一种防爆车辆尾气处理箱自动补水装置及方法与流程

1.本发明属于防爆车辆尾气处理箱补水技术领域，具体涉及一种防爆车辆尾气处理箱自动补水装置及方法。


背景技术：

2.煤矿生产中物料运输是不可短缺的一个环节，大到综采工作面的液压支架、综采机、刮板运输机等，小到锚杆、树脂药卷、水管法兰等都需要防爆车辆的运输。防爆车辆对发动机及电气元件进行防爆设计，使其符合煤矿安全标准，其中发动机的防爆设计中尾气的防爆设计尤为重要，普通发动机的尾气温度较高，还可能会排出明火，这些都是不符合煤矿井下的使用要求。对发动机进行防爆设计时针对尾气进行水浴处理，既能降低尾气温度又能熄灭明火，将尾气的温度控制在煤矿安全标准要求的范围内。
3.防爆车辆在使用时，仅有一个尾气处理箱内加水对尾气进行处理，不能满足车辆长时间、远距离运输的要求，车辆设计时增加体积较大的补水箱，通过增加补水箱的气压将水供给尾气处理箱。尾气处理箱内装有浮球，靠水对浮球的浮力控制补水阀的开启或关闭；加压补水，但是进入补水箱的气体只能是恒压控制，不能随动控制，补水箱与尾气处理箱之间用球阀连接，这些控制方式都没办法精确控制补水量，造成冷却水的浪费，特别是长距离运输时，煤矿井下一般仅有几个固定的加水点，由于不能及时、准确的补充冷却水，会导致车辆尾气处理箱在缺水的情况下进行运输作业，存在安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有防爆车辆补水箱给尾气处理箱补水时，不能随动控制补水过程以及无法精准控制补水量的问题，提供了一种防爆车辆尾气处理箱自动补水装置及方法。
5.本发明采用如下的技术方案实现：一种防爆车辆尾气处理箱自动补水装置，包括补水箱、控制器和设置于尾气处理箱内的水位水温传感器，补水箱的出水口和尾气处理箱进水口通过管路连接并设置控制元件，控制器信号输入端连接有水位水温传感器和防爆车辆的油门信号输出端，控制器信号输出端连接控制元件。
6.优选地，控制元件为防爆电磁比例控制阀，防爆电磁比例控制阀的控制端连接控制器信号输出端。
7.优选地，防爆车辆采用防爆电喷发动机，油门上安装角度传感器。
8.优选地，控制器具有报警信号输出端，报警信号输出端连接防爆车辆的总控制器。
9.优选地，补水箱顶部设置加压口，加压口通过气源加压，气源连接预减压阀的p口，预减压阀的a口连接气压表、溢流阀的a口和防爆比例减压阀的p口，防爆比例减压阀的a口通过单向阀连接补水箱的加压口，补水箱的出水口连接防爆电磁比例控制阀的p口，防爆电磁比例控制阀的a口连接尾气处理箱的进水口。
10.本发明还提供了一种防爆车辆尾气处理箱自动补水方法，包括以下步骤，
11.s1：防爆车辆启动后，水位水温传感器实时采集尾气处理箱内的水位信号和温度信号、角度传感器实时采集油门角度信号并传输至控制器；
12.s2：若检测到的尾气处理箱的水位小于水位上限值的20％时，控制器调节防爆电磁比例控制阀的开口度至最大；若检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的20％，小于水位上限值的40％时，控制器调节防爆电磁比例控制阀的开口度至中间位置；若检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的40％，小于水位上限值的80％时，控制器根据油门角度信号和尾气处理箱内的温度信号，控制防爆电磁比例控制阀和防爆比例减压阀的开口度；若检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的80％时，控制器调节防爆电磁比例控制阀的开口度至最小；
13.s3：重复执行步骤s2，直至防爆车辆停止。
14.优选地，步骤s2中，当检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的40％，小于水位上限值的80％时，油门角度与防爆电磁比例控制阀的开口度成线性关系，根据油门角度信号，发动机可分为怠速、部分负荷、全油门状态，其中怠速状态下，防爆电磁比例控制阀的开口度最小，全油门状态下，防爆电磁比例控制阀的开口度最大。
15.优选地，若检测到尾气处理箱的水温不高于预设温度，防爆电磁比例控制阀和防爆比例减压阀保持根据油门角度信号调节下的原状态；
