CN112721777A - 一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，该注油车由车辆底盘自动控制双取力器、多回路可闭环匹配负载流量液压系统、免内置柴油式安全分体控制气动系统、厢体温度调节系统和中心智能控制系统组成。现有的注油车均为单一动力源系统，或者为气动驱动，主要输送中、高粘性油品；或者为液动驱动，主要输送中、低粘性油品。本发明的注油车则具备气动和液动两种动力源驱动系统，利用微电子技术、计算机技术、容积调节技术和光伏发电技术的综合优势，整车所能携带的油品粘性种类、供油量会大幅增加，性能更加多样化、自动化、专业化，可以在保证润滑注油稳定性的同时，大幅减少运输成本。

Description

一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控 注油车

技术领域

本发明涉及专用汽车领域，尤其涉及一种移动式注油车。

背景技术

我国幅员辽阔，地形、气候条件复杂，庞大的基础设施建设、能源开采，物资输送等过程中采用大量大型工程机械设备，这些设备通常需要补加或更换机油、防冻液油、液压油、齿轮油、润滑油脂等来维持正常工作，但多数大型工程机械设备需要连续运转且移动缓慢，不便于回基地补油，移动式注油车灵活方便，可以适应崎岖泥泞道路且能同时运输多种油品，为上述大型工程机械设备在工作现场补注油脂领域得到了广泛应用。

市面上的移动式注油车的油品输送系统均为传统单一系统，一种是气动系统，即利用气动泵输出润滑油品。气动系统高效、无污染，使用温度范围广且工作介质本身具有防燃、防爆、防电磁干扰等一系列优点，可以在易燃易爆环境中使用。由于气动泵压缩比范围大，且为增压结构，所以气动泵输送油品粘度范围大，可以实现高压输送；比如选择70:1压缩比的气动泵，虽然进气只有8bar，气动泵可很轻松实现560bar注油。但是目前注油车气动系统也存在一些问题，如气动泵驱动力取自车载空压机，车载空压机的动力一般又取自柴油发电机，高温情况下，柴油挥发导致车内油气高，存在安全隐患；传统气动系统大都是靠单向节流阀单一设定，无法满足自动控制要求；此外，油箱上安装了某一型号气动泵后，气动泵压缩比就确定了，又由于空压机多为最大排气量定频式，工作压力和排气量不能改变，这就导致气动系统输出压力是一定的；对于粘度较大的油脂，选择高压缩比气动泵虽然压力满足条件，但是注脂流量很小，尤其遇到环境变化，如冬季气温低油脂粘度变大，或者管路背压又增大时，气动注油系统并不能通过调节系统压力的方式来保证输出流量，而通过改变管径尺寸或者更换不同压缩比气动泵的方式来调节流量显然不现实，因此气动系统高压注油时极易出现注油速度慢，输出不稳定的现象。

另一种是液动系统，液压主泵动力取自汽车变速箱取力器，液压系统具有大的功率密度，可实现多执行器并联驱动，可以防止过载，具有无极变速性能，且可以通过调节压力来调节油品输出流量。传统注油泵结构为减压结构，虽然有确定的压力比，由于注油泵进口压力等于液压主泵压力，在液压主泵额定压力下，注油泵的出口压力还是可以实现一定范围的调节，这是液动注油泵相对气动注油泵的一大优势；但实际工作过程中，这种传统液动系统也具有一些弊端，当遇到油品条件变化或环境条件等变化大，导致回路背压增大到一定量时，注油量同样会大幅减小，要保证注油量，就必须再增大注油泵输入压力，但是注油泵本身受液压主泵额定压力限制，并不能满足大范围高压输送油品条件。如选用1:1/4注油泵时，当注油泵进口压力为100 bar时，注油泵出口压力仅为40bar。

此外，为了保证低温时还能顺利输出油脂，现有注油车通常采用保温棉车厢以及内置柴油加热器的方式进行保温加热，泡沫保温棉易燃，柴油加热器置于密闭车厢内也有一定的安全风险。

