CN101880020A - 一种变频燃油加油机液压系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频燃油加油机液压系统的工作方法，其特征是，包括下述步骤：第一步，调小变频燃油加油机变频驱动液压系统的最大溢流量；第二步，按现有的方法使用变频燃油加油机液压系统。一种按上述方法工作的变频燃油加油机液压系统，其变频驱动液压系统包括电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、带计数器的控制主板、指示装置、电磁阀、视油器、编码器、油枪、人工输入系统和电压控制装置，变频液压系统中设有溢流阀，其特征是，所述溢流阀的溢流通道的管道上设有限流阀。由于油枪出口和溢流出口是并联关系，溢流的减小必然引起油枪出口流量的增加，因此，采用本发明工作方法的变频燃油加油机可以大大提高容积泵的工作效率。

Description

一种变频燃油加油机液压系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种燃油加油机液压系统及其工作方法，特别涉及一种变频燃油加油机液压系统及其工作方法。

背景技术

现有的普通燃油加油机液压系统一般是由电机、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、编码器、计数器、指示装置、电磁阀、视油器、油枪、控制主板等主要部件组成的一个完整的液体运输和测量系统。加油机液压系统都设有溢流阀起稳压和过压保护作用。溢流保证了液压系统的安全平稳运行，但却是以牺牲能量为代价的，因为溢流来源于供给过剩。普通的燃油加油机中，采用非变频驱动的定量泵液压系统采取全程定量供应、阀控节流调速的液控策略。即电动机始终以恒定转速拖动泵输出液体介质，并通过控制泵出口阀门的开度来实现液体调速。这种液控方式存在的主要缺陷是不易实现输入与负载的动态匹配，尤其体现在间歇性运动或负载时变的液压系统中，该方式必然会造成输入过剩。过剩的能量都将转化为无用功，形成溢流、噪声、油液温升等各种形式的能量损失，降低了系统的功率效率。

为了减少电机在加油过程电机带动容积泵一直全速运转造成的能源浪费问题，本申请人公开了一种燃油加油机的液压控制系统(专利号为200820205025.5，名称为“一种燃油加油机液压系统控制装置”的实用新型专利)该燃油加油机采用变频器+三相异步电机+液压泵组成的液压控制系统(称为变频驱动液压系统，又称电液系统，与传统液压系统比较，电液系统在结构组成上多了一个变频器)，依据变频调速原理设计了变频加油模式，通过调整电机的频率来控制泵油的速度，实现了变频转速控制与阀门档位控制在流量上的匹配，达到了节能的目的。液压系统采用变频技术后，由于液控方式转变为从动力源头根据输出要求按需供应，消灭或者减少了供给过剩，提高了功率匹配率。所以变频驱动液压系统在正常工作时，系统的溢流减小了，甚至不溢流。溢流阀在变频液压系统里不再起稳压作用，只起安全阀的作用，只在负载超限时溢流卸荷。若能实现功率输入与输出的完全匹配，则可以不设溢流阀。但实际工作中，由于三相异步电机的转动惯量大于液压泵的转动惯量，致使变频驱动液压系统的动态响应较慢，具有普遍的迟滞性，液控无法做到非常精确，所以设置溢流阀是必要的，在管阻或外部负载突然增大时，可以通过溢流降低系统压力，防止元件受损。可以看到，变频与液压的结合已引起了溢流回路特性的改变，供给过剩的减小使原有系统的溢流阀设计出现了相对冗余，也就是说，在变频液压系统中，现在的溢流阀的溢流设计并不能使整个系统工作于最佳工况点。因此，改进变频液压系统的工作方法，使液压系统的效能再优化势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频燃油加油机液压系统及其工作方法，该变频燃油加油机液压系统通过减小溢流阀的溢流通道，可使变频燃油加油机变频液压系统的功率效率得到进一步提高。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种变频燃油加油机液压系统的工作方法，其特征是，包括下述步骤：

