CN108747270B - 汽车卸车自动对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了汽车卸车自动对接装置，主要涉及槽车卸车装置领域。包括机械臂、测距系统、对位系统、管道系统和控制系统，实现卸油系统与汽车槽车卸油口位置的自动定位、自动对接。本发明的有益效果在于：它利用自动化技术，实现汽车罐车卸车工位的生产自动化和远程控制，因此利用自动化手段，替代简单、重复劳动，特别是在危化领域，可以达到减员增效的目的。

Description

汽车卸车自动对接装置

技术领域

本发明涉及槽车卸车装置领域，具体是汽车卸车自动对接装置。

背景技术

石油采油作业区采集出来的原油，根据作业区产量多少的区别，就地经过简单处理后，通过管输或陆路运输的方式汇总到集中的装卸点，比如装车站、加油注水站等等，进行临时储存，达到一定的储存量后，再通过相对集中的途径，调运到炼化企业进行深度加工。由于国内各采油点之间的距离相对比较远，各点的出油量也不大，采用管输方式实现原油输送的情况比较少，各单井采油点采出的原油就需要通过汽车槽车将原油运输到统一的装卸点进行转运，这种情况比较普遍。

汽车槽车将原油运输到集中装卸点后需要将原油卸到指定的储油装置，当前通用的方式是在装卸点建设几个原油储存池，储存池的标高较低，汽车槽车到位后，用一根软管与槽车卸车口连接，然后打开阀门，通过重力将原油排放到储存池。这种生产方式非常粗放，露天作业，开放式排放，达不到环保政策的要求。并带来诸多弊端，如生产方式粗放，现场作业精细度较差，无法满足达标排放的要求；原油成分复杂，一般都带有不同程度的有毒有害成分，对现场操作人员有毒副作用；每次卸车是否能够达到卸干卸尽，靠人工自己判断，容易对业主造成经济损失；人工拖拽管道，特别是恶劣气候条件下，人工劳动强度大；石油价格长期处于低位徘徊、采油作业区工作环境比较恶劣，一方面难以找到合适的员工，另一方面养员工的成本越来越高等。

本技术方案主要针对的是石油采油作业区汽车槽车陆路运输方向原油卸车环节，希望采用更多的自动化技术，让机器代替人工完成部分重复性体力工作，降低员工劳动强度，提高生产效率，并达到安全生产、密闭生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供汽车卸车自动对接装置，它利用自动化技术，实现卸油系统与汽车槽车卸油口位置的自动定位、自动对接，进而实现汽车罐车卸车工位的生产自动化和远程控制，因此利用自动化手段，替代简单、重复劳动，特别是在危化领域，可以达到减员增效的目的。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

汽车卸车自动对接装置，包括：

机械臂，所述机械臂包括通过伺服电机驱动的X轴总成、Y轴总成、Z轴总成和W轴总成，所述W轴总成用以实现X-Y-Z三轴系统的整体旋转，所述X轴总成、Y轴总成、Z轴总成分别用以实现X轴、Y轴、Z轴的三轴方向直线运行，

所述W轴总成包括固定座，所述固定座固定在车场的车尾端，所述固定座上设有与其转动连接的底架，所述底架通过W轴伺服电机驱动转动，

所述X轴总成包括支撑架、X轴行程架、X轴滑台，所述支撑架竖直设置且其底端固定在底架的中部，所述支撑架的顶端与X轴行程架固定，所述X轴行程架上沿X方向安装有X轴直线导轨和X轴齿条，所述X轴直线导轨为两条且前后并列设置，所述X轴直线导轨上滑动连接有X轴滑块，所述X轴滑块固定在X轴滑台上，所述X轴滑台的底面可转动的安装有X轴齿轮，所述X轴齿轮通过安装在X轴滑台上的X轴伺服电机驱动，且所述X轴齿轮与X轴齿条啮合，

