一种具有高效稳定操控的排水车及操控方法与流程

本发明涉及一种专用汽车领域的应急排水装备，尤其涉及一种具有高效稳定操控的排水车及操控方法。

背景技术：

目前地球气候异常，旱涝灾害频繁，洪涝灾害、山洪暴发、矿难透水事故时常发生，因暴雨洪灾形成的内涝积水，造成道路交通瘫痪，低洼建筑、地下建筑及人防工程进水，往往不能及时将水排出，造成大量财产及设备损失。给市民的生活出行带来不便，甚至危及市民的生命和财产的安全。随着市场对排水车的需求不断增加，其对排水车的功能和性能要求也越来越高。

随着洪涝灾害带来的危害日益严重，国家已将应急产业列入重点培养和发展任务，全液压驱动排水车具有快速、高效和操作方便等特点，成为排洪涝的首选移动设备。但目前的排水车也存在不少问题，如大流量排水抢险车（专利号：201010157839.8）的液压驱动采用开式系统，存在液压元件体积大、效率低、启动慢等缺陷；臂架采用斜撑结构，无法设置休息室，不能满足排水作业时，多人配合快速作业的要求；车上排水辅助设备裸露在外，易受环境影响，缩短使用寿命；为了扩大工作范围，采用平移工作台将回转支承和臂架伸出一定距离，增加了结构和管路布置的复杂性和故障率；臂架油缸均采用普通液压组合阀，对臂架和整车具有较大的冲击性。因此，液压排水车如何实现高效稳定作业已成为急需解决的问题。

另外，现有排水车采用的是开关直接控制液压阀电磁线圈的传统控制形式，无法满足液压系统和工况要求。

因此，目前的排水车存在液压驱动系统体积大、效率低、臂架作业范围小和臂架运动过程冲击大等缺点。

技术实现要素：

本发明就是针对市场及客户的需求，为了解决液压驱动系统体积大、效率低、臂架作业范围小以及臂架运动过程冲击大等问题，特设计的一种具有高效稳定操控的排水车及操控方法。

本发明是这样实现的，一种具有高效稳定操控的排水车，包括底盘车、水泵和水带，其特征在于：所述底盘车上设置有车厢，所述车厢安装有液压系统，所述液压系统包括有驱动装置和运行装置，所述驱动装置包括有变量柱塞泵a、柱塞马达、补油泵、散热器和液压油箱，所述变量柱塞泵a与底盘车取力器和柱塞马达相连，所述柱塞马达与水泵相连、所述补油泵与变量柱塞泵a和液压油箱相连，所述散热器分别与变量柱塞泵a、柱塞马达和液压油箱相连；所述底盘车通过设置有回转马达的回转支撑安装有臂架，所述臂架通过操控系统使得回转马达和油缸运动。

一种具有高效稳定操控的排水车，其特征在于：所述变量柱塞泵a中设置有流量控制阀及柱塞斜盘。

所述油缸包括有一变油缸、二变油缸和伸缩油缸，所述底盘车安装有支腿油缸。

所述运行装置包括变量柱塞泵b、比例阀组和控制器，所述变量柱塞泵b分别与底盘车取力器、比例阀组和液压油箱相连，所述液压油箱与比例阀组相连，所述比例阀组设置有五个比例阀，所述比例阀分别用于控制回转马达、一变油缸、二变油缸、伸缩油缸和支腿油缸的运行，所述控制器与比例阀组相连，所述比例阀组设置有反馈模块，所述变量柱塞泵b中设置有负载敏感和压力补偿阀及柱塞斜盘。

所述车厢设置为液压室、休息室和卷盘室，所述液压室设置有包括驱动装置和运行装置在内的液压系统，所述休息室设置有卧铺，所述卷盘室设置有若干水带卷盘。

一种具有高效稳定操控的排水车操控系统，其特征在于：所述操控系统包括有变量柱塞泵b、比例阀组、传感器和控制器，所述变量柱塞泵b与比例阀组相连，所述比例阀组设置有五个比例阀，所述比例阀分别用于控制回转马达、一变油缸、二变油缸、伸缩油缸和支腿油缸的运行，所述控制器与比例阀组和传感器相连。

一种具有高效稳定操控的排水车的操控系统，其特征在于：所述传感器包括有速度传感器、角度传感器和位置传感器，所述速度传感器设置在水泵上，所述角度传感器设置在回转支撑、第一节臂和第二节臂上，所述位置传感器设置在伸缩管和支腿油缸上。

