一种自动对准槽车罐口的悬臂式火车全自动鹤管的制作方法

本实用新型涉及一种火车槽车流体装卸设备，具体是一种机电一体化的智能寻找并自动对准槽车罐口悬臂式火车全自动鹤管。

背景技术：

普遍使用的臂式火车鹤管采用人工推动内外两个悬臂使得鹤嘴对准槽车罐口，操作强度大，而且操作人员必须站在槽车罐背上进行操作，容易发生事故。

另一类火车旋臂鹤管虽然用气动马达或液压马达驱动内外两个悬臂旋转来对准罐口，靠人工操作手阀控制气动马达或液压马达的运转、转向和停止，由于操作人员的目测和操作的误差，很难将鹤管准确地对准在槽车罐口中心，导致鹤管密封盖不能完全覆盖罐口，油气跑损严重。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种自动对准槽车罐口的悬臂式火车全自动鹤管，通过机电一体化的设计，得到一种能够智能寻找并自动对准槽车罐口的悬臂式火车全自动鹤管，利用该鹤管实现了鹤嘴可沿铁轨中心线连续行走的问题，同时也实现了鹤嘴在有限步内自动寻找槽车罐口圆心及准确对位的问题。

为了解决上述问题，本申请提供了一种自动对准槽车罐口的悬臂式火车全自动鹤管，其特征是，包含立柱1、内臂2、外臂3和控制器，内臂2设置在立柱1与外臂3之间，该内臂2的两端分别与立柱1和外臂3铰接，且在内臂2和立柱1的铰接处安装有动力装置A23和角度传感器A24，动力装置A24可实时监测内臂2旋转的角度信息，在外臂3和内臂2铰接处暗账有动力装置B31和角度传感器B32，动力装置B31可驱动外臂3和角度传感器B32相对于内臂2转动，角度传感器B32可实时监测外臂3旋转的角度信息，外臂3的自由端设有鹤嘴，在该鹤嘴上设有罐口探测器GP6；

动力装置A23、动力装置B31、角度传感器A24、角度传感器B32及罐口探测器GP6均与控制器相互通信；

控制器根据悬臂式火车全自动鹤管内臂2和外臂3的长度、内臂2旋转中心到铁轨中心线的距离和各探测点的位置确定鹤嘴到达各探测点内臂2和外臂3需要旋转的角度，并控制动力装置A23和动力装置B31分别驱动内臂2和外臂3先后旋转对应角度使鹤嘴移动至对应探测点，若罐口探测器GP6在某一探测点探测到罐口信号，则控制器控制动力装置A23驱动内臂2和外臂3以内臂2的旋转中心为轴旋转并使外臂3自由端的鹤嘴找到罐口两边沿，控制根据角度传感器A24和角度传感器B32采集的罐口两边沿与内臂2旋转中心连线的角度确定出罐口的圆心位置，进而确定出使鹤嘴对准罐口圆心时内臂2和外臂3需要旋转的角度，控制器最后再次控制动力装置A23、动力装置B31以及角度传感器A24和角度传感器B32驱动内臂2和外臂3旋转直至完成对位。

作为本申请的优选方案，内臂2与立柱1的铰接处及内臂2与外臂3的铰接处分别设有接近开关A25和接近开关B33，该接近开关A25和接近开关B33与控制器通信，该接近开关A25或接近开关B33在内臂2或外臂3旋转时作为基准角度采集单元，其用于采集内臂2或外臂3当前的基准角度；在内臂2或外臂3复位至起始位置时作为限位单元，其用于限制内臂2或外臂3的旋转角度并使其处于同一直线上。

作为本申请的优选方案，鹤嘴包含密封盖气相管一体件50、灌装套管52和升降机构，升降机构与控制器之间相互通信，且该升降机构包含用于驱动密封盖气相管一体件50升降移动的第一提升机构和用于驱动灌装套管52升降移动的第二升降机构。

作为本申请的优选方案，罐口探测器GP6设置在密封盖气相管一体件50上，且该罐口探测器GP6发出的检测信号不受密封盖气相管一体件50遮挡，其与灌装套管52中心线交汇在槽车罐背高度附近。

作为本申请的优选方案，内臂2包含相互并列的气相臂22和油气臂21，油气臂21与外臂3接通，气相臂22通过气相软管4与灌装套管52上的气相管接通，且该气相臂22与外臂3隔断。

