全自動化噴霧實驗系統(tǒng)的可行性設計

劉松，張書義，曹汝恒，曹建明（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

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全自動化噴霧實驗系統(tǒng)的可行性設計

劉松，張書義，曹汝恒，曹建明
（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

摘要：隨著科學技術的發(fā)展，計算機自動化控制技術可以廣泛的運用在噴霧系統(tǒng)當中。文章主要介紹了自動化噴霧系統(tǒng)實驗設備的基本結(jié)構，大致的工作流程和原理，以及可運用發(fā)展趨勢。

關鍵詞：自動化；噴嘴；噴霧；基本結(jié)構

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U464.236Document Code: AArticle ID: 1671-7988（2016）05-146-03

前言

環(huán)境的污染對人類的日常生活與生產(chǎn)帶來了很大的危害，尤其在汽車發(fā)動機尾氣排放物這一方面。如果能夠通過優(yōu)化燃料與空氣混合過程來改善發(fā)動機的燃燒，將能夠有效的降低發(fā)動機有害物質(zhì)的排放。

目前對噴霧及混合氣形成過程的研究大部分集中在簡單的、功能單一的定容彈中。計算機自動化運用的領域越來越廣，如果將計算機與噴霧實驗系統(tǒng)相結(jié)合，將會對整個噴霧試驗領域產(chǎn)生重大的影響。國內(nèi)天津大學、西安交通大學、長安大學、江蘇大學等也有一定的相關研究。

1、基本結(jié)構

1.1傳統(tǒng)的噴霧實驗設備

傳統(tǒng)的噴霧實驗設備大致包含有定容彈、馬爾文粒度分析儀、氮氣瓶、各種型號噴嘴等。

1.1.1馬爾文粒度分析儀

馬爾文粒度分析儀，是噴霧系統(tǒng)中重要的測量裝置，其Spraytec激光衍射系統(tǒng)可對噴霧劑顆粒及噴霧液滴粒度分布進行實時測量，使噴霧劑與氣霧劑產(chǎn)品開發(fā)更高效。

1.1.2容彈

容彈裝置如圖1所示，是噴霧系統(tǒng)中另一個重要的裝置。定容燃燒彈主要模擬活塞在上止點附近發(fā)動機的燃燒情況，具有結(jié)構簡單、易于研究單一參數(shù)的變化對燃燒過程的影響等優(yōu)點，可用于深入研究內(nèi)燃機的燃燒過程，為發(fā)動機關鍵技術的研制和開發(fā)提供必要的試驗數(shù)據(jù)。

圖1

1.2新型的噴霧試驗系統(tǒng)

新型的全自動化噴嘴噴霧試驗系統(tǒng)如圖2所示。這種噴霧試驗系統(tǒng)主要將傳統(tǒng)的噴霧實驗設備有效的整合在一起，并通過計算機全程自動化控制。

該系統(tǒng)大致包括四個部分，分別為氣油壓力調(diào)節(jié)分配裝置、自動噴嘴裝置、容彈、清理除污裝置。

圖2

1.2.1氣油壓力調(diào)節(jié)分配裝置

氣油壓力調(diào)節(jié)分配裝置是該系統(tǒng)的重要組成部分之一。傳統(tǒng)的燃油供給一般由外置的高壓油泵提供，而高壓油泵對傳動系統(tǒng)的安裝和對自身的加工精度有一定的較高要求。新型的氣油壓力調(diào)節(jié)分配裝置不僅能夠滿足一定油氣壓力的供給而且能夠通過計算機按所需要求自動分配到各個工作設備中去。

該裝置大致由一些基本的部分組成，包含油壓泵、氣壓泵、氣油壓力分配器、輸入輸出管道、控制單元、反饋調(diào)節(jié)單元、傳感器等。

1.2.2自動噴嘴裝置

自動噴嘴裝置對于該系統(tǒng)的燃油噴射霧化質(zhì)量至關重要。一個好的燃燒系統(tǒng)要求噴射的油束、燃燒室內(nèi)的氣流運動和燃燒室結(jié)構配合要好，以保證良好的霧化質(zhì)量和燃料液滴在整個燃燒室中的均勻分布。在新產(chǎn)品的試制過程中，往往需要對噴射裝置做大量的調(diào)試，才能達到設計指標；在使用過程中，由于噴射裝置的故障使燃燒裝置性能下降，甚至不能運轉(zhuǎn)。所以，噴嘴裝置是影響整個實驗裝置設計指標的關鍵部件之一。