第一步，调小变频燃油加油机变频驱动液压系统的最大溢流量；

第二步，按现有的方法使用变频燃油加油机液压系统。

其中，变频燃油加油机的变频驱动液压系统由电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、编码器、带计数器的控制主板、指示装置、电压控制装置、视油器、油枪、人工输入装置和电磁阀相互连接组成，溢流阀设置在变频驱动液压系统中；按现有的方法使用变频燃油加油机液压系统是指：(1)定量加油：加油员在控制主板的面板上设定好加油升数，比如50L，然后提起油枪，此时电机电源打开，电机不转动，加油员拿着油枪走到待加油车辆前，将油枪放入油箱，选择档位开关(可根据加油量选择大、中或小档)，此时电压控制装置检测到档位开关输入的电压信号，并执行此电压信号控制变频器，使变频器控制电机按照所选档位对应的预先设定的频率带动容积泵转动，同时控制主板控制电磁阀开启，这时打开油枪开关开始加油，此时编码器发送信号给控制主板，控制主板的计数器计数，同时将信号送到指示装置以实时显示加油的升数，当加油量到达49.7L，即当加油量还剩0.3L(提前量不一定为0.3L，可根据油品等实际要求调整)时，控制主板发出一个信号给电压控制装置，电压控制装置检测到来自控制主板的电压信号，由于其优先级别高于档位开关输入的电压信号，电压控制装置执行此电压信号，控制变频器，使变频器控制电机按照此电压对应的预先设定的频率带动容积泵转动。当计数器到达设定的加油量时，控制主板向电压控制装置发出关枪信号，电压控制装置控制变频器使电机停止运转，同时控制主板控制电磁阀关闭，加油员将油枪挂到加油机上，加油过程完成。(2)非定量加油：加油员提起油枪，此时电机电源打开，加油员拿着油枪走到待加油车辆前，将油枪放入油箱，选择档位开关(可根据加油量选择大、中或小档)，此时电压控制装置检测到档位开关输入的电压信号，并执行此电压信号控制变频器，使变频器控制电机按照所选档位对应的预先设定的频率带动容积泵转动，这时打开油枪开关开始加油，此时编码器发送信号给控制主板，控制主板的计数器计数，同时将信号送到指示装置以实时显示加油的升数，当油箱加满时，油枪口由于被油液淹没而形成负压的自封(机械自封)，加油过程完成。加油员将加油枪挂到加油机上，关闭电机电源开关。或者在油枪出油管的前端设置一个液位仪，当油箱加满时，油枪口由于被油液淹没而形成负压的自封(机械自封)，加油过程完成，与此同时，液位仪发出一个触发信号给控制主板，由控制主板发送信号给电压控制装置，使变频器控制电机停止转动，容积泵停止抽油，同时控制主板控制电磁阀关闭，然后加油员将油枪挂到加油机上，关闭电机电源开关。

更进一步的技术方案是：所述第一步中调小变频燃油加油机变频驱动液压系统的最大溢流量是指通过调小溢流通道的横截面积来减少最大溢流量。

对溢流阀设置在容积泵内的变频驱动液压系统而言，所述调小溢流通道的横截面积是指将燃油加油机变频驱动液压系统中容积泵的溢流通道横截面直径L调小；容积泵采用托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ容积泵时，将容积泵内的溢流阀的溢流通道横截面直径L调整为：23mm＜L≤14mm；对于其他型号的容积泵而言，只是调整的数值不同而已，只要调小溢流阀溢流通道的设计冗余，就可提高容积泵的效率。

容积泵采用托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ容积泵时，将容积泵内的溢流阀的溢流通道横截面直径L调整为：23mm＜L≤14mm后；上述的变频燃油加油机液压系统，在第一步和第二步之间还可以为变频燃油加油机设置待机模式，所述待机模式是指在加油间隙，电机不停转，而是以频率f运转，其中：8H_Z≤f＜10H_Z。

