气压启动系统论文（共3篇）
气压启动系统论文 篇1
0引言
由于煤矿用柴油机车辆要在瓦斯、煤尘等易燃易爆环境中工作, 要求其具有防爆性, 其防爆性能必须满足《煤矿用防爆柴油机技术检验规范》的要求。其中对柴油机的启动方式有着严格的要求, 目前常采用的方式有弹簧启动、液压启动和压缩空气启动等。压缩空气启动即气压启动, 是利用高压气体驱动气动马达转动, 从而带动发动机的飞轮旋转使发动机达到一定转速而实现启动的一种方式。其具有防爆性好、可靠性高、启动力矩大、可过载保护等特点, 在煤矿等危险场合得到了越来越广泛的应用。
1气压启动原理及气路结构
气压启动气路分为主气路和控制气路。主气路经主进气管与气马达连接, 用于驱动气马达转动;控制气路的各控制元件通过管道连接构成了一个气动顺序控制回路, 实现了各气动控制元件的顺序动作。常用的气动控制元件有气控制阀、油控制阀、继气器和启动按钮等。一般的气压启动气路为全气动控制, 其原理见图1。
如图1所示, 柴油机启动前, 先打开总旋阀, 此时压缩空气分为两路, 一路经主进气管进入继气器, 另一路经气控阀主进气管进入气控阀, 又经按钮进气管进入气开关。此时, 所有控制阀均处于关闭状态。启动时, 按下气开关按钮, 控制气路接通, 压缩空气分成两路, 一路进入气控阀控制室, 推动柱塞移动将阀门打开, 压缩空气进入气动预供油泵, 驱动油泵工作, 将油底壳内的机油压入润滑系统内;另一路则进入油控阀气室, 当机油压力升到98 kPa时, 油控阀柱塞移动, 推杆顶开密封座, 压缩空气通过油控阀, 到达继气器控制气室, 推动继气器阀门, 打开通往气动马达的气路, 主进气管内的压缩空气进入气动马达, 驱动其运转, 带动柴油机完成启动过程。
上述气路结构简单, 能够很好地实现控制目的, 而且在煤矿等危险环境中具有很高的安全性。但是, 由于其控制元件均为气动控制, 各元件间必须通过管道才能连接, 在煤矿用防爆柴油机车辆上不宜于安装和使用, 尤其是要实现驾驶室集中控制比较难。此时可以将部分气动控制元件改为电磁控制方式, 构成一个电-气控制回路。例如:将总旋阀和气开关都更换为电磁阀, 在驾驶室通过电开关的开合就可以控制气路的通断。这样既可以减少控制气路管道的数量和长度, 又可以保证控制气路中的气压降不至于太大, 减少了其他气动元件的误动作和失效的可能性。
2气动启动系统的动力装置
气马达是气压启动系统中的执行元件, 其作用是产生发动机启动时所需的扭矩, 以驱动发动机旋转并启动。
气动马达按结构形式可分为叶片式、活塞式和齿轮式3类。在防爆柴油机的启动中, 目前得到最广泛应用的是叶片式气马达, 叶片式气马达的特性曲线见图2。
由图2可知, 叶片式气马达具有软特性的特点, 当外负载为零时, 转速达到最大值nmax, 气马达输出功率为零。当启动负载转矩M等于气马达的最大扭矩Tmax时, 气马达停转, 转速为零, 此时输出功率也为零。只有当启动负载转矩约为气马达最大扭矩的一半 (M=Tmax/2) , 气马达的转速为最大转速的一半 (n=nmax/2) 时, 气马达输出功率达最大值Pmax。
发动机启动时的负载特性为:在启动瞬间和较低转速时, 启动负载转矩较大, 随着曲轴转速的增加, 所需的启动转矩减小, 直到发动机进入自行运行状态。由此可见气马达随着转速的增加, 扭矩线性减小的特性与发动机启动负载特性是相吻合的, 气马达启动具有其他启动方式不具有的优势。