所述Y轴总成包括框型架，所述框型架为矩形框架且其长度方向与Y轴方向相一致，所述框型架的底部沿Y轴方向设有Y轴导轨，所述框型架的里侧侧壁上沿Y轴方向固定有Y轴齿条，所述Y轴导轨上滑动连接有Y轴滑块，所述Y轴滑块固定在X轴滑台上，所述X轴滑台上还可转动的安装有Y轴齿轮，所述Y轴齿轮通过安装在X轴滑台上的Y轴伺服电机驱动，且所述Y轴齿轮与Y轴齿条相啮合，

所述Z轴总成包括升降架，所述升降架上设有沿Z轴方向设置的Z轴导轨和Z轴齿条，所述Z轴导轨上滑动连接有Z轴滑块，所述Z轴滑块固定在框型架的前端，所述框型架的前端还可转动的安装有Z轴齿轮，所述Z轴齿轮通过固定在框型架上的Z轴伺服电机驱动，所述Z轴齿轮与Z轴齿条相啮合；

测距系统，所述测距系统包括设置于X轴行程架两端的激光测距传感器，所述激光测距传感器与控制系统连接，设定有距离范围，当汽车进入设定范围后，发出声音警报或提醒汽车停车，汽车停车后，两个激光测距传感器将所检测到的两个监测点的不同距离数值反馈至控制器，判断汽车与底架的相对倾斜角度，通过控制系统控制W轴转动使机械臂的X轴与槽车后部保持平行；

对位系统，所述对位系统安装在X轴滑台上，所述对位系统包括安装架、工业相机、光源、工控机，所述安装架固定在X轴滑台上，所述光源和工业相机安装在安装架上，所述工业相机将所拍摄的影像信息反馈至工控机，用以判断连接系统与槽车接口的相对位置关系，所述工控机与控制系统信号连接；

管道系统，所述管道系统连接机械臂，通过机械臂的位置调整实现与槽车接口的对接；

控制系统，所述控制系统用于对输入输出信号进行处理和上传，并对机械臂进行控制。

所述X轴总成的行程为双向对称的0.6m，所述Y轴总成的行程为1m，所述Z轴总成的行程为上下0.3m。

管道系统包括连接管，连接管的下接口与栈桥管线连接，管道末端固定在机械臂上用于与槽车接口连接，连接管上设有旋转接头、电动阀、物位开关、伴热与保温装置。

还包括吹扫附件，所述吹扫附件使用热风吹扫，包括第一吹扫附件和第二吹扫附件，所述第一吹扫附件安装在器械臂的前端，用于在对接前后对槽车接口进行吹扫清理，所述底架上还设有停靠架，所述停靠架设置于当机械臂处于初始或复位状态时，连接系统所在位置，所述第二吹扫附件安装在停靠架上，用于对复位后的连接系统组件及连接管管口进行吹扫清理。

还包括连接系统，所述连接系统安装在升降架的前侧，所述连接系统包括接头架、接头套管、对位密封夹具、拉力弹簧、第一齿条、第二齿条，所述接头架固定在升降架的底部，所述接头架上安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮通过固定在接头架上的接头伺服电机驱动，所述第一齿条和第二齿条并列的设置在驱动齿轮的前后两侧，所述第一齿条和第二齿条均与驱动齿轮相啮合，且第一齿条和第二齿条分别与接头架滑动连接，所述接头架上对应第一齿条和第二齿条的位置及滑动行程设有条型孔，所述第一齿条的一端固定有第一连接件，所述第二齿条远离第一连接件的一端设有第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别贯穿位对应的条型孔，所述对位密封夹具包括两个左右对称设置的抱箍式抓手，所述第一连接件和第二连接件的底端分别与同侧的对位密封夹具固定连接，用于带动对位密封夹具的开合，所述接头架的底部固定设有环形架，所述环形架为两个且并列设置，所述环形架的中部设有安装孔，所述接头套管贯穿安装孔且二者间留有空隙，所述环形架上固定有环形气囊，所述环形气囊的内圈与接头套管相接触，所述拉力弹簧设置于两个环形架之间，所述拉力弹簧的一端固定在接头套管上，所述拉力弹簧的另一端固定在接头架上，所述接头套管的前端用于与槽车接口对接，所述接头套管的末端用于与连接管连接。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过本技术实现利用自动化技术，实现卸油系统与汽车槽车卸油口位置的自动定位、自动对接。避免了人工对对接系统的拖拽、对接，特别是对环境恶劣的采油作业区，可以极大降低操作人员的劳动强度。采用自动对位和对接，人工介入的环节大大减少，同时增加远程监控系统，生产效率可控，生产计划按时完成情况将大大提高，同时，各个工位的实时生产数据可以记录、汇总与查询，极大提高生产管理水平，达到减员增效的目的。