亟待开发一种能满足环境条件、管路背压变化大时，仍能稳定输出油品流量的智能温控注油车，可以扬长避短，充分利用上述两种注油系统的优势，解决目前注油系统的弊端，拓宽注油车使用温度范围和复杂管路使用条件，注油量更稳定、控制过程更智能且加热保温更安全，整车产品类型和性能更加多样化、自动化和专业化，注油效率高和燃油经济性好，更安全节能环保，且便于精确控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，上装为两种功能提升后的注油系统，一种为多回路可闭环匹配负载流量液压系统、一种为免内置柴油式安全分体控制气动系统。气动系统控制更加智能，当负载环境变化使注油流量变化时，可通过调节螺杆气动主泵转速、气源流量、厢体温度等多参数动态响应机制，来调节高粘性油品流动速度，实现稳定输出；液动系统主要针对中、低粘性油品，当负载环境变化使注油流量变化时，采用由液压系统主泵驱动的液压马达泵耦合体，注油泵进口压力与主泵输出压力为1:1，可连续调节，注油泵出口压力调节范围大，流量脉动小，背压损失产生的影响几乎忽略不计，可实现油品流量的稳定性输出。整车环境适应型更强，上装两种系统既可以单一使用，也可以同时使用，配合温度调节系统，即使在高热高寒环境下依然可以安全对多种粘性的油品进行稳定注油。注油车所能携带的油品粘性种类会大幅增加，能大幅减少运输成本。

本发明采用以下技术：一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其底盘上设置有自动控制双取力器，双取力器的两个输出口一个驱动负载敏感控制变量柱塞主泵，另一个动力输出口驱动螺杆式空气压缩主泵。进一步，双取力器通过专用取力器控制模块PSM控制；上装液压系统采用多回路可闭环匹配负载流量技术，创新设计传统的液动连杆式注油泵为液压马达泵耦合体，从而将调节流量由压力变化转换为功率变化，并实现多执行器系统机电液集成及在线参数自整定，改善系统的响应特性；免内置柴油式安全分体控制气动系统，则根据负载反馈流量通过中心智能控制系统，精确计算调整发动机转速，快速精确控制空压机排量，实现供气量可调性，系统采用内置高精度传感器的电-气比例流量阀替代传统节流阀，提高供气品质，降低注油设备故障率，方便的实现气动系统供气量无极调速，极大的提高注油可靠性。

此外，车厢保温层采用采用高效纳米复合真空绝热板材层，车顶外部设置光伏发电系统，为车内制冷和供暖提供能源，油箱加热系统辅助太阳能空调快速加热油箱，防止因冬季气温低时，油品粘度增大引起的油品流量极大减小的问题发生。

本发明的特点是：利用了微电子技术、计算机技术、容积调节技术以及太阳能光伏发电技术的综合优势，综合泵-负载匹配控制，泵-发动机匹配控制，辅以温度调节系统，实现注油流量稳定输出。本发明的有益效果是：具备了气动和液动两种动力源驱动系统，控制器能根据工作状况的变化自动对发动机、泵、阀以及车厢内温度进行调整，无需操作手的参与，控制精度高，自动化程度高，环境适应性强，注油稳定性有保障，所能携带的油品粘性种类、供油量会大幅增加。

附图说明

图1为本发明提供的车辆底盘自动控制双取力器结构示意图。

图2为本发明提供的智能温控注油车上装系统原理图。

图3为本发明提供的智能温控注油车的整车示意图。

图4为本发明提供的液压马达泵耦合体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，见图2和图3，具体包括车辆底盘发动机1、自动控制双取力器2、负载敏感控制变量柱塞泵3、螺杆式空气压缩主泵4、压力补偿阀5、比例伺服方向阀6、梭阀7、马达8、智控式耦合器9、液动油脂泵10、流量计11、流量传感器12、空气滤芯13、油气分离器14、储气罐15、气动三联件16、电-气比例流量阀17、气动油脂泵18、油枪开关19、PSM专用取力器控制模块20、中心智能控制器21、光伏发电太阳能板22，热电式半导体制冷空调23，高效PTC陶瓷热电阻制热器24、副发动机取力器25、发电机26、油箱加热棒27，高效纳米复合真空绝热板材层28。