气马达的最小功率可由柴油机的启动阻力矩M、最低启动转速n确定, 即:P=Mn/9 550。但是启动阻力矩和最低启动转速与使用条件、环境温度等因素有关, 因此, 无法从理论上精确计算出这两者的数值, 为气马达的选取带来了困难。在选择气马达时可以参考如下经验公式:
undefined。 (1)
式中:P——气马达功率, kW;
Dp ——柴油机排量, L。
用式 (1) 计算得出的气马达功率有一定的裕量, 在一般工况条件和车辆状况的情况下可以满足发动机启动的要求。对于车辆工作条件恶劣、发动机各部件润滑不理想或有特殊启动要求的使用场合, 可以在此数值的基础上作上下调整。
另外, 在选择气马达时, 还要考虑安装位置和安装空间的限制。所选的气马达不仅要能安装在发动机的固定位置, 还要方便气路的安装, 并且在工作时保持稳定, 不能与发动机和车辆的其他部位干涉。
3气压启动系统的动力源
气压启动系统的动力源是随车安装的高压储气罐。储气罐一般为钢制圆柱体, 具有很强的抗压能力。罐身一般设有充气接头、排气接头、压力表和安全阀等。充气接头用于车辆在气源站进行高压气体的填加, 这样充入的气体中水蒸气、油分以及固体杂质的含量都较低, 是气动马达和其他气动元件理想的气源。此外, 车辆还安装有气泵, 柴油机在工作时带动气泵工作为储气罐随时提供高压气体以补充罐内的气体压力。
3.1 储气罐容积的确定
在计算储气罐的容积时应考虑在气源站一次充气完毕后, 车载气泵不工作时, 仅仅依靠储气罐内已有气体维持气马达正常工作的时间。按照此假设计算得到的容积可视为储气罐的最小容积Vmin:
undefined。 (2)
式中:pa——大气压力, pa=0.1 MPa;
q ——气马达的最大耗气量, L/min;
p0 ——储气罐的额定压力, MPa;
p1 ——气马达工作的最低压力, MPa;
t ——时间系数, min。
t是气马达在储气罐本身所储存气体供应下正常工作的时间, 这与气马达的耗气量等参数有关。按照《煤矿用防爆柴油机技术检验规范》的规定, 环境温度≥5℃时, 柴油机应在不超过30 s的时间内能顺利启动。考虑到储气罐储存的压缩气体可使气马达连续2次～3次顺利启动发动机的要求, 可取t=1 min～1.5 min。
3.2 储气罐的选取与安装
如果计算得到的储气罐体积太大不方便在车身安装时, 可以选取2个相同规格的小罐在总体积不减小的前提下, 2罐并联以满足要求。
车载储气罐的大小也要方便在车身安装, 由于煤矿井下作业空间比较狭小, 因此必须保证在安装储气罐后车身宽度和高度不会对车辆的通过性产生影响。
另外, 如果储气罐安装在车辆的底部, 应与地面保持一定的高度, 避免车辆在上下坡或经过凹凸不平的路面时与地面发生碰撞。如果安装在车辆侧面, 还应注意不要超过车身的宽度, 以免与墙壁或其他车辆发生刮碰。
4总结
气压启动系统为防爆柴油机的启动提供了一种安全、可靠的方式, 使得煤矿井下及地面车辆的安全作业有了保障。然而该种启动方式也存在很多不足之处, 如由于系统各部件本身的限制使得该系统的体积比较大, 安装比较复杂;另外气马达的匹配、选取比较困难, 至今也没有一个非常准确的公式, 只能依靠前人的经验和不断地实验得到相对合理的数值。相信随着气动理论的发展以及气压启动系统的应用, 以上问题必将得到解决或改善, 气压启动系统在防爆柴油机车辆上的应用必将越来越广泛。
参考文献
[1]马建民.防爆柴油机气压起动系统的分析[J].煤矿机械, 2006 (1) :60-62.
