CN114060722B - 一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，包括以下步骤：S1、通过定位夹具依次对喷嘴进行密封；S2、气源供气，将喷嘴侧部进气管打开，实时监控喷嘴进气端的气体流量和压力，不断调节控制喷嘴进气压力，PLC采集信号并通讯，通过设定的程序对喷嘴进行加载；S3、监控压入力、气体流量、压头压载位移并拟合出曲线；S4、改变升程调节流量；S5、设置流量阈值，对应分段设置压机步长和速度以及流量目标值；S6、流量调整到目标流量，复测产品流量，若在设定的范围内，则合格，若不在范围内则报废或重新调整。本发明调节精度高，调节方便，节约了人力成本，并通过复测产品流量，判断产品流量是否在范围内的方式来判断产品流量调节是否合格。

Description

一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法
技术领域
本发明涉及天然气喷射系统生产技术领域，更具体涉及一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法。
背景技术
天然气作为发动机的代用燃料在解决能源短缺和降低污染排放等方面具有独特的优越性，一直受到内燃机研究工作者的重视。天然气喷嘴是一种高性能喷嘴，它的作用是在不同的发动机工况下，根据发动机ECU的控制策略，喷射适量的天然气。在一定的喷射压力下，喷嘴喷出的天然气量与其开起的时间成线性关系。
天然气喷射系统主要由天然气喷嘴、上下轨体、燃气接头及PT传感器装配而成，通过控制单个喷嘴的流量一致性，来控制整根轨体总成的流量稳定性。喷嘴装配工艺主要包括压配、三层焊、高压注塑、流量调整、喷孔板焊接、预跑合、功能测试、氦检等。其中流量调节是核心工艺，需要实时监控并反馈气体介质压力、温湿度、流量，同时产品压配的速度、步长、压机精度、电气元件响应速度等也是重要影响因素。因此需要设计一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，来实现对然气喷射系统中喷嘴的流量进行调节。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，以解决背景技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，包括以下步骤：
S1、将喷嘴放入定位夹具，通过定位夹具依次对喷嘴的出气端、进气端进行密封；
S2、气源供气，将喷嘴侧部进气管打开，实时监控喷嘴进气端的气体流量和压力，不断调节控制喷嘴进气压力，PLC采集信号并通讯，通过设定的程序对喷嘴进行加载；
S3、监控压入力、气体流量、压头压载位移并拟合出曲线；
S4、改变升程调节流量；
S5、设置流量阈值，并对应分段设置压机步长和速度以及流量目标值；
S6、流量调整到目标流量后，复测产品流量，若在设定的范围内，则合格，若不在范围内则报废或者重新调整。
进一步优化技术方案，所述步骤S2中，将喷嘴侧部进气管打开的步骤为：探针顶入电插头与喷嘴的电极接触，开启可编程电源给喷嘴供电，先开启大电流使电磁阀充分打开，再切换为小电流保持电磁阀常开。
进一步优化技术方案，所述步骤S2中，通过比例阀不断调节控制喷嘴进气压力。
进一步优化技术方案，所述步骤S2中，对喷嘴进行加载的过程为先快后慢，并从接触喷嘴的喷孔板开始，监控压入力、气体流量、压头压载位移。
进一步优化技术方案，所述步骤S4中，改变升程的目的为改变喷孔板端面与动铁芯与静铁芯完全吸合状态时的间隙。
进一步优化技术方案，还包括以下步骤：
通过累计数据，分析各段力值经过装配工艺后最终流量的区间分布规律，来反推设定目标值；
通过对大量数据的分段分析，计算补偿值并导入。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明能够对天然气喷嘴进行精确定位及流量调节，通过控制上压头的位置来调整喷孔板端面与动铁芯与静铁芯完全吸合状态时的间隙，进而来调节流量，调节精度高，调节方便，节约了人力成本，并通过复测产品流量，判断产品流量是否在范围内的方式来判断产品流量调节是否合格。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的部分结构示意图；
图3为本发明供气检测系统的结构示意图；
图4为本发明喷嘴的结构示意图；
图5为本发明喷嘴的部分结构示意图；
图6为本发明喷嘴的剖视图；
图7为本发明HFI喷嘴压装过程流量曲线图；
图8为本发明测量阀体初始流量值Qstat0时喷孔板与动铁芯之间间隙的示意图；
图9为本发明测量阀体初始流量值Qstat1时喷孔板与动铁芯之间间隙的示意图；
图10为本发明测量阀体初始流量值Qstat2时喷孔板与动铁芯之间间隙的示意图；
图11为本发明测量阀体初始流量值Qstat3时喷孔板与动铁芯之间间隙的示意图；
图12为本发明压装力<350N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图13为本发明压装力为350~400N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图14为本发明压装力为400~450N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图15为本发明压装力为450~500N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图16为本发明压装力为500~550N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图17为本发明压装力为550~600N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图18为本发明压装力为600~650N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图19为本发明压装力为650~700N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图20为本发明压装力为700~750N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图21为本发明压装力为750~800N时的Process Capability Sixpack报告的数据图；
