專利名稱：一種變頻燃油加油機液壓系統及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃油加油機液壓系統及其工作方法，特別涉及一種變頻燃油加油 機液壓系統及其工作方法。
背景技術：
現有的普通燃油加油機液壓系統一般是由電機、容積泵、油氣分離器、流量測量變 換器、編碼器、計數器、指示裝置、電磁閥、視油器、油槍、控制主板等主要部件組成的一個完 整的液體運輸和測量系統。加油機液壓系統都設有溢流閥起穩壓和過壓保護作用。溢流保 證了液壓系統的安全平穩運行，但卻是以犧牲能量為代價的，因為溢流來源于供給過剩。普 通的燃油加油機中，采用非變頻驅動的定量泵液壓系統采取全程定量供應、閥控節流調速 的液控策略。即電動機始終以恒定轉速拖動泵輸出液體介質，并通過控制泵出口閥門的開 度來實現液體調速。這種液控方式存在的主要缺陷是不易實現輸入與負載的動態匹配，尤 其體現在間歇性運動或負載時變的液壓系統中，該方式必然會造成輸入過剩。過剩的能量 都將轉化為無用功，形成溢流、噪聲、油液溫升等各種形式的能量損失，降低了系統的功率 效率。為了減少電機在加油過程電機帶動容積泵一直全速運轉造成的能源浪費問題，本 申請人:公開了一種燃油加油機的液壓控制系統(專利號為200820205025. 5，名稱為“一種 燃油加油機液壓系統控制裝置”的實用新型專利)該燃油加油機采用變頻器+三相異步電 機+液壓泵組成的液壓控制系統(稱為變頻驅動液壓系統，又稱電液系統，與傳統液壓系統 比較，電液系統在結構組成上多了一個變頻器)，依據變頻調速原理設計了變頻加油模式， 通過調整電機的頻率來控制泵油的速度，實現了變頻轉速控制與閥門檔位控制在流量上的 匹配，達到了節能的目的。液壓系統采用變頻技術后，由于液控方式轉變為從動力源頭根據 輸出要求按需供應，消滅或者減少了供給過剩，提高了功率匹配率。所以變頻驅動液壓系統 在正常工作時，系統的溢流減小了，甚至不溢流。溢流閥在變頻液壓系統里不再起穩壓作 用，只起安全閥的作用，只在負載超限時溢流卸荷。若能實現功率輸入與輸出的完全匹配， 則可以不設溢流閥。但實際工作中，由于三相異步電機的轉動慣量大于液壓泵的轉動慣量， 致使變頻驅動液壓系統的動態響應較慢，具有普遍的遲滯性，液控無法做到非常精確，所以 設置溢流閥是必要的，在管阻或外部負載突然增大時，可以通過溢流降低系統壓力，防止元 件受損。可以看到，變頻與液壓的結合已引起了溢流回路特性的改變，供給過剩的減小使原 有系統的溢流閥設計出現了相對冗余，也就是說，在變頻液壓系統中，現在的溢流閥的溢流 設計并不能使整個系統工作于最佳工況點。因此，改進變頻液壓系統的工作方法，使液壓系 統的效能再優化勢在必行。
發明內容
本發明的目的在于提供一種變頻燃油加油機液壓系統及其工作方法，該變頻燃油 加油機液壓系統通過減小溢流閥的溢流通道，可使變頻燃油加油機變頻液壓系統的功率效率得到進一步提高。為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案一種變頻燃油加油機液壓系統的工作方法，其特征是，包括下述步驟第一步，調小變頻燃油加油機變頻驅動液壓系統的最大溢流量；第二步，按現有的方法使用變頻燃油加油機液壓系統。其中，變頻燃油加油機的變頻驅動液壓系統由電機、變頻器、容積泵、油氣分離器、 流量測量變換器、編碼器、帶計數器的控制主板、指示裝置、電壓控制裝置、視油器、油槍、人 工輸入裝置和電磁閥相互連接組成，溢流閥設置在變頻驅動液壓系統中；按現有的方法使 用變頻燃油加油機液壓系統是指(1)定量加油加油員在控制主板的面板上設定好加油 升數，比如50L，然后提起油槍，此時電機電源打開，電機不轉動，加油員拿著油槍走到待加 油車輛前，將油槍放入油箱，選擇檔位開關(可根據加油量選擇大、中或小檔)，此時電壓控 制裝置檢測到檔位開關輸入的電壓信號，并執行此電壓信號控制變頻器，使變頻器控制電 機按照所選檔位對應的預先設定的頻率帶動容積泵轉動，同時控制主板控制電磁閥開啟， 這時打開油槍開關開始加油，此時編碼器發送信號給控制主板，控制主板的計數器計數， 同時將信號送到指示裝置以實時顯示加油的升數，當加油量到達49. 