[2]董雁书, 张秉汉.气马达启动装置的构造、原理及故障分析[J].石油钻采机械, 1985 (4) :11-19.
[3]朱辰元.空气马达起动在6L25/32柴油机上的应用[J].柴油机, 1993 (3) :32-34.
[4]徐炳辉.气动手册[M].上海:上海科学技术出版社, 2005.
气压报警系统的设计与实现 篇2
在飞机起飞、降落和空中飞行的各个阶段都会受到气象条件的影响, 风、气温、气压都是影响飞行的重要气象要素。飞机在高空飞行时是靠测量大气压力来获得飞行高度数值的, 这个高度也叫气压高度。飞行与气压的关系:地面观测员提供给相关用户单位的修正海平面气压值是影响飞行安全的重要气象要素之一。
目前呼和浩特白塔国际机场地面观测员提供给相关用户单位的修正气压值主要有双振筒气压仪、自动观测系统跑道两端气压传感器 (呼和浩特白塔机场自动观测系统气压传感器编号分别为08号、26号两台) 。气压报警系统以powerbuilder9.0作为软件开发平台, 自动读取不同气压传感器修正海平面气压值数据, 对不同传感器气压值进行实时对比显示。本系统功能分为四个部分, 即数据显示、气压数据横向对比报警、气压数据纵向对比报警及数据记录功能。
1.1 数据显示
实时显示系统时间、自动观测系统传感器读取时间、数据自动观测系统跑道两端气压传感器及双振筒气压传感器修正海平面气压值。
1.2 气压数据横向对比
对双振筒气压仪、自动观测系统跑道两端气压传感器修正海压值进行实时对比。当某一个传感器的修正海压值与另外两个传感器的修正海压差值超过阈值时, 则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐, 提示用户检查, 告警持续到数据正常为止, 同时把数据记录下来。界面上还设计了静音按钮, 用户发现数据异常后通过此按钮静音。
1.3 气压数据纵向对比
对比每一台仪器相邻两个整点修正海平面气压值, 当其差值超过阈值时, 则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐, 提示用户检查, 气压差值小于阈值后提示文字自动消失, 同时把数据记录下来。
1.4 数据记录与错误日志
气压报警系统每分钟记录一条修正海平面气压值、修正海平面气压对比值, 记录超过阈值的相邻整点修正海平面气压值变化值。系统错误日志记录系统产生错误的时间及原因, 以便用户查询。
2 总体方案设计
2.1 硬件方案设计
气压报警系统的硬件由MIDASIV自动观测系统服务器、双振筒气压仪、交换机、气压报警系统主机、串口线、网线等组成。
在气压报警系统中自动观测系统服务器提供自动观测系统跑道两端气压传感器修正海压值。
太原市太航压力测试科技有限公司生产的XDY-03型双振筒气压仪是一种便携式的压力传感器, 本双振筒气压仪实时显示场面气压 (QFE) 及修正海平面气压数据 (QNH) , 并且有串口数据通信功能。
气压报警系统通过串口与双振筒气压仪数据通信, 通过软件读取双振筒气压仪场面气压数据, 在气压报警系统内部进行换算得到双振筒气压仪修正海平面气压值;通过交换机连接自动观测系统服务器及气压报警系统主机, 通过软件读取自动观测系统服务器历史数据打包文件, 得到自动观测系统跑道两端气压传感器修正海平面气压值 (自动观测系统服务器每分钟存一次外场传感器数据) 。并实时显示自动观测系统跑道两端气压传感器及双振筒气压传感器的修正海平面气压值。图1为气压报警系统硬件结构图。
2.2 软件方案设计