由于三相异步电机在起动过程中，电流比正常工作时大很多，消耗的能量也大很多。一般笼形转子异步电机起动时的电流为额定电流的4---7倍，启动时的能量损耗是平时的3倍左右。为节约能耗和避免电动机因过热而降低其使用寿命，结合加油站现场加油机需要频繁工作的实际工况，对异步电机的起动次数进行限制是一种优选的方案。而且待机时的低转速流量在加油机变频控制策略下起到提供信号参量的作用。若加油机开机无流量，或流量过小，则流量测量变换器检测不到信号，编码器无法产生脉冲，控制主板无法获取脉冲信号，后续的变频控制就无从实现。

设置待机模式后，变频燃油加油机的工作模式为：

(1)定量加油：加油员在控制主板的面板上设定好加油升数，比如50L，然后提起油枪，此时电机电源打开，电机不转动，加油员拿着油枪走到待加油车辆前，将油枪放入油箱，选择档位开关(可根据加油量选择大、中或小档)，此时电压控制装置检测到档位开关输入的电压信号，并执行此电压信号控制变频器，使变频器控制电机按照所选档位对应的预先设定的频率带动容积泵转动，这时打开油枪开关开始加油，此时编码器发送信号给控制主板，控制主板的计数器计数，同时将信号送到指示装置以实时显示加油的升数，当加油量到达49.7L，即当加油量还剩0.3L(提前量不一定为0.3L，可根据油品等实际要求调整)时，控制主板发出一个信号给电压控制装置，电压控制装置检测到来自控制主板的电压信号，由于其优先级别高于档位开关输入的电压信号，电压控制装置执行此电压信号，控制变频器，使变频器控制电机按照此电压对应的预先设定的频率带动容积泵转动。当计数器到达设定的加油量时，控制主板给向电压控制装置发出关枪信号，电压控制装置控制变频器控制电机以频率f(8H_Z≤f＜10H_Z)运转，同时变频器控制电磁阀关闭，加油过程完成，加油员将油枪挂到加油机上，泵处于待机状态。(由于EPZ泵溢流是内循环，此时泵出的油液是从溢流通道上流出)

(2)非定量加油：加油员提起油枪，此时电机电源打开，加油员拿着油枪走到待加油车辆前，将油枪放入油箱，选择档位开关(可根据加油量选择大、中或小档)，此时电压控制装置检测到档位开关输入的电压信号，并执行此电压信号控制变频器，使变频器控制电机按照所选档位对应的预先设定的频率带动容积泵转动，这时打开油枪开关开始加油，此时编码器发送信号给控制主板，控制主板的计数器计数，同时将信号送到指示装置以实时显示加油的升数，当油箱加满时，油枪口由于被油液淹没而形成负压的自封(机械自封)，加油过程完成。加油员将加油枪挂到加油机上，通过人工输入选择档位使电机以频率f(8H_Z≤f＜10H_Z)运转，泵处于待机状态(待机开关的设置原理与其他档位的设置原理相同)。或者在油枪出油管的前端设置一个液位仪，当油箱加满时，油枪口由于被油液淹没而形成负压的自封(机械自封)，加油过程完成，与此同时，液位仪发出一个触发信号给控制主板，由控制主板发送信号给电压控制装置，使变频器控制电机以频率f(8H_Z≤f＜10H_Z)运转，同时变频器控制电磁阀关闭。然后加油员将油枪挂到加油机上，泵处于待机状态。

一种按照上述工作方法工作的变频燃油加油机液压系统，其变频驱动液压系统包括电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、带计数器的控制主板、指示装置、电磁阀、视油器、编码器、油枪、人工输入系统和电压控制装置，变频液压系统中设有溢流阀，其特征是，所述溢流阀的溢流通道的管道上设有限流阀。

一种按照上述工作方法工作的变频燃油加油机液压系统，其变频驱动液压系统包括电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、带计数器的控制主板、指示装置、电磁阀、视油器、编码器、油枪、人工输入系统和电压控制装置，容积泵采用托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ容积泵时，溢流阀设置在容积泵内，其特征是，所述容积泵内的溢流阀在溢流通道的管道上设有限流阀。

容积泵采用托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ容积泵，电磁阀采用型号是asco的电磁阀时，所述设有限流阀的溢流阀的溢流通道的横截面直径L为：23mm＜L≤14mm。

