CN101885462B

CN101885462B - 燃油加油机的变频液压控制系统及其定量加油的控制方法

Info

Publication number: CN101885462B
Application number: CN 201010210862
Authority: CN
Inventors: 刘亚俊; 黄佳彬; 蒋征学
Original assignee: Tokheim Hengshan Technologies Guangzhou Co Ltd
Current assignee: Tokheim Hengshan Technologies Guangzhou Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: CN101885462A

Abstract

本发明为一种燃油加油机的变频液压控制系统，其包括相互连接的电机、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、电磁阀、视油器、油枪和人工输入装置，特点是，电磁阀为单阀结构的电磁阀。本发明还公开了该燃油加油机的变频液压控制系统定量加油的控制方法：将电机的初始频率设定为15～35赫兹。本发明的变频液压控制系统采用了单阀结构的电磁阀，大大简化了电磁阀的内部结构，降低了电磁阀的成本，减小了电磁阀的压降。通过上述控制方法，该加油机在定量加油时精度达到国家标准，并可实现较高精度。

Description

燃油加油机的变频液压控制系统及其定量加油的控制方法

技术领域

本发明涉及一种燃油加油机的液压控制系统，特别涉及一种燃油加油机的变频液压控制系统及其在定量加油时的控制方法。

背景技术

现有的普通燃油加油机液压控制系统一般是由电机、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。加油机工作时，容积泵将油液从低处输送到高处、从低压送至高压、沿管道送至流量测量变换器对油的体积进行计量，最终从油枪出来交付给用户。加油机区别于一般液压输运系统的是：加油机由于有较高的计量精度要求，整机流体压力不仅要保证流量，还要保证流量稳定性和压力的稳定性。

现有普通燃油加油机的常规加油方式包括定量加油和非定量加油两种，其液压系统的工作模式是：（1）在定量加油的模式下，燃油加油机液压系统是这样工作的：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，此时电机和双阀结构的电磁阀均打开，容积泵开始全速转动，加油员拿着油枪走到待加油车辆前，将油枪放入油箱，打开加油开关开始加油，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提前量）时，控制主板发出一个信号，关闭电磁阀的主阀，当计数器到达设定的加油量时，控制主板发出信号，关闭电磁阀副阀，加油过程完成。等加油员将加油枪挂到加油机上关闭开关，此时电机停止转动。（2）在非定量加油的模式下，燃油加油机液压系统是这样工作的：加油员提起油抢，此时电机和双阀结构的电磁阀均打开，容积泵开始全速转动，加油员拿着油枪走到待加油车辆前，将油枪放入油箱，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，加油枪口由于被油液淹没而形成负压的自封（机械自封），自封后一般还需要进行少量油液的补加，以保证加油的准确度，补加完加油过程完成。加油员将加油枪挂到加油机上关闭开关，此时电机停止转动。

普通加油机的液压控制系统中的电磁阀采用双阀结构，即有一个大流量阀（主阀）和一个小流量阀（副阀）。其工作原理为：在定量加油开始时，电磁阀全部通电打开，即电磁阀的主阀和副阀均打开，当加油量剩下0.3L的时候，加油机的控制主板发出控制信号，关断主阀，加油机通过副阀继续加油到预置量，此时加油机控制主板再发出控制信号关断副阀，同时电机立即停转，从而大大减小了加油机停机前的“过冲量”。而在非定量加油开始中，电磁阀的主副阀都打开，并且在加油过程中，电磁阀没有关断动作，直到加油过程完成，才同时关断主副阀。由此可见，电磁阀对加油精度的控制作用主要还是体现在定量加油过程中。

在定量加油的过程中，电磁阀通过减小加油管道的横截面积，即增大管阻来减小加油结束前油液的流速，达到了减小“过冲量”的目的，从而保证了加油机预置加油的准确度。但是在这个过程中又存在着如下不足：