所述比例阀组设置有反馈模块，所述变量柱塞泵b中设有负载敏感和压力补偿阀及柱塞斜盘，所述反馈模块与负载敏感和压力补偿阀相连。

一种具有高效稳定操控的排水车操控系统的操控方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）启动变量柱塞泵b和操控系统，控制器向比例阀组中的比例阀f发出动作信号，控制支撑油缸使得整车处于水平状态；

（2）控制器对比例阀组中比例阀实现动作互锁；

（3）控制器对比例阀组中比例阀b进行控制，控制一变油缸，对臂架进行举升；

（4）控制器对比例阀组中比例阀a进行控制，控制回转马达，对臂架进行旋转；

（5）控制器对比例阀组中比例阀c进行控制，控制二变油缸，对臂架进行举升；

（6）控制器对比例阀组中比例阀d进行控制，控制伸缩油缸，对伸缩管进行伸缩；

（7）根据水泵的目标位置，人为操纵控制器对五个运动机构进行综合调整，使其平稳快速到达目标；

（8）在水泵上安装一个速度传感器，控制相应的比例阀降低运动速度，形成一个闭环速度控制，使臂架运动柔和有序，并将水泵放置在水面以下。

一种具有高效稳定操控的排水车操控系统的操控方法，其特征在于：所述臂架伸展到可自由操作点g时，利用操控系统自动运算从自由操作点g到水泵工作点h的最佳工作路径，并可实现臂架上回转马达、一变油缸、二变油缸和伸缩油缸的协同运动。

本发明的有益效果在于：采用闭式液压系统驱动水泵，大幅提高工作效率，降低车辆重量，缩短设备启停时间；采用臂架过驾驶室顶部设计，扩大臂架作业范围，提升车辆承载能力，缩短作业准备时间；臂架执行元件驱动采用比例控制技术，能够降低臂架运行冲击，提高设备稳定性；操控系统的操控方法能够使复杂的操作简单化，适应各种不同恶劣工况，提高整车的总体控制性能。

附图说明

图1是本发明涉及一种具有高效稳定操控的排水车的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明涉及一种具有高效稳定操控的排水车的臂架系统组成图；

图4是本发明涉及一种具有高效稳定操控的排水车的闭式驱动装置图；

图5是本发明涉及一种具有高效稳定操控的排水车的运行装置原理图；

图6是本发明涉及一种具有高效稳定操控的排水车的操控系统组成原理图。

附图所示，其中，1为底盘车、2为车厢、21为液压室、22为休息室、23为卷盘室、3为液压系统、30为比例阀组、31为变量柱塞泵a、32为柱塞马达、33为补油泵、34为散热器、35为液压油箱；36为变量柱塞泵b、37为一变油缸、38为二变油缸、39为伸缩油缸、4为臂架、41为第一节臂、42为第二节臂、43为伸缩管、5为水泵、6为水带卷盘、61为水带、7为回转支撑、8为操控系统、81为控制器、82为速度传感器、83为角度传感器a、84为角度传感器b、85为角度传感器c、86为位置传感器a、87为位置传感器b、9为回转马达、10为水面、11为支腿油缸、12为取力器。

具体实施方式

如图1至图6所示，一种具有高效稳定操控的排水车，包括底盘车1、水泵5和水带61，其底盘车1上设置有车厢2，车厢2安装有液压系统3，液压系统3包括有驱动装置和运行装置，驱动装置包括有变量柱塞泵a31、柱塞马达32、补油泵33、散热器34和液压油箱35，变量柱塞泵a31与底盘车取力器12和柱塞马达32相连，柱塞马达32与水泵5相连、补油泵33与变量柱塞泵a31和液压油箱35相连，散热器34分别与变量柱塞泵a31、柱塞马达32和液压油箱35相连；底盘车1通过设置了回转马达9的回转支撑7安装有臂架4，所述臂架4通过操控系统8使得回转马达9和油缸运动。

水泵5采用液压潜水泵，其最大的优势在于跟同等功率的电动潜水泵相比，体积是后者的1/3，且在任何时候都无需担心会有漏电的这类安全事故。由于它体积小，转速高，重量轻，便于携带，通常被用于许多城市的应急大流量供水、抗洪排涝等需要快速反应的移动设备。它可以装在挖掘机使用，也可以跟其他液压行走车辆配合使用，且不用再投资动力装置。

