加注质量

加注质量（共7篇）

加注质量 篇1

摘要：文章从实践经验出发,在通过生产验证的基础上,对影响防冻液加注质量的要因进行了分析,并提出最终的解决方案。通过对解决方案的实施效果进行比较,验证了方案的有效性和可行性,为同类设备的维护和设计工作提供了借鉴。

关键词：防冻液,真空度,残留空气,加注质量,解决方案

防冻液是汽车发动机冷却系统中的冷却介质,当汽车发动机高速运转时,防冻液在发动机的冷却系统内不断循环,将发动机产生的热量带走,保证发动机的性能和正常运行。因此,防冻液加注质量成为汽车发动机冷却系统的一项重要工艺要求,防冻液加注也逐渐成为整个汽车生产过程中的重要工艺。随着国内汽车产能的扩大、成本的压缩,防冻液加注机在汽车工艺设备中的作用逐渐得到重视,防冻液的加注质量也成为判断汽车发动机质量的重要指标。在整车装配过程中,为了快速将防冻液加注到曲折变化的冷却系统内,一般采用真空加注的方式加注防冻液。本文根据加注原理及实践经验,对如何提高防冻液的加注质量进行分析,并提出问题的解决方案。

1 防冻液加注原理

防冻液加注设计原理是,加注枪与车身上的冷却系统管路连通,真空泵通过加注枪抽取冷却系统管路内的空气,使管路内形成相对负压的真空环境,当真空值达到一定数值时,真空泵停止对系统管路抽真空,在系统管路内负压和加注泵正压的作用下,加注泵将防冻液快速加注到系统管路内。

根据防冻液的真空加注原理,防冻液加注机形成了一套完整的加注工艺流程(如见图1所示)。

根据这套完整的工艺流程,防冻液加注机通过PLC、气动元件和各种电器元件来控制真空泵、加注泵、加注枪等部件的动作,最终完成防冻液的加注操作,并实现良好的加注效果。但在实际工艺生产中,由于发动机种类不同,防冻液能否起到良好的冷却效果,关键在于防冻液的加注质量是否达到要求。防冻液的加注质量好,能保证发动机的散热效果,达到更好地保护发动机的目的;加注质量差,会导致发动机出现严重的故障。因此,监控防冻液的加注质量成为整车质量检测的重要指标。

2 影响防冻液加注质量的因素

在生产工艺中,对防冻液加注质量的监控,体现在对防冻液在膨胀壶内的液面要求上。加注到冷却系统内的防冻液一部分流入发动机冷却系统管路内,一部分充满散热器,剩余的储存在膨胀箱内作为补充。当车辆发动后经过检测线整车检验时,冷却系统内的防冻液开始循环,防冻液充满冷却系统和散热箱的各个角落,如果此时发现储存在膨胀箱内的防冻液液面降低较多,甚至超过最低要求值,说明在冷却系统内的防冻液量不足。导致防冻液量不足的原因可用鱼骨图来予以说明(如图2所示)。

由于加注操作过程设置有整套的加注流程和报警流程,所以能有效避免和及时补救因加注操作未完成、管路内液体有渗漏而引起的防冻液量不足现象,不会影响防冻液的加注质量。在设定的加注量通过验证并定期检查的情况下,加注量都会满足工艺要求。因此,管路内存在的大量气体就成为造成防冻液量不足的主要原因。

根据现场分析,冷却管系统管路内的气体主要来自2个方面:未被真空泵抽走的残留气体;加注的防冻液内混合的气体。

真空泵在抽取车身冷却系统管路内的空气时,并不能使系统达到绝对的真空状态,因此在冷却系统管路内会留有少量的气体。真空值越低,残留在管路内的空气越少,反之残留的空气越多。因此,真空泵的性能直接决定了车身冷却系统管路内的真空度值。要最大限度地减少管路内的残留气体,就必须保证真空泵的性能优越。另外,笔者在长期的观察中发现,防冻液本身并不会混有大量的气体,但在使用不同结构的加注设备时,有可能会有一部分气液混合体。

2.1 影响真空泵性能的因素

真空泵根据结构的不同,分为油封式真空泵和水环式真空泵。油封式真空泵依靠特殊的真空泵润滑油对真空泵实现密封和降温;水环式真空泵通常依靠防冻液对真空泵实现真空密封和泵体降温。目前,应用最多的油封式真空泵是由国外设计的莱宝系列真空泵,该类泵对泵的介质有明确的要求,只要使用品质优越的润滑油就可以保证真空泵的运行效果。但是,在实际使用过程中,由于真空泵抽取的空气中含有湿气,在真空泵压缩过程中,湿气被凝结而进入真空泵润滑油内,造成油出现乳化现象,也造成真空泵叶片和泵内腔的腐蚀。

而水环式真空泵依靠防冻液为介质,通过压缩防冻液得到真空空间,同时利用防冻液降低真空泵的温度,不会因为空气中含有湿气对泵体造成腐蚀。但是,水环式真空泵运作时会受到防冻液温度变化的影响。根据水的压力-温度曲线(如图3所示),随着温度的升高,压缩防冻液能达到的真空值越来越高,对于水环式真空泵,其真空能力也越来越低。所以,防冻液的温度变化直接影响着真空泵的性能。

2.2 防冻液内的混合气体

防冻液一般储存在加注机的储液罐内,通过加注泵加注到车身冷却管路内。在加注工艺中,当加注完成后,加注机通过回吸扫气将未加注的防冻液残液和空气一同吸回,在回吸罐内形成气液混合的残液,再通过高压将残液集中到储液罐内,储液罐顶部设有排残液放空阀,此时电磁阀吸合,储液罐内部与外界相通,将残液中的气体排出,这样可以使防冻液中的气体含量降低。但在使用水环式真空泵的真空加注系统时(如图4所示),防冻液对真空泵进行密封和冷却的同时,由于真空泵对储液罐内防冻液的搅拌作用,使防冻液内混有了大量气体,这些气体在储液罐有限的通大气的情况下,很难完全得到释放。

随着真空泵工作时间的持续,防冻液多次参与真空泵的循环,防冻液温度升高,液体中混入的气体也就越来越多。当这种气液混合状态的防冻液加注到发动机冷却系统管路内,可以很明显地发现发动机的冷却效果变差。

通过以上分析可以得出,影响防冻液加注质量的因素(如图5所示)。

3 解决方案

在加注设备设计和调试初期,影响防冻液加注质量的各影响因素并不明显,但随着加注设备使用时间的增长,这些因素便逐渐显现出来。通过分析真空加注原理和对加注机各部件进行改造,并不能消除这些影响,并且由于每套加注设备的结构不同,因此起主导作用的影响因素也不一样。但是,通过检测人员的实践摸索和现场验证,这些影响因素是可以通过采取一些措施改善的。