图22为本发明流量调整逻辑图及基于大数据分析的流程优化图；
图23为本发明的流程图。
其中：1、伺服电缸，2、喷嘴，21、喷孔板，22、动铁芯，23、静铁芯，24、出气端，25、进气端，26、进气管，3、上压头，4、上固定工装，41、导向柱，42、可移动顶板，43、伸缩杆，44、升降板，45、固定座，46、中部固定板，5、喷嘴放置底座，51、滑动柱，6、下密封定位机构，62、下定位气缸，7、侧面顶紧机构，71、侧面顶紧气缸，8、机架，9、下密封工装。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种喷嘴生产过程中的流量调节设备，结合图1至图6所示，包括机架8、上固定工装4、喷嘴放置底座5、上压头3、上密封定位机构、下密封定位机构6、侧面顶紧机构7、供气检测系统。
机架8上设置有上固定工装4和喷嘴放置底座5。上固定工装4上设置有与喷嘴相适配的上压头3以及用于驱动上压头3下压以将喷嘴出气端进行密封的上密封定位机构。喷嘴放置底座5的下方设置有下密封工装9，用于对喷嘴底端进行密封定位。下密封工装9的底端设置有下密封定位机构6，下密封定位机构6用于驱动喷嘴放置底座5移动，以对喷嘴进气端进行密封。下密封工装9的侧部设置有侧面顶紧机构7，侧面顶紧机构7能够将下密封工装9顶紧，以保证设备整体密封性。
上固定工装4包括通过固定座45固定设置在机架8上方的中部固定板46，中部固定板46上开设有使得喷嘴穿过的通孔，中部固定板46的上方通过若干伸缩杆43连接设置有可移动顶板42，可移动顶板42上穿设有若干底端定位设置在中部固定板46上的导向柱41，导向柱41上滑动设置有升降板44，上压头3固定设置在升降板44的中部，升降板44与中部固定板46之间设置有套设在导向柱41外围的缓冲弹簧。
上密封定位机构包括活塞杆端固定设置在可移动顶板42上的伺服电缸1。
喷嘴放置底座5位于上固定工装4下方，用于对喷嘴2进行定位。
喷嘴放置底座5滑动配装在滑动柱51上，滑动柱固定设置在机架8上。喷嘴放置底座5的底端与机架8之间设置有套设在滑动柱外围的弹簧。
下密封定位机构6包括设置在机架8上的下定位气缸62以及定位设置在下定位气缸62上方的下密封工装61，下密封工装61的中部设置有使得下定位气缸62的活塞杆穿过的穿设孔，下密封工装61的侧部横向开设有与穿设孔相连通的定位孔。
侧面顶紧机构7包括横向定位设置在机架8上的侧面顶紧气缸71，侧面顶紧气缸71的活塞杆伸出到定位孔内并能够将下密封工装9定位至机架8上。
供气检测系统与喷嘴内部相连通，用于向喷嘴内部供气，并检测喷嘴内气体流量变化。
供气检测系统包括与设置在喷嘴侧部的进气管26相连通的气源、设置在进气管上的电磁阀、设置在进气管上的比例阀以及设置在喷嘴出气端处的流量计和气压表。
图3描述了主要气路图：气源给产品供压缩空气，三联件保证介质的清洁度和油水分离气压表和流量计监控入口端的气体压力和流量，通过比例阀减小或增大气压，保证调整过程中气流的稳定性。
一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，该方法基于一种喷嘴生产过程中的流量调节设备进行，包括以下步骤：
S1、将喷嘴放入定位夹具，并确认位置正确。通过定位夹具依次对喷嘴的出气端、进气端进行密封。按下启动按钮，伺服电缸1带动上压头3下压并密封喷嘴出气端，下定位气缸62带动喷嘴放置底座5顶起并密封喷嘴进气端；侧面顶紧气缸71顶紧下密封工装9，保证密封性能。
S2、按下启动按钮开始压载，气源供气，将喷嘴侧部进气管打开，实时监控喷嘴进气端的气体流量和压力，通过比例阀不断调节控制喷嘴进气压力，将进气压力调节为6bar±0.006bar，PLC采集信号并通讯，通过设定的程序对喷嘴进行加载。
将喷嘴侧部进气管打开的步骤为：探针顶入电插头与喷嘴的电极接触，开启可编程电源给产品供电，先开启大电流使电磁阀充分打开，再切换为小电流保持电磁阀常开且不发烫。
S3、通过设定的程序控制伺服电缸下压，先快后慢，从接触喷孔板21开始，监控压入力、气体流量、压头压载位移并拟合出曲线。
S4、改变升程调节流量，流量与升程的一般规律如图7所示。改变升程的目的为改变喷孔板21端面与动铁芯22与静铁芯23完全吸合状态时的间隙。本发明中对升程的改变方式为通过伺服电缸1来调节上压头的位置，进而来实现对升程的调节。
S5、设置流量阈值，并对应分段设置压机步长和速度以及流量目标值，这样可以保证不同压配力下的喷孔板回弹量以及后续焊接形变量引起的流量变化，最终控制喷嘴流量的一致性和稳定性。
S6、流量调整到目标流量后，上压头稍微抬起，不接触产品，复测产品流量，若在设定的范围内，则合格，若不在范围内则报废或者重新调整。
本发明中设备按照以下具体控制逻辑运行：
1. 清附上压头重力为0，避免造成对真实压配力的干扰。
2.关闭所有压机的交互输出。
3.快速推进到83mm。
4.输出运行等待信号。
5．等待PLC输出继续运行信号。
6．延时1秒。
7.测量阀体初始流量值Qstat0。