7L，即當加油量還剩 0. 3L(提前量不一定為0. 3L，可根據油品等實際要求調整)時，控制主板發出一個信號給電 壓控制裝置，電壓控制裝置檢測到來自控制主板的電壓信號，由于其優先級別高于檔位開 關輸入的電壓信號，電壓控制裝置執行此電壓信號，控制變頻器，使變頻器控制電機按照此 電壓對應的預先設定的頻率帶動容積泵轉動。當計數器到達設定的加油量時，控制主板向 電壓控制裝置發出關槍信號，電壓控制裝置控制變頻器使電機停止運轉，同時控制主板控 制電磁閥關閉，加油員將油槍掛到加油機上，加油過程完成。(2)非定量加油加油員提起 油槍，此時電機電源打開，加油員拿著油槍走到待加油車輛前，將油槍放入油箱，選擇檔位 開關(可根據加油量選擇大、中或小檔)，此時電壓控制裝置檢測到檔位開關輸入的電壓信 號，并執行此電壓信號控制變頻器，使變頻器控制電機按照所選檔位對應的預先設定的頻 率帶動容積泵轉動，這時打開油槍開關開始加油，此時編碼器發送信號給控制主板，控制主 板的計數器計數，同時將信號送到指示裝置以實時顯示加油的升數，當油箱加滿時，油槍口 由于被油液淹沒而形成負壓的自封(機械自封)，加油過程完成。加油員將加油槍掛到加油 機上，關閉電機電源開關。或者在油槍出油管的前端設置一個液位儀，當油箱加滿時，油槍 口由于被油液淹沒而形成負壓的自封(機械自封)，加油過程完成，與此同時，液位儀發出 一個觸發信號給控制主板，由控制主板發送信號給電壓控制裝置，使變頻器控制電機停止 轉動，容積泵停止抽油，同時控制主板控制電磁閥關閉，然后加油員將油槍掛到加油機上， 關閉電機電源開關。更進一步的技術方案是所述第一步中調小變頻燃油加油機變頻驅動液壓系統的 最大溢流量是指通過調小溢流通道的橫截面積來減少最大溢流量。對溢流閥設置在容積泵內的變頻驅動液壓系統而言，所述調小溢流通道的橫截面 積是指將燃油加油機變頻驅動液壓系統中容積泵的溢流通道橫截面直徑L調小；容積泵采 用托肯恒山科技(廣州)有限公司生產的EPZ容積泵時，將容積泵內的溢流閥的溢流通道 橫截面直徑L調整為23mm<L< 14mm ；對于其他型號的容積泵而言，只是調整的數值不同 而已，只要調小溢流閥溢流通道的設計冗余，就可提高容積泵的效率。
容積泵采用托肯恒山科技(廣州)有限公司生產的EPZ容積泵時，將容積泵內的 溢流閥的溢流通道橫截面直徑L調整為23mm<L≤14mm后；上述的變頻燃油加油機液壓 系統，在第一步和第二步之間還可以為變頻燃油加油機設置待機模式，所述待機模式是指 在加油間隙，電機不停轉，而是以頻率f運轉，其中8Hz≤f < 10HZ。由于三相異步電機在起動過程中，電流比正常工作時大很多，消耗的能量也大很 多。一般籠形轉子異步電機起動時的電流為額定電流的4—7倍，啟動時的能量損耗是平 時的3倍左右。為節約能耗和避免電動機因過熱而降低其使用壽命，結合加油站現場加油 機需要頻繁工作的實際工況，對異步電機的起動次數進行限制是一種優選的方案。而且待 機時的低轉速流量在加油機變頻控制策略下起到提供信號參量的作用。若加油機開機無流 量，或流量過小，則流量測量變換器檢測不到信號，編碼器無法產生脈沖，控制主板無法獲 取脈沖信號，后續的變頻控制就無從實現。設置待機模式后，變頻燃油加油機的工作模式為(1)定量加油加油員在控制主板的面板上設定好加油升數，比如50L，然后提起 油槍，此時電機電源打開，電機不轉動，加油員拿著油槍走到待加油車輛前，將油槍放入油 箱，選擇檔位開關(可根據加油量選擇大、中或小檔)，此時電壓控制裝置檢測到檔位開關 輸入的電壓信號，并執行此電壓信號控制變頻器，使變頻器控制電機按照所選檔位對應的 預先設定的頻率帶動容積泵轉動，這時打開油槍開關開始加油，此時編碼器發送信號給控 制主板，控制主板的計數器計數，同時將信號送到指示裝置以實時顯示加油的升數，當加油 量到達49. 