其中车辆底盘变速器安装有自动控制双取力器2，如图1所示，双取力器有两个动力输出口，分别为动力输出口2-8和动力输出口2-9，动力输出口2-8驱动负载敏感控制变量柱塞泵3，动力输出口2-9与螺杆式空气压缩主泵4相连，两个动力输出口各设置一个取力器开关。工作人员按下动力输出口2-9的控制开关时，PSM专用取力器控制模块19根据设定要求检测接通取力器的必要条件，确保车辆处于驻车状态，确保驾驶室油门踏板控制失效，检测各取力条件满足后，中心智能控制器21发出信号，控制相应电磁阀开启使控制气源通过，控制气源进入取力器气缸从而推动拨叉2-2移动，滑套2-5在拨叉2-2带动下前移，使齿轮2-3和轴2-4连接在一起，动力由取力器花键2-1传递到动力输出口2-9，驱动螺杆式空气压缩主泵4工作；同理，按下动力输出口2-8的开关，滑套2-7前移，轴2-4和轴2-10被滑套2-7连接在一起，动力传递给动力输出口2-8，负载敏感控制变量柱塞泵3工作；若同时按下动力输出口2-8和动力输出口2-9两个控制开关，两个输出口均有动力输出，螺杆式空气压缩主泵4和负载敏感控制变量柱塞泵3同时工作，以此实现不同工作系统的智能取力。PSM专用取力器控制模块20还可以实时监测发动机机油压力、燃油油位、发动机转速、发动机进气压力和温度等取力输入条件，实现偏差报警，工作过程中若取力条件发生变化超出偏差范围，取力自动解除，保护上装系统。

取力器输出口接通后，驾驶室油门踏板控制自动失效，AEC发动机转速自动控制模块工作，油车发动机进入自动变速模式，防止上装施工时其他人员进入驾驶室误踩油门造成上装事故。中心智能控制器21根据负载反馈计算出所需泵转速后，PEMUC泵-发动机匹配控制模块则根据对泵的转速需求计算出对发动机的功率需求并反馈给中心智能控制器21，中心智能控制器21发送命令至AEC发动机转速自动控制模块，AEC发动机转速自动控制模块调整发动机的空气吸入量，喷油嘴的喷油量等，从而改变车速以适应负载需求。同时操作电控箱上设置有手自动切换按钮，切换到发动机手动控制模式后，可以通过车厢外设置的油门拉线来调整发动机转速。

免内置柴油式安全分体控制气动系统组成如下：螺杆式空气压缩主泵4置于汽车底部，空气经过空气滤芯13及进气阀进入螺杆转子压缩腔内，同时在压缩腔内的空气与冷却润滑油混合，压缩完成的油气混合物经油气分离器14等处理，最终压缩气体到达储气罐15，经过气动三联件16后通入各用气支路，各支路入口处设置有电-气比例流量阀17，该阀内部采用高精度位置传感器检测滑阀阀芯位移，从而利用闭环反馈精确控制滑阀阀芯位移。压缩空气通过电-气比例流量阀17阀口进入气动油脂泵18，泵18开始工作，此时按下油枪开关19即可注油，在喷枪处设置有流量计11和流量传感器12，流量信号经流量传感器12转化为电信号传输给中心智能控制器21，中心智能控制器21是基于专家系统的智能控制器，其专家知识库中记录有熟练操作工及专家的经验参数，即注油流量与不同工况所对应的PID参数。中心智能控制器21根据流量传感器12的电信号，辅以专家控制规则进行补偿控制，通过AEC发动机转速自动控制模块调整底盘发动机1的转速，改变螺杆式空气压缩主泵3的排气量，通过改变电-气比例流量阀17阀口开度调整各供气支路获得的压缩气体流量，使得各支路进气量满足使用需求，从而保证各支路注油流量。

CLSS多回路可匹配负载流量式液压系统结构如下：负载敏感控制变量柱塞泵3泵出的介质油进入每一支路后首先通过压力补偿阀5，负载压力也引入压力补偿阀5，工作时，压力补偿阀5通过改变内部节流口的大小来调整比例伺服方向阀6的阀前压力，使其阀前阀后压差是一个定值。根据流体力学中伯努利公式：

，式中Q为通过节流口的流量，

为节流口流量系数，

为节流口截面面积，

为比例伺服方向阀6前后的压差，

为油液密度，由于比例伺服方向阀6阀芯两端的压差为定值，因此流入马达8的流量仅由比例伺服方向阀6的过流面积决定。注油端采用液压马达泵耦合体，如图4所示，马达8通过智控式耦合器9驱动液压泵10，智控式耦合器9的使用避免了马达8和液压泵10之间的刚性连接，能消除注油过程产生的冲击和振动，启动特性好，过载保护性能好。综上在底盘发动机功率充足的情况下，负载敏感控制变量柱塞泵3流量充足，系统中分别流向各个支路马达8的流量只与其支路比例伺服方向阀6的开口度有关系，而不受负载力和油源压力波动的影响，系统的最高压力通过梭阀7反馈给负载敏感控制变量柱塞泵3中的负载敏感阀，保证泵出口压力始终比系统的最高工作压力大，同时系统最高压力及各支路流量分别通过压力变送器和流量传感器12反馈给中心智能控制器21，控制器21根据多条件耦合和专家推理机制，从知识库中选择合适的参数，调整重型汽车底盘发动机1的供油量，实现发动机的变功率匹配，使发动机的输出功率随外负荷的变化而相应的变化。以保证负载敏感控制变量柱塞泵3的功率适应当前系统要求。