气压报警系统采用powerbuilder9.0作为软件开发平台, 实时显示双振筒气压仪及自动气象观测系统跑道两端传感器数据;实时横向对比双振筒气压仪及自动气象观测系统跑道两端传感器数据;对每台传感器相邻整点气压数据进行纵向对比;对传感器数据、对比值及系统状态进行实时记录。气压报警系统界面效果如图2所示:其中, 北京时间是气压报警系统主机系统时间, 世界时间是打包文件读取时间, 26QNH显示自动观测系统26号传感器修正海平面气压值 (跑道号可以修改, 文章以呼和浩特白塔机场为例) , 08QNH显示自动观测系统08号传感器修正海平面气压数据, 修正海平面气压值有效数据为小数点后两位数。
3 气压报警系统具体功能实现
3.1 读取气压传感器数据
3.1.1 读取自动观测系统跑道两端气压传感器数据
自动观测系统服务器实时显示外场各传感器数据的同时每分钟记录一次传感器数据, 通过打包程序 (已开发软件) 每分钟读取一次自动观测系统各传感器的历史数据, 并生成AWOSPKG.DAT打包文件, 气压报警软件通过网络方式读取自动观测系统08号、26号气压传感器数据及文件生成时间, 本系统读取的打包文件为如图3所示。
读取打包文件函数:
气压报警系统读取自动观测系统08号、26号气压传感器数据时要定义读取打包文件的函数, 主程序通过调用函数读取到图3中带下划线的数据, 也就是读取到自动观测系统08号跑道气压传感器修正海平面气压值及自动观测系统26号气压传感器修正海平面气压值。软件代码如下:
定义读取AWOSPKG.DAT文件函数, 变了为i (代表哪个文件) , 返回值是1
3.1.2 读取双振筒气压仪数据
太原市太航压力测试科技有限公司生产的XDY-03型双振筒气压仪无主动串口输出功能, 通过串口发送“R”命令得到双振筒气压仪场面 (QFE) 气压值, 波特率为“2400、8、N、1”。通过QFE和QNH换算公式得到双振筒气压仪修正海平面气压 (QNH) 值, 场面气压及修正海平面气压换算公式 (1) 所示:
修正海平面气压值 (QNH) =场面气压 (QFE) ×H (1)
读取双振筒气压仪数据需要两部分程序, 第一部分是在主程序中定义通信速率及端口, 同时往串口发送读取气压传感器数据的命令。第二部分添加ole_1控件, 通过此控件接收双振筒气压仪气压数据。
(1) 气压报警系统串口发送命令
主页open事件和timer事件中添加以下代码
(2) 气压报警系统串口接收数据
3.2 横向对比告警功能
气压报警系统对双振筒气压仪、自动观测系统08号、26号气压传感器修正海压值进行实时对比。当其中一个传感器计算的修正海压值与另外两个传感器计算的修正海压差值超过阈值时, 则产生气压传感器数据异常的提示并产生音乐告警, 提示用户检查, 告警持续到数据正常或者用户静音为止, 同时把数据记录下来。定义横向对比函数, 变了为s, 返回值是s。横向对比告警效果如图5所示, 软件程序设计流程如图4所示。
3.3 纵向对比功能
气压报警系统对双振筒气压仪、自动观测系统08号、26号气压传感器相邻整点的修正海压值 (QNH) 进行对比监控。当无天气变化的情况下, 相邻两个整点的修正海平面气压值变化不超过阈值, 当有天气变化的时候 (比如锋面过境或者降水) 修正海平面气压值会突变, 对比每一台仪器相邻两个整点测得的修正海压值, 当其差值超过阈值时, 产生音乐告警, 并提示用户检查, 提示直到差值小于阈值后消失。显示界面如图6所示。
3.4 系统附加功能
为了便于查看数据, 气压报警系统自动记录修正海平面气压值、修正海平面气压对比值, 记录超过阈值的相邻整点修正海平面气压值变化值, 方便用户查询。为更好地判断系统故障, 本系统对远程数据库连接情况、串口数据线连接情况、双振筒气压仪运行情况进行监控, 当异常时及时告警, 同时记录其他系统故障原因。