减少溢流的设计原理是：

根据工程上通用的阀口流量计算公式

q＝K_LAΔp^m

式中K_L——节流系数，与阀口形状、液体流态、油液性质有关。

A——通流截面面积。

Δp——流经阀口的压力差。

m——流量指数，m∈[0.5，1]，阀口越接近于薄壁小孔，m越小；阀口越接近于细长孔，m越大。

可知，可通过调小溢流通道的横截面积来A减小溢流。

本发明相对于现有技术具有的优点和效果是：

1、由于油枪出口和溢流出口是并联关系，溢流的减小必然引起油枪出口流量的增加，因此，采用本发明的工作方法的变频燃油加油机可以大大提高容积泵的工作效率。

2、三相异步电机在起动过程中，电流比正常工作时大很多，消耗的能量也大很多，通过设置待机模式这种工作方法，对异步电机的起动次数进行限制，从而避免电动机因过热而降低其使用寿命，对节约能耗也具有极大意义。

附图说明

图1是变频燃油加油机液压系统的结构方框图；

图2是实施例1-3的变频燃油加油机的容积泵的结构示意图；

图3是图2中限流阀的结构示意图；

图4是图2所示的限流阀与溢流阀的装配结构示意图；

图5是实施例一中溢流通道内径减小与油枪出口流量和枪口压力的关系曲线图；

图6是实施例三中不同待机频率对应的溢流损耗曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

下述所有实施例采用的变频燃油加油机的液压控制系统，其变频控制原理与名称为“一种燃油加油机液压系统控制装置”(专利号为200820205025.5)的实用新型专利相同。下述所有实施例采用的变频燃油加油机的变频驱动液压系统的结构方框图如图1所示。

实施例一

对变频驱动液压系统的结构方框图如图1所示的变频燃油加油机按下述工作方法使用，其中，电磁阀采用型号是asco的电磁阀：

第一步，在变频驱动液压系统中的容积泵中的溢流阀的管道上设置限流阀，其中容积泵采用的是托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ泵，其结构如图2所示，包括泵体1、泵盖2、过滤器3、泵腔4、油气分离器5、气室6、浮子阀7、出口阀8、排气阀9、溢流阀10、通气阀11、涡流阀12，EPZ泵原溢流阀出口直径为23mm，为减小溢流阀的最大溢流量，将结构如图3所示的限流阀套13设在溢流阀出口的管道上(如图4所示)，使溢流通路的直径从23mm减小到14mm。

第二步，按现有的方法使用该变频燃油加油机液压系统，并记录溢流通路减小时对应的加油机油枪出口流量和出口压力(如图5所示)。

由图5看出，当溢流通道直径减小到14mm时，枪口出油量上升了4L。由于油枪出口和溢流出口是并联关系，溢流的减小必然引起油枪出口流量的增加，通过消除溢流通道设计的冗余量，提高了泵的工作效率。同时，油枪出口压力由0.2mpa上升到0.25mpa。压力来自于管阻，但管阻并未发生变化，佐证了枪口出油量的增加。

实施例二

燃油加油机上都设有电磁阀来防止油量“过冲”。油枪关闭后，托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ泵溢流阀内溢卸荷，泵内压力会从瞬态峰值过渡到稳态。实践证明，若稳态压力过大，会致使电磁阀阀门无法工作，油枪关闭后再次开枪，枪口将无法出油。稳定性是系统运行的基础，由于系统安全压力远大于稳定工作压力，故电磁阀能打开时的最高压力是溢流阀应该开启的最佳压力。

在采用如图1所示的变频驱动液压系统的变频加油机上(其中，电磁阀采用型号是asco的电磁阀)，将溢流通道的直径L设置在23mm＜L≤14mm之间，系统正常工作，当溢流通道的直径减小到14mm以下，电磁阀和系统无法工作。而将普通加油机溢流通道内径改为14mm，完成一次加油后，再次开枪枪口不出油，并听不到电磁阀跳动的声音，表明电磁阀已无法工作。

实验结果在变频加油机上与普通加油机上的不同，验证了运用变频技术后普通加油机溢流回路特性发生了变化，原溢流通道出现设计相对冗余，溢流阀直径可较原普通加油机再减小的推论。