該裝置大致包含噴油器自動更換系統(tǒng)、基本的實驗噴油器、輸油管道等。

1.2.3容彈

容彈是該實驗裝置系統(tǒng)噴霧測試的主體結(jié)構，噴油器的噴霧就是在這里完成。對于新型容彈的設計有嚴格的要求：

（1）具有良好的物理化學特性，耐壓、耐高溫、保持實驗所需壓力和溫度。

（2）具有良好的實驗操作性，合適的觀察窗口、高度、體積。

（3）具有良好的工藝性，加工方便，簡單。

（4）具有良好的經(jīng)濟性，降低實驗成本。

該容彈裝置大致包含石英玻璃、容彈體、狀態(tài)信息采集傳感器等。

1.2.4清理除污裝置

傳統(tǒng)的容彈清潔是靠人工完成的，在試驗中容彈的清潔非常麻煩，往往需要將整體部分拆開，拆裝比較繁瑣。而且在清理的過程中容彈體不容易清理干凈，石英玻璃也可能被刮花。而新型的自動除污裝置不需要頻繁的拆裝，根據(jù)實驗的需要適時的通過計算機調(diào)節(jié)清理，并且該裝置還帶有一定的卸污通道，打開后便可將油污排出干凈。這一過程將大大的提高工作效率，很好的促進實驗的進行。

2、工作流程和原理

2.1實驗裝置的連接

新型的噴霧試驗系統(tǒng)如圖3所示，是由四個獨立的部分組合在一起，它是作為一個整體。該噴霧系統(tǒng)的左邊有一系列的接口單元，油氣接口和電路接口。實驗開始前分別將氮氣瓶管口和油箱管口連接到對應的接口單元中去。同時將計算機電源和數(shù)據(jù)線連接到電路接口中去。剩下的就是按照操作要求將粒度測試儀擺放到正確測試位置并且連接好計算機。

2.2實驗裝置的調(diào)試

打開計算機電源和噴霧系統(tǒng)設備開關，查看電路連接是否正常，各信號指示燈是否出于正常狀態(tài)。

打開氮氣瓶閥門，油路開關，通過計算機軟件來調(diào)試氣油壓力調(diào)節(jié)裝置，計算機給出一定的壓力值，通過控制單元來調(diào)節(jié)氣油壓力，并通過反饋控制單元及時反饋給計算機，對控制壓力做出判斷并調(diào)整。如果在這一過程中出現(xiàn)漏油、漏氣，則相應的傳感器會及時做出判斷，并給出警告。

通過計算機控制，使噴油器自動更換系統(tǒng)工作，通過逐一的更換噴油嘴，來確保設備能夠正常工作，也可以嘗試進行預噴射來確保油路的通暢和能夠按給定的壓力工作。

容彈是整個噴霧實驗測試的場所，除了保證觀察窗口的清潔外，還需要通過傳感器來測試密封性。這一調(diào)試過程同樣是在計算機的參與下完成的。

清理除污裝置的調(diào)試相對來說比較簡單。通過計算機確保其能夠正常工作就可以了。

2.3實驗裝置的工作

打開馬爾文粒度分析儀，使其處于正常工作狀態(tài)。通過計算機，給出一定氣體壓力值，按照實驗數(shù)據(jù)要求使氣體充入到容彈環(huán)境中。計算機選出所需試驗用噴油嘴，并將一定燃油壓力值通過噴嘴噴射到容彈中，粒度分析儀測試進行測試，反饋單元及各種傳感器正常反饋調(diào)節(jié)。實驗數(shù)據(jù)通過相應的軟件進行分析、處理，最后被用來進行討論、研究。

3、結(jié)論

本文主要圍繞新型化全自動噴霧實驗裝置系統(tǒng)來介紹這一新型設計，通過研究大致可以得到以下幾點：

（1）研制成功一種新型化的噴霧實驗裝置，該裝置采用模塊化設計思想，使其具有良好的適應性和改造升級潛力。新型化的噴霧實驗裝置能夠很好的完成相關的噴霧試驗要求。通過計算機全程精準的控制，不僅能夠得到較準確的實驗數(shù)據(jù)，而且操作可重復性強，節(jié)省人力和減少資源浪費等。

（2）隨著計算機自動化的普及，對于噴霧試驗這一領域，其未來試驗裝置要求會越來越高。其中不可忽略的一點就是噴霧試驗系統(tǒng)的自動化，可以預測到未來新型化噴霧試驗系統(tǒng)將具有良好的發(fā)展趨勢和運用前景，而本文對未來新型噴霧試驗裝置的研究和改進將具有重要的指導意義。

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The feasibility design of the full automatic spray experiment system

Liu Song, Zhang Shuyi, Cao Ruheng, Cao Jianming
( automobile college, Chang'an University, Xi'an, Shaanxi 710064 )

Abstract:With the development of science and technology, computer automation and control technology can be widely used in spray systems.This paper mainly describes the basic structure of the automated test equipment spray system, generally workflows and principles, as well as its trends.

Keywords:Automation; Jet; Spray; Basic structure

中圖分類號：U464.236文章編碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-146-03

作者簡介：劉松，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院，流體機械及工程專業(yè)。張書義，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院碩士研究生，流體機械及工程專業(yè)。曹汝恒，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院，動力機械及工程專業(yè)。曹建明，教授，就職于長安大學。