16.若检测到的尾气处理箱的水温高于预设温度且防爆电磁比例控制阀的开口度小于最大值时，控制器控制防爆电磁比例控制阀增大开口度；
17.若检测到的尾气处理箱的水温高于预设温度且防爆电磁比例控制阀的开口度最大时，经过第一预设时间后，若温度依旧超标，控制器控制防爆比例减压阀增大进入补水箱的气压；若控制器控制防爆比例减压阀使进入补水箱的气压达到最大值且经过第二预设时间后，检测到的尾气处理箱的水温依旧高于预设温度值，控制器向防爆车辆的总控制器发出报警信号，同时防爆车辆的总控制器控制油门输出为最小值，使发动机处于怠速状态，防爆车辆停止。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明能够随着发动机油门角度的大小变化自动控制尾气处理箱的补水流量，同时尾气处理箱装有水位和水温传感器，能够将相关参数及时反馈给控制器，达到精确控制补水量的目的；既能满足尾气处理箱用水需求，同时也能节约补水箱内的水量，延长煤矿井下防爆车辆的运行时间。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明的工作原理图；
22.图2是本发明的控制原理图。
23.图中：1-补水箱；2-控制器；3-水位水温传感器；4-防爆电磁比例控制阀；5-预减压阀；6-气压表；7-溢流阀；8-防爆比例减压阀；9-单向阀；10-气源；11-尾气处理箱；12-角度
传感器。
具体实施方式
24.结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性地劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
25.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
26.本发明提供了一种实施例：
27.如图1所示，一种防爆车辆尾气处理箱自动补水装置，包括补水箱1、控制器2和设置于尾气处理箱内的水位水温传感器3，补水箱1的出水口和尾气处理箱进水口通过管路连接并设置防爆电磁比例控制阀4，控制器信号输入端连接有水位水温传感器3和防爆车辆的油门信号输出端，控制器信号输出端连接防爆电磁比例控制阀4的控制端，控制器2具有报警信号输出端，报警信号输出端连接防爆车辆的总控制器。
28.防爆车辆采用防爆电喷发动机，油门上安装角度传感器12，本发明利用现在煤矿普遍使用的防爆电喷发动机的控制特点，即油门为电信号控制，防爆发动机工作时喷油量的大小由电控油门电压的大小决定。但油门踏板仍为机械式，在踏板处增加角度传感器12，即踩下油门后，角度发生变化，根据角度的变化情况测得发动机的工作状态(怠速、全油门或是部分负荷状态)。
29.补水箱1顶部设置加压口，加压口通过气源加压，气源连接预减压阀5的p口，预减压阀5的a口连接气压表6、溢流阀7的a口和防爆比例减压阀8的p口，防爆比例减压阀8的a口通过单向阀9连接补水箱1的加压口，补水箱1的出水口连接防爆电磁比例控制阀4的p口，防爆电磁比例控制阀4的a口连接尾气处理箱11的进水口，控制器信号输出端连接防爆比例减压阀8的控制端。
30.该装置利用防爆车辆自身携带的气源10，经过预减压阀5的减压后，再进入防爆比例减压阀8，经过二次减压后为补水箱1加压，防爆电磁比例控制阀4根据油门的角度信号，传输到控制器2，控制器2经过计算后输出信号，自动调节防爆电磁比例控制阀4的开口度，控制补水箱1到尾气处理箱11的过水量。在尾气处理箱11内增加水位水温传感器3，用于检测尾气处理箱11的水温和水位参数，如水位不满足使用要求，控制器将优先控制防爆电磁比例控制阀4的开口，增加补水量。如果水位满足使用要求，此时尾气处理箱11的水温高于预设温度时，控制器2将自动增加防爆比例减压阀8的调定压力，给补水箱1增加气体压力，使流入尾气处理箱11的水量增加，以降低尾气处理箱11内的温度。
31.本发明考虑到补水箱1为普通的不锈钢件，不能承受高压力的气体，为了充分发挥
防爆比例减压阀8的比例特性，增加了预减压阀5，将气源压力降低后，使防爆比例减压阀8的减压范围变小，更加精准安全的控制补水箱1的气体压力，同时双重减压也是对补水箱1结构件的保护。