8.关闭运行等待信号。
9.等待PLC输出的继续运行信号复位。
10.读取设置变量Qstat1的内容。
11.压机慢速力模式下压到150N数值到达，确认压到产品。
12.压机慢速位移模式下压到流量47kg/h。
13.读取流量47kg/h时的压装力数据。
14.把压装力输出到测量值，用于PLC读取使用。
15.根据读取到的力不同，跳转到不同的执行步骤（由大数据推导出的经验公式进行）。
16.位移模式慢速压装到流量43kg/h。
17.压装结束，跳转。
18.位移模式慢速压装到流42kg/h。
19.压装结束，跳转。
20.延时1S。
21.读取压装调节好的流量数据Qstat2。
22.读取压装调节好的当前力F。
23.读取压装调节好的位移S。
24.压头上移0.05mm。
25.延时1S。
26.读取复测流量数据Qstat3。
27.输出运行等待信号。
28.等待PLC输出继续运行信号。
29.关闭运行等待信号。
30.等待PLC输出的继续运行信号复位。
31.提升回到Home。
32.程序结束。
压头抬起，各夹紧单元回位。取出已完成产品，流转到下一工序。
结合图8至图11所示，虚线距离代表压载后喷孔板与动铁芯的间隙，对应的即为产品流量大小。
图12为压装力<350N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，图13为压装力为350~400N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，图14为压装力为400~450N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，图15为压装力为450~500N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，图16为压装力为500~550N时的ProcessCapability Sixpack报告的数据图，图17为压装力为550~600N时的Process CapabilitySixpack报告的数据图，图18为压装力为600~650N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，图19为压装力为650~700N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，图20为压装力为700~750N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，图21为压装力为750~800N时的Process Capability Sixpack报告的数据图，通过累计数据，分析各段力值经过装配工艺后最终流量的区间分布规律，来反推设定目标值，并批量验证公式的有效性，必要时可作微调。
图22为流量调整逻辑图及基于大数据分析的流程优化图，根据压入力和流量的对应关系定义不同的目标值：
If Y＜400N，X=38.6kg/h；
If Y＜650N，X=38.2kg/h；
If Y＜850N，X=37.7kg/h；
If Y＜950N，X=37.2kg/h；
If Y＞950N，X=36.4kg/h。
例如，当喷孔板与管压配力为900N时，调整流量的目标值设定为37.2kg/h。按照这个初步分区进行生产验证，流量调整-焊接-跑和-低压注塑-流量检测，计算每个分区对应的流量的过程能力，并按照正态分布偏差值对调整站的目标值X作相应的补偿，从而达到最终产品流量的一致性（产品最终流量要求37.2kg/h），通过多次计算过程能力并补偿流量调整目标值，这样可以保证流量设定更加精准。

Claims (5)

1.一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将喷嘴放入定位夹具，通过定位夹具依次对喷嘴的出气端、进气端进行密封；
S2、气源供气，将喷嘴侧部进气管打开，实时监控喷嘴进气端的气体流量和压力，不断调节控制喷嘴进气压力，PLC采集信号并通讯，通过设定的程序对喷嘴进行加载；
S3、监控压入力、气体流量、压头压载位移并拟合出曲线；
S4、通过调节上压头位置改变升程调节流量；
S5、设置流量阈值，并对应分段设置压机步长和速度以及流量目标值；
S6、流量调整到目标流量后，复测产品流量，若在设定的范围内，则合格，若不在范围内则报废或者重新调整；
通过累计数据，分析各段力值经过装配工艺后最终流量的区间分布规律，来反推设定目标值；
通过对大量数据的分段分析，计算补偿值并导入。
2.根据权利要求1所述的一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，其特征在于，所述步骤S2中，将喷嘴侧部进气管打开的步骤为：探针顶入电插头与喷嘴的电极接触，开启可编程电源给喷嘴供电，先开启大电流使电磁阀充分打开，再切换为小电流保持电磁阀常开。
3.根据权利要求1所述的一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过比例阀不断调节控制喷嘴进气压力。
4.根据权利要求1所述的一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，其特征在于，所述步骤S2中，对喷嘴进行加载的过程为先快后慢，并从接触喷嘴的喷孔板开始，监控压入力、气体流量、压头压载位移。
5.根据权利要求1所述的一种喷嘴生产过程中的流量闭环控制调节方法，其特征在于，所述步骤S4中，改变升程的目的为改变喷孔板端面与动铁芯与静铁芯完全吸合状态时的间隙。
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