7L，即當加油量還剩0. 3L (提前量不一定為0. 3L，可根據油品等實際要求調整) 時，控制主板發出一個信號給電壓控制裝置，電壓控制裝置檢測到來自控制主板的電壓信 號，由于其優先級別高于檔位開關輸入的電壓信號，電壓控制裝置執行此電壓信號，控制變 頻器，使變頻器控制電機按照此電壓對應的預先設定的頻率帶動容積泵轉動。當計數器到 達設定的加油量時，控制主板給向電壓控制裝置發出關槍信號，電壓控制裝置控制變頻器 控制電機以頻率f(8Hz≤f < IOHz)運轉，同時變頻器控制電磁閥關閉，加油過程完成，加油 員將油槍掛到加油機上，泵處于待機狀態。(由于EPZ泵溢流是內循環，此時泵出的油液是 從溢流通道上流出)(2)非定量加油加油員提起油槍，此時電機電源打開，加油員拿著油槍走到待 加油車輛前，將油槍放入油箱，選擇檔位開關(可根據加油量選擇大、中或小檔)，此時電 壓控制裝置檢測到檔位開關輸入的電壓信號，并執行此電壓信號控制變頻器，使變頻器控 制電機按照所選檔位對應的預先設定的頻率帶動容積泵轉動，這時打開油槍開關開始加 油，此時編碼器發送信號給控制主板，控制主板的計數器計數，同時將信號送到指示裝置以 實時顯示加油的升數，當油箱加滿時，油槍口由于被油液淹沒而形成負壓的自封(機械自 封)，加油過程完成。加油員將加油槍掛到加油機上，通過人工輸入選擇檔位使電機以頻率 f(8Hz≤ f < IOHz)運轉，泵處于待機狀態(待機開關的設置原理與其他檔位的設置原理相 同)。或者在油槍出油管的前端設置一個液位儀，當油箱加滿時，油槍口由于被油液淹沒而 形成負壓的自封(機械自封)，加油過程完成，與此同時，液位儀發出一個觸發信號給控制 主板，由控制主板發送信號給電壓控制裝置，使變頻器控制電機以頻率f(8Hz ≤ f < IOHz) 運轉，同時變頻器控制電磁閥關閉。然后加油員將油槍掛到加油機上，泵處于待機狀態。一種按照上述工作方法工作的變頻燃油加油機液壓系統，其變頻驅動液壓系統包括電機、變頻器、容積泵、油氣分離器、流量測量變換器、帶計數器的控制主板、指示裝置、電 磁閥、視油器、編碼器、油槍、人工輸入系統和電壓控制裝置，變頻液壓系統中設有溢流閥， 其特征是，所述溢流閥的溢流通道的管道上設有限流閥。一種按照上述工作方法工作的變頻燃油加油機液壓系統，其變頻驅動液壓系統包 括電機、變頻器、容積泵、油氣分離器、流量測量變換器、帶計數器的控制主板、指示裝置、電 磁閥、視油器、編碼器、油槍、人工輸入系統和電壓控制裝置，容積泵采用托肯恒山科技(廣 州)有限公司生產的EPZ容積泵時，溢流閥設置在容積泵內，其特征是，所述容積泵內的溢 流閥在溢流通道的管道上設有限流閥。容積泵采用托肯恒山科技(廣州)有限公司生產的EPZ容積泵，電磁閥采用型 號是asco的電磁閥時，所述設有限流閥的溢流閥的溢流通道的橫截面直徑L為23mm < L 彡 14mm。減少溢流的設計原理是 根據工程上通用的閥口流量計算公式q = KlA Δ pm式中&—節流系數，與閥口形狀、液體流態、油液性質有關。A——通流截面面積。Δ ρ——流經閥口的壓力差。m——流量指數，me W. 5，1]，閥口越接近于薄壁小孔，m越小；閥口越接近于細長 孑L m越大。可知，可通過調小溢流通道的橫截面積來A減小溢流。本發明相對于現有技術具有的優點和效果是1、由于油槍出口和溢流出口是并聯關系，溢流的減小必然引起油槍出口流量的增 加，因此，采用本發明的工作方法的變頻燃油加油機可以大大提高容積泵的工作效率。2、三相異步電機在起動過程中，電流比正常工作時大很多，消耗的能量也大很多， 通過設置待機模式這種工作方法，對異步電機的起動次數進行限制，從而避免電動機因過 熱而降低其使用壽命，對節約能耗也具有極大意義。
