鹤管系统的制作方法

本实用新型涉及机械技术，尤其涉及一种鹤管系统。

背景技术：

鹤管是石化行业流体装卸过程中的专用设备，又称流体装卸臂。其采用旋转接头与刚性管道及弯头连接起来，实现了在火车、汽车槽车与栈桥储运管线之间传输液体介质，取代了老式的软管连接。相较于老式的软管，鹤管具有很高的安全性、灵活性及寿命长等特点。

现有技术中，主要包括以下几种鹤管：纯机械鹤管：由管道、旋转接头、软管和平衡机构组成，生产流程由人工拖动，拽引鹤管到目标位置；半自动鹤管：在纯机械鹤管的基础上，在各关节增加动力装置，由液压或气动驱动，通过手动阀实现鹤管的前进或后退。

但是，纯机械鹤管存在的主要问题是人工劳动强度高、安全隐患大，有毒有害介质对操作员工的人身伤害严重，半自动鹤管存在的缺陷是：对位需要人工来回观察，极易出现机构碰撞的现象，操作耗时而且非常麻烦。因此，现有技术中的鹤管均存在人工劳动强度高及操作效率低的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种鹤管系统，以降低人工劳动强度及提高操作效率。

本实用新型提供一种鹤管系统，包括：基座、固定于所述基座上的液相导管、通过第一旋转接头与所述液相导管连接的液相内管、通过第二旋转接头及第三旋转接头与所述液相内管连接的液相外管、通过第四旋转接头与所述液相外管连接的垂管、对位装置、动力装置及控制装置；

其中，所述控制装置用于控制所述对位装置及所述动力装置；

所述动力装置包括：第一动力模块、第二动力模块、第三动力模块及第四动力模块，所述第一动力模块用于为所述液相内管提供水平旋转的动力，所述第二动力模块用于为所述对位装置提供动力，所述第三动力模块用于为所述液相外管提供水平旋转的动力，所述第四动力模块用于为所述液相外管提供竖直旋转的动力；

所述对位装置用于在所述控制装置的控制下及所述第二动力模块提供的动力下沿预设的轨迹进行运动，以确定目标位置。

进一步地，如上所示的系统中，所述第一动力模块包括：第一伺服电机、第一行星减速机、第一蜗杆模块及第一蜗轮模块，所述第一伺服电机、所述第一行星减速机、所述第一蜗杆模块及所述第一蜗轮模块设置于所述液相内管上；

其中，所述第一伺服电机用于在所述控制装置的控制下为所述液相内管提供水平旋转的动力，所述第一行星减速机、所述第一蜗杆模块及所述第一蜗轮模块用于对所述液相内管进行减速。

进一步地，如上所示的系统中，所述第二动力模块包括：第二伺服电机、第二行星减速机及传动模块，所述第二伺服电机、所述第二行星减速机及所述传动模块设置于所述液相内管上；

其中，所述第二伺服电机用于在所述控制装置的控制下为所述传动模块提供沿水平方向运动的动力，所述第二行星减速机用于对所述传动模块进行减速，所述传动模块用于在所述第二伺服电机提供的动力下带动所述对位装置沿水平方向进行运动。

进一步地，如上所示的系统中，所述第三动力模块包括：第三伺服电机、第三行星减速机、第二蜗杆模块及第二蜗轮模块，所述第三伺服电机、所述第三行星减速机、所述第二蜗杆模块及所述第二蜗轮模块设置于所述液相外管上；

其中，所述第三伺服电机用于在所述控制装置的控制下为所述液相外管提供水平旋转的动力，所述第三行星减速机、所述第二蜗杆模块及所述第二蜗轮模块用于对所述液相外管进行减速。

进一步地，如上所示的系统中，所述第四动力模块包括：第四伺服电机、第四行星减速机、第三蜗杆模块及第三蜗轮模块，所述第四伺服电机、所述第四行星减速机、所述第三蜗杆模块及所述第三蜗轮模块设置于所述液相外管上；

