CN107289321A - 气瓶自动配气装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气瓶自动配气装置及其使用方法，属于液化、固化或压缩气体装入压力容器的方法和设备技术领域，包括机架、电子秤、plc控制单元和安装在机架上的真空泵，机架的一侧由下向上依次设有气瓶称重机构、气瓶固定机构、气瓶充装卡具、气瓶卡具升降框架、瓶阀手轮开关机构，电子秤位于气瓶称重机构的下方，气瓶充装卡具设置在气瓶卡具升降框架内，瓶阀手轮开关机构安装在气瓶卡具升降框架的上端，瓶阀手轮开关机构包括开关瓶阀电机，机架顶端还设有升降机构。本发明避免了配气发生危险时对充装人员的伤害，同时，大大提高了配气效率，称重的准确性也得到了保证，每种气体的占比都很精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种气瓶自动配气装置及其使用方法，属于液化、固化或压缩气体装入压力容器的方法和设备技术领域。
背景技术
现有气瓶配气技术大致过程包括以下步骤：
1、根据各气体成分计算所需的配比重量及先后顺序；
2、将处理过的气瓶手动放置在天平称重台上，去皮，清零，手动上紧气瓶夹具；
3、打开管路上的阀门，打开真空泵，真空阀，将整个管路进行抽真空处理；
4、打开原料阀，将计算好的气体成分依次充入气瓶中。
由于一个气瓶往往需要充装多种气体，而且对每种气体的具体含量要求较高，每充装完一种气体都要进行称重，手动操作误差较大，而且一种气体可能需要多次充装才可以，大大影响了充装效率；此外，由于气瓶属于压力容器，配气过程存在危险性，而且某些气体含有毒性，也存在一定的危险性。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种安全性高、配气精确度高、配气效率高的气瓶自动配气装置及其使用方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
即一种气瓶自动配气装置，包括机架、电子秤、plc控制单元和安装在机架上的真空泵，机架的一侧由下向上依次设有气瓶称重机构、气瓶固定机构、气瓶充装卡具、气瓶卡具升降框架、瓶阀手轮开关机构，电子秤位于气瓶称重机构的下方；
气瓶充装卡具设置在气瓶卡具升降框架内，瓶阀手轮开关机构安装在气瓶卡具升降框架的上端，瓶阀手轮开关机构包括开关瓶阀电机，开关瓶阀电机的转轴上安装有扭矩传感器和手轮夹紧机构，机架顶端还设有升降机构，升降机构与气瓶卡具升降框架的顶端相联接；
电子秤、气瓶充装卡具、瓶阀手轮开关机构、升降机构分别连接plc控制单元。
本发明用于对气瓶配气，其中的称重、瓶阀的固定以及手轮的转动都是依靠plc控制单元进行自动化操作，操作人员无需在设备旁边，在操作室通过操作plc控制单元就可以完成，避免了配气发生危险时对充装人员的伤害，同时，大大提高了配气效率，称重的准确性也得到了保证，每种气体的占比都很精确。
所述机架的下端设有两条直线导轨；
所述气瓶称重机构包括瓶体支架和两个双杆气缸；
瓶体支架内设有气瓶，瓶体支架底板上固定设有四个定位轴套，双杆气缸的缸体上设有直线滑块，该直线滑块位于直线导轨内，双杆气缸的活塞杆上设有支板托架，支板托架上固定设有两个定位销轴，双杆气缸与plc控制单元连接。气瓶能够随着瓶体支架、双杆气缸上一起在直线导轨上移动，方便了气瓶的搬运，也便于对气瓶进行称重。
所述气瓶称重机构上端固定设有四个卡具固定支架；
所述气瓶固定机构包括有两个气瓶固定卡具和两个双向滚珠丝杠；
每个双向滚珠丝杠均穿过两个卡具固定支架和两个气瓶固定卡具设置，每个双向滚珠丝杠的一端均联接有同步带轮，其中一个同步带轮上设有手动摇把，两个同步带轮上缠绕有同步带。
