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江西理工大学2009届本科生毕业设计（论文）1第一章绪论1.1课题研究的背景科学技术的飞速发展和新的技术革命,使采矿业面临三大问题的挑战,即网络化、自动化和高效化。由于给矿山电动轮汽车保养的润滑油粘度较高，传统的加油模式很难解决油液冬季冷凝的问题，导致矿山用电动轮汽车的保养效率下降。电动轮汽车的维修成本是矿山财务支出的重要组成部分，因此对电动轮汽车加油系统的智能化和管理系统的信息化的要求越来越高。将先进的计算机技术、控制技术和网络技术融入到矿山电动轮汽车加油系统中，可提高矿山加油系统的加油效率，从而也提高了矿山的经济效益。系统以单片机为核心,达到了工作安全可靠、使用方便、快捷、高效的目的，也为公司节约了开支。适合小型自助式加油站的建设,同时也可用于加油站旧设备的改造。矿山计算机应用起步于20世纪60年代。随着计算机技术的不断发展，四十多年来，计算机在采矿业中的应用中取得了长足进步，同时也积累了宝贵的经验和教训。国外的矿山润滑油加油系统发展相对成熟，有公司生产专门的产品。如20世纪80年代，许多欧洲国家已经开始研制了与壳牌等润滑油配套的加油系统，此时的矿山润滑油加油系统是采用气动活塞式油泵供油，加油枪带电子计量装置，此加油系统的优点是结构简单，缺点是气动泵噪声大，不能实现预置加油；近年来国外卡机联动加油系统发展迅速，Mobil公司的SpeedPass采用非接触的射频识别技术，现已获得大规模应用，以色列OTI公司采用非接触射频识别技术的卡机联动加油系统也已在多1300座油库[1](2003年12月统计)。美国的成品油出厂后通过地下的输油管线或油轮输送至遍及全美各地的大约1300多个油库，再用油罐车等方式运送各采矿场。他们通过合同的方式与专业的独立运营商合作，实现配送业务的专业化和社会化，从而降低了运输成本及各类及各类人工费用和管理费用。四十多年来，我国的矿山电动轮加油系统已在不断的发展，电动轮汽车加油系统已由原来20世纪60到70年代的手动加油方式发展到90年代的电脑控制自动加油方式。一些科研单位在开发适用于矿山电动轮汽车智能化加油的控制和管理方面做了大量工作：1999年，东风汽车2公司为了解决因矿山加油系统的润滑油冬季冷凝而导致加油机的柱塞泵吸油困难的问题，开始对电动轮汽车装配线润滑油加注系统进行改造，即利用蒸气通过蛇型管给油箱预加热的方式来解决油液的冷凝问题；采用光栅位移传感器计量润滑油加注机活塞行程；用单片机技术对加油量数据采集、分析计算、LED显示[2]。这种加油系统虽然解决了润滑油冬季加不出油的问题，但种系统比较复杂，要专门用蒸汽来给油箱预热。江西理工大学2009届本科生毕业设计（论文）21.2论文选题的目的和意义随着我国采矿业的发展和大型电动轮汽车的研制生产,目前我国矿山用电动轮汽车在不断的增加,其年用油量已超过几百万吨。“燃油发放”仍采用人工拧阀读表的普通汽车加油机加油。用这种加油机加油,不但劳动强度大,而且加油精度低和不规范；特别是给电动轮汽车保养的机油和液压油的黏度较高，在冬天气温较低时，油料冷凝就较为严重。致使这种加油机的柱塞泵吸油困难，严重影响润滑油的正常加注数量也很容易使加油机的计量装置损坏失效。油料消耗和管理是成本管理的重点，又是安全生产管理的重点。因此电动轮汽车油料的供、管、用、发是否规范，对电动轮汽车油料的消耗控制乃至提高整个矿山的效益，都是至关重要的。计算机技术的高速发展为人们利用计算机控制进行工业控制提供了有效的手段。利用先进的计算机技术、控制技术和软件工程技术，本文提出了基于AT89C51单片机为核心控制系统的电动轮汽车智能化加油系统的设计思想。此加油系统通过上位机PC机给AT89C51以信号，相应的信号传给继电器，通过继电器的动作控制电动机和电动球阀的开启和关闭；此加油系统集电气技术、现代控制技术于一体。