其中，所述第四伺服电机用于在所述控制装置的控制下为所述液相外管提供竖直旋转的动力，所述第四行星减速机、所述第三蜗杆模块及所述第三蜗轮模块用于对所述液相外管进行减速。

进一步地，如上所示的系统中，所述对位装置包括固定部和传感器；所述固定部设置于所述传动模块上，所述固定部用于在所述传动模块的带动下沿水平方向进行运动，所述传感器设置于所述固定部上。

进一步地，如上所示的系统中，所述对位装置还包括伴热模块，所述伴热模块用于在所述传感器周围的温度低于预设的温度阈值时，进行加热。

进一步地，如上所示的系统中，所述传感器为以下任一种传感器：

激光红外传感器、超声传感器、雷达传感器及电磁传感器。

进一步地，如上所示的系统中，所述控制装置包括：伺服驱动模块及运动控制模块，所述伺服驱动模块与所述运动控制模块电气连接；

其中，所述伺服驱动模块用于在所述运动控制模块的控制下控制所述动力装置的运行和停止。

进一步地，如上所示的系统中，所述控制装置还包括电源模块，所述电源模块分别与所述伺服驱动模块及所述运动控制模块电气连接，用于为所述伺服驱动模块及所述运动控制模块提供电能。

本实用新型提供的鹤管系统，通过设置基座、固定于基座上的液相导管、通过第一旋转接头与液相导管连接的液相内管、通过第二旋转接头及第三旋转接头与液相内管连接的液相外管、通过第四旋转接头与液相外管连接的垂管、对位装置、动力装置及控制装置，其中，控制装置用于控制对位装置及动力装置，动力装置包括：第一动力模块、第二动力模块、第三动力模块及第四动力模块，第一动力模块用于为液相内管提供水平旋转的动力，第二动力模块用于为对位装置提供动力，第三动力模块用于为液相外管提供水平旋转的动力，第四动力模块用于为液相外管提供竖直旋转的动力，对位装置用于在控制装置的控制下及第二动力模块提供的动力下沿预设的轨迹进行运动，以确定目标位置，实现了在现有的鹤管结构的基础上，增加了对位装置、动力装置和控制装置，控制装置可以控制对位装置及动力装置，动力装置在控制装置的作用下可以使鹤管中的液相内管及液相外管进行运动，对位装置在控制装置和动力装置的作用下能够实现自动对位，一方面，不需要人工介入进行对位，降低了人工劳动强度及提高了操作效率，另一方面，在现有的鹤管结构的基础上进行改造，可靠性较高，从而，在具有高可靠性的基础上降低了人工劳动强度及提高了操作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的鹤管系统局部结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的鹤管系统中控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”及“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或器的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或器，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或器。

下面以具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本实用新型实施例提供的鹤管系统局部结构示意图。图2为本实用新型实施例提供的鹤管系统中控制装置的结构示意图。请同时参照图1和图2，本实用新型提供的鹤管系统包括：基座1、固定于基座1上的液相导管2、通过第一旋转接头10与液相导管2连接的液相内管3、通过第二旋转接头20及第三旋转接头25与液相内管3连接的液相外管4、通过第四旋转接头30与液相外管4连接的垂管5、对位装置11、动力装置及控制装置27。

其中，控制装置27用于控制对位装置11及动力装置。

动力装置包括：第一动力模块6、第二动力模块7、第三动力模块8及第四动力模块9。第一动力模块6用于为液相内管3提供水平旋转的动力。第二动力模块7用于为对位装置11提供动力。第三动力模块8用于为液相外管4提供水平旋转的动力。第四动力模块9用于为液相外管4提供竖直旋转的动力。