圖1是變頻燃油加油機液壓系統的結構方框圖；圖2是實施例1-3的變頻燃油加油機的容積泵的結構示意圖；圖3是圖2中限流閥的結構示意圖；圖4是圖2所示的限流閥與溢流閥的裝配結構示意圖；圖5是實施例一中溢流通道內徑減小與油槍出口流量和槍口壓力的關系曲線圖；圖6是實施例三中不同待機頻率對應的溢流損耗曲線圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 于此。下述所有實施例采用的變頻燃油加油機的液壓控制系統，其變頻控制原理與名稱為“一種燃油加油機液壓系統控制裝置”(專利號為200820205025. 5)的實用新型專利相 同。下述所有實施例采用的變頻燃油加油機的變頻驅動液壓系統的結構方框圖如圖1所
7J\ ο實施例一對變頻驅動液壓系統的結構方框圖如圖1所示的變頻燃油加油機按下述工作方 法使用，其中，電磁閥采用型號是asco的電磁閥第一步，在變頻驅動液壓系統中的容積泵中的溢流閥的管道上設置限流閥，其中 容積泵采用的是托肯恒山科技(廣州)有限公司生產的EPZ泵，其結構如圖2所示，包括泵 體1、泵蓋2、過濾器3、泵腔4、油氣分離器5、氣室6、浮子閥7、出口閥8、排氣閥9、溢流閥 10、通氣閥11、渦流閥12，EPZ泵原溢流閥出口直徑為23mm，為減小溢流閥的最大溢流量，將 結構如圖3所示的限流閥套13設在溢流閥出口的管道上(如圖4所示)，使溢流通路的直 徑從23mm減小到14mm。第二步，按現有的方法使用該變頻燃油加油機液壓系統，并記錄溢流通路減小時 對應的加油機油槍出口流量和出口壓力(如圖5所示)。由圖5看出，當溢流通道直徑減小到14mm時，槍口出油量上升了 4L。由于油槍出 口和溢流出口是并聯關系，溢流的減小必然引起油槍出口流量的增加，通過消除溢流通道 設計的冗余量，提高了泵的工作效率。同時，油槍出口壓力由0.2mpa上升到0.25mpa。壓力 來自于管阻，但管阻并未發生變化，佐證了槍口出油量的增加。實施例二燃油加油機上都設有電磁閥來防止油量“過沖”。油槍關閉后，托肯恒山科技(廣 州)有限公司生產的EPZ泵溢流閥內溢卸荷，泵內壓力會從瞬態峰值過渡到穩態。實踐證 明，若穩態壓力過大，會致使電磁閥閥門無法工作，油槍關閉后再次開槍，槍口將無法出油。 穩定性是系統運行的基礎，由于系統安全壓力遠大于穩定工作壓力，故電磁閥能打開時的 最高壓力是溢流閥應該開啟的最佳壓力。在采用如圖1所示的變頻驅動液壓系統的變頻加油機上(其中，電磁閥采用型號 是asco的電磁閥)，將溢流通道的直徑L設置在23mm < L彡14mm之間，系統正常工作，當 溢流通道的直徑減小到14mm以下，電磁閥和系統無法工作。而將普通加油機溢流通道內徑 改為14mm，完成一次加油后，再次開槍槍口不出油，并聽不到電磁閥跳動的聲音，表明電磁 閥已無法工作。實驗結果在變頻加油機上與普通加油機上的不同，驗證了運用變頻技術后普通加 油機溢流回路特性發生了變化，原溢流通道出現設計相對冗余，溢流閥直徑可較原普通加 油機再減小的推論。實施例三對變頻驅動液壓系統的結構方框圖如圖1所示的變頻燃油加油機按下述工作方 法使用，其中，容積泵采用的是托肯恒山科技(廣州)有限公司生產的EPZ泵，電磁閥采用 型號是asco的電磁閥第一步，按實施例一的方式使溢流通路的直徑從23mm減小到14mm。第二步，為該變頻燃油加油機設置待機模式，所述待機模式是指在加油間隙，電機 不停轉，而是以頻率f運轉，其中8Hz<f < 10HZ。在溢流通道口徑未減小之前，若待機頻率低于10HZ，流量測量轉換器無法檢測到流量，即溢流通道口徑未減小前，待機頻率最低只 能設置為10赫茲。溢流通道口徑減小后，油槍出口流量相對增加了，待機頻率可以再降低。 在EPZ泵溢流管徑減小為14mm時，待機頻率最低可以降至8HZ。8HZ以下，流量計將檢測不 到流量。第三步，按現有的方法使用該變頻燃油加油機液壓系統。設置待機模式后，節約電機頻繁啟動的能耗和避免電機因過熱而降低其使用壽 命。