液壓驅(qū)動(dòng)流體裝卸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：根據(jù)當(dāng)前石化油品裝車(chē)過(guò)程中機(jī)械式流體裝卸臂存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的流體裝卸臂。基于油品裝車(chē)時(shí)需進(jìn)行裝卸臂與油槽車(chē)灌口對(duì)中、密封，以及下放輸油臂等動(dòng)作要求，設(shè)計(jì)了液壓式流體裝卸臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)，說(shuō)明了裝卸臂的工作過(guò)程與原理。所設(shè)計(jì)的液壓式流體裝卸臂技術(shù)成熟，可以為石化流體類產(chǎn)品管道裝卸設(shè)備的自動(dòng)化提供借鑒和助益。

關(guān)鍵詞：流體裝卸臂;液壓伺服;對(duì)中控制;傳遞函數(shù)

引言

當(dāng)前石化油品的公路或鐵路運(yùn)輸中，通常采用由人工操作的機(jī)械式流體裝卸臂（俗稱“鶴管”）對(duì)油槽車(chē)進(jìn)行油品灌注。機(jī)械式裝卸臂雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在的問(wèn)題也較多。一是操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，特別是在油品的鐵路運(yùn)輸中尤甚，而且裝車(chē)效率也不高。二是安全性差;由于機(jī)械式裝卸臂一般都不具備密封裝車(chē)功能，因而油氣會(huì)揮發(fā)和泄漏，存在火災(zāi)和爆燃等安全隱患。

針對(duì)機(jī)械式裝卸臂存在的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的流體裝卸臂。該裝卸臂可以和控制系統(tǒng)配合，自動(dòng)識(shí)別油槽車(chē)灌口位置，并將輸油管自動(dòng)與灌口對(duì)中、下放和輸油。采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是其相對(duì)于電驅(qū)動(dòng)裝置不會(huì)產(chǎn)生電火花，不會(huì)引燃揮發(fā)、泄漏的油氣，因而具有更高的安全性。

1 液壓式流體裝卸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1液壓式流體裝卸臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)

液壓式流體裝卸臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，主要由輸油臂升降裝置、密封閥控制裝置，以及輸油臂對(duì)中控制裝置等組成。其中，輸油臂對(duì)中控制裝置由液壓伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，配合對(duì)油槽車(chē)灌口的圖像識(shí)別系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)輸油臂與油槽車(chē)灌口的自動(dòng)對(duì)中。

液壓式流體裝卸臂的輸油臂升降裝置由油缸2和輸油臂1構(gòu)成，輸油臂上端與輸油管連接（圖1中未示輸油管）。進(jìn)行對(duì)中操作時(shí)，油缸10下壓密封閥使其先行對(duì)灌口進(jìn)行密封，再由油缸2沿z向垂直下放輸油臂至油槽車(chē)內(nèi)，進(jìn)行油品的輸送和灌注。

密封閥控制裝置由油缸10和密封閥8構(gòu)成，作用是在向油槽車(chē)注油之前先期將灌口密封。其中，密封閥內(nèi)側(cè)有對(duì)輸油臂升降進(jìn)行導(dǎo)向的套管，該套管與輸油臂之間有環(huán)形間隙，可在油槽車(chē)注油時(shí)將揮發(fā)的油氣通過(guò)油氣回收管7回收。

輸油臂對(duì)中控制裝置安裝于水平梁架3的下方，由液壓馬達(dá)5、x向移動(dòng)平臺(tái)6、絲杠-螺母機(jī)構(gòu)12與11等構(gòu)成。當(dāng)裝卸臂的液壓伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可帶動(dòng)x向移動(dòng)平臺(tái)沿x軸水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸油臂1、密封閥8與灌口9之間的對(duì)中。因此時(shí)輸油臂只能進(jìn)行單向（x方向）對(duì)中，故僅適用于鐵路油槽車(chē)的油品灌注;若要實(shí)現(xiàn)汽運(yùn)油槽車(chē)的油品灌注（需要x，y兩個(gè)方向的對(duì)中），還需在x向移動(dòng)平臺(tái)下方增設(shè)一個(gè)y向移動(dòng)平臺(tái)。

1.2液壓式流體裝卸臂的液壓系統(tǒng)

液壓式流體裝卸臂的液壓系統(tǒng)圖如下圖2所示，該液壓系統(tǒng)由輸油臂油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Ⅰ、密封閥油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Ⅱ和輸油臂伺服對(duì)中系統(tǒng)Ⅲ等構(gòu)成。其中，由于密封閥油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Ⅱ所需的油壓低于輸油臂油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Ⅰ，因此設(shè)置減壓閥3來(lái)降低系統(tǒng)Ⅱ的供油壓力。油泵4單獨(dú)用于對(duì)輸油臂伺服對(duì)中系統(tǒng)Ⅲ供油，由溢流閥5調(diào)定該泵的最高壓力。

輸油臂油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Ⅰ中，由換向閥11控制油缸7和8的活塞桿伸出和縮回，推動(dòng)輸油臂的升降。調(diào)速閥9和10分別設(shè)置在兩個(gè)油缸的無(wú)桿腔一側(cè)，構(gòu)成進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，其作用主要是調(diào)節(jié)油缸的運(yùn)動(dòng)速度，并使兩個(gè)油缸的運(yùn)動(dòng)保持同步。

密封閥油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Ⅱ的回路結(jié)構(gòu)與輸油臂油缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Ⅰ的基本相同，由換向閥16控制油缸12和13活塞桿的伸縮，實(shí)現(xiàn)密封閥的下降和提升。調(diào)速閥14和15設(shè)置在油缸的有桿腔一側(cè)，形成回油節(jié)流調(diào)速回路，用于防止密封閥在自重下使活塞桿自行伸出，造成運(yùn)動(dòng)速度不穩(wěn)定的情況。

輸油臂伺服對(duì)中系統(tǒng)Ⅲ中，由伺服閥19控制液壓馬達(dá)18旋轉(zhuǎn);液壓馬達(dá)的輸出軸與絲杠20連接，并驅(qū)動(dòng)x向移動(dòng)平臺(tái)21移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸油臂與油槽車(chē)灌口的對(duì)中。位移傳感器22和比較放大器23與伺服閥、液壓馬達(dá)等液壓元件組合，構(gòu)成了具有位置反饋功能的輸油臂伺服對(duì)中控制系統(tǒng)。

2小結(jié)

本文內(nèi)容可簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

（1）介紹了現(xiàn)有機(jī)械式流體裝卸臂存在的缺點(diǎn)，說(shuō)明了液壓式流體裝卸臂的設(shè)計(jì)目的，及其相比于機(jī)械式流體裝卸臂的優(yōu)勢(shì)。

（2）設(shè)計(jì)了液壓式流體裝卸臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)與液壓系統(tǒng)，說(shuō)明了液壓式流體裝卸臂的組成、各部分功能以及液壓系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。

參考文獻(xiàn)

[1]孫德利，劉鳳野，李迎俊.定量裝車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)儀器儀表，2019，4（02）：66-70.

[2]張新智，劉軍，馬建明，等. 4吋移動(dòng)鐵路裝卸油掛車(chē)的鶴管操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（3）：24-25.

基金項(xiàng)目：“智匯海州人才計(jì)劃”創(chuàng)新類項(xiàng)目：氣壓密閉式大口徑流體自動(dòng)裝卸臂

作者簡(jiǎn)介：丁勇：東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生，主要涉及液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方面的研究。