3.1 减少防冻液内的气体

如图6所示,在使用水环式真空泵的加注机的储液罐上方安装了一个真空发生器,通过真空发生器的抽真空作用,可以使储液罐内的上部分空间形成一定的负压。当回吸罐内的气液混合体排入储液罐后,在负压作用下,液体中的气体被析出,并通过真空发生器被排到罐外;对于经过真空泵搅拌和循环的储液罐内的防冻液,同样会在储液罐上部负压的作用下,将气体析出。

由于真空泵的工作方式为连续工作,因此需要保证真空发生器一直工作,不必更改程序中的工作流程。在选用真空发生器时,要注意真空发生器的真空能力不能太强,结构不能太复杂。由于真空发生器在抽真空的同时,实际抽取的是水蒸气与气体的混合体,因此选用的真空发生器需有防水保护措施。为防止出现噪音,通常会在真空发生器的出气端增加消音器,消音器最好选择塑料材质的,以防止防冻液的腐蚀。真空发生器抽出的防冻液蒸气与气体的混合气体在经过消音器后如果直接喷入空气中,会污染环境,所以需要将消音器放入回收容器内。对于真空发生器的抽真空能力的选择,一般真空口直径大于10 mm,就可以得到3 kPa的真空效果。

3.2 降低防冻液的温度

防冻液的温度发生变化主要是由于吸收了水环式真空泵的热量,为了使真空泵达到良好的抽真空效果,必须及时将防冻液的热量散发掉。在这里有2种方法可以降低防冻液的温度。第一种方法是在储液罐和真空泵出液口之间增加一个散热器,使从真空泵出液口出来的温度较高的防冻液体通过散热器散热后,再排入储液罐内。从真空泵出液口出来的防冻液温度较高,散热器可以对其起到很好的散热效果。这种方法成本低,维护方便,只要根据生产环境的空气质量定期清理散热器的过滤网就可以保证散热效果。但是,当生产环境温度较高时,防冻液的温度与外界温度相差较大,根据热交换原理,防冻液散热效果较差,这时可以使用第二种方法。

第二种方法是在储液罐与真空泵进液口之间增加一个冷却装置,利用专门的冷却剂对防冻液进行降温冷却,使进入真空泵的防冻液温度降低。冷却装置放在真空泵进液口可以只冷却少量防冻液就能保证真空泵的运行效果。采用这种方法虽然成本较高,但不受生产环境变化的影响,并可以根据环境温度调节防冻液的冷却温度。

在实际使用中,考虑到节约能源,建议可以同时使用这2种方法。在秋冬季节,只要通过散热器散热就可以使防冻液的温度满足真空泵的使用要求;在春、夏季节,同时使用散热器和冷却装置,可以保证在每周连续生产152h,真空泵依然可以保持良好的真空效果。

3.3 减少真空泵的腐蚀

空气中的湿气会对真空泵造成腐蚀,所以必须在真空泵的抽真空口增加专门的过滤装置,同时在使用过程中需要定期对过滤装置进行清理。为了防止真空泵内腔被腐蚀,油封式真空泵除了需要使用特定的润滑油外,还需要特别注意油品的更换周期,根据真空泵的维护手册,需要在润滑油量低于“min线”时添加润滑油,但是根据现场对设备的维护管理经验,在每周144h的连续生产,环境温度高于25℃的条件下,需要每周更换一次润滑油,而不只是补加润滑油,这样可以防止乳化的润滑油对真空泵内壁的腐蚀。同时,也需要在连续使用半年或一个季度后,对真空泵进行彻底的清理和检查,及时清理真空泵内的油锈和杂质,检查真空泵叶片的状态。对真空泵的维护和保养形成专门的工作记录表格,并加入设备PM内,从而实现有计划地对真空泵进行养护。

4 效果对比

由图7可以看到,增加真空发生器为防冻液除气后,加注时液体的颜色明显变深,这说明其中含有的气体量降低了。在设定相同加注量的前提下,加注机改进后膨胀壶内的液面明显高于原来的液面。经过跟踪改进后的验证车发现,车辆在进行最终检测时,液面下降幅度较小,防冻液的加注质量达到要求。

通过在加注机上增加散热器,降低了防冻液的温度,提高了真空泵的抽真空能力,车身冷却系统管路内的真空度能达到要求的真空值,减少了由于管路内空气残留较多而导致的真空稳压检测的小泄漏故障。

同时,有针对性地制订真空泵养护计划也保证了真空泵的抽真空效果,减少了管路内的空气残留量。根据最终检测结果显示,以前每班次出现的防冻液液面变化较大造成的发动机水温太高、防冻液加注质量不达标的问题也逐渐减少。

5 结论

由于防冻液加注机自身结构和使用环境不同,因此影响防冻液加注质量的因素也不同,对短时间分析并解决这些问题造成了一定难度。本文通过故障观察和生产验证,从加注质量的结果分析影响因素,并在实践中摸索出合适的解决方法。通过增加简单、有效的小装置和制订合理的管理计划,使加注设备的性能得到提升,在提高防冻液加注质量的同时,也降低了加注设备本身的故障率。

参考文献

[1]《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册[M].北京:人民交通出版社,2001.

燃油加注车加注系统的改进 篇2

我矿共有CGJ5314G型燃油加注车10台,为全矿118台工程、运输等内燃设备加注燃油,由于需要加注燃油的设备种类多,加注位置不统一,同时原车所配用燃油加注泵为65(QZCL-35-I型齿轮泵,流量为35 m3/h,加注油管直径为10 mm,加注燃油时效率较低,而且无法准确计量。

为了提高加注燃油效率,同时精确计量加注量,我们将原有燃油加注泵改型为76ZY-ZD-25型离心式油泵,流量为50m3/h,同时在泵的出口处加装1个三通接头,管路直径为10mm,一端用耐油胶管与油泵相联,另外两端分别加入1个SMITH.LC/80型齿轮流量计,用耐油胶管分别与2支注油枪连接。注油枪分布在燃油加注车两侧,可根据需要同时为不同的设备加注燃油。

改进后泵的排量显著增加,并且又增加了1支注油枪,可在注油车两端同时加油,并可准确计量加注燃油数量,大大缩短了加油时间,提高了加油效率,提高了设备的单台产能,而且也保证了燃油加注的精确性。

浅析汽车燃油加注系统 篇3

关键词：加油管,燃油加注,反喷,跳枪

引言

目前市场上的车型主要分为乘用车和商用车,商用车主要以柴油机为主,乘用车主要以汽油机为主由于车型用途不同因此造型结构以及油箱大小位置均有较大差异,这就导致燃油加注系统出现较大区别。同时因汽油挥发性较柴油高,环境温度高的情况下,汽油加注变得更加困难。

