CN102173372B - 加油机变频液压控制系统及其定量加油的精度控制新方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种加油机变频液压控制系统，其特征是，由电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、编码器、控制主板、指示装置、视油器、油枪按如下方式连接组成：储油罐与容积泵、油气分离器、流量测量变换器、视油器和油枪依次连接；流量测量变换器还与编码器、控制主板和指示装置依次连接；控制主板的输出还依次连接变频器、电机和容积泵。该控制系统不需要使用电磁阀。本发明还公开了该控制系统定量加油的新控制方法：通过对加油机变频液压控制系统中容积泵的转速控制来代替电磁阀实现对定量加油的精度控制。

Description

加油机变频液压控制系统及其定量加油的精度控制新方法

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。

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。加油机的液压系统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(0.3L为加油机设定的提前量，可根据油品等实际要求进行调整)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，同时电机停止转动，接着加油员将油枪挂到加油机上关闭开关，加油过程完成。(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，补加完后加油员将油枪挂到加油机上关闭开关，电机停止转动，加油过程完成。

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，直到加油结束关枪后才同时关断主副阀。由此可见，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。

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成本和管路的压降，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。

为了节约电机和容积泵的能耗，出现了采用对燃油加油机液压系统进行变频控制的技术(以下简称变频液压控制系统)，该燃油加油机的液压系统采用变频电机，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容积泵泵油的速度，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。由于采用变频电机带动容积泵工作，通过对容积泵频率的控制，电磁阀可以简化为单阀结构的电磁阀。但是这种采用单阀结构电磁阀的变频燃油加油机液压系统，仍然具有进一步优化的空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种在采用变频技术的燃油加油机液压控制系统的基础上，无需采用电磁阀的新的液压控制系统及其定量加油的新控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种加油机变频液压控制系统，其特征是，由电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、编码器、控制主板、指示装置、视油器、油枪按如下方式连接组成：储油罐与容积泵、油气分离器、流量测量变换器、视油器和油枪依次连接；流量测量变换器还与编码器、控制主板和指示装置依次连接；控制主板的输出还依次连接变频器、电机和容积泵。

由于不再采用电磁阀，简化了变频液压控制系统的结构，降低了整机成本，消除了液压系统中的水击现象。

上述的加油机变频液压控制系统定量加油的精度控制新方法，其特征是，通过对加油机变频液压控制系统中容积泵的转速控制来代替电磁阀实现对定量加油的精度控制。

更具体地说，所述对容积泵的转速控制是指对容积泵在加油机进入设定的提前量加油阶段时的转速进行控制。

所述对容积泵的转速控制是通过控制带动容积泵的变频电机的转速来实现。

优选的方案是：将所述变频电机的余量频率设定为20～36赫兹；所述变频电机的余量频率是指加油机在进入设定的提前量加油阶段时变频电机的工作频率。将所述变频电机的余量频率设定为32Hz是最佳方案，此时油液的流量为29L/min。

所述加油机设定的提前量是指0.3升。

本发明的设计原理是这样的：

1、普通加油机定量加油过程加油结束是由电磁阀关断来使油液不再外流：即加油量达到预置数值时，电机依然转动，可是电磁阀的大小阀均已关闭，油路已经关断，油液不再外流。而去掉电磁阀后的加油机则是由泵的出口阀关断来阻止油液继续流出：即加油量达到预置数值时，电机在变频器的控制下停止转动，而泵由于失去动力，也开始减速以至停止(时间极其短暂)，泵内油压也逐渐减小，由于泵的出口阀受到的油液压力减小，出口阀在弹簧作用下，就向左运动，关断泵的出口，阻止了油液的流出。在出口阀关断的过程，对流出的油液体积可以从下面的公式中求出：

$M=\frac{d^2\mathrm{\θ}}{{\mathrm{dt}}^2}=m\frac{d^{2}x}{{\mathrm{dt}}^2}+c\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{kx},$