附图说明

附图1是本发明所作业的槽车尾部接口示意图。

附图2是本发明的整体正面示意图(接头部分拆分)。

附图3是本发明的整体侧面示意图。

附图4是本发明的连接系统部分示意图。

附图5是本发明的机械臂前端的示意图。

附图6是本发明激光测距传感器的示意图。

附图中所示标号：

1、固定座；2、底架；3、支撑架；4、X轴行程架；5、X轴滑台；6、框型架；7、升降架；8、激光测距传感器；9、安装架；10、工业相机；11、光源；12、接头架；13、接头套管；14、对位密封夹具；15、拉力弹簧；16、第一齿条；17、第二齿条；18、环形架；19、环形气囊；20、连接管；21、停靠架。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明所述是汽车卸车自动对接装置，主体结构包括：机械臂、测距系统、对位系统、连接系统、管道系统、吹扫附件、控制系统。

所述机械臂包括通过伺服电机驱动的X轴总成、Y轴总成、Z轴总成和W轴总成，所述W轴总成用以实现X-Y-Z三轴系统的整体旋转，所述X轴总成、Y轴总成、Z轴总成分别用以实现X轴、Y轴、Z轴的三轴方向直线运行，所述X轴总成的行程为双向对称的0.6m，所述Y轴总成的行程为1m，所述Z轴总成的行程为上下0.3m。

所述W轴总成包括固定座1，所述固定座1固定在车场的车尾端，所述固定座1上设有与其转动连接的底架2，所述底架2通过W轴伺服电机驱动转动。汽车的停靠一般偏差较大，造成许多对接装置和操作在对接时无法适应此种偏差，影响对接效果。本装置在此方面通过设置的测距系统判断和扫描槽车停靠状态，并对W轴进行控制，从而保证了机械臂在X轴方向与槽车尾部的平行，保证对接的密封效果。

所述X轴总成包括支撑架3、X轴行程架4、X轴滑台5，所述支撑架3竖直设置且其底端固定在底架2的中部，所述支撑架3的顶端与X轴行程架4固定，所述X轴行程架4上沿X方向安装有X轴直线导轨和X轴齿条，所述X轴直线导轨为两条且前后并列设置，所述X轴直线导轨上滑动连接有X轴滑块，所述X轴滑块固定在X轴滑台5上，所述X轴滑台5的底面可转动的安装有X轴齿轮，所述X轴齿轮通过安装在X轴滑台5上的X轴伺服电机驱动，且所述X轴齿轮与X轴齿条啮合。

所述Y轴总成包括框型架6，所述框型架6为矩形框架且其长度方向与Y轴方向相一致，所述框型架6的底部沿Y轴方向设有Y轴导轨，所述框型架6的里侧侧壁上沿Y轴方向固定有Y轴齿条，所述Y轴导轨上滑动连接有Y轴滑块，所述Y轴滑块固定在X轴滑台5上，所述X轴滑台5上还可转动的安装有Y轴齿轮，所述Y轴齿轮通过安装在X轴滑台5上的Y轴伺服电机驱动，且所述Y轴齿轮与Y轴齿条相啮合，

