一种自动鹤管装车机器人的制作方法

1.本发明涉及石油产品装卸用设备领域，更具体地说，涉及一种自动鹤管装车机器人。


背景技术：

2.在油品装车环节，国内石油石化企业均采用传统人工鹤管装置来实现，多数地方鹤管装车仍采用敞口的方式进行装车，基于目前应用存在如下问题：采用人工操作，劳动强度高，作业环境差；装车时有有害气体释放，会污染环境，同时对操作人员造成伤害；装车时属于高空作业且作业面空间有限，应对突发情况不及时；操作时，各系统独立运作，需要人为判断协调，对人员要求高，且存在误操作或操作不及时的风险。因此，为了减轻劳动强度，降低安全风险，提高设备运转效率和利用率，减低对人员、环境、条件的依赖，实现高效生产管理。减少人工与设备接触的机会，进而提高生产质量和达到减员增效的目的，我们提出一种自动鹤管装车机器人。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种自动鹤管装车机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种自动鹤管装车机器人，包括桁架小车，设置于桁架轨道上，所述桁架小车上设置有伸缩垂管提升组件；
6.伸缩管组件，设置于伸缩垂管提升组件底部，所述伸缩管组件靠近下端的位置设置有雷达液位监测装置、浮球液位监测装置、激光测距对位装置；
7.气液相转臂，连接于所述伸缩管组件一侧；
8.电气控制系统、防爆柜，均设置于气液相转臂一侧。
9.优选地，所述伸缩管组件包括：一级伸缩管，所述一级伸缩管内设置有内伸缩垂管，所述一级伸缩管下方设置有密封帽，所述密封帽内设置有分流帽；
10.雷达液位监测装置、浮球液位监测装置、激光测距对位装置均设置于密封帽上。
11.优选地，所述伸缩垂管提升组件包括提升装置基座，安装于桁架小车上，所述提升装置基座上设置有钢丝绳辊筒，钢丝绳辊筒一端设置有手轮，所述钢丝绳辊筒上设置有钢丝绳，所述钢丝绳端部穿过v型导轮、伸缩管组件与分流帽连接；
12.所述钢丝绳辊筒一侧设置有钢丝绳防松保护组件。
13.优选地，所述一级伸缩管包括固定垂管，所述固定垂管上端通过联接管与桁架小车连接，下端通过法兰与密封帽连接；
14.所述固定垂管下端设置有对开式密封结构，所述对开式密封结构一侧设置有伸缩垂管转动限位机构和竖直零位开关。
15.优选地，所述分流帽包括注液分流器，所述注液分流器中安装有旋转销轴和推力
轴承，所述旋转销轴上端连接有回转吊环。
16.优选地，所述气液相转臂上设置有旋转接头、温控开关和伴热外套，旋转接头通过与联接管连接到桁架小车组成一个曲柄滑块机构。
17.优选地，所述浮球液位监测装置包括长杆浮球、直线轴承和液位监测开关组，所述长杆浮球穿过直线轴承中心，所述长杆浮球的浮球一端可浸于火车罐内的油液中，所述液位监测开关组固定于密封帽上。
18.优选地，所述桁架轨道包括刚轨道，桁架小车设置于刚轨道上，所述刚轨道上设置有零位监测点和双侧极限点。
19.优选地，所述桁架小车包括车架，车架两端均安装有防撞块，所述车架四角处均设置有橡胶轮子，每只橡胶轮内测均安装有挡板，所述车架侧面设置有水平行走零位检测开关和水平行走双侧极限检测开关。
20.优选地，所述伸缩垂管转动限位机构包括固定于固定垂管一侧的两个直线轴承，两个直线轴承的孔轴线位于一条直线上，导引杆穿过两个所述直线轴承中心，所述导引杆下端通过螺母与防扭转支架锁紧，防扭转支架通过螺栓与内伸缩垂管和密封帽连接。