对位装置11用于在控制装置27的控制下及第二动力模块7提供的动力下沿预设的轨迹进行运动，以确定目标位置。

具体地，本实用新型提供的鹤管系统中，基座1、固定于基座1上的液相导管2、通过第一旋转接头10与液相导管2连接的液相内管3、通过第二旋转接头20及第三旋转接头25与液相内管3连接的液相外管4、通过第四旋转接头30与液相外管4连接的垂管5都是现有的鹤管中的部件。其中，基座1又可以称为立柱。基座1可以通过底部螺钉与外围设备连接。这里的外围设备可以是槽车。液相导管2固定于基座1上的方式可以是焊接的方式。本实用新型实施例中的旋转接头可以是具有第一连接部、第二连接部及滚珠的轴承，第一连接部和第二连接部之间通过滚珠连接，其中，第一连接部固定于一个液相管上，第二连接部固定于另一个液相管上，以通过旋转接头实现两个液相管的相对旋转运动。垂管5在自身重力的作用下一直处于竖直状态。本实施例中的鹤管为多关节鹤管。

本实用新型提供的鹤管系统，在现有鹤管结构的基础上，增加了对位装置11、第一动力模块6、第二动力模块7、第三动力模块8、第四动力模块9及控制装置27，可以实现控制装置27控制对位装置11、第一动力模块6、第二动力模块7、第三动力模块8及第四动力模块9。第一动力模块6在为液相内管3提供水平旋转的动力时，是在控制装置27的控制下停止或运行，从而，控制液相内管3水平旋转或停止运动。第二动力模块7在为对位装置11提供动力时，同样是在控制装置27的控制下停止或运行，从而，控制对位装置11的运行或停止运动。可以理解的是，第三动力模块8在为液相外管4提供水平旋转的动力时，是在控制装置37的控制下停止或运行，从而，控制液相外管4水平旋转或停止运动；第四动力模块9在为液相外管4提供竖直旋转的动力时，是在控制装置27的控制下停止或运行，从而，控制液相外管4竖直旋转或停止运动。

需要说明的是，这里的水平旋转意为在水平面内的旋转，这里的竖直旋转意为在竖直平面内的旋转。即，本实施提供的鹤管系统中，液相内管3只能在水平面内旋转，液相外管4既可以在水平面内旋转又可以在竖直平面内旋转。

本实施例中的动力装置可以采用气动及液压等动力装置。在一种可能的实现方式中，动力装置采用电动方式。具体的结构如下所示：

可选的，第一动力模块6可以包括：第一伺服电机61、第一行星减速机62、第一蜗杆模块63及第一蜗轮模块64。第一伺服电机61、第一行星减速机62、第一蜗杆模块63及第一蜗轮模块64设置于液相内管3上。其中，第一伺服电机61用于在控制装置27的控制下为液相内管3提供水平旋转的动力，第一行星减速机62、第一蜗杆模块63及第一蜗轮模块64用于对液相内管3进行减速。第一伺服电机61在控制装置27的控制下为液相内管3提供水平旋转的动力，由于液相内管3和液相导管2之间通过第一旋转接头10连接，则液相内管3为在第一伺服电机61提供的动力下绕第一旋转接头10进行水平旋转运动。

第一行星减速机62实现一级减速，第一蜗杆模块63及第一蜗轮模块64实现二级减速。第一行星减速机62和第一蜗杆模块63及第一蜗轮模块64相结合的减速方式，可以实现大力矩及高传输效率的输出。

可选的，第二动力模块7可以包括：第二伺服电机71、第二行星减速机72及传动模块73。第二伺服电机71、第二行星减速机72及传动模块73设置于液相内管3上。其中，第二伺服电机71用于在控制装置27的控制下为传动模块73提供沿水平方向运动的动力。第二行星减速机72用于对传动模块73进行减速。传动模块73用于在第二伺服电机71提供的动力下带动对位装置11沿水平方向进行运动。在一种可能的实现方式中，对位装置11可以包括固定部111和传感器112。固定部111设置于传动模块73上，固定部111用于在传动模块73的带动下沿水平方向进行运动。传感器112设置于固定部111上。即，传感器112通过固定部111设置于液相内管3上，并且，可以通过固定部111在传动模块73的带动下沿水平方向进行伸缩运动以确定目标位置。传动模块73设置于液相内管3上的方式，可以是焊接的方式。传动模块73可以是齿轮齿条结构，也可以是同步带结构，本实施例对此不做限制，只要其能实现在第二伺服电机71提供的动力下带动对位装置11沿水平方向进行运动即可。

