一种下水道高压清洗车压力自适应控制系统的制作方法

本发明属于市政环卫设备控制，尤其涉及一种下水道高压清洗车压力自适应控制系统。

背景技术：

1、下水道高压清洗车是城市排水管道养护与疏通的核心装备，其通过高压柱塞泵将水箱中的水加压后经高压胶管输送至喷头，利用喷头喷射的高压射流对管道内壁的沉积物、堵塞物进行冲刷剥离。在实际作业过程中，管道的堵塞程度、管径大小、弯头数量以及沉积物类型均存在较大差异，若清洗压力无法随工况自适应调整，则会出现轻度堵塞管段压力过剩造成水资源与能源浪费、重度堵塞管段压力不足导致疏通不彻底的问题。

2、如（中国专利，公开号：cn111197294a）公开了一种清洗车及其水路控制装置，该装置包括依次连接的水压设定装置、信息处理单元、电机控制器以及连接信息处理单元的压力传感器，通过压力传感器检测柱塞泵实际出水压力，信息处理单元比较实际值与设定值的偏差，电机控制器根据偏差实时调节柱塞泵的电机转速，使出水压力趋近于设定值。该方案实现了泵出口压力的单点闭环恒定控制，但其针对的是路面清洗作业场景，仅在柱塞泵出水口设置单一压力传感器，无法感知喷头处的实际背压变化，也无法识别下水道管道内部的堵塞位置与工况；同时，该方案仅通过调节电机转速单一执行器来改变压力，响应速度受限，在遇到突发堵塞或胶管弯折时容易产生水锤冲击，且未考虑水箱液位、发动机负荷等整车约束条件下的多目标协同优化，也未涉及喷头进给速度与射流反作用力之间的耦合控制。

3、现有下水道高压清洗车的压力控制主要存在以下问题：

4、其一，压力感知源单一，仅在泵出口设置压力传感器，无法反映喷头处的实际背压和管道堵塞位置，导致实际清洗压力与目标值偏离；

5、其二，单一执行器调节，仅通过电机转速改变压力，响应速度与调节精度难以兼顾，低压大流量工况下溢流损失较大；

6、其三，缺乏管道工况识别与前馈调节能力，压力调节滞后于工况变化，在喷头从轻度堵塞段进入重度堵塞段时出现短暂的压力不足或压力冲击；

7、其四，未考虑整车约束与突发工况的协同保护，水箱液位过低或发动机负荷过高时仍维持高压输出可能导致设备损坏，喷头突然遇堵时缺乏快速泄压机制，且喷头进给速度未与射流反作用力联动，容易出现喷头卡死或胶管打结的情况。

8、因此需要一种下水道高压清洗车压力自适应控制系统来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种下水道高压清洗车压力自适应控制系统以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种下水道高压清洗车压力自适应控制系统，包括多源压力感知模块、双执行器调节模块和主控单元；所述多源压力感知模块包括泵出口压力传感器、喷头背压传感器、回水压力传感器、流量传感器和卷盘转速编码器，所述泵出口压力传感器设置于高压柱塞泵的出水口处，所述喷头背压传感器设置于高压胶管与喷头的连接处，所述回水压力传感器设置于比例溢流阀的回水支路，所述流量传感器串联于出水管路中，所述出水管路中还设有过滤器和单向阀，所述过滤器位于高压柱塞泵出水口与流量传感器之间，所述卷盘转速编码器安装于卷盘的转轴处；

4、所述双执行器调节模块包括变频驱动单元和比例溢流阀，所述变频驱动单元的输出端连接驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过联轴器连接高压柱塞泵的输入轴，所述比例溢流阀串联于回水支路中；

5、所述主控单元的输入端分别连接泵出口压力传感器、喷头背压传感器、回水压力传感器、流量传感器和卷盘转速编码器的信号输出端，所述主控单元的输出端分别连接变频驱动单元和比例溢流阀的控制端；

6、所述主控单元内设有压力波时延计算子模块，所述压力波时延计算子模块的信号输入端连接泵出口压力传感器和喷头背压传感器的信号输出端，所述主控单元根据压力波时延计算子模块输出的堵塞位置信号和多源压力感知模块的信号，同时向变频驱动单元和比例溢流阀输出调节信号。

7、进一步的技术方案，所述主控单元内还设有工况识别子模块，所述工况识别子模块包括相平面分析模块，所述相平面分析模块的信号输入端连接流量传感器和喷头背压传感器的信号输出端，所述相平面分析模块的识别结果输出端连接主控单元的压力决策输入端；相平面分析模块将压力与流量信号映射至相平面，通过相轨迹的形态特征识别管道工况类别。

8、进一步的技术方案，所述主控单元内还设有沿程损失补偿模型模块，所述沿程损失补偿模型模块的信号输入端连接流量传感器和卷盘转速编码器的信号输出端，所述沿程损失补偿模型模块的补偿压力输出端连接主控单元的压力决策输入端；沿程损失补偿模型模块基于实时流量、高压胶管放出长度和胶管磨损系数计算沿程压力损失，并输出补偿后的喷头有效射流压力。