21.优选地，所述对开式密封结构包括对开式密封螺母，对开式密封螺母的两部分螺母通过连接螺栓连接在一起，所述对开式密封螺母内设置有密封圈组合，所述对开式密封螺母的四周均布有多列滚珠螺钉。
22.优选地，所述钢丝绳防松保护组件包括弹簧，所述弹簧一侧设置有支撑架，所述支撑架通过销轴转动连接于钢丝绳辊筒侧面，所述支撑架一侧设置有松绳感应开关，感应开关与电气控制系统信号连接。
23.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
24.本发明基于行走式机器人结构和伸缩式垂管系统，有效的消除了钢丝绳扭转应力，实现了钢丝绳松绳报警，以plc为控制系统，采用防爆电气系统设计，实现了液体油料的自动化装车并与定量装车仪可以组成完整的控制系统，也可与上位机连接实现分布式控制系统，实现远程监控，数据共享。该产品具有自动化程度高、稳定性好、控制精度高、安全性好、易于维修、环境适应性强等特点。
附图说明
25.图1为本发明的自动鹤管装车机器人整体结构示意图；
26.图2为本发明的桁架小车、一级伸缩管和气液相转臂局部侧视示意图；
27.图3为本发明的局部侧视断面示意图；
28.图4为桁架小车结构示意图；
29.图5为伸缩垂管提升组件局部断面示意图；
30.图6为一级伸缩管下端与密封帽连接结构示意图；
31.图7为分流帽结构示意图；
32.图8为伸缩垂管转动限位机构和浮球液位监测装置局部示意图；
33.图9为对开式密封结构示意图；
34.图10为本发明的自动模式操作流程图；
35.图11为本发明的手动模式操作流程图；
36.图中标号说明：1、轨道；2、桁架小车；3、伸缩垂管提升组件；4、一级伸缩管；5、内伸缩垂管；6、密封帽；7、分流帽；8、气液相转臂；9、雷达液位监测装置；10、浮球液位监测装置；11、激光测距对位装置；12、电气控制系统；13、防爆柜；14、站台；15、火车油罐；16、火车罐口；1-1、零位监测点；1-2、双侧极限点；1-3、钢轨道；2-1、橡胶轮子；2-2、水平行走零位检测开关；2-3、水平行走双侧极限检测开关；2-4、车架；2-5、防撞块；2-6、挡板；3-1、钢丝绳辊筒；3-2、v型导轮；3-3、钢丝绳；3-4、钢丝绳防松保护装置；3-5、提升装置基座；3-6、手轮；4-1、联接管；4-2、液相接口；4-3、气相接口；4-4、固定垂管；4-5、竖直零位开关；4-6、伸缩垂管转动限位机构；4-7、对开式密封结构；7-1、注液分流器；7-2、旋转销轴；7-3、推力轴承；7-4、回转吊环；8-1、旋转接头；8-2、温控开关；8-3、伴热外套；10-1、长杆浮球；10-2、直线轴承；10-3、液位监测开关组；3-4-1、弹簧；3-4-2、支撑架；3-4-3、销轴；3-4-4、感应开关；4-6-1、直线轴承；4-6-2、导引杆；4-6-3、防扭转支架；4-7-1、对开式密封螺母；4-7-2、密封圈组合；4-7-3、滚珠螺钉；4-7-4、连接螺栓。
具体实施方式
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.实施例：
41.请参阅图1-11，一种自动鹤管装车机器人，包括桁架小车2，设置于桁架轨道1上，桁架轨道1用于为产品提供支撑和水平行走导向，桁架小车2负责沿桁架轨道1水平移动，桁架小车2上设置有伸缩垂管提升组件3；伸缩垂管提升组件3是负责为内伸缩垂管5、密封帽6、分流帽7等构件上下升降运动提供的动力装置；