其中，M是泵转子的转动惯量；

θ是泵转子在停转过程中转过的角度；

m是出口阀的质量；

c是油液的粘性阻力系数；

k是出口阀弹簧的弹性系数；

x是出口阀在关断过程中的位移。

只要求出出口阀的位移x，再乘以出口阀的横截面积就可以得出出口阀关闭时排出油液的体积。

2、对计量精度的控制

加油机流量计的精度随电机转速变化的趋势图如图2所示。从图2中我们可以知道，流量计的精度是随着流量的变化而变化的，而流量的变化在固定工况下又主要是由电机转速决定。

在第1点讲到的模型，我们可以求出出口阀关断过程中，多给的油液体积，进而算出其在定量数值中所占的比例，即得出其对加油精度的影响。而这部分油液体积又跟泵转子关闭时的初速度密切相关，即跟电机在小流量频率下的速度有关。因此我们可以选择一个合适的电机转速，让其保证流量计的精度处在一个比较好的位置，同时又能让泵的转子及时停止下来，即让多给的油液体积尽可能的少，这样就能使整个过程的加油精度达到最高。如图2竖线所在位置，假设这个位置上流量计的精度达到要求，同时泵的转子又能很快地停下来，也就是相对于其他位置其整机精度是最好的，这也就是我们所要得到的最合适的电机转速。

采用这个转速后，无需电磁阀的控制，也能使加油机的定量加油精度满足要求。

本发明相对于现有技术具有如下的优点和效果：

1、本发明的加油机变频液压控制系统无需再采用电磁阀，简化了液压系统的结构，降低整机成本；

2、本发明的加油机变频液压控制系统定量加油的新控制方法，通过对带动容积泵的电机的转速进行控制，使去掉了电磁阀的加油机在定量加油控制方面能达到更好的效果。

附图说明

图1是本发明的加油机变频液压控制系统的结构示意图；

图2是加油机流量计的精度随电机转速变化的趋势图。

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

本发明的加油机变频液压控制系统，如图1所示，由电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、编码器、控制主板、指示装置、视油器、油枪按如下方式连接组成：储油罐与容积泵、油气分离器、流量测量变换器、视油器和油枪依次连接；流量测量变换器还与编码器、控制主板和指示装置依次连接；控制主板的输出还依次连接变频器、电机和容积泵。

对在变频基础上去掉电磁阀的上述燃油加油机液压控制系统的加油精度进行检测，看在进入设定的提前量加油阶段时变频电机采用不同余量频率(即不同流速)下加油精度是否符合国家标准(加油精度在±0.3％之间)。测试结果如下表1所示：

表1测试加油精度结果

上述测试的结果，变频电机的初始频率采用目前变频加油机常用的电机控制档位对应的电机频率：22～38赫兹(即油液流速在16～38L/min)，余量设定为0.3升。由表1我们可以看出，去掉电磁阀的变频燃油加油机，在变频电机仍然采用常用的初始频率时，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，并且达到了相当好的精度水平。

从中我们还可以看到在余量频率为32Hz，流量为29L/min时，加油精度是最高的，且精度值分布在零点的领域内，该流量属于临界流量，因此，在这里我们选择32Hz作为我们的最佳余量频率，而29L/min则作为我们所要求的最佳流量。

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 (5)

1.一种加油机变频液压控制系统定量加油的精度控制新方法，其特征是，加油机变频液压控制系统通过对加油机变频液压控制系统中容积泵的转速控制来代替电磁阀实现对定量加油的精度控制；其中，所述对容积泵的转速控制是指对容积泵在加油机进入设定的提前量加油阶段时的转速进行控制；所述加油机变频液压控制系统是由电机、变频器、容积泵、油气分离器、流量测量变换器、编码器、控制主板、指示装置、视油器、油枪按如下方式连接组成：储油罐与容积泵、油气分离器、流量测量变换器、视油器和油枪依次连接；流量测量变换器还与编码器、控制主板和指示装置依次连接；控制主板的输出还依次连接变频器、电机和容积泵。

2.根据权利要求1所述的加油机变频液压控制系统定量加油的精度控制新方法，其特征是，所述对容积泵的转速控制是通过控制带动容积泵的变频电机的转速来实现。

3.根据权利要求2所述的加油机变频液压控制系统定量加油的精度控制新方法，其特征是，控制带动容积泵的变频电机的转速是指，将所述变频电机的余量频率设定为20~36赫兹；所述变频电机的余量频率是指加油机在进入设定的提前量加油阶段时变频电机的工作频率。

4.根据权利要求3所述的加油机变频液压控制系统定量加油的精度控制新方法，其特征是，将所述变频电机的余量频率设定为32Hz，此时油液的流量为29L/min。

5.根据权利要求3所述的加油机变频液压控制系统定量加油的精度控制新方法，其特征是，所述加油机设定的提前量是指0.3升。

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