1、各类型加油系统分析

1.1商用车

商用车中传统轻重卡车型排量较大对续航要求高,因此油箱容积较大同时因商用车主要以载货为主,为提高承载性一般为非承载式车身,即设计有车架,油箱通常布置在车架外侧,油箱口位置较高且很明显,燃油加注系统只有加油口无加油管和通气管,加油枪直接插入油箱加油口内,结构简单粗暴,加油性能几乎不存在任何问题。

而诸如皮卡微货轻客等车型,其燃油系统更多的是倾向于乘用车车型,为较特殊结构,主要参考乘用车结构。

1.2乘用车

乘用车多为汽油机且为了造型美观和提高乘坐舒适性,一般底盘较低且将油箱布置在座椅下,位置较低且隐秘,必须采用加油管连接整车加油口和油箱进油口。人机工程要求,为方便加油,整车加油口位置需设计得较油箱高,加油管落差较大,可方便借助势能使汽油进入油箱。

2、加注系统问题

2.1提前跳枪

以传统自封油枪为例(见下图),加注枪嘴处设置有进气嘴,当扳动开关把,主阀在推杆作用下打开,压力燃油通过主阀并推开副阀,燃油通过油枪嘴给汽车加油,并在副阀处产生负压。由于该处经过导管和加油枪口的进气嘴与大气相通,自封机构中的橡胶隔膜两端压力平衡,与橡胶膜相连的锥形杆将钢珠限制到自封轴的四周与外壳的台阶一起固定自封轴,避免自封轴下落。油箱加满时,当油位上升至进气嘴位置,导致进气嘴堵塞,产生负压使得橡胶隔膜向上变形,锥形杆向上抽离,两颗钢球便滑向中心,自封轴往下移动破坏开关把机构的平衡状态,主阀在弹簧作用下关闭,中断加注。

上图限位板在加油的时候可以固定挡片在几个不同的位置,通过开关把连杆限制主阀开启程度,提供不同的加注速度,加注速度越高,越容易提前跳枪。

2.2反喷

反喷现象一般出现在油箱快加满并跳枪的时候,部分严重的甚至可能出现在加油过程中频繁跳枪的时候,表现为燃油瞬间喷出造成污染和浪费,并可能引起安全隐患,该现象属于比较严重的情况。

加注结束时候的反喷多是因为燃油加注过程中油箱内部气压小于等于外部大气压与加注压力之和,而跳枪瞬间燃油停止加注时压力突变为0,此时油箱内部的压力大于油箱外部大气压的压力导致燃油外涌。从加油过程来看,该现象必然发生,正常轻微情况表现为燃油在加油口内翻腾一下,但是如果情况比较严重将可能喷出加油口,即我们通常所说的反喷。

3、解决方案

3.1通气系统

基于上述的提前跳枪原因,我们可知,油箱加油管必须设计可靠的通气系统,且通气口位置应避免被加注枪挡住影响通气效率,并尽可能避免一些后期可能存在的通气管堵塞的情况,如汽车行驶过程中的颠簸使燃油进入通气管或者燃油挥发并凝聚到通气管某些部位导致通气效果变差或者堵塞。特别是要避免出现下U型结构。如因车身原因导致该U型结构无法避免,则必须采取诸如引流绳等特殊措施,该措施仅适用于U形管最低端高于油箱通气口的情况。(参考专利:CN 1955029A-燃油箱CN 1275791C-燃油箱)

3.2加油管总成

国内市场上汽油加注机加注速度一般分三档,33L/min45L/min 55L/min,由于燃油从加油枪以一定的速度喷出,且加油管充当油枪与油箱之间的连接结构,若加油管不能及时将燃油输送至油箱或者在加油口产生局部淤积将可能导致提前跳枪从而影响加注,当然这里燃油类型、加注的速度、环境温度也是关键因素。因此加油管的形状和走向直接关系到加注性能的好坏。

3.3特殊结构

由于不同的车,不同的加注枪甚至不同的加油习惯均可能出现不同的加注情况,这是由于汽车车型设计不统一,而市场上燃油加注枪类型也多导致。为此通常需设计一些特殊的结构。

典型的就是限枪结构,通过限制加注枪在加油口内的相对位置,以确保燃油加注时按照设定的方向和位置喷出,避免燃油进入通气管或者形成涡流,限枪结构通常为加油口缩口结构,分为同心和偏心,主要根据加油管形状特别是初始段的尺寸和角度有关。限枪结构有改善加油角度,固定加油枪状态的效果。

部分油箱加油口内部设置单向阀,目的在于防止反喷,但该结构仅适用于加油落差较大的情况(即乘用车系统),若落差小则很容易起反作用,即不但不能防止反喷,还会在燃油加注快结束的时候因单向阀内外压差变小时阻碍燃油流动使得加油管内的油位迅速升高而导致提前跳枪。

为防止跳枪瞬间出现反喷,乘用车加油口初段直径和长度通常设计较大以增加容量,用于对加油跳枪瞬间的压差突变进行缓冲。

4、某特殊车型设计案例

国内某品牌高端微卡,轿车化设计,具有外形美观,内饰高档,乘坐舒适等优点,采用前独立悬架提高舒适性,同时采用非承载式车身与后钢板弹簧悬架的组合提高承载性,先期搭载柴油机作动力,具有轿车的舒适和较好的承载,在以低端为主的微货市场独树一帜。

4.1空间结构分析

该车型为了体现美观,油箱隐藏布置到车架纵梁之间,即必须设计加油管;因匹配常规结构的商用车货箱(栏板式、箱货式),加油口不能按照皮卡的形式布置到货箱栏板上,即低于货箱地板导致加油管落差小,同时通气管为避免出现下U型结构,只能从货箱与车架之间通过,加油系统设计难度提高。因商用车路面情况恶劣,加油管裸露极易受到路面砂石的冲击,因此采用金属加油管。因油箱进油口不在上部,可知加油过程中加油管内部的油位会随着油箱油位一起上升,若加油管内燃油流动稍有不畅,加油管内油位必定较油箱内油位升高更快,提前跳枪风险大大增加。

4.2方案应用

参考乘用车加油管设计布置经验要求:1.加油口与竖直方向夹角<50°,本车为57.9°,由于上部是货箱,几乎无调整空间;2.加油口与最高油位落差>300mm,因本车加油口在货箱下,最大能调整到68mm;3.加油口第一直段长度>160mm,路径优化后为95mm,最大调到180mm,但折弯角度过大。

由于该状态的汽油加注系统各方面情况都无法满足经验要求,存在诸多不确定性。因此我们需要对该平台的加注情况进行摸底。

4.3方案说明

本次共设计了三个方案的加油口管:

方案1:加油管最简化设计,落差44.6mm,第一直段95mm,折弯半径100mm;