42.伸缩管组件，设置于伸缩垂管提升组件3底部，伸缩垂管提升组件3用于实现伸缩管组件的提升和下降，伸缩管组件靠近下端的位置设置有雷达液位监测装置9、浮球液位监测装置10、激光测距对位装置11，雷达液位监测装置9、浮球液位监测装置10同时用于罐内油液位置高度的监测；激光测距对位装置11采用高频激光测距传感器用于确定火车罐口位置；
43.气液相转臂8，连接于伸缩管组件一侧；气液相转臂8与车站现场输油和气体回收管路连接，通过旋转接头连接，与桁架小车2组成一个曲柄滑块机构；通过转臂的伸展和曲折满足小车与固定管路之间的距离变化，从而实现小车沿轨道一定范围内的直线运动。
44.电气控制系统12、防爆柜13，均设置于气液相转臂8一侧；电气控制系统12采用plc
控制系统并安装于防爆柜13内，通过电源线路和信号线路与产品的动力、信号原件连接，所有线路均采用防爆管路，具备全自动和半自动两种操作模式，采用强电和弱点分离的腔体设计，强电腔体内包括：电源、急停等；弱电腔体内包括：控制器、io、端子等元件；防爆柜面板上安装防爆按钮、防爆开关、防爆指示灯等元件，提供手动操控杆简化按键操作，采用触摸屏可实时显示设备当前状态参数，也可通过触屏感应按键代替机械按键进行操作。
45.本技术中，伸缩管组件包括：一级伸缩管4，一级伸缩管4内设置有内伸缩垂管5，内伸缩垂管5采用四级伸缩垂管组件构成，可根据伸缩量调节伸缩范围，一级伸缩管4下方设置有密封帽6，密封帽6内设置有分流帽7；密封帽6用于实现与火车罐口16的对接和密封，防止有害气体挥发散溢；伸缩管组件管体采用不锈钢管制成，各级管之间的滑动摩擦部分采用铜质材料，能改善磨损，最外一级伸缩管底部安装有不锈钢材质的分流帽7，可有效防止因碰撞产生静电火花。
46.其中，密封帽6与火车罐口接触的密封胶体采用膨化三元乙丙橡胶(epdm)，膨化后的邵氏硬度(a型)为23～25。整个胶体采7-3用椭圆形设计，可以更好的密封倾斜的火车罐口。
47.雷达液位监测装置9、浮球液位监测装置10、激光测距对位装置11均设置于密封帽6上。
48.本技术中，伸缩垂管提升组件3包括提升装置基座3-5，安装于桁架小车2上，提升装置基座3-5上设置有钢丝绳辊筒3-1，钢丝绳辊筒3-1一端设置有手轮3-6，钢丝绳辊筒3-1上设置有钢丝绳3-3，钢丝绳3-3端部穿过v型导轮3-2、伸缩管组件与分流帽上7上的回转吊环7-4连接；由防爆伺服电机加蜗轮蜗杆减速机带动钢丝绳辊筒3-1提供动力，v型导轮3-2用于钢丝绳3-3的导向；通过伺服电机减速机的转动带动钢丝绳辊筒3-1转动，盘卷于钢丝绳辊筒3-1沟槽之中的钢丝绳3-3可以带动内伸缩垂管5、密封帽6、分流帽7等部件上下运动。手轮3-6用于当钢丝绳松脱时和产品维修时进行钢丝绳盘卷整理和收放；
49.钢丝绳辊筒3-1一侧设置有钢丝绳防松保护组件3-4，用于防止钢丝绳3-3松弛脱槽。
50.本技术中，一级伸缩管4包括固定垂管4-4，固定垂管4-4上端通过联接管4-1与桁架小车2连接，下端通过法兰与密封帽6连接；联接管4-1用于实现内伸缩垂管5与桁架小车2、气液相转臂8的连接；液相接口用于连接工作现场的液体加注系统；气相接口用于实现罐体内部的气体释放；固定垂管4-4用于竖直零位开关、伸缩垂管转动机构的安装，竖直零位开关用于感知内伸缩管的原点位置；