本系统增加了“设置”和“帮助”菜单。通过“设置”菜单分别设置自动观测系统传感器编号、横向对比阈值、纵向对比阈值和远程服务器路径。通过“帮助”菜单分别查看系统日志和系统使用说明。当故障或者气压传感器数据异常时, 系统自动产生音乐告警, 告警持续到系统正常或者数据对比值小于阈值。为了防止连续告警影响观测员正常工作, 系统界面上增加了“静音”、“报警”二选一按钮。当观测员得知系统报警后, 点击“静音”按钮, 停止报警。
4 结束语
气压报警系统实时读取自动观测系统跑道两端气压传感器修正海平面气压值。并实时显示自动观测跑道两端气压传感器、双振筒气压传感器的修正海平面气压值。对双振筒气压仪、自动观测系统跑道两端气压传感器修正海压值进行实时对比。当其某一个传感器的修正海压值与另外两个传感器的修正海压差值超过阈值时, 则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐, 提示用户检查, 告警持续到数据正常为止, 同时把数据记录下来。对每一台仪器相邻两个整点修正海平面气压值进行对比, 当其差值超过阈值时, 则产生气压传感器数据异常的文字提示并产生告警音乐, 提示用户检查, 气压差值小于阈值后提示文字自动消失, 同时把数据记录下来。为更好的判断系统故障, 本系统记录每分钟生成一条修正海平面气压值、修正海平面气压对比值, 记录超过阈值的相邻整点修正海平面气压值变化值和系统错误日志, 对远程数据库连接情况、串口数据线连接情况、双振筒气压仪运行情况进行监控, 当异常时及时告警, 同时记录其他系统故障原因。利用现有的系统数据和技术资源, 不断改善系统的运行环境和条件, 按照用户需求, 可以对自动观测系统其他气象要素进行横向对比并告警 (如:温度、湿度、能见度、跑道视程等) 。气压报警系统升级为气象要素报警系统。减轻工作人员劳动强度、降低运行成本。
参考文献
[1]樊金生, 等.Power Builder9.0实用教程[M].科技出版社, 2004:35-48+215-219.
[2]郑启迪, 周松建, 王高翔.Power Builder 9.0典型范例50讲[M].北京希望电子出报社, 2005:256-265.
[3]郑阿奇.Power Builder 9.0使用教程 (第四版) [M].电子工业出版社, 2013:24-95+255-311.
气压启动系统论文 篇3
1 轮胎气压监测系统组成及工作原理
目前, TPMS主要分为两种类型, 一种是间接式。另一种是直接式。
1.1 间接式TPMS
间接式TPMS是汽车ABS系统轮速传感器来比较车轮之间转速差别, 以达到监视胎压目。以上海通用别克轿车安装轮胎气压监测系统为例。该系统由以下几个部件组成:1) 4个车轮转速传感器;2) 车身控制模块 (BCM) ;3) 复位开关;4) 轮胎压力过低报警灯;5) 数据诊断接头;6) 线束和连接器。
当汽车行驶时, 轮胎气压监视系统接收4个车轮转速传感器车轮转速信号, 进行综合分析。当某一个轮胎气压太高或不足时, 轮胎直径就会变大或变小, 车轮转速也相应产生变化。监视系统将车轮转速变化情况同预先储存标准值比较, 就可出轮胎气压太高或不足, 点亮LOW TIRE报警灯。该类型系统主要缺点是轮胎同时缺气状况和速度超过100公里/小时情况进行判断。
1.2 直接式TPMS
直接式TPMS技术又分为主动式和被动式两种。主要区别是主动式TPMS中轮胎模块需要电池提供能量, 而被动式无须电池。