所述气瓶卡具升降框架下端固定联接有瓶阀矫正支架，瓶阀矫正支架为一个四方形的板框，瓶阀矫正支架上设有门型框和瓶阀入口；
气瓶卡具升降框架和瓶阀矫正支架靠近机架的一侧上均设有直线滑块，所述机架的立柱内侧设有滑轨，气瓶卡具升降框架和瓶阀矫正支架通过直线滑块设置在机架上，直线滑块位于滑轨内。升降机构驱动气瓶卡具升降框架和瓶阀矫正支架升降更加稳定，气瓶充装卡具固定瓶阀的位置能更加准确。
所述气瓶充装卡具包括两个夹瓶阀气缸，夹瓶阀气缸为双活塞杆气缸，两个夹瓶阀气缸的活塞杆上联接有一个气体充装软管卡具，夹瓶阀气缸与plc控制单元连接。
所述开关瓶阀电机的转轴上设有导电滑环和气动旋转接头，所述手轮夹紧机构安装在气动旋转接头上；
手轮夹紧机构包括由四个调节螺母联接在一起的两个十字架，每个十字架上均设有四个滑道，靠下的十字架上设有四个夹手轮气缸，每个夹手轮气缸的活塞杆上均设有卡爪，卡爪是穿过滑道竖直设置的，所述气瓶卡具升降框架顶端设有防爆箱外壳，夹手轮气缸与plc控制单元连接。
所述升降机构包括有步进电机，步进电机的转子为一根升降丝杠，升降丝杠穿过气瓶卡具升降框架上端，升降丝杠上设有螺母，螺母固定设置在气瓶卡具升降框架的上端。
本发明所述的气瓶自动配气装置的使用方法，包括以下步骤：
第一步：将气瓶装入瓶体支架，气瓶随着气瓶称重机构一起在两条直线导轨上移动，气瓶瓶阀在通过瓶阀矫正支架的瓶阀入口时被顺正，使得气瓶瓶阀输气口的方向向左。
第二步：使用气瓶固定机构将气瓶固定。
第三步：升降机构带动气瓶卡具升降框架下落，下落到气瓶充装卡具的中心与气瓶瓶阀中心同心时停止，plc控制单元控制气瓶充装卡具将气瓶瓶阀固定。
第四步：升降机构带动气瓶卡具升降框架继续下落，当下落到手轮夹紧机构的卡爪能够卡到手轮时停止，plc控制单元控制四个夹手轮气缸带动四个卡爪夹紧手轮，此时气瓶充装卡具处于悬浮状态。
第五步：电子秤对气瓶去皮称重。
第六步：plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮，即开启气瓶瓶阀，plc控制单元控制真空泵对气瓶抽真空。
第七步：关闭真空泵，按照事先计算好的各种气体的配比，plc控制单元依次控制每个原料气瓶给气瓶充装，每次充装都需要进行称重，达到预定的重量后，plc控制单元控制输气管路上的阀门关闭，每一种气体都向气瓶内充装了事先计算好的量，plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮，即关闭气瓶瓶阀。
第八步：升降机构将气瓶卡具升降框架提升，上升到气瓶卡具升降框架底端接触到气瓶充装卡具后停止，plc控制单元控制气瓶充装卡具松开。
第九步：升降机构将气瓶卡具升降框架继续提升，上升到起始位置后停止，完成一次气瓶充装过程。
所述第五步与所述第七步中的称重包括如下步骤：
第1步：plc控制单元控制双杆气缸带动支架托板将瓶体支架和气瓶整体提升后将电子秤清零。
第2步：plc控制单元控制双杆气缸带动瓶体支架下落，下落到瓶体支架的底板接触到电子秤时停止，完成对气瓶的称重。
所述第六步与所述第七步中plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮包括如下步骤：
第1步：plc控制单元控制开关瓶阀电机转动，开关瓶阀电机带动手轮夹紧机构和手轮一起转动。
第2步：在手轮被上紧或松开的过程中，扭矩传感器感应到预设的扭矩值后将信号传送给plc控制单元，随后plc控制单元控制开关瓶阀电机停止转动。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