51.其中，通过联接管4-1上的法兰向上连接到桁架小车2底部，通过固定垂管4-4上的法兰向下连接到密封帽6，同时通过联接管4-1上的法兰分别实现与气液相转臂8的连接；当内伸缩垂管5上升接近极限位置时，竖直零位开关4-5信号检测发生变化，系统停止上升运动，有效防止内伸缩垂管5超过上升极限引发的卡死。
52.固定垂管4-4下端设置有对开式密封结构4-7，对开式密封结构4-7一侧设置有伸缩垂管转动限位机构4-6和竖直零位开关4-5；伸缩垂管转动限位机构4-6用于防止内伸缩管5及密封帽6与固定垂管4-4之间的相对转动；对开式密封结构4-7用于自动鹤管装车机器人注油工作时火车罐内排气时的密封。
53.本技术中，分流帽7包括注液分流器7-1，注液分流器7-1中安装有旋转销轴7-2和
推力轴承7-3，旋转销轴7-2上端连接有回转吊环7-4；其中注液分流器7-1与油流接触的部分为一个斜面，可将油流由垂直方向变为水平四周注射，从而有助于液流冲击力的缓释，改善液体对于设备的冲击；回转吊环7-4、旋转销轴7-2、推力轴承7-3组合用于释放钢丝绳3-3所承受的扭力，避免长时间导致的钢丝绳3-3断裂问题。
54.当钢丝绳3-3受到钢丝绳辊筒3-1的盘卷作用和自身内部的编织扭结应力时会产生扭转应力，扭结力的作用对钢丝绳3-3的寿命产生不良影响，如不能有效消除，在疲劳作用下会引起钢丝绳3-3断裂。使用回转吊环7-4可有效消除钢丝绳3-3内部扭力，除此之外，为了确保钢丝绳3-3工作过程中不受扭转作用，在注液分流器7-1下端设计1只推力轴承7-3，当钢丝绳3-3扭结受力时，钢丝绳3-3将随着旋转销轴7-2旋转，推力轴承7-3将旋转销轴7-2和注液分流器7-1之间的旋转力进行释放，从而释放钢丝绳3-3所承受的扭转力，避免长时间导致的钢丝绳断裂问题。
55.本技术中，气液相转臂8上设置有旋转接头8-1、温控开关8-2和伴热外套8-3，旋转接头8-1通过与联接管4-1连接到桁架小车2组成一个曲柄滑块机构；温控开关8-2的作用是当冬季温度低于设定温度值后能启动伴热外套8-3对气液相转臂8自动进行加热，防止温度过低引发结冰现象。
56.本技术中，浮球液位监测装置10包括长杆浮球10-1、直线轴承10-2和液位监测开关组10-3，长杆浮球10-1穿过直线轴承10-2中心，长杆浮球10-1的浮球一端可浸于火车罐内的油液中，液位监测开关组10-3固定于密封帽6上。
57.本技术中，桁架轨道1包括刚轨道1-3，桁架小车2设置于刚轨道1-3上，刚轨道1-3上设置有零位监测点1-1和双侧极限点1-2。
58.本技术中，桁架小车2包括车架2-4，车架2-4两端均安装有防撞块2-5，用于作为机械防撞缓冲，车架2-4四角处均设置有橡胶轮子2-1，通过橡胶轮子2-1在钢轨道1-3上水平来回行走，每只橡胶轮2-1内测均安装有挡板2-6，挡板2-6能卡在钢轨道1-3内侧，防止橡胶轮子2-1偏斜而引发桁架小车脱轨，车架2-4侧面设置有水平行走零位检测开关2-2和水平行走双侧极限检测开关2-3，水平行走零位检测开关2-2能检测到位于桁架轨道1上的零位监测点1-1，从而判断出小车水平行走方向的零位；水平行走双侧极限检测开关2-3安装于桁架小车2两端，可以通过触发位于桁架轨道1两侧的双侧极限点1-2感知桁架小车的极限位置。
59.本技术中，伸缩垂管转动限位机构4-6包括固定于固定垂管4-4一侧的两个直线轴承4-6-1，两个直线轴承4-6-1的孔轴线位于一条直线上，导引杆4-6-2穿过两个直线轴承4-6-1中心，导引杆4-6-2下端通过螺母与防扭转支架4-6-3锁紧，防扭转支架4-6-3通过螺栓与内伸缩垂管5和密封帽6连接；当内伸缩垂管5和密封帽6产生转动趋势时，伸缩垂管转动限位机构4-6可以阻止其旋转，当内伸缩垂管5上升和下降时导引杆4-6-2伴随其上升和下降，此时直线轴承4-6-1和导引杆4-6-2之间能灵活滑动，避免卡死。