本实施例中，传感器112为以下任一种传感器：激光红外传感器、超声传感器、雷达传感器及电磁传感器。

可选的，第三动力模块8可以包括：第三伺服电机81、第三行星减速机82、第二蜗杆模块83及第二蜗轮模块84。第三伺服电机81、第三行星减速机82、第二蜗杆模块83及第二蜗轮模块84设置于液相外管4上。其中，第三伺服电机81用于在控制装置27的控制下为液相外管4提供水平旋转的动力。第三行星减速机82、第二蜗杆模块83及第二蜗轮模块84用于对液相外管4进行减速。

第三行星减速机82实现一级减速，第二蜗杆模块83及第二蜗轮模块84实现二级减速。第三行星减速机82和第二蜗杆模块83及第二蜗轮模块84相结合的减速方式，可以实现大力矩及高传输效率的输出。

可选的，第四动力模块9可以包括：第四伺服电机91、第四行星减速机92、第三蜗杆模块93及第三蜗轮模块94。第四伺服电机91、第四行星减速机92、第三蜗杆模块93及第三蜗轮模块94设置于液相外管4上。其中，第四伺服电机91用于在控制装置27的控制下为液相外管4提供竖直旋转的动力，第四行星减速机92、第三蜗杆模块93及第三蜗轮模块94用于对液相外管4进行减速。

第四行星减速机92实现一级减速，第三蜗杆模块93及第三蜗轮模块94实现二级减速。第四行星减速机92和第三蜗杆模块93及第三蜗轮模块94相结合的减速方式，可以实现大力矩及高传输效率的输出。

需要说明的是，第三伺服电机81在控制装置27的控制下为液相外管4提供水平旋转的动力，由于液相外管4和液相内管3之间通过第二旋转接头20连接，则液相外管4为在第三伺服电机81提供的动力下绕第二旋转接头20进行水平旋转运动。第四伺服电机91在控制装置27的控制下为液相外管4提供竖直旋转的动力，由于液相外管4和液相内管3之间还通过第三旋转接头25连接，则液相外管4为在第四伺服电机91提供的动力下绕第三旋转接头25进行竖直旋转运动。

进一步地，对位装置11还包括伴热模块(图中未示出)，伴热模块用于在传感器112周围的温度低于预设的温度阈值时，进行加热。这里的预设的温度阈值为传感器112能正常工作的最低温度。通过设置伴热模块可以保证传感器周围的温度都是适宜传感器112正常工作的温度，从而，提高鹤管系统的工作可靠性。

可选的，本实施例中，控制装置27包括：伺服驱动模块271及运动控制模块272。伺服驱动模块271与运动控制模块272电气连接。其中，伺服驱动模块271用于在运动控制模块272的控制下控制动力装置的运行和停止。需要说明的是，伺服驱动模块271中至少包括四个动力模块中的各伺服电机的驱动系统。伺服驱动模块271及运动控制模块272之间可以通过工业现场总线进行通信。运动控制模块272还可以接收传感器112检测的信息，根据程序运算并判断，引导垂管5按照设定的路线运行。在这种实现方式中，传感器112和运动控制模块272之间也需要进行电气连接。

控制装置27还包括电源模块273，电源模块273分别与伺服驱动模块271及运动控制模块272电气连接，用于为伺服驱动模块271及运动控制模块272提供电能。电源模块273连接外界电源，实现电源转换。