本发明用于对气瓶配气，其中的称重、瓶阀的固定以及手轮的转动都是依靠plc控制单元进行自动化操作，操作人员无需在设备旁边，在操作室通过操作plc控制单元就可以完成，避免了配气发生危险时对充装人员的伤害，同时，大大提高了配气效率，称重的准确性也得到了保证，每种气体的占比都很精确。
附图说明
图1为气瓶自动配气装置的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大结构示意图；
图3为图1中B处的局部放大结构示意图；
图4为气瓶充装卡具的结构示意图；
图5为图1中C处的局部放大结构示意图；
图6为气瓶自动配气装置的操作步骤流程图。
图中：1、机架；2、真空泵；3、瓶阀入口；4、门型框；5、螺母；6、升降丝杠；7、步进电机；8、开关瓶阀电机；9、防爆箱外壳；10、导电滑环；11、扭矩传感器；12、气瓶卡具升降框架；13、气动旋转接头；14、调节螺母；15、夹手轮气缸；16、卡爪；17、夹瓶阀气缸；18、气体充装软管卡具；19、气瓶瓶阀；20、瓶阀矫正支架；21、气瓶；22、气瓶固定卡具；23、同步带轮；24、同步带；25、手动摇把；26、双向滚珠丝杠；27、卡具固定支架；28、瓶体支架；29、定位销轴；30、定位轴套；31、支架托板；32、电子秤；33、直线导轨；34、双杆气缸；35、直线滑块；36、十字架；37、滑道。
具体实施方式
下面对照附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示的一种气瓶自动配气装置，包括机架1、plc控制单元、电子秤32以及安装在机架1上的真空泵2，机架1的一侧由下向上依次设有气瓶称重机构、气瓶固定机构、气瓶充装卡具、气瓶卡具升降框架12、瓶阀手轮开关机构，电子秤32位于气瓶称重机构的下方，气瓶充装卡具设置在气瓶卡具升降框架12内，气瓶充装卡具与一个总输气软管相联接，该总输气软管又分别与多个输气软管一一连通，输气软管每个输气软管联接一个气源瓶，每个输气软管上均设有一个气动阀，真空泵2也是通过一个输气软管与总输气软管连通的，该输气软管上设有真空阀，气动阀和真空阀的开、关均是由plc控制单元来控制的。
瓶阀手轮开关机构安装在气瓶卡具升降框架12的上端，瓶阀手轮开关机构包括开关瓶阀电机8，开关瓶阀电机8的转轴上安装有扭矩传感器11和手轮夹紧机构，开关瓶阀电机8电气连接plc控制单元。
机架1顶端还设有升降机构，升降机构与气瓶卡具升降框架12的顶端相联接，气瓶卡具升降框架12下端固定联接有瓶阀矫正支架20，瓶阀矫正支架20为一个四方形的板框，瓶阀矫正支架20上设有门型框4和瓶阀入口3，气瓶卡具升降框架12和瓶阀矫正支架20靠近机架1的一侧上均设有直线滑块35，机架1的立柱内侧设有滑轨，气瓶卡具升降框架12和瓶阀矫正支架20通过直线滑块35设置在机架1上，直线滑块35位于滑轨内，电子秤32、气瓶充装卡具、瓶阀手轮开关机构、升降机构分别连接plc控制单元。
如图1、图2所示，机架1的下端设有两条直线导轨33，气瓶称重机构包括瓶体支架28和两个双杆气缸34，瓶体支架28内设有气瓶21，瓶体支架28底板上固定设有四个定位轴套30，双杆气缸34的缸体上设有直线滑块35，该直线滑块35位于直线导轨33内，双杆气缸34的活塞杆上设有支板托架31，支板托架31上固定设有两个定位销轴29，双杆气缸34通过电磁阀与plc控制单元连接。
如图1、图3所示，气瓶称重机构上端固定设有四个卡具固定支架27，气瓶固定机构包括有两个气瓶固定卡具22和两个双向滚珠丝杠26，每个双向滚珠丝杠26均穿过两个卡具固定支架27和两个气瓶固定卡具22设置，每个双向滚珠丝杠26的一端均联接有同步带轮23，其中一个同步带轮23上设有手动摇把25，两个同步带轮23上缠绕有同步带24。