此外，车厢内温度也是影响注油可靠性的重要因素之一，温度过低，油脂粘度增大，液阻增大，注油流量减少；车厢温度高，系统发热严重，注油效率及安全性降低。本发明注油车采用高效纳米复合真空绝热板材28车厢，该材料导热系数是现在有机保温材料导热系数的六分之一到十分之一，且具有完全不燃烧的性能，可有效杜绝由保温材料引起的火灾发生。车厢内加热则采用清洁环保的太阳能，摈弃了传统的柴油加热器，减少安全隐患，在车顶配置光伏发电太阳能板22，将光能转化为电能储存于蓄电池中，车厢内设置有热电式半导体制冷器23和高效PTC陶瓷热电阻发热器24，油箱上设置有温度传感器，注油车发动机启动，ATC智能温度调节模块自动启动，驾驶室显示屏显示油箱内实时温度和设定温度，当实时温度低于设定温度时，ATC智能温度调节模块启动高效PTC陶瓷热电阻发热器24开始制热。同时，油箱内设置有电加热棒27，电加热棒27电力来自发电机26，发电机26动力则来自车辆底盘副发动机25，电加热棒27作为辅助加热使用，ATC智能温度调节模块计算蓄电池电量以及调整油箱温度至设定温度所需时间和电量后，判断电量充足与否，光伏发电系统电量不充足时，则自动启动副发动机取力器，共同加热，蓄电池电量降低至10%时，自动停止高效PTC陶瓷热电阻发热器24，完全采用电加热棒27加热。电量充足时，操作员也可以根据显示屏显示的加热所需时间手动打开副发动机25取力器，加快制暖进程，最终实现保证车厢温度，减少因车厢温度变化引起的上装系统液阻增大、系统效率低的问题。

综上，本发明的注油车，具备了气动和液动两种动力源驱动系统，所能携带的油品粘性种类、供油量会大幅增加。同时，对环境温度适应性好，自动控制性好，注油更加稳定可靠。

尽管上面结合附图对本发明的实施进行了描述，但是本发明并不局限上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的技术人员在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其特征在于，具体包括车辆底盘自动控制双取力器、多回路可闭环匹配负载流量式液压系统、免内置柴油式安全分体控制气动系统、厢体温度调节系统和中心智能控制系统；相比现有注油车，具备了气动和液动两种动力源驱动系统，所能携带的高、中、低等多种油品粘性种类、供油量会大幅增加，从而大幅减少运输成本。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其特征在于，车辆底盘自动可控双取力器有两个动力输出口，其中一个动力输出口与负载敏感控制变量柱塞主泵连接，另一个动力输出口则驱动螺杆式空气压缩主泵，两个动力口的输出分别采用独立气源控制，可以控制两个动力输出口分别或同时输出动力。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其特征在于，多回路可匹配负载流量式液压系统为单泵驱动的多执行器负载敏感系统，主泵为负载敏感控制变量柱塞主泵，主泵出口并联若干条支路，每条支路入口处均设置有压力补偿阀，压力补偿阀保证其出口的比例伺服方向阀进出口压力一致；比例伺服方向阀控制实现注油流量调节，系统最大压力通过梭阀传送至负载敏感控制变量柱塞主泵的负载敏感阀以调整主泵流量，负载压力和流量通过压力变送器和流量传感器传送到中心智能控制系统。