底盘车1取力器12是利用底盘的富余动力，通过车架下的电励磁交流发电机将发动机输出动力转化为交流电，可供车厢2内设备使用。一般在载重车变速器上都有取力窗口，经过传动轴带动发电机工作，经过励磁自动控制，转速自动伺服电机控制速度。

变量柱塞泵a31的压力油经泵体、泵壳变量壳体中的通油孔通过单向阀进入变量壳体的下腔，当拉杆向下运动时，推动伺服活塞向下移动，伺服阀的上阀口打开，变量壳体下腔的压力油经变量活塞中的通油孔进入变量壳体上腔，由于上腔面积大于下腔，液压力推动活塞向下运动，带动销轴使变量头绕钢球中心旋转，改变变量头的倾斜角（增大），柱塞泵的流量随之增大。反之拉杆向上运动，变量头的倾斜角向相反方向变化，泵的流量也随之变化。当倾斜角度变至零以后，则变量头向负偏角方向变化，液流产生换向。

柱塞马达32是液压马达的一种类型。工作介质（液压油等）作用在活塞。工作介质（液压油等）作用在活塞或柱塞的端面上，使活塞或柱塞做直线往复运动，再通过运动转换机构（斜盘、凸轮、曲柄等），将活塞或柱塞的往复运动转化为输出轴的圆周运动。

散热器34是用来传导、释放热量的一系列装置的统称。

一种具有高效稳定操控的排水车，其变量柱塞泵a31中设置有流量控制阀及柱塞斜盘。

油缸包括有一变油缸37、二变油缸38和伸缩油缸39，底盘车1安装有支腿油缸11。

底盘车1为液压系统3提供动力，使支腿油缸11稳定支撑于地面；通过操控系统8使回转支承7上回转马达9和臂架4上的一变油缸37、二变油缸38、伸缩油缸39柔和有序运动，将水泵5潜入到作业水面10下方；柱塞马达32驱动水泵5将水吸入到臂架4管路中，经水带卷盘6的水带61排出到合适位置，完成吸排水作业。

底盘车1全功率取力器12经传动轴使变量柱塞泵a31输出高压油，直接输入到柱塞马达32驱动水泵5运转，补油泵33只需从旁路为闭式系统注入少量油液，用于液压系统3的泄露、散热和润滑；泄露的油液经散热器34降温后回到液压油箱35。由于变量柱塞泵a31和柱塞马达32高压油不经过控制阀，因此采用这种闭式液压驱动系统，具有工作效率高、工作压力高、系统元件体积小、重量轻和控制速度快等特点。解决了排水效率低、液压系统体积大的问题。

液压系统3中的运行装置包括变量柱塞泵b36、比例阀组30和控制器81，变量柱塞泵b36分别与底盘车取力器12传动轴、比例阀组30和液压油箱35相连，液压油箱35与比例阀组30相连，比例阀组30设置有五个比例阀，这些比例阀分别用于控制回转马达9、一变油缸37、二变油缸38、伸缩油缸39和支腿油缸11的运行，控制器81与比例阀组30相连，比例阀组30设置有反馈模块，变量柱塞泵b36中设置有负载敏感和压力补偿阀及柱塞斜盘。

底盘车1全功率取力器12经传动轴使变量柱塞泵b36向比例阀组30输出高压油，控制器81可根据工况要求输出控制信号到比例阀组30，使臂架4的回转马达9、一变油缸37、二变油缸38和伸缩油缸39等执行元件的换向及运行速度得到优化控制，减小这些执行元件对臂架4的冲击，提高车辆的稳定性和可靠性。解决臂架4运动过程的冲击问题。

变量柱塞泵b36中的负载敏感和压力补偿阀能够根据比例阀组30的压力反馈模块提供的反馈压力信号，调整变量柱塞泵b36伺服液压缸的压力，从而改变变量柱塞泵b36的斜盘角度，可以为运行装置提供所需压力和流量，并限制比例阀组30的最高压力。

车厢2设置为液压室21、休息室22和卷盘室23，液压室21安装有包括驱动装置和运行装置在内的液压系统3，休息室22设置有卧铺，卷盘室23设置有若干水带卷盘6。水带61缠绕在水带绞盘6上。

采用臂架4过驾驶室顶部设计，可增大臂架4中第一节臂41、第二节臂42和伸缩管43的长度，有利于排水车作业空间的扩大。避免为了增大作业范围，采用平移工作台将回转支承7和臂架4伸出一定距离，增加了结构和管路布置的复杂性和故障率，并且空间扩展有限。解决了臂架4作业范围小问题。

