本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种输料控制系统、方法及地下施工机械。
背景技术：
在地下施工中，尤其是在采用暗挖法进行城市地铁施工中，渣土的输送是必不可少的环节。人工或机械挖掘出的渣土需要及时地清理出工作界面，以便进行下一步的施工，而渣土的输送对地下施工效率影响较大。
现有的地下施工所产生的渣土主要是利用挖掘机或一些施工设备的输送装置将渣土装载或传送到渣土运输车上，然后再由渣土运输车将渣土运离工作面。其中，挖掘机是以柴油机提供动力的，其工作时会排放出废气，而在空气流动性不好的地下空间来说，这些废气会造成地下空气污染，影响施工环境和施工人员的身体健康。
采用施工设备的输送装置进行渣土运输的方式则面临着控制效果不理想的问题，由于输送装置往往采用全液压控制系统，需要施工人员通过液压手柄和开关按钮进行控制，在液压手柄操作不熟练时容易引起系统冲击，例如在启动时如果操作人员一下子将手柄推到最大，则液压阀就会突然全开，造成较强的启动冲击，而输送装置上如果附着了一些渣土，则可能造成对输送装置的堵塞。除此之外，在渣土的正常输送过程中也可能出现堵塞。对于输送装置的堵塞主要是通过人工进行清理，效率比较低下。目前也有通过振动电机来进行清堵，但这种方式需要加配振动电机，提高了设备成本，也占用了更多的空间和重量。
另一方面，现有的输送控制系统设计比较简单，主要通过施工人员肉眼观察来了解渣土输送的情况，但这样的观察无法获得更为准确和详细的设备状态，控制的可靠性和准确性比较一般。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种输料控制系统、方法及地下施工机械，能够实现复杂施工工况下的输料控制。
为实现上述目的，本发明提供了一种输料控制系统，包括：输料操控手柄、控制器和输料控制阀，所述输料操控手柄与所述控制器信号连接，所述控制器与所述输料控制阀的控制端信号连接，所述输料控制阀设置在输料系统中输料马达的工作油路中，用于控制所述输料马达的启停、转向和转速。
进一步的，还包括压力传感器，用于检测所述输料马达的正转工作油压，并提供给所述控制器；所述控制器与所述压力传感器信号连接，能够在确定所述输料马达的正转工作油压超过预设的堵料压力阈值时，通过所述输料控制阀控制所述输料马达交替正反转，并在所述输料马达的正转工作油压不超过所述堵料压力阈值时恢复所述输料马达的正常输料过程。
进一步的，所述控制器包括：
油压比较单元，与所述压力传感器信号连接，用于对从所述压力传感器接收的所述输料马达的正转工作油压与预设的堵料压力阈值进行比较；
正反转控制单元，与所述油压比较单元信号连接，用于在确定所述输料马达的正转工作油压超过预设的堵料压力阈值时，通过向所述输料控制阀发出控制信号，以使所述输料控制阀控制所述输料马达交替正反转，并在所述输料马达的正转工作油压不超过所述堵料压力阈值时恢复所述输料马达的正常输料过程；
反转次数设定单元，与所述正反转控制单元信号连接，用于接收外部输入或系统默认的允许最大反转次数，并提供给所述正反转控制单元，以便所述控制器在所述输料马达反转次数达到所述允许最大反转次数，且所述输料马达的正转工作油压仍然超过预设的堵料压力阈值时，通知人工手动清堵或通过所述输料控制阀使所述输料马达停机。
进一步的，所述控制器中还包括启动过渡单元，与所述输料操控手柄和所述输料控制阀均信号连接，能够在系统启动时检测到所述输料操控手柄的输入电流在低于预设启动时间下增加到最大电流值时，控制提供给所述输料控制阀的电流值以预设函数逐步增加到最大电流值。
进一步的，所述预设函数为线性增函数或抛物线增函数。
进一步的，所述信号连接为电压/电流信号连接或控制器局域网总线信号连接。
进一步的，还包括人机交互装置，与所述控制器信号连接，能够显示系统状态信息和故障报警信息，并能够根据接收的外部输入进行堵料压力阈值、允许最大反转次数、反转时间和/或启动时间的设定。
进一步的，还包括转速传感器，与所述控制器信号连接，能够在所述输料马达正常输料时检测马达转速，并将马达转速提供给所述控制器。