可选的，控制装置27还包括控制柜(图中未示出)。伺服驱动模块271、运动控制模块272及电源模块273设置于控制柜中。

控制装置27中也可以包括伴热系统，以确保控制装置27周围的温度都是适宜控制装置27正常工作的温度，以提高鹤管系统的工作可靠性。

本实施例提供的鹤管系统的工作过程分为初始设定步骤和正常工作步骤两个阶段。

初始设定步骤是指鹤管系统安装到现场后进行的第一次设定，没有特殊情况，实际生产环节不需要再次设定。具体过程如下所示：

步骤1：系统设定：将鹤管的机械结构参数、传动比例及电气系统参数输入运动控制模块272，完成初始设定；

步骤2：坐标设定：在运动控制模块272中，将多关节鹤管与目标物体的空间位置纳入同一坐标系统，构建空间坐标系，在坐标系中设定鹤管运行的空间坐标、路径节点与运行安全范围；

步骤3：传感器112行程设定：根据目标物体与传感器112在安装现场的实际位置关系，设定传感器112的有效边界条件。

正常工作步骤的具体过程如下所示：

步骤1：带对位功能的关节式鹤管系统安装固定在罐车停靠轨道附近的栈桥上，罐车停靠到位；

步骤2：人工上车，打开罐车罐口开始检车；检车合格后，人工固定静电夹，上栈桥启动电源模块273及运动控制模块272；

步骤3：运动控制模块272启动，其控制伺服驱动模块271启动，第四伺服电机91启动。第四伺服电机91控制液相外管4竖直旋转，将液相外管4竖直提升到安全高度；

步骤4：第一伺服电机61及第二伺服电机71同时启动，带动液相内管3、液相外管4及对位装置11中的固定部111旋转。同时，固定部111还在传动模块73的带动下沿水平方向进行运动，相应地，传感器112也在水平方向进行伸缩运动，到达指定位置。传感器112打开，进入定位状态；

步骤5：第一伺服电机61及第二伺服电机71根据程序运行，带动液相内管3、液相外管4及固定部111旋转的同时，确保传感器112按照设定的路线运行寻找目标罐口，并根据实际情况进行反馈；

步骤6：对位完成，运动控制模块272将垂管5送达目标位置，传感器112关闭；

步骤7：第一伺服电机61、第三伺服电机81及第四伺服电机91联动，将垂管5垂直下降，到达目标位置；

步骤8：运动控制模块272将到位信号发送到自动灌装系统，实现灌装自动生产。生产完成，鹤管自动复位，达到自动生产的目的。

本实用新型具有如下效果：1)鹤管自动运行，可以不需要人工介入，实现了运行自动化；2)鹤管自动对位，实现对位自动化；3)可以在原有设备基础上进行自动化改造，实现自动功能；4)设备结构形式与通用型鹤管完全相同，结构稳定，没有安全隐患。

本实施例提供的鹤管系统，通过设置基座、固定于基座上的液相导管、通过第一旋转接头与液相导管连接的液相内管、通过第二旋转接头及第三旋转接头与液相内管连接的液相外管、通过第四旋转接头与液相外管连接的垂管、对位装置、动力装置及控制装置，其中，控制装置用于控制对位装置及动力装置，动力装置包括：第一动力模块、第二动力模块、第三动力模块及第四动力模块，第一动力模块用于为液相内管提供水平旋转的动力，第二动力模块用于为对位装置提供动力，第三动力模块用于为液相外管提供水平旋转的动力，第四动力模块用于为液相外管提供竖直旋转的动力，对位装置用于在控制装置的控制下及第二动力模块提供的动力下沿预设的轨迹进行运动，以确定目标位置，实现了在现有的鹤管结构的基础上，增加了对位装置、动力装置和控制装置，控制装置可以控制对位装置及动力装置，动力装置在控制装置的作用下可以使鹤管中的液相内管及液相外管进行运动，对位装置在控制装置和动力装置的作用下能够实现自动对位，一方面，不需要人工介入进行对位，降低了人工劳动强度及提高了操作效率，另一方面，在现有的鹤管结构的基础上进行改造，可靠性较高，从而，在具有高可靠性的基础上降低了人工劳动强度及提高了操作效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。