1、在主阀关断的瞬间，由于管路的横截面积突然减小，使得管路中油液的流速发生剧烈的变化，因此产生了水击。水击产生是因为当液流突然停止时,由于流动液体和运动部件惯性的作用，它的运动能量变成由停止点开始的高压波，它以接近于声速的速度沿管路系统来回传递，使系统内瞬时出现很高的压力。水击不仅影响液压系统的性能稳定性和工作可靠性，还会引起振动和噪声以及连接件松动等现象，甚至使管路破裂、液压元件和测量仪表损坏，在大流量的加油机系统中后果更严重。

2、电磁阀虽然减小了加油时的“过冲量”，提高了加油的准确度，但是却也同时增加了管路的压降，增大了能耗，降低了电机和泵的效率。经测量，当流量为60L/min时，普通加油机用双阀结构的电磁阀所产生的压降约为0.03MPa左右。

3、在主阀关闭后，只用副阀来加满最后0.3L油的过程中，加油机的加油流量是不可知的，也是不可控的。

为了解决上述几点不足，本申请人公开了一种燃油加油机液压控制系统（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）该燃油加油机的液压系统采用变频电机（以下将使用变频器的液压控制系统称为变频液压控制系统），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，有效的控制了水击现象和达到了节能的目的。由于电磁阀的性能直接影响着加油机的定量加油的精度，特别是小流量加油时它的影响更加明显，因此，如何通过设置变频加油机的参数来达到现有或实现更好的加油精度，以简化电磁阀的结构，不再使用结构复杂的双阀结构的电磁阀，就成为加油机性能进一步优化必须要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃油加油机的变频液压控制系统及其定量加油的新控制方法，即在采用变频技术的燃油加油机液压控制系统的基础上，使用单阀结构的电磁阀来代替双阀结构的电磁阀，以简化了电磁阀的内部结构，降低电磁阀的成本，通过使用定量加油的新控制方法，使采用了单阀结构电磁阀的加油机在定量加油控制方面能达到更好的效果。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种燃油加油机的变频液压控制系统，其包括相互连接的电机、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、电磁阀、视油器、油枪和人工输入装置，其特征是，储油罐与容积泵、油气分离器、流量测量变换器、电磁阀、视油器、油枪依次连接；储油罐还与流量测量变换器、编码器、控制主板依次连接；人工输入系统的输出连接电压控制装置的输入；控制主板分别连接电磁阀的输入和电压控制装置的输入以及指示装置；电压控制装置的输出连接变频器的输入；变频器的输出连接电机的输入；电机的输出连接容积泵的输入；所述电磁阀为单阀结构的电磁阀；电机是指初始频率为15～35赫兹、余量频率为9～15赫兹的电机；所述电机的初始频率是指燃油加油机开始加油时电机的工作频率；所述电机的余量频率是指燃油加油机在进入设定的提前量加油阶段时电机的工作频率。

将所述电机的初始频率设定为15～35赫兹；这是由于燃油加油机变频液压控制系统是通过人工输入装置输入相应的档位，由电压控制装置输出相应电压给变频器，由变频器控制电机按设定的频率运转，因此，将人工输入装置的档位对应的电压设置为可使变频器控制电机工作在15～35赫兹对应的电压值即可实现此技术目的。

将电机的余量频率设定为9～15赫兹；这是由于变频燃油加油机在进入设定的提前量加油阶段时，是由控制主板发出优先级别高于人工输入的控制信号，去控制电压控制装置，输出相应的电压值使变频器控制电机按设定的频率运转，因此，将控制主板发出控制信号对应输出的电压值设置为可使变频器控制电机工作的9～15赫兹对应的电压值即可实现此技术目的。

所述燃油加油机变频液压控制系统设定的提前量是指0.3升、05升或0.7升。

所述燃油加油机变频液压控制系统在定量加油控制方面是这样使用的：

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，此时电机电源和单阀结构的电磁阀均打开，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，通过人工输入选择档位开关（可根据加油量选择大、中或小档，每档对应不同的电压值），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（15～35赫兹）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（9～15赫兹）带动容积泵转动，此时电磁阀不动。当计数器到达设定的加油量时，控制主板发出信号控制电磁阀关闭，使其关断油路，同时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转动，加油过程完成。加油员将油枪挂到加油机上，关闭电机电源开关。

