cng气瓶自动装卸系统设计

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1、CNG气瓶自动装卸系统设计//.paper.edu.cn-1-CNG气瓶自动装卸系统设计1周田，刘勇，朱树阔，李秀珍，仲元昌重庆大学通信工程学院，重庆（400044）摘要：随着油价的上涨，CNG汽车得到了迅速发展，为了解决加气难的问题，提出了天然气“集中灌装、分散换瓶”的CNG汽车加气理念，构建了CNG汽车气瓶自动装卸系统模型，研制了专用的车用CNG气瓶自动装卸系统，理论分析和实验结果表明：该系统可以在1～2分钟内完成CNG汽车气瓶装自动装卸任务，提高了CNG汽车的加气效率。因此，该系统能很好地解决目前CNG汽车加气难的问题，可广泛应用于CNG汽车加气领域。关键词：装载；

2、卸载；嵌入式；CNG气瓶中图分类号：TP3931.引言CNG汽车是指以压缩天然气替代常规汽油或柴油作为汽车燃料的汽车。目前，国内外有天然气管网条件的地区均以发展CNG汽车为主。CNG汽车是指主要由甲烷构成的天然气在25Mpa左右的压力下储存在车内类似于油箱的气瓶内，代替燃油用作汽车燃料。其主要工艺流程是：在CNG汽车加气站，将0.3—0.8Mpa低压天然气，经过天然气压缩机升压到25Mpa，由顺序控制盘控制，按高、中、低压顺序储存到储气钢瓶组，再由CNG加气机向汽车钢瓶加注。而汽车钢瓶的高压天然气，再经过减压装置减压后经燃气混合器向发动机供气。随着油价的上涨和汽车环保的需

3、要，CNG汽车作为一种低燃料成本且清洁环保型汽车得到了迅速发展。现有的CNG加气站及加气技术，已不适应CNG汽车发展的需要，全国各地出现了加气难、排队加气时间长等问题。这在很大程度上制约了CNG汽车的推广应用，特别是在即将推行的燃油“费改税”政策后，这种矛盾将体现得更加尖锐。为了解决这种矛盾，提出了天然气“集中灌装、分散换瓶”的CNG汽车加气理念，对原有的加气方式进行革命性变革，即采用更换气瓶的方式代替直接用加气枪充气的方式。采用CNG工厂化、集约化生产、批量罐装，通过物流系统配送至市区内各终端供应站，由供应站直接为CNG汽车提供更换气瓶服务。改进后整个加气过程简便、快捷

4、、安全。汽车到换瓶加气点在1～2分钟内即可加气完毕，大大缩短了加气时间。从根本上彻底解决了加气难的问题。而在这种新的加气系统中，如何实现快速换瓶，是解决问题的关键所在。为此，把智能控制技术、传感器技术、嵌入式控制技术三者融为一体，提出了“嵌入式CNG汽车气瓶快速装卸方案”，构建了CNG汽车气瓶快速装卸系统模型，应用嵌入式技术，研制了专用的CNG汽车气瓶快速装卸系统。2.CNG汽车气瓶快速装卸系统模型该系统主要由CNG汽车气瓶快速装卸机具和装卸对象CNG汽车气瓶构成，如图1所示。装卸机具由嵌入式控制器、步进电机和三维工作台三部分构成，其中，X轴、Y轴分别做水平方向和竖直方向

5、的位置调整，Z轴是沿斜面推拉物体，三维工作台是由装卸机具的机体、联轴器和三维丝杠组成。该装卸机具的传动采用了从步进电机到联轴器再到丝杠的传动方式。1本课题得到国家（973）计划（2002CB410803）；重庆市自然科学基金（CSTC，2006BB2242）资助。//.paper.edu.cn-2-快速装卸机具的作业过程分为两个子过程：1）卸下CNG汽车尾箱已耗空待换的CNG气瓶；2）安装已充满的CNG气瓶。卸下空CNG气瓶的作业过程如下：操作工人遥控三维工作台工作，三维工作台靠近汽车尾箱，调整合适的位置后，将尾箱空的CNG气瓶取出，卸载过程结束。安装已充满的CNG气瓶，

6、其作业过程如下：载有CNG气瓶的三维工作台靠近汽车尾箱，三维工作台调整到合适的位置，在操作工人的控制下，三维工作台将CNG气瓶放置到汽车尾箱并紧固，三维工作台上的挂钩与CNG气瓶脱离，装载过程结束。3.步进电机控制算法步进电机是一种能将脉冲信号转换成角位移或线性位移的执行器件，广泛应用在各种自动化系统中[1]。步进电机转动的角度与输入脉冲数成正比，如输入脉冲数为m，输出脉冲数为β，则β=k*m（k为脉冲当量）。所以电机的转速与脉冲频率成正比，即ω=k*f（ω为输出角速度，k为脉冲当量，f为输入脉冲频率）。步进电机的转矩—频率特性曲线表明[2]，当转速上升时，转矩随速度近似

7、直线下降。这里转矩可以表示为电磁转矩T0与阻力转矩TL之差。设步进电机的阻力转矩TL=KL*ω，负载转矩由jω表示，则负载的运动方程为[3]：ωω*0LKTj??=(1)式中T0为电磁转矩，j为负载的转动惯性，KL为转矩常数，ω为电机的回转角速度。假设电机从ω0开始升速，即t=0时ω=ω0，此时（1）式的解为：00)1(*ωωτ????=??tLeKT（2）（2）式中ωτLK=。由fk*=ω有kfω=代入（2）式整理有：)1)(()(0max0τteffftf??????+=(3)式中)(tf是t时刻驱动脉冲的频率，LKkTf