作为本申请的优选方案，控制器的信号输出端设有执行机构，该执行机构包含电控气阀YV或交流接触器KM；动力装置A23和动力装置B31包含气动马达、液压马达或电机；罐口探测器包含激光传感器或超声波位移传感器；角度传感器A24和角度传感器B32包含增量编码器或绝对值编码器PG；控制器包含PLC或单片机。

本实用新型的有益效果是旋臂鹤管通过有限的几步就能够自动找到槽车罐口的圆心，实现准确对位。

附图说明

图1是本实用新型提供的悬臂式火车全自动鹤管结构示意图；

图2是本实用新型提供内、外臂在铁轨中心线上的确定对位范围的结构示意图；

图3是本实用新型提供的计算内、外臂旋转角度β和γ的结构示意图；

图4是本实用新型提供的确定罐口中心的结构示意图；

图5是本实用新型提供的悬臂式火车全自动鹤管控制原理图；

图6是本实用新型提供的内、外臂起始位置存在基准角度的结构示意图。

附图标记

立柱1，内臂2，油气臂21，法兰B211，气相臂22，法兰A221，动力装置A23，角度传感器A24，接近开关A25，外臂3，动力装置B31，角度传感器B32，接近开关B33，气相软管4，密封盖气相管一体件50，电机C51，灌装套管52，气缸BG53，罐口探测器GP6；

GP为罐口探测器，SQP1-SQP2为接近开关，PG1-PG2为绝对值编码器，M1为动力装置A，M2为动力装置B，M3为电机C，BG为气缸， KM1-KM2为交流接触器，YV1-YV2为电控气阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

本实施例提供了一种悬臂式火车全自动鹤管，该旋臂鹤管包含立柱1、内臂2、外臂3和控制器，参见图1-2；内臂2的一端通过转轴安装在立柱1上，在该转轴处安装有动力装置A23和角度传感器A24，内臂2的动力装置A23带动内臂2绕其转轴转动，内臂2的动力装置A由气动马达、液压马达或者各类电机以及减速器组成，本实施例优选该动力装置A23为电机M1，内臂2的角度传感器A24也由内臂2的动力装置A带动，内臂2的角度传感器A可以是增量编码器也可以是绝对值编码器，本实施例优选为绝对值编码器PG1，内臂2的角度传感器A输出的数据对应内臂2的旋转角度。

外臂3通过转轴安装在内臂2的前端，在该转轴处安装有动力装置B31和角度传感器B32，外臂3的动力装置B31带动外臂3绕其转轴转动，外臂3的动力装置B31由气动马达、液压马达或者各类电机及减速器组成，本实施例优选该动力装置B31为电机M2，外臂3的角度传感器B32也由动力装置B31带动，外臂3的角度传感器B32可以是增量编码器也可以是绝对值编码器，本实施例优选为绝对值编码器PG2，外臂3的角度传感器B32输出的数据对应外臂3的旋转角度。

本实施例中，为了避免机械磨损或安装误差以及为了使内臂2和外臂3准确复位，优选在内臂2的旋转接头上安装有接近开关A25，在外臂3的旋转接头上安装有接近开关B33，在内臂2和外臂3旋转时接近开关A25和接近开关B33作为基准角度采集单元，其用于采集内臂2和外臂3当前的基准角度；在内臂2和外臂3复位至起始位置时作为限位单元，其用于限制内臂2和外臂3的旋转角度并使其处于同一直线上；本实施例中，上述接近开关A25和接近开关B33分别用SQP1和SQP2表示。

鹤嘴固定在外臂3的前端，鹤嘴由密封盖气相管一体件50、灌装套管52和升降机构等组成，升降机构与控制器之间相互通信，且该升降机构包含用于驱动密封盖气相管一体件50升降移动的第一提升机构和用于驱动灌装套管52升降移动的第二升降机构，本实施例中，第一升降机构为气缸BG53，第二升降机构为电机M3；鹤嘴上设有罐口探测器GP6，罐口探测器GP6可以采用激光传感器或者超声波位移传感器，本实施例中，为了使鹤管与罐口准确对位，优选罐口探测器GP6设置在密封盖气相管一体件50上，且该罐口探测器GP6发出的检测信号不受密封盖气相管一体件50遮挡，其与灌装套管52中心线交汇在槽车罐背高度附近。

控制器为PLC或者单片机，罐口探测器GP6、内臂的角度传感器A24、接近开关A25、外臂的角度传感器B32、接近开关B33来的五路信号输入给控制器，控制器的信号输出端设有执行机构，该执行机构由电控气阀YV或交流接触器KM或其它电机驱动器组成，控制器输出的控制信号经过执行机构从而驱动动力装置A23及动力装置B31以及第一升降机构和第二升降机构启动或停止进而驱动内臂2、外臂3的运转、转向和停止以及密封盖气相管一体件50和灌装套管52的升降。