由于采用臂架4过驾驶室顶部设计，可于车辆中部设置休息室22，可在休息室22里配置桌椅、卧具等，还可在休息室22内安装排水车系统运行监测装置，通过安装在车辆上的摄像头可在休息室22内监测排水状况；并承载部分操作和维护人员，解决驾驶室承载人员少，无法应对紧急抢险，多人同时快速作业要求。解决了多人难以同时快速作业问题，缩短了应急响应时间，并提高迅速开展作业的能力。

底盘车1可安装有升降照明灯和四个液压支撑腿。升降照明灯通过螺栓连接在底盘车1的驾驶室上方。升降照明灯可以在夜间照亮工作环境，有利排水抢险等工作的顺利进行。这四个液压支撑腿通过支座固定在底盘车1大梁的合适位置，使用时通过支腿油缸11对支腿向下伸出触地，将底盘车1身顶起，使底盘车1的大部分（或全部）重量由支腿支撑，从而保持车体的平稳。

一种具有高效稳定操控的排水车操控系统，其操控系统8包括有变量柱塞泵b36、比例阀组30、传感器和控制器81，变量柱塞泵b36与比例阀组30相连，该比例阀组30设置有五个比例阀，这些比例阀分别用于控制回转马达9、一变油缸37、二变油缸38、伸缩油缸39和支腿油缸11的运行，控制器81与比例阀组30和传感器相连。

一种具有高效稳定操控的排水车操控系统，其比例阀组30的每个比例阀均设置有传感器。传感器包括有速度传感器82、角度传感器a83、角度传感器b84、角度传感器c85、位置传感器a86和位置传感器b87，速度传感器82设置在水泵5上，角度传感器a83设置在回转支撑7上、用于测量回转支撑7的回转角度；角度传感器b84设置在第一节臂41上、角度传感器c85设置在第二节臂42上，用于检测第一节臂41和第二节臂42跟地面的相对角度；位置传感器a86设置在伸缩油缸39上、位置传感器a87设置在支腿油缸11上，用于检测伸缩位置长度。

比例阀组30通过传感器可检测阀芯的运动角度、速度和位置并产生反馈信号，对比反馈信号和控制器81的输入信号所得偏差，通过比例阀内的电磁阀桥来不断调整控制主阀芯的运动角度、速度和位置，使阀芯达到理想的位置，使输出流量稳定可靠，从而实现比例阀组30的闭环控制。

比例阀组30设有压力反馈模块，变量柱塞泵b36中设有负载敏感和压力补偿阀及柱塞斜盘，压力反馈模块与负载敏感和压力补偿阀相连。通过控制器81的智能操控，可以很好地解决上述问题，并且系统具备合理的结构、稳定的性能和高效率运作。

控制器81是使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油的。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要。

这种操控系统8，包括有控制器81、速度传感器82、角度传感器a83、角度传感器b84、角度传感器c85、位置传感器a86和位置传感器b87。当比例阀组30控制液压支腿油缸11动作，或者其对应的位置传感器b87向控制器81发出位置变化指令时，控制器81将对比例阀组30中的其它比例阀进行锁死，实现动作互锁，防止由于人为误操作，导致臂架4运动，损坏驾驶室或者其它结构件；同理，臂架4收放工作时，第一节臂41、第二节臂42、伸缩管43和回转支承7需要按顺序到位后，角度或位置传感器向控制器81发出到位信号后，方可进行下一个动作，因此比例阀之间是需要互锁的，才能保证操控的正确性和可靠性。

在水泵5上安装一个速度传感器82，当臂架4运动时，如检测到臂架4尾部水泵5的运动速度超过机构运动设定速度时，速度传感器82发出信号给控制器81，控制相应的比例阀降低运动速度，形成一个闭环速度控制，使臂架4运动柔和有序。

当臂架4伸展到可自由操作点g时，利用操控系统8自动运算从自由操作点g到水泵工作点h的最佳工作路径，并可实现臂架4上回转马达9、一变油缸37、二变油缸38和伸缩油缸39协同运动，缩短排水车准备工作时间；同时，利用角度、速度和位置传感器实现运动位置范围限定和碰撞预警功能。解决了臂架4运动过程的智能操控问题。