如图1、图4所示，气瓶充装卡具包括两个夹瓶阀气缸17，夹瓶阀气缸17为双活塞杆气缸，两个夹瓶阀气缸17的活塞杆上联接有一个气体充装软管卡具18，夹瓶阀气缸17通过电磁阀与plc控制单元连接。
如图1和图5所示，开关瓶阀电机8的转轴上设有导电滑环10和气动旋转接头13，手轮夹紧机构安装在气动旋转接头13上，手轮夹紧机构包括由四个调节螺母14联接在一起的两个十字架36，每个十字架36上均设有四个滑道37，靠下的十字架36上设有四个夹手轮气缸15，每个夹手轮气缸15的活塞杆上均设有卡爪16，卡爪16是穿过滑道37竖直设置的，气瓶卡具升降框架12顶端设有防爆箱外壳9，夹手轮气缸15通过电磁阀与plc控制单元连接。
如图1所示，升降机构包括有步进电机7，步进电机7的转子为一根升降丝杠6，升降丝杠6穿过气瓶卡具升降框架12上端，升降丝杠6上设有螺母5，螺母5固定设置在气瓶卡具升降框架12的上端，步进电机7电气连接plc控制单元。
本发明所述的气瓶自动配气装置的使用方法，包括以下步骤：
第一步：操作人员手动将气瓶21装入瓶体支架28，推动气瓶21随着气瓶称重机构一起在两条直线导轨33上移动，气瓶瓶阀19在通过瓶阀矫正支架20的瓶阀入口3时被顺正，使得气瓶瓶阀19输气口的方向向左。
第二步：转动手动摇把25，两个气瓶固定卡具22将气瓶21固定。
第三步：plc控制单元控制步进电机7启动，事先根据气瓶充装卡具与气瓶瓶阀19的距离计算出步进电机7需要旋转的圈数来进行plc程序的设定，升降机构带动气瓶卡具升降框架12下落，下落到气瓶充装卡具的中心与气瓶瓶阀19中心同心时停止，plc控制单元控制气瓶充装卡具将气瓶瓶阀19固定。
第四步：升降机构带动气瓶卡具升降框架12继续下落，当下落到手轮夹紧机构的卡爪16能够卡到手轮时停止，这个过程也是通过测量距离计算出步进电机7需要旋转的圈数来进行plc程序的设定来实现的，plc控制单元控制四个夹手轮气缸15带动四个卡爪16夹紧手轮，此时气瓶充装卡具处于悬浮状态。
第五步：电子秤32对气瓶21去皮称重。
第六步：plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮，即开启气瓶瓶阀19，气瓶瓶阀19的开启程度是通过扭矩传感器11感应到的，扭矩传感器11将感应到的扭矩值转变成电信号传送给plc控制单元，达到一定的扭矩值后，plc控制单元控制开关瓶阀电机8停止转动，plc控制单元控制真空泵2对气瓶21抽真空，抽真空完成后，plc控制单元控制真空泵2关闭。
第七步：按照事先计算好的各种气体的配比，plc控制单元依次控制每个原料气瓶给气瓶21充装，每次充装都需要进行称重，达到预定的重量后，plc控制单元控制输气软管上的电磁阀关闭，每一种气体都向气瓶内充装了事先计算好的量，plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮，即关闭气瓶瓶阀19，关闭气瓶瓶阀19的过程与上述开启气瓶瓶阀19的过程类似。
第八步：升降机构将气瓶卡具升降框架12提升，上升到气瓶卡具升降框架12底端接触到气瓶充装卡具后停止，该过程与上述卡具升降框架12下降的过程的原理相同，plc控制单元控制气瓶充装卡具松开。
第九步：升降机构将气瓶卡具升降框架12继续提升，上升到起始位置后停止，该过程与上述气瓶卡具升降框架12下降的过程的原理相同，完成一次气瓶21充装过程。
第五步与第七步中的称重包括如下步骤：
第1步：plc控制单元控制双杆气缸34带动支架托板31将瓶体支架28和气瓶21整体提升后将电子秤32清零。
第2步：plc控制单元控制双杆气缸34带动瓶体支架28下落，下落到瓶体支架28的底板接触到电子秤32时停止，完成对气瓶21的称重。