为实现上述目的，本发明提供了一种地下施工机械，包括输料马达，其中还包括前述的输料控制系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于前述的输料控制系统的输料控制方法，包括：
压力传感器实时检测输料系统中的输料马达的正转工作油压，并将检测到的所述输料马达的正转工作油压提供给控制器；
所述控制器将所述输料马达的正转工作油压与预设的堵料压力阈值进行比较，如果确定所述输料马达的正转工作油压超过预设的堵料压力阈值，则通过所述输料控制阀控制所述输料马达交替正反转，并在所述输料马达的正转工作油压不超过所述堵料压力阈值时恢复所述输料马达的正常输料过程。
进一步的，所述通过所述输料控制阀控制所述输料马达交替正反转，并在所述输料马达的正转工作油压不超过所述堵料压力阈值时恢复所述输料马达的正常输料过程的操作具体包括：
反转步骤：所述控制器向所述输料控制阀发出控制信号，使所述输料控制阀控制所述输料马达反转，并在预设反转时间内维持反转状态；
正转检测及处理步骤：在所述输料马达反转状态持续预设反转时间后，所述控制器向所述输料控制阀发出控制信号，使所述输料控制阀控制所述输料马达恢复正转，并检测所述输料马达的正转工作油压是否仍然超过预设的堵料压力阈值，如果仍然超过，则进一步判断当前的输料马达反转次数是否已达到允许最大反转次数，是则通知人工手动清堵或通过所述输料控制阀使所述输料马达停机，否则重新执行所述反转步骤；如果所述输料马达的正转工作油压不超过预设的堵料压力阈值，则恢复所述输料马达的正常输料过程。
进一步的，还包括：当所述控制器在所述输料系统启动时检测到所述输料操控手柄的输入电流在低于预设启动时间下增加到最大电流值时，控制提供给所述输料控制阀的电流值以预设函数逐步增加到最大电流值。
进一步的，所述预设函数为线性增函数或抛物线增函数。
进一步的，还包括：在输料时，所述控制器采集所述输料控制阀的电流反馈值和所述输料马达的马达转速，并根据所述电流反馈值和所述马达转速判断所述输料系统是否运转正常，如果确定所述输料系统运转不正常，则并通过人机交互装置进行故障报警。
基于上述技术方案，本发明使控制器分别与输料操控手柄和输料控制阀信号连接，利用电气控制代替部分液压控制，相比于现有的全液压输料控制过程，能够在更复杂的施工工况下实现较好的控制效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明输料控制系统的一实施例的结构示意图。
图2为本发明输料控制系统的另一实施例的结构示意图。
图3为本发明输料控制系统的又一实施例的结构示意图。
图4为本发明输料控制系统实施例中人机交互装置的界面示意图。
图5为本发明输料控制方法的一实施例的流程示意图。
图6为本发明输料控制方法的另一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，为本发明输料控制系统的一实施例的结构示意图。在本实施例中，输料控制系统包括：输料操控手柄1、控制器2和输料控制阀3，所述输料操控手柄1与所述控制器2信号连接，所述控制器2与所述输料控制阀3的控制端信号连接，所述输料控制阀3设置在输料系统中输料马达4的工作油路中，用于控制所述输料马达4的启停、转向和转速。
在本实施例中，输料操控手柄1可设置在操纵室内由操作人员手工操作，操作人员可以根据实际工况选择启动或停止输料过程，还包括控制输料的速度等。输料控制阀3设置在输料系统中输料马达4的工作油路中，换句话说，流入输料马达4的液压油需要经过输料控制阀3，并由输料控制阀3来控制液压油供应端和输料马达4之间的油路连通关系以及液压油流量，进而实现输料马达4的启停、转向和转速的控制。控制器2在本实施例中作为核心部件可采用已有的数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。在本实施例中，上述信号连接可以为电压/电流信号连接，也可以为控制器局域网总线(Controller Area Network，简称CAN)信号连接。