方案2:在方案1基础上抬高加油口位置24mm,以提高加油落差至68mm,但造成连接油箱端的折弯角度增大;

方案3:在方案1基础上将加油口第一直段加长至180mm以防止反喷,由于结构限制,油箱处折弯角度大大增加。

首先对上述方案配合简化的燃油箱及其通气系统数据利用STAR-CCM+进行CFD仿真分析。按45L/min流速,方案1、2均出现提前跳枪,方案2、3反喷,与预想的结果不太一致,因此需进行试验验证。

4.4试验方法

简易台架,采用燃油加注试验机进行模拟加注试验,加注汽油速度:45L/min。

加油过程分三次跳枪,分别记录下已加注油量,异常情况拔掉通气管使油箱直通大气以排除通气管排气不畅的因素,试验结果如下:

由实验结果可知,方案1勉强加满额定65L汽油要求,但出现提前跳枪,方案2和3均出现异常,无法正常加注,且可以排除油箱通气管排气不畅原因。分析为与加油口管本身设计走向有关。由于三者加油管实验结果与CFD仿真结果相去甚远,且在实际试验中可以发现,三个方案中,加注枪的角度和位置与模拟状态有较大差异,导致试验结果与仿真结果偏差极大,需要采取限枪措施。

4.5结构优化

首先根据基本原则,设计加油口角度,由于加油管落差小,为提高落差但加油口离上部货箱较近,为方便开启加油盖,该角度无法做到更小(如下图),这里与乘用车加油口结构区别很大,乘用车一般在车身上设计一个专用的空间并用活动式加油口盖板遮挡,因此加油口角度可以做到很小。

将加油枪模型装配到数据中,调整角度使得加油枪模拟实际加油状态,注意保证枪嘴不得低于油箱通气嘴最低处,以免造成提前跳枪。同时多向调整(一般按顺时针和逆时针各旋转60°),确保各角度和插入深度下油枪嘴前面均有足够的加注空间。由于无法按照塑料加油管设计限枪结构,即采用简化的方案,即调整前两段走向,使加油枪在重力作用下角度位置状态统一如下。

最简化的加油管走向,使燃油第一次接触管壁处远离加油枪口,折弯角度控制在140°以上(避免燃油从油枪口高速喷出即遇到折弯位置强制改变流向,形成涡流是燃油接触通气嘴造成跳枪),同时折弯半径在100mm以上可减少该处燃油回流。

通气管避免U型结构,且通气嘴位置设置在加油口的适当位置。因加油落差小,取消油箱加油口内单向阀,减小加注阻力(该方案需进行加油验证)。

4.6试验验证

将上述优化前方案1的加油管与优化后的加油管方案结合油箱口带缩口单向阀状态分别进行加油试验,结果如下:

表2

通过试验可知,本案中油箱内单向阀的负面效果显著,限枪结构效果明显,特别是在油箱即将加满的时候。因此在风险较高的加油系统中,设计限枪结构很有必要。

5、总结

由于车型不同导致的整车布置差异,引起燃油加注系统即加油管通气管变化。加油管设计需牢牢抓住加油口位置角度结构合理,通气性能可靠两个基本要点,遵从第一个拐点不影响加油枪出油口且走向简单平顺的原则。某些情况下,实际加油状态与设想状态出入较大,采用仿真分析可减少工作量,但需在此基础上进行充分的试验验证。

参考文献

[1]李海亮.关于乘用车燃油加注的研究.

[2]梁志涛,李峰.汽车燃油加注系统CFD仿真分析.科技创新与应用,2014.

作战飞机油料加注车辆调度优化 篇4

战时条件下, 空军多机种综合保障基地作战飞机油料加注车辆调度优化, 是指油料保障指挥员根据上级下达的多机种作战飞机油料保障任务, 合理规划加油车行驶路线, 使多个种类、数量有限的加油车在满足一定的约束条件下对作战飞机实施配送保障, 从而达成作战指挥首长和油料保障指挥员的意图。作战飞机油料保障过程中, 各种类型作战飞机的油料需求量不同、压力和重力加油接口数量也不同, 且因多种因素影响, 从到达至加油完毕的油料加注周期还受具有模糊特征的时间窗约束;基地编配的不同种类加油车辆数量有限、油罐容量不同、对不同机种作战飞机的加油方式和流速也不同;同时, 作战指挥首长和油料保障指挥员所要达成的意图既统一又具有一定的矛盾性, 前者关心的是作战飞机须在给定时间范围内完成油料保障, 即提前或按时完成保障时决策者满意度最高, 拖期时会影响作战计划甚至贻误战机, 而后者则考虑如何调度以实现前者意图且保障成本 (距离、时间、经济等) 最小。因此, 该问题可归结为一类带模糊时间窗、不确定车辆数、决策者满意度的多目标车辆调度优化问题。

针对作战飞机加油车辆调度问题的研究成果[1,2,3,4,5,6]很少, 且主要集中于单机种、单车型和集中式加油, 在问题求解方面均采用ARENA、GPSSW等离散系统仿真的方法, 这些方法在作业系统单个流程的仿真中可以很好地考查系统运行状态, 但在复杂的组合优化问题方面却显得不足。在求解不确定车辆数的车辆调度问题方面, 常采用两阶段法[7,8], 即先分组后安排路线或先安排路线后分组, 这种方法适用于求解简单约束问题, 且在全局寻优方面的性能存在不足。此外, 吴斌[9]等研究了带模糊时间窗和客户满意度的开放式车辆路径问题, 并用梯形模糊数的隶属函数来表征客户满意度。范静[10]等在解决收发货物车辆调度问题时, 将客户满意度定义为在车辆提前或在客户时间窗内到达时满意度最高, 而车辆拖期时满意度逐渐下降, 并用最邻近思想和禁忌搜索构造的混合算法进行了问题求解。

本文提出了多机种综合保障基地作战飞机油料加注车辆调度的实际问题, 并基于设备设施保障能力约束, 以决策者满意度最大、加油车辆数最少、加油车保障总时间最短和作战飞机等待时间最短为目标函数, 建立了带模糊时间窗、不确定车辆数、决策者满意度的数学模型。用梯形模糊数表征作战飞机油料加注的时间窗, 以处理实际作业中油料加注周期的不确定性和模糊性。在问题求解方面, 用随机方法和最邻近算法[9,13]生成初始解, 在规划好的路径中利用最邻近算法和最廉价算法[9]进行局部再优化。并应用带遗传交叉操作的混合粒子群算法进行全局寻优, 通过实验表明, 该混合算法在避免陷入局部最优、早熟收敛方面有着良好的性能, 并能很好地解决本文提出的问题。