所述Z轴总成包括升降架7，所述升降架7上设有沿Z轴方向设置的Z轴导轨和Z轴齿条，所述Z轴导轨上滑动连接有Z轴滑块，所述Z轴滑块固定在框型架6的前端，所述框型架6的前端还可转动的安装有Z轴齿轮，所述Z轴齿轮通过固定在框型架6上的Z轴伺服电机驱动，所述Z轴齿轮与Z轴齿条相啮合。

所述机械臂考虑到整个系统的稳定性，兼顾左右对称，且在高度上需要调整的幅度有限，故通过上述机械结构进行传动。

所述测距系统包括设置于X轴行程架4两端的激光测距传感器8，所述激光测距传感器与控制系统连接，设定有距离范围为12m(对强光的抗干扰能力大于10000LUX，正常情况下，使用寿命大于10年)，当汽车进入设定范围后，发出声音警报或提醒汽车停车，汽车停车后，两个激光测距传感器8将所检测到的两个监测点的不同距离数值反馈至控制器，判断汽车与底架2的相对倾斜角度，通过控制系统控制W轴转动，直到消除相对倾斜确保机械臂与槽车后部保持平行。

所述对位系统安装在X轴滑台5上，所述对位系统包括安装架9、工业相机10、光源11、工控机，所述安装架9固定在X轴滑台5上，所述光源11和工业相机10安装在安装架9上，所述工业相机10将所拍摄的影像信息反馈至工控机，用以判断连接系统与槽车接口的相对位置关系，所述工控机与控制系统信号连接。

所述连接系统安装在升降架7的前侧，所述连接系统包括接头架12、接头套管13、对位密封夹具14、拉力弹簧15、第一齿条16、第二齿条17，所述接头架12固定在升降架7的底部，所述接头架12上安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮通过固定在接头架12上的接头伺服电机驱动，所述第一齿条16和第二齿条17并列的设置在驱动齿轮的前后两侧，所述第一齿条16和第二齿条17均与驱动齿轮相啮合，且第一齿条16和第二齿条17分别与接头架12滑动连接，所述接头架上对应第一齿条16和第二齿条17的位置及滑动行程设有条型孔，所述第一齿条16的一端固定有第一连接件，所述第二齿条17远离第一连接件的一端设有第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别贯穿位对应的条型孔，所述对位密封夹具14包括两个左右对称设置的抱箍式抓手，所述第一连接件和第二连接件的底端分别与同侧的对位密封夹具14固定连接，用于带动对位密封夹具14的开合，所述接头架12的底部固定设有环形架18，所述环形架18为两个且并列设置，所述环形架18的中部设有安装孔，所述接头套管13贯穿安装孔且二者间留有空隙，所述环形架18上固定有环形气囊19，所述环形气囊19的内圈与接头套管13相接触，所述拉力弹簧15设置于两个环形架18之间，所述拉力弹簧15的一端固定在接头套管13上，所述拉力弹簧15的另一端固定在接头架12上，所述接头套管13的前端用于与槽车接口对接，所述接头套管13的末端用于与连接管20连接。

所述管道系统连接机械臂，通过机械臂的位置调整实现与槽车接口的对接，管道系统包括连接管20，连接管20的下接口与栈桥管线连接，管道末端固定在接头系统的接头套管13上，连接管20上设有旋转接头(在包络范围内实现任意角度旋转)、电动阀(在信号确认的情况下，实现工艺管线的开关)、物位开关(实现介质有无的检测，提供生产开始与结束的信号确认)、伴热与保温装置。