采用该加油系统进行供油有其多方面优越性能：一是可以提高供油系统的稳定性和可靠性，方便地实现供油系统的集中管理与监控；二同是具有良好的节能性[3]；三是在开、停机时采用了继电器，能减小电流对电网及供油油压对管网系统的冲击。四是能减小油泵、电机自身的机械冲击损耗。基于以单片机为核心控制系统的电动轮汽车智能化加油系统的设计提高了电动轮汽车加油的自动化、智能化及油料信息的实时性和准确性。使电动轮汽车加油过程安全高效及信息资源共享，减少了手工机械重复劳动,提高了企业的经济效益。总之，本文的研究对矿山实现现代化生产具有重要理论价值和现实指导意义[4]。1.3课题研究的现场分析假设给定某矿山企业有E型电动车：2辆，油箱体积500L，R型电动车：2辆，油箱体积580L。电动轮运输车辆在日常生产中，保养的内容有：需要定期更换发动机机油、液压升降系统的液压油、液压转向系统与液压制动系统的液压油、轮马达齿轮箱中的齿轮油、前轮毂中的齿轮油、自动润滑系统中的润滑脂等，在本次设计当中，我们将预加油的种类归纳为四种：油液A、油液B、油液C、油液D。同时在三班作业时也需要对上述油、脂进行必要的补加以保证车辆正常的运行。如果不能按时按量给电动轮汽车加油保养，就很容易使电动轮汽车的发动机损坏，导致电动轮汽车提前中修或大修。现有的加油系统存在以下问题：1.系统结构复杂，加油机油泵众多，不易管理，而且所使用的加油机气动泵江西理工大学2009届本科生毕业设计（论文）3价格昂贵，其电能消耗和应用维护成本高。2.机油和液压油在冬季时其流动性差，致使所使用的加油气液泵负荷大，流量不能达到设计要求，使设备加油时间延长，严重影响电动轮汽车保养效率。3.加油机计量装置易损坏失效，而且人工加油计量不够准确，极易出现加油过多或过少问题，对设备行为极为不利。同时，由于对每辆电动轮汽车油料消耗情况没有一个真实的记录统计，不利于保养库管理以及设备状况分析。4.所使用的加油气液泵需要空压机提供气源，空压机噪声大，而且空气可压缩，输油存在脉动，输油精确度不高，计量精度也不高。原加油系统存在的不足严重影响了电动轮汽车的保养效率，随着各矿采矿业的不断发展，原来的加油系统已经不能满足电动轮汽车的保养了。为满足现有电动轮汽车的充分保养，实现当前矿山保养库信息化、自动化管理的目的，提高矿业部门的经济效益，就急需要对运用在此类矿山企业的电动轮汽车的加油系统进行改进。1.4本文课题的来源及课题研究目标由1.3节的课题现场分析可以看出，目前，矿山企业所用的加油方式，在冬天气温较低时，油料冷凝就较严重。经常导致加油机的柱塞泵吸油困难，严重影响了润滑油的正常加注数量,从而大大降低了电动轮汽车的保养效率。原加油系统也存在其他许多的不足之处。针对矿山企业目前保养库加油系统油料发放和管理的这些具体问题，本文研究的对象就是德兴铜矿电动轮汽车的加油系统。本文提出了一种基于以单片机为核心控制系统的电动轮汽车智能化加油系统的设计。根据电动轮汽车需要加注油液的情况，本智能化加油系统功能的设计应满足几个要求：1.能适应电动轮汽车油箱大小，满足快速加油的要求;2.可以提高供油系统的稳定性和可靠性，方便地实现供油系统的集中管理与监控;3.具有良好的节能性；4.在开、停机时能减小电流对电网及供油油压对管网系统的冲击;5.能减小油泵、电机自身的机械冲击损耗；6.可以相对精确地预置加油。1.5本课题研究内容和方法1.加油系统的组成及工作原理;2.加油系统的供给系统的零部件选型设计;3.加油系统的硬件设计及其集成;4.加油系统软件的设计;江西理工大学2009届本科生毕业设计（论文）45.加油系统的数据库的管理与应用;1.6本章小结本章从总体上阐述了本加油系统设计的背景、目的和意义、课题的来源和应达到的目标以及实现该目标的方法。江西理工大学2009届本科生毕业设计（论文）5第二章加油系统的组成及工作原理2.1系统的组成为实现前叙章节提到的设计要求，此电动轮汽车智能化加油系统设计时分油料供给系统和计算机控制管理系统两大部分。本课题主要实现此系统的供给系统的零部件选型设计、硬件设备的设计和集成，即油料供给系统。