1 模型建立

1.1 模糊时间窗

实际情况中, 作战飞机的不同编队间以某个较长时间间隔、同编队间以某个较短时间间隔降落于多机种综合保障基地, 它们的到达时刻带有一定偏差和不确定性, 到达后再分散停泊于各自的机堡中, 作战指挥首长根据作战计划下达一个具有一定松弛度的时间范围限制的油料保障命令, 油料保障指挥员为达成首长意图制定相应油料保障方案并实施。由此可见, 作战飞机的受油时间并非刚性需求, 而应是一个柔性时间区域, 且这个时间区域包含了作战飞机降落、停泊、准备和受油等几个过程, 反映了作战飞机本身的时间需求和作战指挥首长关于油料保障时间限制的意图。本文用梯形模糊数表征作战飞机的作业时间窗, 定义一个四元组Ei (Ei0, Eil, Eir, Eip) , 用区间[Ei0, Eil) 表示作战飞机准备受油的时间窗, [Eil, Eir]表示决策者最满意的作战飞机受油时间窗;定义作战飞机受油开始时间的模糊隶属度函数μi (STi) 为满意度, 如式 (1) 。当作战飞机在决策期望时间区间[Eil, Eir]内被保障时, 满意度为1, 否则作战飞机的实际受油时间和期望时间的差距越大满意度越小。

1.2 数学模型

(1) 定义某多机种综合保障基地有N个作战飞机种类 (编队) , 其编号集合为U={u|u=1, 2, …, N};共M架作战飞机, 其编号集合为I={i|i=1, 2, …, M}, 且作战飞机与所在机堡有相同编号;I与U存在映射关系φ:I→U, 定义Fi表示种类为φ (i) 编号为i的作战飞机, 所需油量为Vi;

(2) 定义有H个种类的加油车, 其编号集合为K={k|k=1, 2, …, H}, 最多有R辆加油车可用, 其编号集合为L={l|l=1, 2, …, R}, 且L与K存在映射关系ψ:L→K, 定义Al为种类为ψ (l) 编号为l的加油车, 油罐容量为Ql, 为作战飞机Fi的加油流速为Sil;

(3) 定义共有r (r≤R) 辆加油车投入使用, 其集合为W={w|w=1, 2, …, r}, 第w辆车所保障飞机数量为nw, 集合Ow表示第w条路径, 其元素owi表示路径w上顺序为i的作战飞机, 特别地, ow0表示加油车的补油区;

(4) 定义twij为第w辆车在其路径上两架飞机之间的转移时间, ATiw为加油车Aw到达作战飞机Fi的时刻, STi为开始加油时刻, 决策者满意度由编队作战飞机平均满意度表示。

定义如下变量:

本文作战飞机加油车油料加注调度问题的求解目标为如下四个:

Subject to:

上述各式, 式 (4) -式 (7) 为目标函数, 其中式 (4) 表示最大化决策者满意度或最小化决策者不满意度;式 (5) 为最小化车辆数;式 (6) 表示最小化完成实际保障任务的加油车总作业时间;式 (7) 表示最小化作战飞机等待时间;式 (8) 表示不同种类加油车对不同机种的加油时间;式 (9) 表示加油车Aw的容量应不小于路径中所有作战飞机所需油量之和;式 (10) 表示作战飞机Fi只能由一辆加油车保障;式 (11) 表示保证所有作战飞机都得到油料保障;式 (12) 表示实际参与保障任务的加油车数应小于或等于可使用的加油车数;式 (13) 和式 (14) 表示加油车有且仅有一次保障其路径中任一作战飞机的机会。

2 混合粒子群求解算法

2.1 粒子群算法

粒子群PSO (Particle Swarm Optimization) [11]是一种基于群体智能的随机寻优算法, 首先在可行解空间和速度空间随机初始化粒子的位置和速度, 位置表征问题候选解, 速度表征频率或步长。如问题的d维解空间的第i个粒子位置和速度分别表示为Xi=[xi1, xi2, …, xid]和Vi=[vi1, vi2, …, vid]。通过评价各粒子的目标函数, t时刻各粒子所经过的最佳位置 (pbest) Pi=[Pi1, Pi 2, …, Pid]和群体发现的最佳位置 (gbest) Pg, 再按如下公式更新速度和位置:

其中w为惯性权因子, c1和c2为正的加速常数, r1、r2为在 (0, 1) 之间均匀分布的随机数, 根据具体问题可对粒子速度区间[vmin, vmax]和位置范围[xmin, xmax]进行设置可对粒子的移动进行限制。

2.2 编码设计

根据本文研究的实际问题, 采用一种基于实数的编码方式[12]。实数编码方式可以充分发挥粒子群算法的固有优势, 对于大规模求解问题在减少粒子维数的基础上可有效降低算法时间复杂度。设计粒子维数为M (作战飞机数量) , 位置矢量X[M]元素的整数部分表示给作战飞机进行油料加注的加油车编号, 小数部分表示加油车在作业中的顺序。本文以一个加油车数为3、作战飞机数为8的油料加注系统为例, 构造了一个粒子Pi, 如表1所示。从中可看出, 作战飞机F2、F5、F7对应的位置矢量X的分量为1.25、1.13、1.93, 整数部分的1表示由编号为1的加油车进行保障, 小数部分按升序排列表示加油车的保障顺序, 则编号为1的加油车为上述3架作战飞机保障顺序为:0→F5→F2→F7, 其它以此类推。

2.3 种群初始化

本文首先将作战飞机编队进行排列并与所在机堡一一对应, 然后按照本文编码方式随机生成粒子的位置矢量X[M], 使得种群中各粒子的位置矢量包含了车辆种类、车辆数、路径中的作战飞机和保障顺序等信息, 以保证种群多样性。为使初始种群有较高的有效性, 根据加油车在各机堡间的转移时间、对各作战飞机的加油流速、油罐容量及作战飞机的油料需求量等信息, 利用最邻近算法生成有效解, 并随机替换已有种群的位置矢量。

2.4 遗传交叉操作

由于基本粒子群算法在解决实际问题时存在容易陷入局部最优和早熟收敛的问题, 故本文借鉴一种基于遗传交叉操作[12]的方法来改进基本粒子群算法, 使其在全局搜索中的性能更优, 位置和速度表达式见式 (17) -式 (20) , 式中child表示子代粒子, parent表示父代粒子, pc表示交叉概率。本文中, parenta由个体历史最优的粒子表示, parentb由全局历史最优粒子表示, 利用该表达式随机对每次迭代更新后的粒子进行遗传交叉操作。