9、进一步的技术方案，所述主控单元内还存储有压力档位映射表，所述压力档位映射表的查询输入端连接工况识别子模块的识别结果输出端，所述压力档位映射表的目标压力输出端连接主控单元的压力决策输入端；压力档位映射表中记录有不同工况类别对应的目标压力值和目标流量值，查询得到的目标压力值输入主控单元的压力决策输入端。

10、进一步的技术方案，所述双执行器调节模块还包括电磁泄压阀，所述电磁泄压阀并联于比例溢流阀两端的回水支路上，所述主控单元内设有压力突变检测电路，所述压力突变检测电路的信号输入端连接泵出口压力传感器和喷头背压传感器的信号输出端，所述压力突变检测电路的触发输出端连接电磁泄压阀的控制端。

11、进一步的技术方案，还包括卷盘驱动马达，所述卷盘驱动马达的输出轴通过减速器连接卷盘的转轴，所述卷盘驱动马达的控制端连接主控单元的进给控制输出端，所述主控单元根据喷头背压传感器的信号并结合流量传感器的信号推算射流反作用力，向卷盘驱动马达输出转速调节信号，当射流反作用力超过预设阈值时向卷盘驱动马达输出降低转速或暂停收管的信号。

12、进一步的技术方案，还包括水箱液位传感器和发动机负荷传感器，所述水箱液位传感器设置于水箱内部，所述发动机负荷传感器连接车辆发动机的ecu输出端，所述水箱液位传感器和发动机负荷传感器的信号输出端分别连接主控单元的输入端；主控单元根据水箱液位和发动机负荷信号限制最高输出压力。

13、进一步的技术方案，还包括人机交互触摸屏，所述人机交互触摸屏通过通信总线连接主控单元，所述人机交互触摸屏设有压力设定界面、工况显示界面和参数配置界面；工况显示界面实时显示堵塞位置、工况类别、当前压力和流量数据。

14、进一步的技术方案，还包括无线通信模块，所述无线通信模块连接主控单元的通信端口，所述无线通信模块与远程调度平台进行数据交互；将作业数据、堵塞位置信息和设备状态上传至远程调度平台，并接收远程下发的调度指令和参数配置。

15、进一步的技术方案，所述高压柱塞泵为双泵并联配置，包括第一高压柱塞泵和第二高压柱塞泵，每台高压柱塞泵的进水口分别经第一进水阀和第二进水阀连接水箱，每台高压柱塞泵的出水口分别经第一出水支管和第二出水支管连接汇合接头，所述第一出水支管上设有第一泵出口单向阀，所述第二出水支管上设有第二泵出口单向阀，所述汇合接头连接出水管路；每台高压柱塞泵分别配置独立的第一驱动电机、第二驱动电机和第一变频驱动单元、第二变频驱动单元，每台高压柱塞泵的出水口处分别设有第一泵出口压力传感器和第二泵出口压力传感器，所述主控单元的输出端分别连接第一变频驱动单元和第二变频驱动单元的控制端，所述主控单元的输入端分别连接第一泵出口压力传感器和第二泵出口压力传感器的信号输出端；主控单元根据工况识别结果选择单泵运行或双泵并联运行。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明，通过在泵出口和喷头端分别设置高频压力传感器，利用压力波在高压胶管内的传导时延差，结合卷盘转速编码器计算的胶管放出长度及出水管路的固定长度，精准定位管道堵塞点在管道中的具体位置，使系统不仅知道压力是否异常，还能知道堵塞在哪里，为压力的精准自适应调节提供位置依据，有助于解决背景技术中压力感知源单一、无法反映管道真实工况的问题，提升疏通作业的针对性和效率；

18、本发明，通过压力-流量相平面分析模块将压力和流量信号映射至相平面，利用相轨迹的小半径极限环、非周期漂移或大半径极限环等形态特征识别管道工况，相比传统的阈值判断或频谱分析方法，对复杂工况的识别鲁棒性更强；同时结合沿程损失动态补偿模型，基于实时流量、胶管放出长度和磨损系数计算沿程压力损失，精准推算喷头的有效射流压力，避免了仅依据泵出口压力进行控制所导致的实际压力偏差，有助于解决背景技术中缺乏工况识别与前馈调节能力、压力调节滞后的问题，提升压力控制的精度和疏通效果的一致性；

19、本发明，采用变频驱动单元与比例溢流阀双执行器协同调节，在压力大幅调整时以变频容积调节为主降低溢流损失，在压力微调时以比例溢流旁通调节为主提升响应速度，两者分工协同兼顾了能效与响应性，有助于解决背景技术中单一执行器调节、响应速度与调节精度难以兼顾的问题；

20、本发明，通过电磁泄压阀与压力突变检测电路构成突发工况下的快速泄压保护，抑制水锤效应；通过水箱液位传感器与发动机负荷传感器将整车状态纳入压力决策，在资源受限条件下自动限制最高输出压力；通过卷盘驱动马达实现射流反作用力与喷头进给速度的耦合控制，当射流反作用力过大时自动降低收管速度或暂停进给，避免喷头卡死或胶管打结，有助于解决背景技术中未考虑整车约束与突发工况协同保护、进给速度未与射流反作用力联动的问题，提升设备运行的安全性、可靠性和作业的可持续性。

21、为了更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。