60.本技术中，对开式密封结构4-7包括对开式密封螺母4-7-1，对开式密封螺母4-7-1的两部分螺母通过连接螺栓4-7-4连接在一起，对开式密封螺母4-7-1内设置有密封圈组合4-7-2，对开式密封螺母4-7-1的四周均布有多列滚珠螺钉4-7-3，能在保持一级伸缩管4与内伸缩垂管5之间相对滑动的同时有效阻止有害气体从一级伸缩管4与内伸缩垂管5之间的缝隙散溢；对开式密封螺母4-7-1通过连接螺栓4-7-4结合在一起，当温度极低导致对开式
密封结构4-7内结冰或密封圈组合4-7-2损坏时，可松开接螺栓4-7-4进行维修处理，极大的减轻了维修难度。
61.本技术中，钢丝绳防松保护组件3-4包括弹簧3-4-1，弹簧3-4-1一侧设置有支撑架3-4-2，支撑架3-4-2通过销轴3-4-3转动连接于钢丝绳辊筒3-1侧面，支撑架3-4-2一侧设置有松绳感应开关3-4-4，感应开关3-4-4与电气控制系统12信号连接；
62.其中，当内伸缩垂管5、密封帽6、分流帽7在下降过程中受到阻碍被卡住时，如果不能被系统感知，钢丝绳辊筒3-1继续转动将造成钢丝绳3-3过度松脱，发生钢丝绳3-3脱槽，钢丝绳3-3脱槽会造成严重的安全隐患，维修也极为不便，钢丝绳防松保护装置3-4能有效防止钢丝绳松脱。具体的，当电机减速机带动钢丝绳辊筒3-1转动时，钢丝绳3-3盘卷于钢丝绳辊筒3-1的沟槽之中，v型导轮3-2引导钢丝绳穿过联接管4-1带动回转吊环7-4上下运动。当内伸缩垂管5、密封帽6、分流帽7在下降过程中受到阻碍被卡住时，钢丝绳3-3继续释放将呈现为松弛状态，处于压缩状态的弹簧3-4-1将推动支撑架3-4-2绕销轴3-4-3转动接近松绳感应开关3-4-4，松绳感应开关3-4-4检测到支撑架3-4-2靠近，开关量发生变化，信号传至电气控制系统12，电气控制系统12发出电机停止信号，此时电机减速机抱闸，钢丝绳辊筒3-1停止转动，此时可人工在电气控制系统12操作界面切换至手动模式重新张紧钢丝绳3-3并检查设备是否卡死。
63.本发明采用雷达波对火车油罐内的液面进行非接触实时监测，该型雷达液位监测装置9可将实时监测的数据传输给电气控制系统12，电气控制系统12根据数据判断液位高度，当液位超出预设高度时系统报警并停止注油。
64.该装置采用机械式浮球监测火车罐内油液位置，监测开关组10-3可根据不同火车罐型要求的不同极限液位高度设置对应的感应检测位置，当罐内油液液面上升，长杆浮球10-1一端的球体完全浸没到油液中，长杆浮球10-1受到浮力作用上升，长杆浮球10-1的长杆在直线轴承10-2中滑动，长杆浮球的上部会接近液位监测开关组10-3中的某一个开关，这时开关量发生变化，信号传到电气控制系统12，电气控制系统12报警并停止注油。
65.该防爆柜将强电和弱电分两个腔体，强电腔体内包括：电源、急停等；弱电腔体内包括：控制器、io、端子等元件；防爆柜面板上安装防爆按钮、防爆开关、防爆指示灯等元件；提供手动操控杆简化按键操作，提供触摸屏可实时显示设备当前状态参数，也可通过触屏感应按键代替机械按键进行操作。
66.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。