ТОПЛИВОРАЗДАТОЧНАЯ КОЛОНКА

Полезная модель относится к области автозаправочной техники и может быть использована для выдачи нефтепродуктов на автозаправочных станциях в топливные баки различных транспортных средств, а также в тару потребителя.
Известна колонка топливораздаточная НАРА "28" 1КЭД 50-0,25-1 Руководство по эксплуатации АЗТ 2.833.184.00 РЭ, состоящая из гидравлической части, электродвигателя и отсчетного устройства. При этом гидравлическая система колонки состоит из следующих основных узлов: клапан приемный, фильтр, насос, газоотделитель, камера поплавковая, клапан снижения расхода, измеритель объема, индикатор, кран раздаточный.
Все элементы колонки выполнены раздельно.
Наиболее близким техническим решением является колонка топливораздаточная 2КЭД-50-0,25-2-1/2Э Руководство по эксплуатации 734.00.00.00 РЭ, которая имеет близкую гидравлическую схему и принцип действия, обладающая одним и тем же набором составляющих колонку элементов и отличающаяся только их конструктивным исполнением. Так функционально объединены в один корпус фильтр, газоотделитель и поплавковая камера. При этом гидравлическая система колонки состоит из последовательно соединенных гидравлическими магистралями следующих узлов: клапан приемный, фильтр-газоотделитель, насос, клапан, измеритель объема, индикатор, кран раздаточный.
Данные устройства обладают общими недостатками:
сложность конструктивных решений и трудоемкость выполнения отдельных узлов топливораздаточных колонок (например, насос и измеритель объема);
автономность каждого узла топливораздаточной колонки приводит к значительному увеличению ее габаритно-массовых характеристик в целом;
значительное количество трубопроводов, связывающих узлы колонки, приводит к увеличению гидравлического сопротивления и потребляемой мощности.
Цель полезной модели заключается в упрощении конструкции топливораздаточной колонки.
Поставленная цель достигается тем, что топливораздаточная колонка, содержащая пульт управления, приемный клапан, фильтр-газоотделитель, индикатор, раздаточный кран, отсчетное устройство, дополнительно содержит электронный блок и насос-измеритель, состоящий из поршневого насоса двойного действия с дисковым поршнем и двумя штоками, двух приводных электромагнитов, установленных жестко на основании на одной оси со штоками поршня, с правой и левой стороны насоса соответственно, штоки под действием магнитодвижущей силы втягиваются поочередно в электромагниты, датчика перемещения штока поршня, датчика положения штока поршня,
причем выход приемного клапана через соединительный патрубок соединен со входом всасывающей полости фильтра-газоотделителя, выход всасывающей полости через всасывающие патрубки и всасывающие клапаны соединен со всасывающими входами насоса, выходы которого через напорные клапаны и напорные патрубки соединены с напорной полостью фильтра-газоотделителя, выход которой через резиновый шланг и индикатор соединен со входом раздаточного крана, выход которого является гидравлическим выходом топливораздаточной колонки, выход пульта управления соединен с первым входом электронного блока, второй и третий входы которого связаны с выходом датчика перемещения и датчика положения соответственно, первый и второй выводы выходного порта электронного блока соединены со входами электромагнитов, а третий вывод соединен со входом отсчетного устройства, индикация которого является информационным выходом топливораздаточной колонки.
Сущность полезной модели состоит в изменении гидравлической схемы топливораздаточной колонки, расширении функциональных возможностей насоса и уменьшении количества ее элементов. Топливораздаточная колонка содержит клапан приемный, фильтр-газоотделитель, пульт управления, индикатор, раздаточный кран, отсчетное устройство. В качестве насоса, клапана снижения расхода, измерителя объема введен насос-измеритель, который установлен в гидравлическую магистраль между всасывающей и напорной полостями фильтра-газоотделителя.
Насос-измеритель выполнен в виде поршневого насоса двойного действия, включающего в себя всасывающую, напорную, приводную и измерительную части.
Всасывающая и напорная части состоят из двух всасывающих и двух напорных клапанов, цилиндра рабочей камеры, поршня с двумя штоками, уплотнительными частями штоков, всасывающих и напорных патрубков.
Приводная часть состоит из двух электромагнитов, установленных на одной оси со штоками поршня.
Измерительная часть включает в себя датчик положения, датчик перемещения штока и электронный блок.
Именно заявленные поршневой насос, два электромагнита, датчик перемещения, датчик положения и электронный блок позволяют исключить из общего состава топливораздаточной колонки такие элементы, как электродвигатель с системой привода насоса, измеритель объема, клапан снижения расхода, что позволяет изменить гидравлическую схему, устранить отмеченные выше недостатки и достичь поставленную цель полезной модели - упрощение конструкции топливораздаточной колонки.
Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволили установить, что придание насосу дополнительных свойств измерителя позволяет расширить его функциональные возможности и сократить общее количество входящих в топливораздаточную колонку элементов. Это позволяет
сделать вывод о соответствии полезной модели критерию "новизна", а замена существующих топливных насосов используемых в топливораздаточных колонках на насосы поршневого типа с новым видом привода от электромагнитов, определение положения и измерение линейного перемещения штока пропорционального линейному перемещению поршня и вытесняемого объема топлива, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критериям "существенные отличия".
На фиг.1 представлена структурная схема топливораздаточной колонки, а на фиг.2 - структурная схема насоса-измерителя, где:
1 - клапан приемный;
2 - соединительный патрубок;
3 - фильтр-газоотделитель;
4 - всасывающая полость фильтра-газоотделителя;
5 - насос-измеритель;
6 - напорная полость фильтра-газоотделителя;
7 - резиновый шланг;
8 - индикатор
9 - раздаточный кран;
10 - отсчетное устройство;
11 - электронный блок;
12 - пульт управления;
13 - всасывающие патрубки;
14, 15 - всасывающие клапаны;
16 - насос;
17, 18 - напорные клапаны;
19 - напорные патрубки;
20 - датчик перемещения;
21 - датчик положения;
22, 23 - электромагниты;
24 - шток;
25 - поршень;
26 - пластина,
причем выход емкости для хранения топлива (на схеме не показан) соединен через магистраль со входом клапана приемного 1, выход которого через соединительный патрубок 2 соединен со входом фильтра-газоотделителя 3, его всасывающей полости 4, выход которой соединен с насосом-измерителем 5 через всасывающие патрубки 13, и всасывающие клапаны 14, 15с входами его насоса 16, выходы насоса 16 через напорные клапаны 17, 18 и напорные патрубки 19 соединены с напорной полостью 6 фильтра-газоотделителя 3, выход которой через резиновый шланг 7 и индикатор 8 соединен со входом раздаточного крана 9, выход которого является гидравлическим выходом топливораздаточной колонки, выход пульта управления 12 соединен с первым входом электронного блока 11, второй и третий входы которого связаны с
выходом датчика перемещения 20 и датчика положения 21 насоса-измерителя 5 соответственно, первый и второй выводы выходного порта электронного блока 11 соединены со входами электромагнитов 22, 23 соответственно, а третий вывод соединен со входом отсчетного устройства 10, индикация которого является информационным выходом топливораздаточной колонки.
Поршневой насос 16 является гидравлической машиной и предназначен для перемещения топлива под давлением. Исходя из конструктивных особенностей он может быть выполнен в различном исполнении (см. Шлипченко З.С. Насосы, компрессоры и вентиляторы, -К. :″Техника", 1976, с.256, схема 3) и в частном случае может представлять собой поршневой насос 16 двойного действия с дисковым поршнем 25 и двумя штоками 24. Причем на одном из концов штока 24 (например с правой стороны) неподвижно крепится пластина 26 из немагнитного материала, имеющая проводящие и непроводящие излучения участки, количество которых определяется исходя из оптимального сочетания необходимой точности измерения объема топлива и минимальной дозы выдачи. Счет проводящих и непроводящих излучений участков на пластине производится слево направо, причем первый проводящий излучение участок должен соответствовать положению поршня в крайней левой мертвой точке поршня 25, а последний непроводящий излучение участок - крайней правой мертвой точке.
Электромагниты 22, 23 предназначены для перемещения штоков 24 и являются электромагнитным приводом поршневого насоса 16. Электромагниты 22, 23 могут быть выполнены, например, на основе соленоидного типа, приведенного в кн. Электротехнический справочник, т.2, - М. : Энергоиздат, 1981, с.419, рис.21-1 (г) и устанавливаются с правой и левой стороны насоса жестко на основании на одной оси со штоками 24 поршня 25 таким образом, чтобы штоки поршня могли быть втянуты в соленоиды.
Датчик перемещения 20 предназначен для выдачи измерительных сигналов о перемещении штока 24, а следовательно и поршня 25. Датчик перемещения 20 может быть выполнен на основе любых физических принципов измерения линейных перемещений и построения датчиков, а в частном случае представляет собой оптронную пару, приведенную в кн. Л.Н.Бочаров. Электронные приборы. - М. : Энергия, 1979, с.324, рис.12-13 (а). Датчик перемещения 20 устанавливается жестко на основании таким образом, чтобы первый проводящий излучение участок пластины 26, закрепленной на штоке 24 соответствовал положению левой мертвой точке поршня 25.