第六步与第七步中plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮包括如下步骤：
第1步：plc控制单元控制开关瓶阀电机8转动，开关瓶阀电机8带动手轮夹紧机构和手轮一起转动。
第2步：在手轮被上紧或松开的过程中，扭矩传感器感应到预设的扭矩值后将信号传送给plc控制单元，随后plc控制单元控制开关瓶阀电机8停止转动。
本发明用于对气瓶配气，其中的称重、瓶阀的固定以及手轮的转动都是依靠plc控制单元进行自动化操作，操作人员无需在设备旁边，在操作室通过操作plc控制单元就可以完成，避免了配气发生危险时对充装人员的伤害，同时，大大提高了配气效率，称重的准确性也得到了保证，每种气体的占比都很精确。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
Claims (10)
1.一种气瓶自动配气装置，包括机架(1)、电子秤(32)和安装在机架(1)上的真空泵(2)，其特征在于：还包括plc控制单元，所述机架(1)的一侧由下向上依次设有气瓶称重机构、气瓶固定机构、气瓶充装卡具、气瓶卡具升降框架(12)、瓶阀手轮开关机构，电子秤(32)位于气瓶称重机构的下方；
气瓶充装卡具设置在气瓶卡具升降框架(12)内，瓶阀手轮开关机构安装在气瓶卡具升降框架(12)的上端，瓶阀手轮开关机构包括开关瓶阀电机(8)，开关瓶阀电机(8)的转轴上安装有扭矩传感器(11)和手轮夹紧机构，机架(1)顶端还设有升降机构，升降机构与气瓶卡具升降框架(12)的顶端相联接；
电子秤(32)、气瓶充装卡具、瓶阀手轮开关机构、升降机构分别连接plc控制单元。
2.根据权利要求1所述的气瓶自动配气装置，其特征在于：所述机架(1)的下端设有两条直线导轨(33)；
所述气瓶称重机构包括瓶体支架(28)和两个双杆气缸(34)；
瓶体支架(28)内设有气瓶(21)，瓶体支架(28)底板上固定设有四个定位轴套(30)，双杆气缸(34)的缸体上设有直线滑块(35)，该直线滑块(35)位于直线导轨(33)内，双杆气缸(34)的活塞杆上设有支板托架(31)，支板托架(31)上固定设有两个定位销轴(29)，双杆气缸(34)与plc控制单元连接。
3.根据权利要求1或2所述的气瓶自动配气装置，其特征在于：所述气瓶称重机构上端固定设有四个卡具固定支架(27)；
所述气瓶固定机构包括有两个气瓶固定卡具(22)和两个双向滚珠丝杠(26)；
每个双向滚珠丝杠(26)均穿过两个卡具固定支架(27)和两个气瓶固定卡具(22)设置，每个双向滚珠丝杠(26)的一端均联接有同步带轮(23)，其中一个同步带轮(23)上设有手动摇把(25)，两个同步带轮(23)上缠绕有同步带(24)。
4.根据权利要3所述的气瓶自动配气装置，其特征在于：所述气瓶卡具升降框架(12)下端固定联接有瓶阀矫正支架(20)，瓶阀矫正支架(20)为一个四方形的板框，瓶阀矫正支架(20)上设有门型框(4)和瓶阀入口(3)；
气瓶卡具升降框架(12)和瓶阀矫正支架(20)靠近机架(1)的一侧上均设有直线滑块(35)，所述机架(1)的立柱内侧设有滑轨，气瓶卡具升降框架(12)和瓶阀矫正支架(20)通过直线滑块(35)设置在机架(1)上，直线滑块(35)位于滑轨内。
5.根据权利要求1所述的气瓶自动配气装置，其特征在于：所述气瓶充装卡具包括两个夹瓶阀气缸(17)，夹瓶阀气缸(17)为双活塞杆气缸，两个夹瓶阀气缸(17)的活塞杆上联接有一个气体充装软管卡具(18)，夹瓶阀气缸(17)与plc控制单元连接。
6.根据权利要求1所述的气瓶自动配气装置，其特征在于：所述开关瓶阀电机(8)的转轴上设有导电滑环(10)和气动旋转接头(13)，所述手轮夹紧机构安装在气动旋转接头(13)上；