本实施例中，控制器控制内臂2、外臂3旋转以及密封盖气相管一体件50和灌装套管52的升降的具体方式包含：

为了更好说明，以下内容中A表示内臂2的长度，B表示外臂3的长度，C表示内臂旋转中心到铁轨中心线的距离，H表示最大对位范围值，D表示探测点的位置，d表示相邻探测点间距；

在发送对位指令之前，需要根据内臂2的长度A、外臂3的长度B及内臂旋转中心到铁轨中心线的距离C确定鹤管的最大对位范围H，并在该最大对位范围H内设置若干探测点72，相邻两探测点之间的距离d小于罐口直径，本实施例中，为了确保罐口圆心位于对位范围内优选将对位范围的左极限点70以内小于等于1/2罐口直径处作为第一探测点，将对位范围的右极限点71以内小于等于1/2罐口直径处做为最后一探测点，第一探测点和最后一探测点之间可等距离也可随机设置多个探测点72，本实施例优选等距设置多个探测点，参见图3；

本实施例中，上述过程可人为手动操作，也可通过设备自动控制。

在接收到对位指令后，控制器根据内臂2和外臂3的长度A、B、内臂旋转中心到铁轨中心线的距离C以及铁轨中心线上对位范围内的预设探测点位置D计算出鹤嘴到达该预设探测点内臂2和外臂3需要旋转的角度β和γ，控制执行机构KM1和KM2驱动动力装置A及B带动内臂2和外臂3旋转，使鹤嘴对准对应探测点，同时，控制器存储角度β、角度γ以及绝对值编码器PG1和PG2监测到的内臂2和外臂3旋转过程中鹤嘴中心点与预设探测点相交点距内臂2旋转中心点的连线与水平位置之间的角度f，参见图4。

罐口探测器GP6若在上述预设探测点上没有探测到罐口信号，则控制器根据上述计算内臂2和外臂3所需旋转的角度方法确定出鹤嘴到达下一探测点内臂2和外臂3需要旋转的角度并驱动鹤嘴到下一个探测点，依次循环。

若罐口探测器GP6在某一探测点上探测到罐口信号，则控制器以内臂2旋转中心为轴控制电机M1驱动内臂2和外臂3继续向前旋转找到罐口的前边沿，再转向向后旋转找到另一边沿，控制器获取该罐口两边沿与内臂2旋转中心的连线与水平位置的角度f1和f2并获取该角度f1和f2的角平分线，因为该角平分线必过罐口圆形，控制器再次获取该角平分线与水平位置的夹角f0，最后根据该角度f0计算出罐口中心位置并确定出鹤管至该罐口中心位置时内臂2和外臂3需要旋转角度，参见图5；最终控制器控制执行机构YV1和YV2启动电机M1和M2驱动内臂2和外臂3旋转使得鹤嘴对准罐口中心，最后控制器再控制执行机构KM1和KM2启动提升气缸BG53和电机M3驱动密封盖气相管一体件50和灌装套管52下降与罐口对接。

本实施例中，为了避免机械磨损及安装误差导致计算出的内臂2和外臂3的旋转角度精度降低，本实施例优选当控制器计算出鹤嘴到达探测点内臂2和外臂3所需旋转角度后，还需获取接近开关SQP1和SQP2采集的内臂2和外臂3当前的基准角度a，并将该基准角度a与计算出的内臂2或外臂3所需旋转角度相减得到内臂2或外臂3的最终旋转角度，参见图6。

进一步地，在本实施例中，内臂2包含相互并列的气相臂22和油气臂21，油气臂21与外臂3接通，其用于输送油气至鹤嘴，气相臂22与外臂3不通，其通过气相软管4与灌装套管52的气相管接通，用于将槽车灌装油气时产生的气体外排。

气相臂22与立柱1铰接的末端设有用于接收外排气体装置的法兰A221，油气臂21与立柱1铰接的末端设有用于连接油气罐的法兰B211。

本实施例中的该悬臂式火车全自动鹤管结构简单，操作方便，使用时不仅无需人为实时手动操纵，而且可快速、准确的确定出罐口中心的位置，提高了工作效率，同时，使得鹤嘴升降机构可与罐口准确对位，避免油气漏气现象的存在。