[發明專利]一種無污染隧道挖掘機

在審

• 申請號: 201610187884.5
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105781558A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 時建華
• 申請（專利權）人: 時建華
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/01;F02B65/00;F02B33/44;F02M31/04;F02F1/14;F02F3/00;F02D13/02;E02F9/20;E02F9/22
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強

1.一種無污染隧道挖掘機，其特征是，包括機體、第一驅動臂、第二驅動臂、挖掘斗、滾 輪-履帶和發動機系統，所述機體、第一驅動臂、第二驅動臂和挖掘斗依次相連，滾輪-履帶 安裝在機體下方，所述發動機系統用于驅動滾輪-履帶，從而帶動挖掘機運動；所述發動機 系統包括空氣壓縮泵、壓縮空氣罐、進氣電磁閥、發動機、排氣電磁閥、換熱系統和控制系 統，所述壓縮空氣罐內部分割為設置在上方的高壓區和設置在下方的低壓區，高壓區的一 端通過高壓入口閥與所述空氣壓縮泵相連，另一端通過高壓出口閥與所述進氣電磁閥相 連，低壓區的一端通過低壓入口閥與所述空氣壓縮泵相連，另一端依次通過單向逆止閥、低 壓出口閥與所述進氣電磁閥相連，進氣電磁閥向所述發動機提供高壓或低壓的壓縮空氣； 所述進氣電磁閥和排氣電磁閥均為失電常閉式的先導式電磁閥；

還包括切換泄壓管道，切換泄壓管道的一端與所述高壓出口閥與所述低壓出口閥之間 的管道相連，另一端與所述低壓區的上部相連，切換泄壓管道上設置有泄壓電磁閥，當從高 壓往低壓切換時，高壓出口閥關閉以后，首先檢測高壓出口閥后管道上的壓力值p1，并將其 與低壓區的壓力p2比較，當p1＞p2時，將泄壓電磁閥打開，切換泄壓閥內的壓力迅速泄至低 壓區內，當檢測到p1≤p2時，關閉泄壓電磁閥，并打開進氣電磁閥；所述切換泄壓管道的管 徑為高壓區出口管徑的1/4；

所述發動機包括氣缸、活塞、與活塞相連的曲軸，曲軸包括曲柄、連桿和飛輪，飛輪安裝 在曲軸的一端；所述排氣電磁閥設置在發動機的排氣管道上，排氣電磁閥后的排氣管道分 為兩路，一路直接排大氣或者去制冷系統，另一路通過調節閥進入溫度調節器，用于對溫度 調節器的出口熱水溫度；所述換熱系統包括形式為管式換熱器的溫度調節器、布置在進氣 電磁閥左右兩側管道上的預熱套管、布置在氣缸上的加熱套管，溫度調節器的加熱熱源通 過熱水泵不斷向預熱套管和加熱套管供水，加熱后的熱水經套管的出口流出；所述氣缸的 外缸壁上還設置有鋁隔板，鋁隔板為圓環形，安裝在外缸壁與加熱套管之間，鋁隔板通過多 個間隔布置的周向導熱固定體固定在外缸壁上，在相鄰兩個周向導熱固定體之間的外缸壁 上還間隔設置有3個折向角為45°的導流體，所述導流體的高度為周向固定體高度的2/3；鋁 隔板上交錯布置有多個圓形的均流水口，鋁隔板的內表面上設置有多個間隔布置的凸塊， 凸塊的高度為鋁隔板和外缸壁之間的距離的1/5；所述活塞的上表面還設置有多個向上凸 起的圓錐形的柱塞，柱塞的表面上設置有多個相鄰螺旋方向相反的螺旋凸起；所述活塞整 體呈圓柱形，其中部外表面上設置有一個凹陷的環形槽，環形槽上布置有多個間隔排列的 固定孔槽，固定孔槽上固接有軟性物，所述軟性物穿過活塞與氣缸之間的間隙與氣缸的外 壁接觸，相鄰兩個所述固定孔槽之間的距離為h；

所述曲軸的軸端安裝有增量式光電旋轉編碼器，用于將曲軸的轉動角度轉換為相應的 脈沖數，以計數脈沖的形式向氣動發動機的控制器提供曲軸的轉角α數值；所述控制器記錄 通過壓力傳感器檢測的氣缸內的氣體壓力，以及通過溫度傳感器檢測的氣缸內的氣體溫 度、排氣電磁閥前溫度、排氣電磁閥后溫度；啟動信號來后，增量式增量式光電旋轉編碼器 檢測曲軸轉角值，當其達到設定的初始進氣角度α₀時，打開進氣電磁閥；同時不斷實時檢測 曲軸轉角α、氣缸內氣體的壓力p、氣缸內氣體溫度T、排氣電磁閥前溫度T1和排氣電磁閥后 溫度T2，控制器根據空氣的氣體方程和曲軸轉角關系按下式計算得到排氣壓力先驗值p′： 其中r為曲柄的長度，l為 連桿的長度，n為多變系數，T‘為上一循環結束時的氣缸內氣體溫度，T1’為上一循環結束時 的排氣電磁閥前溫度，λ₁為第一常數因子，如果當前為第一循環則自動令等溫進氣關閉項 當排氣壓力先驗值p′≥k1×k2×p_om時關閉進氣電磁閥，其 中p_om為排氣電磁閥的額定開啟壓力，為每循環的閥值壓力系 數，p_max為每循環氣缸的最高工作壓力，p_min為每循環氣缸的最低工作壓力，k2＝0.001×|T1 ‘-T2’|+1為排氣電磁閥卡澀修正系數，T1‘、T2’分別為上一循環的排氣電磁閥前溫度和排 氣電磁閥后溫度；此后繼續檢測曲軸轉角α，當α達到設定的排氣閥打開角度α_1R時，打開排氣 電磁閥；排氣電磁閥打開后，繼續檢測曲軸轉角，當達到設定的初始進氣角度α₀時，進氣電 磁閥再次打開，直至當曲軸轉角α達到排氣閥關閉角度時，關 閉排氣電磁閥，其中α₂為人為設定的閾值，為等溫排氣關閉項， λ₂為第二常數因子，當處于第一個循環時自動令A2＝1，至此發動機系統完成一個工作循 環；在排氣電磁閥開啟的時段中，排氣電磁閥至溫度調節器的調節閥會根據上一循環的氣 缸內溫度均值和進氣電磁閥前后溫度反饋值來控制調節閥的開度，從而調節預熱套管和加 熱套管中的熱水溫度；令λ₁＝0.0011，λ₂＝0.0020，h＝10mm。

2.根據權利要求1所述的一種無污染隧道挖掘機，其特征是，進氣電磁閥打開的提前量 為排氣電磁閥打開的提前量為排氣電磁閥關閉 的提前量為其中ω為曲軸的角速度，U₁、U₂分別為先導式電磁閥通電反 應時間和斷電反應時間，進氣電磁閥和排氣電磁閥采用的反應時間相同。