手轮夹紧机构包括由四个调节螺母(14)联接在一起的两个十字架(36)，每个十字架(36)上均设有四个滑道(37)，靠下的十字架(36)上设有四个夹手轮气缸(15)，每个夹手轮气缸(15)的活塞杆上均设有卡爪(16)，卡爪(16)是穿过滑道(37)竖直设置的，所述气瓶卡具升降框架(12)顶端设有防爆箱外壳(9)，夹手轮气缸(15)与plc控制单元连接。
7.根据权利要求5或6所述的气瓶自动配气装置，其特征在于：所述升降机构包括有步进电机(7)，步进电机(7)的转子为一根升降丝杠(6)，升降丝杠(6)穿过气瓶卡具升降框架(12)上端，升降丝杠(6)上设有螺母(5)，螺母(5)固定设置在气瓶卡具升降框架(12)的上端。
8.一种气瓶自动配气装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
第一步：将气瓶(21)装入瓶体支架(28)，气瓶(21)随着气瓶称重机构一起在两条直线导轨(33)上移动，气瓶瓶阀(19)在通过瓶阀矫正支架(20)的瓶阀入口(3)时被顺正，使得气瓶瓶阀(19)输气口的方向向左；
第二步：使用气瓶固定机构将气瓶(21)固定；
第三步：升降机构带动气瓶卡具升降框架(12)下落，下落到气瓶充装卡具的中心与气瓶瓶阀(19)中心同心时停止，plc控制单元控制气瓶充装卡具将气瓶瓶阀(19)固定；
第四步：升降机构带动气瓶卡具升降框架(12)继续下落，当下落到手轮夹紧机构的卡爪(16)能够卡到手轮时停止，plc控制单元控制四个夹手轮气缸(15)带动四个卡爪(16)夹紧手轮，此时气瓶充装卡具处于悬浮状态；
第五步：电子秤(32)对气瓶(21)去皮称重；
第六步：plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮，即开启气瓶瓶阀(19)，plc控制单元控制真空泵(2)对气瓶(21)抽真空；
第七步：关闭真空泵(2)，按照事先计算好的各种气体的配比，plc控制单元依次控制每个原料气瓶给气瓶(21)充装，每次充装都需要进行称重，达到预定的重量后，plc控制单元控制输气管路上的阀门关闭，每一种气体都向气瓶内充装了事先计算好的量，plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮，即关闭气瓶瓶阀(19)；
第八步：升降机构将气瓶卡具升降框架(12)提升，上升到气瓶卡具升降框架(12)底端接触到气瓶充装卡具后停止，plc控制单元控制气瓶充装卡具松开；
第九步：升降机构将气瓶卡具升降框架(12)继续提升，上升到起始位置后停止，完成一次气瓶(21)充装过程。
9.根据权利要求8所述的气瓶自动配气装置的使用方法，所述第五步与所述第七步中的称重包括如下步骤：
第1步：plc控制单元控制双杆气缸(34)带动支架托板(31)将瓶体支架(28)和气瓶(21)整体提升后将电子秤(32)清零；
第2步：plc控制单元控制双杆气缸(34)带动瓶体支架(28)下落，下落到瓶体支架(28)的底板接触到电子秤(32)时停止，完成对气瓶(21)的称重。
10.根据权利要求8或9所述的气瓶自动配气装置的使用方法，所述第六步与所述第七步中plc控制单元控制手轮夹紧机构转动手轮包括如下步骤：
第1步：plc控制单元控制开关瓶阀电机(8)转动，开关瓶阀电机(8)带动手轮夹紧机构和手轮一起转动；
第2步：在手轮被上紧或松开的过程中，扭矩传感器感应到预设的扭矩值后将信号传送给plc控制单元，随后plc控制单元控制开关瓶阀电机(8)停止转动。
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