实施例三

对变频驱动液压系统的结构方框图如图1所示的变频燃油加油机按下述工作方法使用，其中，容积泵采用的是托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ泵，电磁阀采用型号是asco的电磁阀：

第一步，按实施例一的方式使溢流通路的直径从23mm减小到14mm。

第二步，为该变频燃油加油机设置待机模式，所述待机模式是指在加油间隙，电机不停转，而是以频率f运转，其中：8H_Z≤f＜10H_Z。在溢流通道口径未减小之前，若待机频率低于10HZ，流量测量转换器无法检测到流量，即溢流通道口径未减小前，待机频率最低只能设置为10赫兹。溢流通道口径减小后，油枪出口流量相对增加了，待机频率可以再降低。在EPZ泵溢流管径减小为14mm时，待机频率最低可以降至8HZ。8HZ以下，流量计将检测不到流量。

第三步，按现有的方法使用该变频燃油加油机液压系统。

设置待机模式后，节约电机频繁启动的能耗和避免电机因过热而降低其使用寿命。

图6为不同待机频率对应的溢流损耗曲线图，从图6可看出，较之待机频率为10HZ时对应的待机功率损耗267W，待机频率为8HZ时损耗功率216W，节约功率51W，节能率约为11.26％。

按统计数据表明的全国每年汽油约5600万吨的加油量，取汽油的平均密度为0.727g/ml，以44L/min的加油速度，全国每年加油耗时约2920万小时。一般情况下，在加油现场，加油机20％的时间是用在待机上的，全国每年加油待机耗时高达730万小时。这就意味着变频加油机待机频率从10HZ降低为8HZ，预计每年能为国家节省电能37万度。而待机频率的可降低完全得益于在变频驱动下对原液压系统溢流设计冗余的消除。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变频燃油加油机液压系统的工作方法，其特征是，包括下述步骤：

第一步，调小变频燃油加油机变频驱动液压系统的最大溢流量；

第二步，按现有的方法使用变频燃油加油机。

2.根据权利要求1所述的变频燃油加油机液压系统的工作方法，其特征是，所述第一步中调小变频燃油加油机变频驱动液压系统的最大溢流量是指通过调小溢流通道的横截面积来减少最大溢流量。

3.根据权利要求2所述的变频燃油加油机液压系统的工作方法，其特征是，所述调小溢流通道的横截面积是指将燃油加油机变频驱动液压系统中容积泵内的溢流阀的溢流通道横截面直径L调整为：23mm＜L≤14mm；所述容积泵是指托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ容积泵。

4.根据权利要求3所述的变频燃油加油机液压系统的工作方法，其特征是，在第一步和第二步之间还包括：为变频燃油加油机设置待机模式，所述待机模式是指在加油间隙，电机不停转，而是以频率f运转，其中：8H_Z≤f＜10H_Z。

5.一种按照权利要求1或2所述的变频燃油加油机液压系统的工作方法工作的变频燃油加油机液压系统，其变频驱动液压系统包括电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、带计数器的控制主板、指示装置、电磁阀、视油器、编码器、油枪、人工输入系统和电压控制装置，变频液压系统中设有溢流阀，其特征是，所述溢流阀的溢流通道的管道上设有限流阀。

6.一种按照权利要求3或4所述的变频燃油加油机液压系统的工作方法工作的变频燃油加油机液压系统，其变频驱动液压系统包括电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、带计数器的控制主板、指示装置、电磁阀、视油器、编码器、油枪、人工输入系统和电压控制装置，变频液压系统中设有溢流阀，溢流阀设置在容积泵内，其特征是，所述容积泵内的溢流阀在溢流通路的管道上设有限流阀。

7.根据权利要求6所述的变频燃油加油机液压系统，其特征是，所述设有限流阀的溢流阀的溢流通道的横截面直径L为：23mm＜L≤14mm；所述容积泵是指托肯恒山科技(广州)有限公司生产的EPZ容积泵；所述电磁阀采用型号是asco的电磁阀。

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