32.智能补水装置将防爆车辆自身携带的气源连接到预减压阀5的p口，经过减压后的气体到达预减压阀5的a口，此处连接有气压表6用于观察预减压阀5减压后的压力值，同时还连接到溢流阀7的p口，防止因故障造成补水箱1内气压过高。预减压阀5的a口与达防爆比例减压阀8的p口相连接，经过防爆比例减压阀8精确减压后的气体到达与其a口相连的单向阀9的1口，通过单向阀9的2口与补水箱1连接，单向阀9是防止补水箱内的水倒流至防爆比例减压阀8造成其锈蚀等损坏，补水箱与尾气处理箱由防爆电磁比例控制阀4连接，补水箱1的水经过防爆电磁比例控制阀4流到尾气处理箱11中。
33.如图2所示，本发明还提供了一种防爆车辆尾气处理箱自动补水方法，包括以下步骤，
34.s1：防爆车辆启动后，水位水温传感器3实时采集尾气处理箱内的水位信号和温度信号、角度传感器实时采集油门角度信号并传输至控制器2；
35.s2：控制器2优先处理水位信号，水位信号的优先级高于温度信号和油门角度信号；
36.若检测到的尾气处理箱的水位小于水位上限值的20％时，尾气处理箱内的水较少，不足以冷却发动机尾气，即使发动机处于怠速工作状态，控制器2调节防爆电磁比例控制阀4的开口度至最大，使补水箱内的水迅速流到尾气处理箱；若检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的20％，小于水位上限值的40％时，控制器2调节防爆电磁比例控制阀4的开口度至中间位置，保持稳定进水；若检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的40％，小于水位上限值的80％时，控制器控制器不再以水位信号作为优先控制信号，控制器2根据油门角度信号和尾气处理箱内的温度信号，控制防爆电磁比例控制阀4和防爆比例减压阀8的开口度；若检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的80％时，说明尾气处理箱内的水足以冷却发动机尾气，控制器2调节防爆电磁比例控制阀4的开口度至最小，防止尾气箱内的补水过多而溢出；
37.s3：重复执行步骤s2，直至防爆车辆停止。
38.所述步骤s2中，当检测到的尾气处理箱的水位大于等于水位上限值的40％，小于水位上限值的80％时，油门角度与防爆电磁比例控制阀4的开口度成线性关系，根据油门角度信号，发动机可分为怠速、部分负荷、全油门状态，控制器2根据油门角度输入的信号，线性控制防爆电磁比例控制阀4的阀芯开口度，达到调节尾气处理箱内水量的目的。发动机怠速工作时，排出的尾气量较少且温度较低，这时控制器2将防爆电磁比例控制阀4的阀芯开口度调最小；发动机全油门工作时，排出的尾气量较多且温度较高，这时控制器2将防爆电磁比例控制阀4的阀芯开口度调最大，增加尾气处理箱的进水量，降低尾气处理箱内的温度。
39.进一步，若检测到尾气处理箱的水温不高于预设温度，防爆电磁比例控制阀4和防爆比例减压阀8保持根据油门角度信号调节下的原状态；
40.若检测到的尾气处理箱的水温高于预设温度且防爆电磁比例控制阀4的开口度小于最大值时，控制器2控制防爆电磁比例控制阀4增大开口度；
41.若检测到的尾气处理箱的水温高于预设温度且防爆电磁比例控制阀4的开口度最大时，经过第一预设时间后，若温度依旧超标，控制器2控制防爆比例减压阀8增大进入补水箱1的气压，给补水箱增加气体压力，使流入尾气处理箱的水量增加，提高尾气处理箱内的水位，以降低温度；若控制器2控制防爆比例减压阀8使进入补水箱1的气压达到最大值且经过第二预设时间后，检测到的尾气处理箱的水温依旧高于预设温度值，控制器2向防爆车辆的总控制器发出报警信号，同时防爆车辆的总控制器控制油门输出为最小值，使发动机处于怠速状态，确保发动机的的尾气排放温度不会超过安全值，防爆车辆停止。维修人员应根据显示器的故障提示给补水箱加水，或是检修更换传感器、控制阀，确保尾气处理箱自动补水装置正常使用。
42.本发明中第一预设时间为2-3min，第二预设时间为3-5min。
43.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。