一种具有高效稳定操控的排水车操控系统的操控方法，包括如下步骤：

1、启动变量柱塞泵b36和操控系统8，控制器81向比例阀组30中的比例阀f发出动作信号，控制支撑油缸11使得整车处于水平状态。控制器81向比例阀组30中的比例阀f发出动作信号，液压支腿逐渐伸长，当液压支腿支撑面分别都开始触及地面时，液压系统3压力升高，控制器81发出电流下斜波信号到比例阀组30反馈模块，通过改变柱塞斜盘32的角度，使支腿油缸11动作速度减缓，当位置传感器b87检测到支腿油缸11升高距离达到目标高度l1时，控制器81发出停止动作信号，使整车处于水平状态。

2、控制器81对比例阀组30中比例阀实现动作互锁。控制器81对比例阀组30中比例阀进行互相锁死，实现动作互锁，防止由于人为误操作，导致臂架4机构同时运动，导致重心变化，机构干涉，影响车辆的稳定性和安全性。

3、控制器81对比例阀组30中比例阀b进行控制，控制一变油缸37，对臂架4进行举升。控制器81对比例阀组30中比例阀b进行控制，控制器81先发出电流上斜坡信号-平斜波信号-下斜坡信号，角度传感器b84不断检测一变油缸37的举升角度，使其由快到平稳再到慢的速度有序到达规定的举升角度а1。

4、控制器81对比例阀组30中比例阀a进行控制，控制回转马达9，对臂架4进行旋转。控制器81对比例阀组30中比例阀a进行控制，控制器81先发出电流上斜坡信号-平斜波信号-下斜坡信号，角度传感器a83不断检测回转马达9的旋转角度，使其由快到平稳再到慢的速度有序到达规定的旋转角度а2。

5、控制器81对比例阀组30中比例阀c进行控制，控制二变油缸38，对臂架4进行举升。控制器81对比例阀组30中比例阀c进行控制，控制器81先发出电流上斜坡信号-平斜波信号-下斜坡信号，角度传感器c85不断检测二变油缸38的举升角度，使其由快到平稳再到慢的速度有序到达规定的举升角度а3。

6、控制器81对比例阀组30中比例阀d进行控制，控制伸缩油缸39，对伸缩管43进行伸缩。控制器81对比例阀组30中比例阀d进行控制，控制器81先发出电流上斜坡信号-平斜波信号-下斜坡信号，位置传感器a86不断检测伸缩油缸39的伸缩角度，使其由快到平稳再到慢的速度有序到达规定的伸缩长度l2。

7、根据水泵5的目标位置，人为操纵控制器81对五个运动机构进行综合调整，使其平稳快速到达目标。

8、在水泵5上安装一个速度传感器82，控制相应的比例阀降低运动速度，形成一个闭环速度控制，使臂架4运动柔和有序，并将水泵5放置在水面10以下。在水泵5上安装一个速度传感器82，，当臂架4运动时，如检测到臂架4尾部水泵5的运动速度超过机构运动设定速度v时，速度传感器82发出信号给控制器81，控制相应的比例阀降低运动速度，形成一个闭环速度控制，使臂架4运动柔和有序。

在此步骤中，一种具有高效稳定操控的排水车操控系统的操控方法，其臂架4伸展到可自由操作点g时，利用操控系统8自动运算从自由操作点g到水泵5工作点h的最佳工作路径，并可实现臂架4上回转马达9、一变油缸37、二变油缸38和伸缩油缸39的协同运动，缩短排水车准备工作时间；同时，利用角度、速度和位置传感器实现运动位置范围限定和碰撞预警功能。

一种具有高效稳定操控的排水车到达现场后，将该排水车停至作业区域的合适位置。开启底盘车取力器12，将支腿展开。待整车平稳后，快速开启车厢2两侧的卷帘门，将水带卷盘6上的水带61卸下。通过快速接头将水带61与出水口进行连接，并将另一端放置到指定排水位置。操作控制器81，使得一变油缸37和二变油缸38伸长，臂架4中的第一节臂41和第二节臂42展开，伸缩油缸39伸长推出伸缩管43，水泵5移动至工作位置，操作控制器81启动按钮开启水泵5进行排水作业。

完成作业后，操作控制器81，伸缩油缸39将伸缩管43、水泵5收回至原位，二变油缸38收缩，第二节臂42回转至原位，一变油缸37收缩，第一节臂41回位，整个臂架4回归。

采用这种具有高效稳定操控的排水车，其结构布局合理紧凑，高度集成，方便开启，快速收放设备和水带，突出应急抢险特点，降低车辆重量，缩短设备启停时间；而且扩大臂架作业范围，提升车辆承载能力，缩短作业准备时间；极大提高了应急救援效率，降低臂架运行冲击，提升设备稳定性。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。