与现有技术中的全液压控制相比，本实施例中的输料操控手柄1并不直接控制输料控制阀3的开度，而是由控制器2来接收输料操控手柄1的输入指令，并根据该输入指令以及预设的处理逻辑向输料控制阀3发出相应的电压或电流控制信号，来调整输料控制阀3中阀芯的工作位置，从而实现输料马达4的启动或停止、正转或反转以及低转速或高转速等。本实施例利用电气控制代替部分液压控制，相比于现有的全液压输料控制过程，能够在更复杂的施工工况下实现较好的控制效果。
如图2所示，为本发明输料控制系统的另一实施例的结构示意图。与上一实施例相比，本实施例还包括压力传感器5，该压力传感器5用于检测所述输料马达4的正转工作油压，并提供给所述控制器2。控制器2与所述压力传感器5信号连接，能够在确定所述输料马达4的正转工作油压超过预设的堵料压力阈值时，通过所述输料控制阀3控制所述输料马达4交替正反转，并在所述输料马达4的正转工作油压不超过所述堵料压力阈值时恢复所述输料马达4的正常输料过程。
正转工作油压超过预设的堵料压力阈值通常对应了输料系统出现堵料的情况，即由于堵料导致输料马达4的负载迅速增加，使得输料马达4的正转工作油压也随之提高，当超过预设的堵料压力阈值时，则认为堵料情况较严重的影响到了正常的输料过程，需要进行清理。相应的，堵料压力阈值则可以通过历史数据或多次实验进行确定后进行设定。
对于出现的堵料情况，控制器2通过输料控制阀3来控制输料马达4正反转来使得堵塞的物料沿输送路径前后摆动，能够有效地改善堵料情况。相比于现有的振动电机清堵方式，本实施例可省去振动电机的配置，只利用输料马达的正反转就实现了清堵，进而相对降低了设备成本，避免了空间和重量的浪费。
对于输料马达正反转的控制，控制器2可通过内部设置的多个功能单元进行实现。举例来说，控制器2可具体包括：油压比较单元、正反转控制单元和反转次数设定单元。其中，油压比较单元与所述压力传感器5信号连接，用于对从所述压力传感器5接收的所述输料马达4的正转工作油压与预设的堵料压力阈值进行比较。
正反转控制单元与所述油压比较单元信号连接，用于在确定所述输料马达4的正转工作油压超过预设的堵料压力阈值时，通过向所述输料控制阀3发出控制信号，以使所述输料控制阀3控制所述输料马达4交替正反转，并在所述输料马达4的正转工作油压不超过所述堵料压力阈值时恢复所述输料马达4的正常输料过程。反转次数设定单元与所述正反转控制单元信号连接，用于接收外部输入或系统默认的允许最大反转次数，并提供给所述正反转控制单元，以便所述控制器2在所述输料马达4反转次数达到所述允许最大反转次数，且所述输料马达4的正转工作油压仍然超过预设的堵料压力阈值时，通知人工手动清堵或通过所述输料控制阀3使所述输料马达4停机。
在本实施例中，正反转控制单元不仅需要通过输料控制阀来控制输料马达的正反转，还需要控制反转的持续时间、需要反转的次数，在多次反转无法有效地进行清堵的时候能够通知相关人员及时进行手动清堵，根据情况还可以在无法清堵时进行停机处理，以便相关人员进行检修。
在上述实施例中，除了输料马达的正反转控制之外，控制器2中还可以进一步包括启动过渡单元，该单元与所述输料操控手柄1和所述输料控制阀3均信号连接，能够在系统启动时检测到所述输料操控手柄1的输入电流在低于预设启动时间下增加到最大电流值时，控制提供给所述输料控制阀3的电流值以预设函数逐步增加到最大电流值。当输料操控手柄1的输入电流在低于预设启动时间下增加到最大电流值时，表明操作人员在启动时将输料操控手柄过快的推到最大位置，如果按照现有的全液压控制方式，则会造成系统冲击，而在本实施例中通过控制器的启动过渡单元对输入给输料控制阀的电流大小的控制，能够使输料控制阀的阀芯以比较平缓的方式逐步地运动到最大通过流量的位置，这样就不会造成系统冲击，确保了输料马达的平稳启动。这里的预设函数可选择线性增函数或抛物线增函数。其中线性增函数和抛物线增函数的参数需要满足使从初始电流值到达最大电流值的时间要大于预设启动时间。