所述吹扫附件使用热风吹扫，包括第一吹扫附件和第二吹扫附件，所述第一吹扫附件安装在器械臂的前端，用于在对接前后对槽车接口进行吹扫清理，所述底架2上还设有停靠架21，所述停靠架21设置于当机械臂处于初始或复位状态时，连接系统所在位置，所述第二吹扫附件安装在停靠架21上，用于对复位后的连接系统组件及连接管20管口进行吹扫清理。由于环境和操作方式等影响，在对接部分的相关组件会附着泥沙、介质等附着物，如果没有及时清理，残余介质、附着物会在接口附近行程冻结，进一步影响连接密封，造成卸车中的跑漏情况。通过吹扫附件，在对接前后对相关组件进行及时的吹扫，对接前的吹扫能够提高对接密封效果，对接后的吹扫能够及时清理附着介质和杂物，保证相关组件的清洁。

控制系统，所述控制系统用于接收对位系统和测距系统的反馈数据信息，并对机械臂、连接系统和吹扫附件进行控制。

此外，还设有备用接头，当前通用的人工卸车接头，自动设备在故障、停电情况下的备用部件。

本装置在实际生产中的动作流程为：

1)汽车进入划定区域，两个激光测距传感器8同时检测，当任意一个检测距离小于设定值，提供停车信号；(撬座前端设定停车挡，确保撬座安全)；

2)初定位：根据激光测距仪提供的距离检测结果，系统计算汽车停靠斜度；

3)W轴旋转，确保机械臂与汽车尾部平行；

4)二次对位：对位系统打开，判断卸车口在垂直平面上的位置，并将位置信息提供给系统；

5)机械手沿X轴、Z轴联动，后沿Y轴向运行到接口位置；

6)对位密封夹具14张开，随机械手沿Y轴向槽车靠近；

7)Y轴前进距离与激光实测距离对比，当进入接口区域，停止，启动吹扫系统，对接口进行清理；

8)Y轴继续前进，当Y轴电机力矩大于平均力矩的20％时，前后运动停止，接口松开，对接完成，机械手移动到安全位置。

9)生产完成信号确认，机械手抓取接口，退后设定距离，启动吹扫系统，清理槽车下卸口；

10)机械臂复位，接口复位到停靠架21，启动吹扫系统对接口进行清理，然后将接口对接到停靠架21，流程结束。

Claims (2)

1.汽车卸车自动对接装置，其特征在于，包括：

机械臂，所述机械臂包括通过伺服电机驱动的X轴总成、Y轴总成、Z轴总成和W轴总成，所述W轴总成用以实现X-Y-Z三轴系统的整体旋转，所述X轴总成、Y轴总成、Z轴总成分别用以实现X轴、Y轴、Z轴的三轴方向直线运行，

所述W轴总成包括固定座，所述固定座固定在车场的车尾端，所述固定座上设有与其转动连接的底架，所述底架通过W轴伺服电机驱动转动，

所述X轴总成包括支撑架、X轴行程架、X轴滑台，所述支撑架竖直设置且其底端固定在底架的中部，所述支撑架的顶端与X轴行程架固定，所述X轴行程架上沿X方向安装有X轴直线导轨和X轴齿条，所述X轴直线导轨为两条且前后并列设置，所述X轴直线导轨上滑动连接有X轴滑块，所述X轴滑块固定在X轴滑台上，所述X轴滑台的底面可转动的安装有X轴齿轮，所述X轴齿轮通过安装在X轴滑台上的X轴伺服电机驱动，且所述X轴齿轮与X轴齿条啮合，所述X轴总成的行程为双向对称的0.6m，所述Y轴总成的行程为1m，所述Z轴总成的行程为上下0.3m；

所述Y轴总成包括框型架，所述框型架为矩形框架且其长度方向与Y轴方向相一致，所述框型架的底部沿Y轴方向设有Y轴导轨，所述框型架的里侧侧壁上沿Y轴方向固定有Y轴齿条，所述Y轴导轨上滑动连接有Y轴滑块，所述Y轴滑块固定在X轴滑台上，所述X轴滑台上还可转动的安装有Y轴齿轮，所述Y轴齿轮通过安装在X轴滑台上的Y轴伺服电机驱动，且所述Y轴齿轮与Y轴齿条相啮合，