本发明相对于现有技术具有的优点和效果是：

1、加油过程中当加油量剩下设定的提前量（如0.3L、0.5L或0.7L）时由于电磁阀没有动作，加油管路的横截面积没有发生突然的变化，虽然流速也突然变小，但却是由于电机的频率降低使进油量减少造成的，因而水击效应能得到了很好的改善。

2、由于电磁阀采用了单阀结构，大大简化了电磁阀的内部结构，降低了电磁阀的成本，同时也减小了电磁阀的压降，达到了节能的效果，而加油的精度达到并超过了现有精度水平。

3、由于采用了变频技术，使得加油机在加最后的提前量时的流量变得可控。因为引进变频技术后，加油流量由电机转速控制，而电机转速又由变频器输出频率控制，因此我们可以通过改变变频器的输出频率，来控制电机转速，进而调节加油的流量，使流量可控。

附图说明

图1是本发明的燃油加油机变频液压控制系统结构方框图。

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。

实施例一

具有单阀结构电磁阀的燃油加油机变频液压控制系统的结构方框图如图1所示，包括相互连接的电机、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、电磁阀、视油器、油枪、人工输入装置和电压控制装置，其中电磁阀采用的是单阀结构的电磁阀。采用正交试验法对影响本燃油加油机变频液压控制系统的加油精度的可控因素进行分析：

加油精度，也就是加油量的相对误差，即实际加油量与标称加油量的相对误差。试验时，对加油机采用定量加油的方法，如定量加油50L，将油加到一个量桶中，记录其液面高度和油液的温度。然后采用公式（1）、（2）、（3）算出加油的相对误差，即加油精度值。

V_B＝(H-V₁)*A₀/1000+V₀ （1）

V_B1=[(T-20)*0.00005+1.00009]*V_B （2）

E_V=(V_J-V_B1)/V_B1*100％（3）

其中，A₀、V₁、V₀都是标准量器的一些参数，当定量加油50L时，A₀=3mL/mm，V₁＝V₅₀＝100.26mm，V₀=V_J=50L，H为量器液位刻度，V_B为标准量器示值（不计温度），V_B1为标准量器示值（考虑温度），T为量器内温度，E_V为加油体积相对误差（即加油精度）。

首先我们知道普通加油机的加油精度受多方面因素的影响，主要有提前量、环境温度、系统内的压力、管阻等，而电机采用变频控制后，由于加油的频率也变得可控、可调，因此变频模式下加油精度的影响因素还应该包括加油开始时的初始频率和加最后0.3L油时的余量频率。考虑到环境温度、系统内压和管阻都是不可控因素，我们选择初始频率、余量频率和提前量作为本次正交试验的因素。初始频率选择15Hz，25Hz，35Hz三个水平，而余量频率选择10Hz，12Hz，14Hz作为该因素的三个水平。而提前量在普通加油机中是用0.3L，在这里我们选用0.3L，0.5L，0.7L作为该因素的三个水平，从而列出如表1所示的三因素三水平的正交表。

表1 加油精度影响因素测试正交表

其中，I是各对应列水平1的实验结果之和的平均值；II是各对应列水平2的实验结果之和的平均值；III是各对应列水平3的实验结果之和的平均值；T是I、II、III中最大值和最小值之差。即：