Датчик положения 21 представляет собой первичный преобразователь и предназначен для формирования сигнала определяющего конечное положение хода поршня 25 штока 24 и пластины 26. Датчик положения 21 может быть выполнен на основе любого физического принципа фиксации наличия или отсутствия физической величины и в частном случае представляет собой оптронную пару, приведенную в кн. Л.Н.Бочаров. Электронные приборы. - М. : Энергия, 1979, с.324, рис.12-13 (а). Датчик положения 21 устанавливается
жестко на основании таким образом, чтобы последний не проводящий излучения участок пластины 26, закрепленной на штоке 24 соответствовал положению правой мертвой точке поршня 25.
Электронный блок 11 предназначен для принятия и обработки измерительной информации от датчика перемещения 20 и датчика положения 21, преобразование ее в цифровой эквивалент и отображение на отсчетном устройстве текущей и суммарной дозы, расчета линейного перемещения хода штока 24 и неподвижно связанного с ним поршня 25, а следовательно и объема, вытесненного поршнем 25 топлива, управления электромагнитами 22, 23 и выработки управляющих сигналов на включение и выключение электромагнитов 22, 23, запоминания положения поршня 25 и оставшегося в цилиндре объема топлива после выдачи дозы для его учета в последующей дозе, при задании дозы - расчет целого числа ходов поршня 25 и вытесненного при этом объема топлива и ее дробной части. Выполнение данных функций и реализация электронного блока может быть осуществлена на однокристальном микропроцессоре КР 1801 ВМ (см. кн. С.В.Якублвский и др. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. М. : Радио и связь, 1990,-с.203, рис.3.27).
Рассмотрим работу топливораздаточной колонки.
В исходном положении в электронном блоке 11 введена (прошита на заводе-изготовителе) программа управления электромагнитами 22, 23 и расчета требуемого целого числа ходов поршня 25 и необходимого перемещения поршня 25 для точной реализации заданной дозы, а также запоминания оставшегося в насосе 16 объема топлива от предыдущей дозы и его учета при выдаче следующей дозы, ведение суммарного учета выданных доз и преобразования информационных сигналов с датчиков перемещения 20 и положения 21, и выдачу на отсчетное устройство 10 цифрового эквивалента текущего и суммарного значения доз. Поршень 25 насоса-измерителя 5 находится в крайней левой мертвой точке. Гидравлическая система заполнена топливом.
d
k
На пульте управления 12 задается доза V, значение которой передается в электронный блок 11. Так как объем рабочей камеры V насоса-измерителя 5 известен, то рассчитывается целое количество ходов поршня 25 для выдачи дозы:
и определяется ее дробная часть, соответствующая перемещению поршня 25 для точной реализации заданной дозы. На основе целого количества ходов поршня 25 определяется последовательность и количество поочередных включений приводных электромагнитов 22, 23, а для реализации дробной части соответствующей точному объему выдачи дозы рассчитывается необходимое
перемещение поршня 25, которое впоследствии фиксируется по датчику перемещения 20, а также подготавливается цепь включения электромагнитов.
1
Снимается раздаточный кран 9 и со второго вывода выходного порта электронного блока 11 подается напряжение на правый электромагнит 23 в течение времени t, за которое перемещающаяся пластина 26, закрепленная на штоке 24 поршня 25 достигнет датчика положения 21. При подаче напряжения на электромагнит по его обмотке протекает ток, который создает магнитодвижущую силу, под действием которой шток 24 с пластиной 26 начинает втягиваться в электромагнит 23. При движении поршня 25 вправо в левой полости насоса 16 вследствие увеличения объема создается разрежение. Поэтому топливо из всасывающей полости 4 фильтра-газоотделителя 3 поднимается по всасывающим патрубкам 13 и открывает всасывающий клапан 14, при этом напорный клапан 17 закрыт, и топливо заполняет левую полость насоса 16. Цилиндр насоса 16 заполняется топливом до тех пор, пока поршень 25 не достигнет крайней правой мертвой точки, положение которой фиксируется датчиком положения 21. Одновременно при движении поршня в право за счет создаваемого давления открывается напорный клапан 18 и топливо через напорный патрубок 19, напорную полость 6 фильтра-газоотделителя 3, резиновый шланг 7, индикатор 8 и раздаточный кран 9 вытесняется в бак транспортного средства или тару потребителя, при этом всасывающий клапан 15 насоса 16 закрыт. В этом случае пластина 26, установленная на штоке 24 поршня 25 перемещаясь в правую сторону пересекает последним непроводящим участком оптическую связь датчика положения 21, который устанавливается жестко на основании таким образом, чтобы перемещение поршня 25 строго соответствовало расстоянию от левой мертвой точки до правой мертвой точки. Пересечение пластиной 26 оптической связи датчика 21 приводит к тому, что на его выходе появляется логический ноль, который поступает на третий вход электронного блока 11 и воспринимается им как команда на отключение напряжения питания с правого электромагнита 23 и включение электромагнита 22 через первый вывод выходного порта. При движении штока 24 вправо на выходе датчика перемещения 20 формируется последовательность импульсов, цена которых соответствует элементарному приращению перемещения штока 24 и следовательно вытесняемому при перемещении поршня 25 объему топлива. Данная последовательность импульсов с выхода датчика перемещения 20 поступает на второй вход электронного блока 11, где преобразуется в цифровой эквивалент, который через третий вывод выходного порта электронного блока 11 подается на вход отсчетного устройства 10 и отображается на его индикаторах, как информация о текущем значении выдаваемой дозе.