所述Z轴总成包括升降架，所述升降架上设有沿Z轴方向设置的Z轴导轨和Z轴齿条，所述Z轴导轨上滑动连接有Z轴滑块，所述Z轴滑块固定在框型架的前端，所述框型架的前端还可转动的安装有Z轴齿轮，所述Z轴齿轮通过固定在框型架上的Z轴伺服电机驱动，所述Z轴齿轮与Z轴齿条相啮合；

测距系统，所述测距系统包括设置于X轴行程架两端的激光测距传感器，所述激光测距传感器与控制系统连接，设定有距离范围，当汽车进入设定范围后，发出声音警报或提醒汽车停车，汽车停车后，两个激光测距传感器将所检测到的两个监测点的不同距离数值反馈至控制器，判断汽车与底架的相对倾斜角度，通过控制系统控制W轴转动使机械臂的X轴与槽车后部保持平行；

对位系统，所述对位系统安装在X轴滑台上，所述对位系统包括安装架、工业相机、光源、工控机，所述安装架固定在X轴滑台上，所述光源和工业相机安装在安装架上，所述工业相机将所拍摄的影像信息反馈至工控机，用以判断连接系统与槽车接口的相对位置关系，所述工控机与控制系统信号连接；

管道系统，所述管道系统连接机械臂，通过机械臂的位置调整实现与槽车接口的对接；管道系统包括连接管，连接管的下接口与栈桥管线连接，管道末端固定在机械臂上用于与槽车接口连接，连接管上设有旋转接头、电动阀、物位开关、伴热与保温装置；

控制系统，所述控制系统用于对输入输出信号进行处理和上传，并对机械臂、连接系统进行控制；

还包括连接系统，所述连接系统安装在升降架的前侧，所述连接系统包括接头架、接头套管、对位密封夹具、拉力弹簧、第一齿条、第二齿条，所述接头架固定在升降架的底部，所述接头架上安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮通过固定在接头架上的接头伺服电机驱动，所述第一齿条和第二齿条并列的设置在驱动齿轮的前后两侧，所述第一齿条和第二齿条均与驱动齿轮相啮合，且第一齿条和第二齿条分别与接头架滑动连接，所述接头架上对应第一齿条和第二齿条的位置及滑动行程设有条型孔，所述第一齿条的一端固定有第一连接件，所述第二齿条远离第一连接件的一端设有第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别贯穿对应的条型孔，所述对位密封夹具包括两个左右对称设置的抱箍式抓手，所述第一连接件和第二连接件的底端分别与同侧的对位密封夹具固定连接，用于带动对位密封夹具的开合，所述接头架的底部固定设有环形架，所述环形架为两个且并列设置，所述环形架的中部设有安装孔，所述接头套管贯穿安装孔且二者间留有空隙，所述环形架上固定有环形气囊，所述环形气囊的内圈与接头套管相接触，所述拉力弹簧设置于两个环形架之间，所述拉力弹簧的一端固定在接头套管上，所述拉力弹簧的另一端固定在接头架上，所述接头套管的前端用于与槽车接口对接，所述接头套管的末端用于与连接管连接。

2.根据权利要求1所述汽车卸车自动对接装置，其特征在于：还包括吹扫附件，所述吹扫附件使用热风吹扫，包括第一吹扫附件和第二吹扫附件，所述第一吹扫附件安装在器械臂的前端，用于在对接前后对槽车接口进行吹扫清理，所述底架上还设有停靠架，所述停靠架设置于当机械臂处于初始或复位状态时，连接系统所在位置，所述第二吹扫附件安装在停靠架上，用于对复位后的连接系统组件及连接管管口进行吹扫清理。