3）和風機右升降油缸（4）下降；

（Ⅱ）當左風道風壓傳感器（21）或右風道風壓傳感器（22）探測的風壓值比設定的風壓閾值大1bar以上時，則風機殼體與地面接觸過多，PLC控制器（52）通過對設定風壓閾值10bar與檢測風壓值進行PID計算，獲得風機左升降比例閥（34）和風機右升降比例閥（35）的分配電流值，通過PWM模塊控制風機左升降油缸（3）和風機右升降油缸（4）上升；

PLC控制器（52）使得左風道（7）或右風道（8）內的控制在風壓值與設定風壓閾值的差值的絕對值小于等于1bar的范圍內。