I₁=(f1+f2+f3)/3；I₂=(f1+f4+f7)/3；I₃=(f1+f6+f8)/3

II₁=(f4+f5+f6)/3；II₂=(f2+f5+f8)/3；II₃=(f2+f4+f9)/3

III₁=(f7+f8+f9)/3；III₂=(f3+f6+f9)/3；III₃=(f3+f5+f7)/3

T₁=max{I₁，II₁，III₁}-min{I₁，II₁，III₁}

T₂=max{I₂，II₂，III₂}-min{I₂，II₂，III₂}

T₃=max{I₃，II₃，III₃}-min{I₃，II₃，III₃}

按照实验号1-9所列条件依次进行试验，针对每一实验号的实验我们进行多次精度测量，然后取其平均值作为该组实验的结果记入表格。从而得到如表2所示的实验和计算结果。

表2实验与计算结果

对表2所示结果进行分析：

（1）I、II、III值的意义：因为是用相对误差的绝对值来表示加油精度，即用实际加油量偏离标称加油量的程度来表征加油精度，所以值越大，说明偏离程度越大，故I、II、III的值越大，在表示该因素中该水平对实验结果的影响越大的同时，也告诉我们它对加油精度的影响越大，即使加油精度越低。

（2）T值的意义：T值为极差，其值越大，表示其所在列的因素，对实验结果影响越大。

（3）由表2中的数据可以看出，I₁>II₁>III₁，即在因素A（初始频率）中，15Hz的频率使加油精度最低，而35Hz的频率使加油精度最高；I₂>II₂>III₂,所以在因素B（小流量频率）中，10Hz的频率使加油精度最低，而14Hz的频率使加油精度最高；同理可以知道在因素C（提前量）中，0.7L的提前量能使加油精度最高。

（4）由表2可以知道，T₁>>T₂>T₃，所以因素A（初始频率）对加油精度的影响最大，即加油精度对于初始频率的变化最为敏感。而相对的，因素B（余量频率）和C（提前量）对加油精度的影响都相对小得多，即随着余量频率的变化和提前量的变化，加油精度的变化不会很明显。因此我们可以知道，加油机的加油精度在可控影响因素内，主要还是受初始频率的影响最大。

实施例二

对如图1所示的燃油加油机变频液压控制系统在不同初始频率、不同余量频率下的加油精度进行测试，来检验将双阀结构的电磁阀改成单阀结构的电磁阀后，加油机的加油精度能否保持在国家要求的范围内（即加油精度在±0.3%之间），并达到更加好的效果。其中，初始频率为开始加油时的电机频率，余量频率为加最后0.3L油时的电机频率。

经过实验测试，得出以下结果，如表3、4、5所示，为变频加油机在不同初始频率、不同余量频率下的加油相对误差（即加油精度）。其中，表3为初始频率为35Hz时，不同余量频率下的加油相对误差；表4为初始频率为25Hz时，不同余量频率下的加油相对误差；表5为初始频率为15Hz时，不同余量频率下的加油相对误差。

表3

表4

表5

由表3、4、5我们可以看出，采用单电磁阀的变频燃油加油机，在初始频率为15～35赫兹，余量频率为9～15赫兹时，加油精度仍然达到国家的标准，即加油相对误差均在±0.3％之间，并且可以达到精度较高的水平。

由表3、4、5我们还可以看出，只要设定合适的初始频率，任意的变频液压控制系统均可以采用单阀结构的电磁阀，而不需要使用结构复杂的双阀结构的电磁阀。

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

1.一种燃油加油机的变频液压控制系统，其包括相互连接的电机、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、电磁阀、视油器、油枪和人工输入装置，其特征是，储油罐与容积泵、油气分离器、流量测量变换器、电磁阀、视油器、油枪依次连接；储油罐还与流量测量变换器、编码器、控制主板依次连接；人工输入系统的输出连接电压控制装置的输入；控制主板分别连接电磁阀的输入和电压控制装置的输入以及指示装置；电压控制装置的输出连接变频器的输入；变频器的输出连接电机的输入；电机的输出连接容积泵的输入；所述电磁阀为单阀结构的电磁阀；电机是指初始频率为15～35赫兹、余量频率为9～15赫兹的电机；所述电机的初始频率是指燃油加油机开始加油时电机的工作频率；所述电机的余量频率是指燃油加油机在进入设定的提前量加油阶段时电机的工作频率。

2.根据权利要求1所述的燃油加油机的变频液压控制系统，其特征是，所述燃油加油机变频液压控制系统设定的提前量是指0.3升、0.5升或0.7升。