油料供给系统主要由管路系统部分组成。另作为一个完整的系统，计算机控制管理系统也必不可少，它包括加油控制系统和数据管理系统两部分。图2.1为加油系统的组成图。管路系统由储油部分、供油部分、计量加注部分和油料回流部分组成。图2-1加油系统组成图为适应现场环境需要，加油系统的各组成部分在空间分布都比较集中[5]。其中，储油间和保养库临近，通过地下油路管道连接。储油部分、供油部分和油料回流部分管道系统位于储油间内；加注部分管道系统位于保养库内，电动轮汽车在保养库内加油,保养库内有4条车道。计算机控制管理系统位于计算机控制室内。计算机控制室内有单片机、电控柜、接线端子板以及上位机PC机。计算机控制室与油料间和保养库之间用电源线和屏蔽信号线连接。2.2系统的工作原理加油系统的工作原理图见图2.2所示。其工作原理为：在加油情况下，操作平台通过对设置在油料输出主管路上的螺杆泵、及四个并联支管路中的电动球阀、刮板式流量计及加油枪，以及独立的计量控制单元、终端等按照设置的程序控制液体的流动。控制驱动电机的启动喝停止，利用刮板式流量计对输出的油液进行实时的采集，配合LPJ光电脉冲转换器把信号反馈给单片机，它们组成闭环电动轮加油系统油料供给系统计算机控制管理系统管路系统数据管理系统控制系统供油部分储油部分加注部分回流部分控制加油系统设定数据管理信号采集江西理工大学2009届本科生毕业设计（论文）6控制系统，可调整输出油量的启动和停止，以满足加油操作对油量的要求。输出的油量同上位机PC机预置的油量进行比较，控制加油过程的执行，并且整个加油过程呈动态监控。当电动机9驱动主油泵6工作时，而且回油管路上的电动球阀7关闭时，被加油料从储油灌2、截止阀3、滤油器4、主油泵6、电动球阀11、流量计12到加油枪15，最后流入被加油油箱。工作过程为，操作人员把加油枪与被加油箱相连结，打开加油枪开关，油料经加油枪加入油箱中。系统中4个独立的加油枪单独加油。工业PC根据操作平台设定的加油数量指令，控制加油管路上的电动球阀11通断，电动球阀开启，即通过操作平台的加油指令控制电动球阀通电打开电动球阀，当加入油量和加油指令一致时，通过单片机的中断处理，使供油的电动机提前制动，当电动机停止供油时刚好为PC机预置的加油量，再经过单片机的延时处理，出油口的电动球阀关闭，回油口的电动球阀开启，此时电动机开始反转，把残留在管路中的油液回收到回油池中。当加油操作发生意外时，操作人员可以首先关闭加油枪口处的开关，使加油停止，同时，拉下电动机处的刀闸开关，和按下单片机的中断按钮，这时，经过单片机的处理，把已经加油的油量经过计算整理，回传给上位机PC机，进行数据保存工作。这样就实现了加油系统的相对智能化。下面为加油控制系统的原理图：1.液位显示器2.储油罐3.手动截止阀4.自动控制滤油阀5.异步电机6.螺杆泵7、11储油池8.主油管9.电动球阀10.溢流阀12.回油管13.流量计14.加油枪15.加油枪皮管图2-2加油系统原理图电动轮汽车日常保养中需要加注4种油液，分别是机油A、机油B、油液C、油液D。考虑到4种油料不能混合的特点，故只可选用四套相同独立的油料管路江西理工大学2009届本科生毕业设计（论文）7供给系统。图2-2的管路系统是其中一种油料的管路系统，每一车道对应相应的一种油液，四种油料的管路系统相同。系统采用单独供油方式，分别采用四个油泵供油，保养库有4条车道。而且油泵安置在储油间内，方便操作管理。供油路形成封闭供油，减少跑漏油和环境对油的污染。管路系统由储油部分、供油部分、计量加注部分和回流部分组成。其中储油部分包括：油池、过滤器、辅助加油泵和储油罐。但限于本论文各种因素的考虑，此部分不加以详细设计。供油部分包括：手动截止阀、滤油器、螺杆泵和溢流阀。计量加注部分包括：刮板式流量计(另配备光电脉冲转换器)、油管转盘和加油枪。油料回流部分包括供油部分、回油管路(含一个电动球阀)和储油池。为解决原管路系统存在的不足,满足现场加油的需要,其具体的解决方案