При ходе поршня 25 влево внутри цилиндра создается давление, под действием которого (на основании закона Паскаля) всасывающий клапан 14 закрывается, а напорный клапан 17 открывается и топливо выталкивается в напорный патрубок 19 и через напорную полость 6 фильтра-газоотделителя 3
поступает через резиновый шланг 7, индикатор 8, раздаточный кран 9 в бак транспортного средства или тару потребителя. Одновременно с движением поршня 25 влево, в правой полости насоса 16 создается разрежение за счет увеличения ее объема, что приводит к закрытию напорного клапана 18 и открытию всасывающего клапана 15, и топливо через всасывающий патрубок 13 из всасывающей полости 4 фильтра-газоотделителя 3 заполняет правую полость насоса 16. Движение поршня 25, а следовательно и движение штока 24 с пластиной 26 влево приводит к периодическому перекрыванию светового потока датчика перемещения 20 и срабатыванию датчика положения 21. На выходе датчика перемещения 20 появляется серия импульсов, которые поступают на второй вход электронного блока 11, где преобразуется в цифровой эквивалент, который через третий вывод выходного порта электронного блока 11 подается на вход отсчетного устройства 10 и отображается на его индикаторах, как информация о текущем значении выдаваемой дозе. Кроме этого, импульсы обрабатываются программой управления для подготовки цепи включения электромагнита 23 и сигнализирует о том, что электромагнит 22 сработал и прошел первый ход поршня. В электронном блоке 11 серия импульсов суммируются и по достижении последнего импульса, соответствующего левой мертвой точке движения поршня 25, выдается сигнал на отключение электромагнита 22 и включение электромагнита 23. Отображение информации о выдаваемой дозе при ходе поршня влево осуществляется аналогично, как и при его движении вправо. Одновременно, последний импульс совместно с выходным сигналом датчика положения 21 воспринимается управляющей программой электронного блока 11 как информация о завершении одного двойного хода поршня 25.
При достижении целого количества ходов поршня 25 (в зависимости от того, в какой мертвой точке он находится и которая определяется состоянием датчика перемещения 20 и датчика положения 21) электронный блок 11 включает левый (правый) электромагнит 22 (23), который начинает перемещение поршня 25 для реализации дробной части дозы и ее точной выдачи. При движении штока 24 на выходе датчика перемещения 20 формируется последовательность импульсов, цена которых соответствует элементарному приращению перемещению штока 24 с пластиной 26 и соответствующему вытесняемому при перемещении поршня 25 объему топлива. Выходные импульсы с датчика перемещения 20 чрез второй вход поступают в электронный блок 11, в котором суммируются и сравниваются с расчетным количеством импульсов перемещения поршня 25 и штока 24 с пластиной 26 для реализации дробной части заданной дозы и точной ее выдачи. При появлении последнего импульса с датчика перемещения 20 электронный блок 11 отключает электромагнит 22 (23).
Управляющая программа запоминает оставшийся объем топлива в насосе 16 и учитывает его при расчете целого числа ходов и дробной части последующей
дозы, а также суммирует значение выданной дозы с предыдущим значением для суммарного учета выданных доз.
Таким образом, в течение цикла перемещения поршня насоса вправо и влево в напорный патрубок 19 подается следующее количество топлива:
- при движении поршня вправо из цилиндра выталкивается топливо в объеме:
1
л
л
q=(F-f)S
при ходе поршня влево объем выталкиваемого топлива
2
n
n
q=(F-f)S
где
F - площадь поршня, м<sup>2</sup>;
f - площадь поперечного сечения штока поршня, м<sup>2</sup>;
S - перемещение поршня, м;
а за один двойной ход поршня насос подает топливов объеме
1
2
q=q+q=(F-f)S+(F-f)S=2S(F-f),
а производительность насоса за N двойных ходов поршня
Q=2SN(F-f).
Таким образом, в материалах на предлагаемую полезную модель рассмотрена топливораздаточная колонка, которая по своему содержанию позволяет упростить конструкцию существующих типов колонок за счет расширения функциональных возможностей насоса и придания ему свойств измерителя, что, в свою очередь, исключает из общего состава топливо-раздаточной колонки такие элементы, как электродвигатель с системой привода насоса, измеритель объема, клапан снижения расхода.