圖6為不同待機頻率對應的溢流損耗曲線圖，從圖6可看出，較之待機頻率為IOHZ 時對應的待機功率損耗267W，待機頻率為8HZ時損耗功率216W，節約功率51W，節能率約為 11. 26%。按統計數據表明的全國每年汽油約5600萬噸的加油量，取汽油的平均密度為 0. 727g/ml,以44L/min的加油速度，全國每年加油耗時約2920萬小時。一般情況下，在加 油現場，加油機20%的時間是用在待機上的，全國每年加油待機耗時高達730萬小時。這就 意味著變頻加油機待機頻率從IOHZ降低為8HZ，預計每年能為國家節省電能37萬度。而待 機頻率的可降低完全得益于在變頻驅動下對原液壓系統溢流設計冗余的消除。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
8
權利要求
一種變頻燃油加油機液壓系統的工作方法，其特征是，包括下述步驟第一步，調小變頻燃油加油機變頻驅動液壓系統的最大溢流量；第二步，按現有的方法使用變頻燃油加油機。
2.根據權利要求1所述的變頻燃油加油機液壓系統的工作方法，其特征是，所述第一 步中調小變頻燃油加油機變頻驅動液壓系統的最大溢流量是指通過調小溢流通道的橫截 面積來減少最大溢流量。
3.根據權利要求2所述的變頻燃油加油機液壓系統的工作方法，其特征是，所述調小 溢流通道的橫截面積是指將燃油加油機變頻驅動液壓系統中容積泵內的溢流閥的溢流通 道橫截面直徑L調整為23mm < L ^ 14mm ；所述容積泵是指托肯恒山科技(廣州)有限公 司生產的EPZ容積泵。
4.根據權利要求3所述的變頻燃油加油機液壓系統的工作方法，其特征是，在第一步 和第二步之間還包括為變頻燃油加油機設置待機模式，所述待機模式是指在加油間隙，電 機不停轉，而是以頻率f運轉，其中8HZ< f < 10HZ。
5.一種按照權利要求1或2所述的變頻燃油加油機液壓系統的工作方法工作的變頻燃 油加油機液壓系統，其變頻驅動液壓系統包括電機、變頻器、容積泵、油氣分離器、流量測量 變換器、帶計數器的控制主板、指示裝置、電磁閥、視油器、編碼器、油槍、人工輸入系統和電 壓控制裝置，變頻液壓系統中設有溢流閥，其特征是，所述溢流閥的溢流通道的管道上設有 限流閥。
6.一種按照權利要求3或4所述的變頻燃油加油機液壓系統的工作方法工作的變頻燃 油加油機液壓系統，其變頻驅動液壓系統包括電機、變頻器、容積泵、油氣分離器、流量測量 變換器、帶計數器的控制主板、指示裝置、電磁閥、視油器、編碼器、油槍、人工輸入系統和電 壓控制裝置，變頻液壓系統中設有溢流閥，溢流閥設置在容積泵內，其特征是，所述容積泵 內的溢流閥在溢流通路的管道上設有限流閥。
7.根據權利要求6所述的變頻燃油加油機液壓系統，其特征是，所述設有限流閥的溢 流閥的溢流通道的橫截面直徑L為23mm < L ^ 14mm ；所述容積泵是指托肯恒山科技(廣 州)有限公司生產的EPZ容積泵；所述電磁閥采用型號是asco的電磁閥。
全文摘要
本發明公開了一種變頻燃油加油機液壓系統的工作方法，其特征是，包括下述步驟第一步，調小變頻燃油加油機變頻驅動液壓系統的最大溢流量；第二步，按現有的方法使用變頻燃油加油機液壓系統。一種按上述方法工作的變頻燃油加油機液壓系統，其變頻驅動液壓系統包括電機、變頻器、容積泵、油氣分離器、流量測量變換器、帶計數器的控制主板、指示裝置、電磁閥、視油器、編碼器、油槍、人工輸入系統和電壓控制裝置，變頻液壓系統中設有溢流閥，其特征是，所述溢流閥的溢流通道的管道上設有限流閥。由于油槍出口和溢流出口是并聯關系，溢流的減小必然引起油槍出口流量的增加，因此，采用本發明工作方法的變頻燃油加油機可以大大提高容積泵的工作效率。
文檔編號B67D7/04GK101880020SQ20101021086
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者劉亞俊, 蔣征學, 賈鵬飛 申請人:托肯恒山科技(廣州)有限公司