2.5 路径改进

在随机生成的路径中, 会产生不满足加油车容量约束或加油车利用率不高等情况, 因此本文采用改进的最邻近算法[12,13]和最廉价算法[12]作为路径改进策略。

最邻近算法的核心思想是, 在满足一定的约束条件下, 从未访问的客户列表中选择最优的一个作为插入点。本文中, 加油车选择下一架作战飞机作为保障对象时, 在满足加油车油罐容量约束的条件下, 需综合考虑加油车从当前保障点 (作战飞机) 到下一保障点的转移时间、提前到达时间、作战飞机等待时间、满意度和加油时间等因素。设i为加油车所处的当前保障点, j为下一保障点, 定义tij为从i点到j点的转移时间, ti为到达i点的时间, sti为对i点的开始保障时间, tmax、tmin分别为从i点到所有未保障点的最大和最小转移时间;定义ATj为从i点到j点的提前期, ATmax为从i点到所有未保障点的最大提前期;定义WTj为保障点j的等待时间, WTmax为所有未服务保障点的最大等待时间;定义RTj为加油车为保障点j的加油时间, RTmax、RTmin为所有未服务保障点的最大、最小加油时间;定义一个广义费用Nij, 且将广义费用Nij最小的点作为i点后的插入点。则有如下计算公式:

上述各式中Ej为作战飞机模糊时间窗, 具体取值可根据指挥调度人员偏好确定;为系数, 且满足

最廉价插入算法的节约费用, 定义为在已部分建立的路径中插入客户后增加的行驶费用, 且将费用最小的点作为插入点。本文中, 选择路径中的插入点时, 需综合考虑在满足加油车油罐容量约束的条件下, 对其他作战飞机满意度和整条路径的影响。设i, j为路径中两个相邻保障点, u为拟插入的保障点;则按如下规则计算:

上述各式中, sav1表示插入u点后路径增加的行驶时间;sav2为插入u点后, j保障点开始加油时间的推迟量, 式中STuj为插入u点后加油车在j点的开始加油时间;sav3表示插入u点后增加的加油车等待时间, ATu为插入u点后路径中加油车总等待时间;sav4表示插入u点后增加的作战飞机等待时间, WTu为插入u点后路径中作战飞机总等待时间;sav5表示插入u点后减少的平均满意度;式 (30) 为广义节约费用, 且满足β1+β2+β3+β4+β5=1。

2.6 适应值函数

适应值函数用来判断粒子的优劣, 由于本文所研究的是多目标优化问题, 且各目标值量纲不统一, 因此将各目标统一量纲后转化为单目标问题, 式 (31) 为适应值函数:

式 (31) 中VN为当前粒子中所使用的车辆数, VNmax、VNmin分别为种群中所有有效粒子所表征的最大和最小车辆数;T为当前粒子中所有加油车的总作业时间, Tmax、Tmin分别为当前种群中最大和最小总花费时间;AT为加油车的总提前时间, ATmax、ATmin分别为当前种群中加油车最大和最小总提前时间;WT为作战飞机的总等待时间, WTmax、WTmin分别为当前种群中作战飞机的最大和最小总等待时间;γ1、γ2、γ3、γ4、γ5为权重, 且满足γ1+γ2+γ3+γ4+γ5=1。

2.7 算法求解步骤

本文算法求解问题的步骤如下:

Step1随机生成初始种群, 利用最邻近算法随机改进粒子;

Step2利用适应值函数式 (31) 评价种群中所有粒子, 将当前各粒子的位置、速度和适应值存储于各粒子的pbest中, 将所有pbest中适应值最小的粒子位置、速度和适应值存储于gbest中。

Step3利用式 (15) 更新各粒子的速度, 式 (16) 更新粒子的位置。

Step4用式 (17) -式 (20) 随机选择粒子进行交叉操作。

Step5用改进的最邻近算法和最廉价插入算法进行局部的路径改进。

Step6用适应值函数式 (31) 评价更新后的各粒子适应值, 如果当前适应值小于pbest中存储的适应值, 则将当前粒子的位置、速度和适应值替换各自的pbest;寻找当前所有pbest中适应值最小的粒子, 如果其适应值小于gbest中的适应值, 则将该适应值最小的粒子位置、速度和适应值替换gbest。

Step7若终止条件满足, 则解码并输出调度方案, 否则转Step3。

3 算例分析

假设某多机种综合保障基地需要为3个机种共13架作战飞机进行油料配送保障, 其中机种I共4架, 编号1~4, 机种II共4架, 编号5~8, 机种III共5架, 编号9~13, 且各机种作战飞机油料需求量分别为V1=2400L, V2=1700L, V3=3300L;有两2种加油车为作战飞机保障, Q1=12000L, Q2=20000L, 2种加油车对各机种作战飞机的加油流速见表2所示;补油区及各飞机的基础数据见表3所示。

根据本文算法, 设置种群规模popsize=100, 运行次数runtimes=30, 最大迭代次数N=500, 取c1=c2=2.0, w=1.2, r1、r2取 (0, 1) 区间均匀分布的随机数, 交叉概率pc=0.8, 适应值函数各分量比重取3种方案, 如表4所示。基于上述初始数据和系统运行参数, 按3.7节算法求解步骤在Matlab7.0中进行仿真, 混合算法取不同权重系数时的近似最优解解码后的调度方案如表5所示。

表5中, T (min) 为加油车总作业时间;VN (个) 表示作业中所使用车辆数;AT (min) 表示加油车提前到达时间;WT (min) 为作战飞机等待时间;表示决策者满意度;FL (%) 表示加油车满载率;VC表示加油车种类;LT为加油车离开补油区的相对时间。本文目标函数中决策者满意度、作战飞机等待时间等指标反映的是作战指挥首长的意图, 而保障作业中所使用的车辆数、加油车提前到达时间等指标代表的是油料保障指挥员的指挥调度能力, 事实上二者之间就油料保障实施来说存在着需求与供给的矛盾, 在仿真中可以通过调整相关权重系数来得到满足双方偏好的调度方案。由表5可见, 第1组数据中, 决策者满意度指标权重为0.15, 同时使用车辆数指标权重为0.2时, 仿真结果显示车辆数为3, 且满载率较高, 同时决策者满意度较低;而第3组数据中, 决策者满意度指标权重为0.5, 其他指标值较低时, 所使用车辆数增多, 满载率降低, 但能保证决策者满意度较高, 且各作战飞机能够在时间窗内完成保障。由此可见, 作战指挥人员在下达油料保障任务时要充分考虑现有设备设施条件和保障能力, 应具备一定的松弛度或柔性;对于油料保障指挥员来说, 首先必须达成首长意图而弱化保障过程的经济性, 当油料保障任务反映出的柔性较好时较容易实现需求与供给矛盾的平衡与统一。