1) 主动式TPMS。主动式TPMS是利用安装每一个轮胎里以锂离子电池为电源压力传感器来直接测量轮胎气压, 并无线调制发射到安装驾驶台监视器上。监视器随时显示各轮胎气压, 驾驶者可以直观了解各个轮胎气压状况, 当轮胎气压太低或有渗漏时, 系统就会自动报警。以加拿大Smartire轮胎智能监测系统为例。系统主要由传感发射器、接收器和显示器组成。
主动式技术优点是, 它是一成熟技术, 开发出来模块可适用于各厂牌轮胎, 但主动式TPMS传感器/发射器需要电池提供动力, 不可避免带来一些弊端, 如电池寿命有限;当气温严重降低时, 电池容量就会受到影响而减少;这使它可靠性不够稳定。此外, 电池化学物质也会导致环境问题, 同时电池存很难降低发射器重量。
2) 被动式TPMS。被动式TPMS, 也叫无电池TPMS, 用一个中央收发器代替了一般直接式TPMS中中央接收器。这个收发器要接收信号要发射信号, 安装轮胎中转发器 (代替了发射器) 接收来自中央收发器信号, 同时使用这个信号能量来发射一个反馈信号到中央收发器上。这就使安装轮胎内部气压监测器发送数据不需要电池, 解决了上述因电池所带来问题。此技术不用电池供电, 它需要将转发器整合至轮胎中, 这牵涉到各轮胎制造商需建立共同标准才有可能。无电池TPMS短期内还难以流行。
2 轮胎气压监测系统开发研究现状分析
汽车轮胎独特工作环境条件, 决定了胎压实时监测压力传感器高要求:要求宽温区、宽电源电压范围内较高精度和可靠性;低功耗要求;恶劣环境无线信号传输稳定性要求。轮胎气压监测系统核心是轮胎模块, 即微控制器芯片和压力温度传感器, 两者一般集成一起。这里只介绍市面上三种主流TPMS开发系统。
2.1 摩托罗拉MPXY80X0轮胎压力监测系统开发平台
1) MPXY80x0这是一种表面微机械加工电容性微机电系统。包括压力变换器、正温度系数扩散电阻温度传感器及其他所有必需电路。使之能输出校准8位数字压力和温度数据。所有这些都一个芯片上。
2) MC68HC908RF2, 也称RF2。它包括两个部分, 第一个是2KB闪速HC08微控制单元, 第二部分是一个可以发射UHF频段数字数据RF发射器, 其发射距离可达数百米。
2.2 通用N PX开发系统
NPX开发系统有两种, 一种是NPXⅠ, 另一种是NPXⅡ。NPXⅡ比NPXⅠ多集成了一个加速度传感器。NPX开发系统特点是:所有传感器都集成到一个芯片上;能够准确测量轮胎内部温度、气压和电池电压, 同时具有温度补偿功能, 使测量更准确。NPXⅡ还可测量汽车加速度。此外还有LF唤醒, 离心开关唤醒及加速唤醒 (NPXⅡ) 等功能。
2.3 英飞凌科技公司开发系统
英飞凌科技TPMS开发系统是采用收购挪威专业胎压传感器制造商Senso Nor产品, 它采用了基于MEMS技术硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元, 英飞凌SP12和SP12T可以同时传输四组不同数据 (温度、压力、加速度和供电) , 并配有一个能完成测量、信号补偿与调整及SPI串行通信接口CMOS大规模集成电路。
3 结论与展望
目前研究现状分析, 可以看出安装TPMS车辆有如下主要特征:
1) 能够保持标准车胎气压行驶和及时发现车胎漏气, 能够防止爆胎, 防止发生突发性、恶性交通事故。
2) 轮胎气压监视系统属于“事前主动”型安全保护, 即轮胎出现危险征兆时及时报警, 采取措施, 将事故消灭萌芽状态, 确保汽车行驶过程中始终处于安全状态。
3) 延长轮胎使用寿命-非标准气压行驶, 将会使轮胎寿命缩短, 实验表明, 车轮气压比正常值下降10%。
4) 轮胎寿命将减少15%;减少油耗轮胎气压低于标准气压值30%, 油耗将上升10%。轮胎气压过高, 抓力就会下降, 油耗也会随之上升。