4.根据权利要求1所述的一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其特征在于，注油时，多回路可匹配负载流量式液压系统主泵驱动的液压马达泵耦合体，其进口压力与主泵输出压力一致，可连续调节；而当前广泛使用的液动式连杆注油泵，属降压比例控制，降压比例与输出流量呈线性比例关系，面对管路中流体流动时产生的沿程及节流压力损失，背压大时会大幅降低流量输出；而气动式连杆注油泵，属升压比例控制，升压比例与流量呈反比关系，同样无法满足大流量输出要求；马达泵耦合体由液压马达、智控式耦合装置和注油泵组成，液压马达在负载敏感控制变量柱塞主泵的驱动下输出动力，耦合装置匹配注油泵低速稳定启动，通过压力变送器和流量传感器的闭环控制回路，由于注油泵出口压力大，流量脉动小，背压损失产生的影响几乎忽略不计，可实现油品注油流量的稳定性输出。

5.根据权利要求1所述的一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其特征在于，免内置柴油式安全分体气路控制系统主要是针对极热极寒天气，在封闭厢体内放置柴油式空压机，容易出现油气过高导致安全隐患而创新设计；该回路系统为单泵驱动的多执行器比例控制系统，气源由变速调节的螺杆空气压缩主泵提供，螺杆式空气压缩主泵出口油气经车厢厢体内独立放置的前冷却器、油气分离器、油水分离器、过滤器、后冷却器等比例适配调节过程后，主气路分成若干条支路，每条支路设置一个电-气比例流量阀，出口气路上设置流量计和流量传感器负责反馈调节进气量；当前广泛使用的柴油式空压机，其出气量均为3m²、5m²、10m²等最大气量限制，而分体式气动系统，选择合适的气动主泵后，可随转速变化，能提供更大量程的连续气量输出。

6.根据权利要求1所述的一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其特征在于，厢体温度调节系统包括三部分，第一部分为太阳能制冷和制热空调，在车厢顶部安装太阳能电池板，利用光伏发电系统进行光电转换，转化的直流电存储于蓄电池中，采用热电式半导体制冷，高效PTC陶瓷热电阻制热；第二部分为油箱辅助加热系统，车厢内各油箱均设置有加热棒和温度传感器，油箱辅助加热系统为副发动机带动单取力器驱动发电机提供动力；第三部分为车厢保温隔热，车厢采用高效纳米复合真空绝热板材。

7.根据权利要求1所述的一种混合动力源驱动可满足多粘性油品稳定输出的智能温控注油车，其特征在于，中心智能控制系统包含PSM专用取力器控制模块、ATC智能温度调节模块、AEC发动机转速自动控制模块、PEMUC泵-发动机匹配控制模块、CLSS多回路可闭环匹配负载流量液压系统以及PACE空压机压力排量调节模块；其中专用取力器控制模块PSM可同时控制两个取力口，驾驶员操作开关输入后，PSM模块检测驻车制动、发动机转速、离合器状态等与门条件，条件满足后，驱动电磁阀使相应取力口结合；车厢内温度在驾驶舱及注油操作电气柜上均有显示，车辆启动后，驾驶舱屏幕显示车厢内温度和蓄电池电量，若车厢内温度在设定温度范围外，温度预警显示，同时显示屏显示温度调节至设定范围所需时间， ATC智能温度调节模块自动启动光伏发电系统的蓄电池使其输出电力，温度高出设定范围，热电式半导体制冷片通电，温度低出设定范围，PTC热电阻通电，蓄电池电量小于10%时而车厢内温度仍未到达设定温度时，蓄电池停止输出，油箱内加热棒启动，操作员也可以根据驾驶舱屏幕显示加热所需时间在蓄电池启动的同时手动打开油箱加热棒，加速温度调节进程；CLSS多回路可闭环匹配负载流量液压系统和PACE空压机压力排量调节模块配合PEMUC泵-发动机匹配控制模块以及AEC发动机转速自动控制模块，共同实现负载-泵-发动机匹配控制，以保证环境温度及负载条件变化时，多种不同油品仍然能按负载流量需求稳定输出；只启动液压系统时，CLSS多回路可闭环匹配负载流量液压系统负载端流量传感器及压力变送器以及梭阀将负载流量和压力信号传送到中心智能控制系统中心，控制中心根据计算结果，控制发动机转速，从而调节液压主泵转速，同时调节各支路比例伺服方向阀阀口大小；只启动气动系统时，PACE空压机压力排量调节模块根据负载流量信号，发送信号至中心智能控制系统，控制中心发出指令调节底盘发动机转速和电-气比例流量阀开口度以保证油脂稳定输出；此外操作室电控柜上设置有发动机油门旋钮，注油过程中操作人员可以根据观测流量的大小手动调节油门旋钮，加大或减小发动机转速，从而调节注油输出流量，实现手自动控制切换。

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