如图3所示，为本发明输料控制系统的又一实施例的结构示意图。与上述各实施例相比，本实施例中还包括人机交互装置6，该装置与所述控制器2信号连接，能够显示系统状态信息和故障报警信息，并能够根据接收的外部输入进行堵料压力阈值、允许最大反转次数、反转时间和/或启动时间的设定。人机交互装置6可以为能够输入并显示的触摸屏，也可以是显示器和操作键盘的组合。例如图4示出的人机交互装置的界面实例中，靠左部分为输料参数设定界面，该界面可以实现堵料压力阈值、允许最大反转次数、反转时间和启动时间的设定，而靠右部分为输料信息显示界面，该界面能够显示正转油压、反转油压、马达转速、输料控制阀电流等系统状态信息，也能够显示故障报警信息。操作人员通过观察该人机交互装置即可及时且详细地了解设备的当前状态，并能够根据这些信息进行相应的报警和故障处理。
在另一实施例中，输料控制系统还可以包括转速传感器7，该转速传感器7与所述控制器2信号连接，能够在所述输料马达4正常输料时检测马达转速，并将马达转速提供给所述控制器2。这样在输料时，控制器2可以采集所述输料控制阀3的电流反馈值和所述输料马达4的马达转速，并根据所述电流反馈值和所述马达转速判断所述输料系统是否运转正常，如果确定所述输料系统运转不正常，则并通过人机交互装置6进行故障报警。
上述各输料控制系统适用于各类需要进行物料输送的作业设备，尤其适合应用在地下施工机械。因此本发明还提供了一种地下施工机械，包括输料马达4和前述的任一种输料控制系统，以实现对挖掘出的渣土的输送。
基于上述各输料控制系统的实施例，本发明还提供了以下多个输料控制方法的实施例。如图5所示，为本发明输料控制方法的一实施例的流程示意图。在本实施例中，输料控制方法包括：
步骤100、压力传感器5实时检测输料系统中的输料马达4的正转工作油压，并将检测到的所述输料马达4的正转工作油压提供给控制器2；
步骤200、所述控制器2将所述输料马达4的正转工作油压与预设的堵料压力阈值进行比较，如果确定所述输料马达4的正转工作油压超过预设的堵料压力阈值，则执行步骤300，否则结束操作；
步骤300、控制器通过所述输料控制阀3控制所述输料马达4交替正反转，并在所述输料马达4的正转工作油压不超过所述堵料压力阈值时恢复所述输料马达4的正常输料过程。
如图6所示的另一个方法实施例中，步骤300可具体包括：
反转步骤：
步骤310、所述控制器2向所述输料控制阀3发出控制信号，使所述输料控制阀3控制所述输料马达4反转，并在预设反转时间内维持反转状态；
正转检测及处理步骤：
步骤320、在所述输料马达4反转状态持续预设反转时间后，所述控制器2向所述输料控制阀3发出控制信号，使所述输料控制阀3控制所述输料马达4恢复正转；
步骤330、控制器检测所述输料马达4的正转工作油压是否仍然超过预设的堵料压力阈值，如果仍然超过，则执行步骤340，否则执行步骤350；
步骤340、控制器进一步判断当前的输料马达4反转次数是否已达到允许最大反转次数，是则执行步骤360，否则返回步骤310以执行该反转步骤；
步骤350、恢复或维持所述输料马达4的正常输料过程；
步骤360、通知人工手动清堵或通过所述输料控制阀3使所述输料马达4停机。
在另一个方法实施例中，控制方法还可以进一步包括：当所述控制器2在所述输料系统启动时检测到所述输料操控手柄1的输入电流在低于预设启动时间下增加到最大电流值时，控制提供给所述输料控制阀3的电流值以预设函数逐步增加到最大电流值。其中，该预设函数为线性增函数或抛物线增函数，线性增函数和抛物线增函数的参数需要满足使从初始电流值到达最大电流值的时间要大于预设启动时间。
在图5或图6所示的实施例中，还可以进一步包括：在输料时，所述控制器2采集所述输料控制阀3的电流反馈值和所述输料马达4的马达转速，并根据所述电流反馈值和所述马达转速判断所述输料系统是否运转正常，如果确定所述输料系统运转不正常，则并通过人机交互装置6进行故障报警。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。