4 结语

本文在深入调研和分析多机种综合保障基地作战飞机加油车油料加注系统运行的基础上, 综合考虑作战指挥首长和油料保障指挥员的意图, 并将其表达成为求解以决策者满意度最大、加油车辆数最少、加油车保障总时间最短和作战飞机等待时间最短为目标函数的带模糊时间窗、不确定车辆数和决策者满意度的数学模型, 依据问题构建了混合粒子群求解算法, 通过多次仿真实验, 证明了该算法在解决此类问题中的优越性和有效性, 从得到的结果来看, 可根据作战指挥首长和油料保障指挥员的意图和偏好提供良好的解决方案。

摘要：针对多机种综合保障基地作战飞机加油车油料加注调度的实际问题, 建立基于多目标的带模糊时间窗、不确定车辆数、决策者满意度的数学模型。用梯形模糊数表征作战飞机受油时间窗, 以处理实际作业中时间因素的不确定性。在问题求解方面, 用随机方法和最邻近算法生成初始解, 在规划好的路径中利用改进的最邻近算法和最廉价算法进行局部再优化, 并应用带遗传交叉操作的混合粒子群算法进行全局寻优。通过实验表明, 获得的结果可以充分体现作战指挥决策者和油料保障指挥员的意图, 实现资源的有效利用。

燃油定量加注过程的变频控制 篇5

现有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。在定量加油模式下,当预置加油结束时,即在电动机立即停转的瞬间,由于随着油枪排油速度的不同,电动机的负载也不同。因此,电动机会出现不同程度的冲转现象,液压系统的油液也因惯性而不能立即由运动变为静止,故实际加油量比预置量要超过0.01～0.4L左右。这种多给油现象叫做“过冲”,超过预置数的油量叫做“过冲量”。目前,普通加油机的液压控制系统全部采用电磁阀来减少“过冲”对加油机准确度的影响。

国家标准[1]规定在加油机测量变换器的进口或出口处必须安装电磁阀。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[2]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”。

双流量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管路的压降,增大了能耗,大阀关闭过程产生的水击[3],可能会导致液压元件和管路的损坏。在主阀关闭后,只用副阀来加满最后0.3L油的过程中,此时加油流量可能会小于流量计的最小被测量,从而导致计量精度的降低。

鉴于上述原因,本文开发出代替电磁阀的新方法,既能解决定量加油过程中的“过冲”问题,保证加油精度;又能减少加油过程中的管路阻力,避免水击现象的发生。

1 基于变频技术的新方法

针对上述加油过程中存在的不足,我们提出一种能防止燃油加油机定量加油过程“过冲”的新方法,即在采用变频技术的燃油加油机液压控制系统的基础上,将液压系统中的电磁阀去掉,以简化液压系统的结构,降低整机成本,通过使用定量加油的新控制方法,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。采用变频技术,并将电磁阀去掉之后的变频控制流程图如图1所示。

开始加油时,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,此时控制主板发出信号给变频器,控制电机拖动容积泵以转速2运转。当加油量到达49.7L,即当加油量还剩0.3L时,控制主板发出一个信号给变频器控制电机降速,以一个相对较低的速度(转速1)运转来加完剩下的0.3L油。当加油值达到设定的加油量时,控制主板发出信号给变频器控制电机停止转动,接着加油员将油枪挂到加油机上关闭开关,加油过程完成。由于加油机“过冲量”的大小与加油完毕前油液的流速成正比,应用变频技术的加油机是以一个相对较低的速度运转来加完剩下的0.3L油的,此时“过冲量”可以忽略不计。于是基于变频技术的新方法可以很好解决加油机定量加油过程中的“过冲”问题。

2 变频控制加油过冲量理论分析

在变频模式下取消电磁阀后,对加油机的“过冲量”进行理论上的估算。理论模型如下:

电机停转后,电机和泵的惯性能被摩擦阻力和液压阻力所消耗:

其中,为泵转子的转动惯量,为泵的角速度,为管道压力,为流量,为时间,即为“过冲量”。由于整个过程中摩擦阻力很小,我们将摩擦阻力忽略不计。根据条件有:

其中为转子质量,为转子半径。在整个停转过程中、为随时间变化的量,为简化计算我们假设为恒定值,即为停转时刻的压力。在5 0 L定量加油时,,将已知量带入(1)、式(2)有:式

于是可以得出估算出的“过冲量”百分比:

从计算结果可以看出,新方法的加油“过冲量”理论估计值远远小于国家标准规定加油精度的±0.3%,可见基于变频技术新方法下的“过冲量”对加油精度的影响微乎极微。

3 变频模式下定量加油精度实验验证

虽然基于变频技术新方法下的“过冲量”对加油精度的影响很小,但是对于新方法整体加油精度是否达到国家标准规定的要求,还需要进行实验上的验证。

实验时,对加油机采用定量加油的方法,如定量加油50L,将油加到一个量桶中,记录其液面高度和油液的温度。然后采用公式(5)、(6)、(7)算出加油的相对误差,即加油精度值。

其中,A0、V1、V0都是标准量器的一些参数,当定量加油50L时,A0=3 m L/m m,V1=V50=100.26mm,V0=VJ=50L,H为量器液位刻度,VB为标准量器示值(不计温度),VB1为标准量器示值(考虑温度),T为量器内温度,EV为加油体积相对误差(即加油精度)。测量结果如表1所示。

由表1我们可以看出,去掉电磁阀的变频燃油加油机,在频率为22～36赫兹时,加油精度仍然达到国家标准,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。

4 基于变频技术新方法的优点

图2为变频新方法和传统方法在定量加油过程中实时测量的管道压力曲线。从图中可以看出,基于变频技术的新方法,不仅能在去掉电磁阀后,解决定量加油的“过冲”问题,而且与传统加油机相比,具有如下优点。

1)加油过程中当加油量剩下设定的提前量(0.3L)时由于液压系统中没有电磁阀,也就没有了因电磁阀关闭而引起的加油管路横截面积的突然变化,虽然加油流速也是突然变小,但却是由于电机的频率降低使进油量减少造成的,因而水击效应得到了很好的改善。从图2中可以看出,使用变频方法的管道压力波动明显减小。

2)由于液压系统去掉了电磁阀,大大简化了液压系统的内部结构,降低了加油机的成本,同时也减小了管路的压降,达到了节能的效果,从图2中可以看到,使用变频技术的管道压阻整体小于使用电磁阀的管道压阻。

3)由于采用了变频技术,使得加油机在加最后的提前量时的流量变得可控。因为引进变频技术后,加油流量由电机转速控制,而电机转速又由变频器输出频率控制,因此我们可以通过改变变频器的输出频率,来控制电机转速,进而调节加油的流量,使流量可控。

5 结论

理论和实验表明,基于变频技术的新方法,不仅能解决加油机定量加油过程中出现的“过冲”问题,而且能减小管路的压降,避免引进电磁阀后出现的“水击”效应。同时基于变频技术的新方法也能够将加油精度控制在国家标准规定的范围内。这说明新方法能够更好的代替现有的电磁阀结构,使加油机在能源使用率和加油精度方面得到大大的提高。

摘要：本文针对现有加油机在定量加油模式下的不足,提出基于变频技术的新方法,用以代替现有的电磁阀结构。理论和实验的研究结果表明:基于变频技术的新方法不仅能代替电磁阀解决定量加油的“过冲”问题,而且能减小管路的压降,同时保证加油精度在国家标准规定的范围内。

关键词：加油机,定量,电磁阀,过冲,变频

参考文献

[1]GB/T9081-2001,hha机动车燃油加油机[S].

[2]吕凤彬.加油机电磁阀的重要作用[J].中国计量,2004,(02):58.

水上LNG加注站研究通过评审 篇6

课题组40多名专家历时一年多攻关, 研究形成了《水上LNG加注站法定检验技术规则》、《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》、《水上LNG加注站安全监督管理规定》等系列技术法规建议稿。据专家介绍, 该项研究成果不仅填补了国内空白, 在全球范围内也属首创, 标志着我国水上LNG加注技术及相关规范标准已处于世界领先水平。

同时, 中国船级社日前发布了《天然气燃料动力船舶规范》, 该《规范》是国内首部以天然气燃料作动力的船舶技术规范。

正压加注机加热装置分析及改进 篇7

汽车总成装配线上4台正压加注机其主要作用是用来给车辆发动机、车桥桥包、车桥轮边及平衡轴加注齿轮润滑油。针对生产线上不同的车型产品,该加注机具备多种车型的选择及加注参数的设置功能,并能够进行油品的自动补加和定量加注。考虑到冬季齿轮油黏度过大,加注机对加注的供应能力及工艺节拍保证,加注机具有冬季油品预加热(油品耐热温度范围之内)装置及温度检测功能。该加热装置能有效地降低油品黏度,提高了流体速度和加注节拍,以保证整条生产线的运行节拍不受影响。

2. 正压加注机现状

该机自投入生产使用后,加注节拍一直制约着该工位油品的顺利加注,影响到整条生产线的生产节拍。经过多次的论证分析,其原因主要为该加注机冬季采用加热带外敷(即缠裹油箱)方式对油液进行间接加热,其对外环境热辐射大,油箱内部油液热循环不良,加热效果差,不能及时改变暂存储油粘度,提高流速,使得抽液加注缓慢影响工艺节拍,同时油液加注量受到影响,不能保证产品车油品加注质量,需要进行人工补油操作,使得整个油品加注过程不能受控。

2.1 加注机加热方式分析

加注机采用1000W的两条加热带缠裹(类似于电热毯)储液箱桶壁来间接对内部油品加热,如图示。

(1)该加热方式内部油液间接受热,其热循环、热交换差,同时大量的热量辐射到外界,热利用率低,仅为30%,油品加热升温慢,温度最高加热至28-30℃左右,导致油品加热速度慢,每辆车加注时间在4-4.6min,尤其8x4产品车及铸钢大容量车桥上线后则直接出现停线等待加注现象,影响到加注节拍及生产秩序。

(2)该加热方式使得加热带损耗严重,其连续使用寿命仅1个冬季,更新维护费用较高。

(3)该加热方式在长时间持续加热过程中,加热线路发热量大,绝缘材质接触到油品后老化快,出现绝缘材料被烧毁起火现象,存在一定安全隐患。

(4)温度监测不能真实反映当前油液被加热的温度。因为温度传感器伸入到油液中心位置,油液热循环不良,油液中心层温度要低于靠近桶壁周边温度,等检测中心温度达到25℃时,桶壁周边温度已经达到40℃以上,很容易导致润滑油品改性,影响产品品质。

3. 改进方案的确定

分析:

利用2条1000W的加热带缠裹在储液桶外壁上进行加热(如图一),内部油品加热后热循环效果不佳,尤其桶中心油液热循环差,使得加热油品中心温度远低于桶壁周边油品温度,而加注机温度检测及虹吸管恰处于油桶中心位置处,油品实际加热温度检测不准,油液受热不佳。

方案:

将原有加热带拆除,在加注机储液桶底部加工开口,将设计加工制作的法兰焊接安装到此开口处。该法兰具有加热棒安装口,热传感器安装口。法兰焊接好后,将法兰盖涂密封胶安装至法兰口,同时将加热器,热传感器安装到位,接入加热线路及检测线路,改进基本完成,即外敷式加热带加热改为内部加热器加热方式(如图二)。

4. 主要改进结构

4.1 法兰设计;

⑴长方形的法兰设计充分考虑与圆形桶壁的结合(图三法兰设计);

⑵法兰独特的油液密封槽设计;

⑶法兰敞口,可拆卸结构,便于内部积碳杂质及加热管的更换等设备自身维护;

4.2 加热方式:

⑴油桶内部直接加热,油液快速升温;

4.3 加热及检测元件合理布置;

⑴桶内加热管置底,利于热循环及热量的交换,符合热力学原理;

⑵加热管,温度检测一字竖立接近排列,温度检测直接可靠;

5. 改进后效果

①热量集中、快速加热,提高加注速度、提高工艺节拍。改进后加注工艺节拍基本保持在每辆车3.1-3.4min左右,完全解决了油品温度过低,油品黏度大,抽取加注慢的问题。

②节约维护成本,专用加热管使用寿命长达2-3年。以1年内6台加注机加热维护费用计算;加热带每过1冬季需更换,费用为6x2x86=1032元,加热管无需更换,每年可节约资金1032元;在一个加热管使用寿命周期内即3年内可以节约资金3096元。

③大法兰口的设计,便于加热管,温度检测器的更换维护和桶内焦炭的清理;

④加热稳定,电器线路发热小,使用安全可靠。

6. 结论

通过对正压加注机冬季油液加注节拍不能满足生产要求的现状问题分析,进而找出加注机加热装置出厂存在的弊病,结合热学原理及信号监测传感知识,对加注机实施改进性维修,并取得良好的收益。

摘要：本文简要地介绍了成都西屋科技有限公司生产的正压加注机所存在的主要问题,对其加注机加热工作原理和加热方式进行分析和探讨。重点是针对加注机加热问题,结合实际生产维护提出改进方案,并进行加热方式改进,使得加注机加热效果取得显著效果。

关键词：正压加注机,温度传感,加热管,加热带,法兰,热循环

参考文献

[1]廉乐明,谭羽非,吴家正,朱彤.工程热力学:中国建筑工业,2007-1-1.

[2]武淑萍.工程热力学:重庆大学出版社,2006-08.

[3]闻邦椿.机械设计手册﹝第5版:第1卷﹞:机械工业出版社,2010-1-1.

[4]孔凌嘉.简明机械设计手册:北京理工大学出版社,2008-2-1.