專利名稱：油品儲罐清理液壓式自控機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種油品儲罐清理除污除砂設(shè)備，具體地說是一種油品儲罐 清理液壓式自控機器人。
二背景技術(shù)：
油品儲罐在長時間的儲運生產(chǎn)中，油品中的少量機械雜質(zhì)、沙粒、泥土、重 金屬鹽類以及石蠟和瀝青質(zhì)等重油性組分會因為比重差而自然沉降，積累在油罐 底部，形成又黑又稠的膠狀物質(zhì)層，即為油罐底泥。底層油泥隨著連續(xù)儲運時間 的增長而增多，久而久之，嚴(yán)重影響油罐的儲運生產(chǎn)，必須定期進行清除。安全生產(chǎn)也要求油品儲罐定期進行檢查，德國早在1993年就要求原油儲罐每隔5年必 須檢修一次，我國石化行業(yè)一般規(guī)定，原油儲罐間隔5-6年應(yīng)清洗檢修。目前， 國內(nèi)外清罐的方法主要有人力手工清罐法、熱油循環(huán)清罐法、熱水循環(huán)清罐法、 化學(xué)藥劑清罐法和機械清罐法。以上幾種方法都存在著清罐周期長、清洗費時費 力、清洗工藝不科學(xué)、清除的污泥不回收利用、污染環(huán)境，也存在著不安全因素。
三、 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種油品儲罐清理液壓式自控機器人，解決上述已 有技術(shù)中存在的問題。
本實用新型的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的
機器人采用全液壓驅(qū)動、攝像頭監(jiān)視、鏟板機構(gòu)清理、噴射頭清洗、泥漿泵 抽出、大罐儲存處理和罐外自控作業(yè)程序方式。
本實用新型由機器人、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和污泥儲存處理罐組成，其特征在于機器人包括機架、機架上端前部的轉(zhuǎn)盤、與轉(zhuǎn)盤軸相連的俯仰轉(zhuǎn)盤，在俯仰轉(zhuǎn)盤上面平行設(shè)置的探照燈、噴射頭和攝像頭，與兩轉(zhuǎn)盤液壓擺動缸和噴射頭相 連的液壓管線，設(shè)在機架下部前端與機架轉(zhuǎn)軸機構(gòu)相連和與液壓缸相連的伊板，設(shè)在機架下部兩側(cè)的液壓馬達傳動的履帶機構(gòu)，液壓系統(tǒng)包括液壓泵、液壓源、 機架上的液壓馬達、擺動缸、液壓缸及其之間相連的液壓管路和設(shè)在機架后端中 部的保護液壓管路和電線的集成管；控制系統(tǒng)包括PLC控制中心控制板、電路板、操作面板、控制柜、電磁閥和電機；PLC控制板和電路板設(shè)計在控制柜內(nèi)，通過操作面板控制機器人、液壓泵和泥漿泵工作，把污泥回收到污泥儲存罐處理外運。
轉(zhuǎn)盤和俯仰轉(zhuǎn)盤在液壓擺動缸作用下擺動，轉(zhuǎn)盤帶動俯仰轉(zhuǎn)盤水平轉(zhuǎn)角為300°，俯仰轉(zhuǎn)盤帶動探照燈、噴射頭和攝像頭上下俯仰，俯仰角為140°。
液壓缸固定在機架前端中部，其活塞桿與鏟板內(nèi)下部活動連接，與鏟板和機架之間的轉(zhuǎn)軸連接機構(gòu)配合使伊板上下升降。
履帶傳動機構(gòu)由履帶、傳動輪、鏈輪、傳動軸和液壓馬達組成，傳動軸通過機架兩側(cè)與傳動輪連接，傳動輪與鏈輪嚙合，鏈輪與履帶鏈嚙合，液壓馬達設(shè)置在傳動軸的中部，帶動傳動軸轉(zhuǎn)動。
履帶外層設(shè)為橡膠層，內(nèi)層設(shè)為鋼質(zhì)層，兩層緊扣合一體。
探照燈和攝像頭電線、噴射頭水管、俯仰轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤、液壓缸和傳動軸液壓馬達的液壓管線通過固定在機架后端上部的集成管與罐體外的液壓泵站、水泵和控制柜分別連接。
液壓控制系統(tǒng)設(shè)在罐外的液壓泵站上，液壓缸和擺動缸的手動換向閥換向管路，電磁換向閥換向管路及液壓馬達的電磁比例換向閥的換向管路并聯(lián)在液壓泵出口管路上，并聯(lián)處設(shè)有減壓閥，在液壓泵出口處設(shè)有旁路，旁路上設(shè)有溢流閥和電磁閥；在液壓馬達進出口處設(shè)有單向節(jié)流閥，在擺動缸進出口之間設(shè)有溢流 閥。
電氣控制系統(tǒng)選用PLC作為控制中心，除視頻信號以外的所有設(shè)備輸入輸出 的控制信號直接進入PLC,由PLC進行控制。
本實用新型與己有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
1、 方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊，機器人采用模擬化設(shè)計，罐內(nèi)組裝方便快捷。
2、 機器人動作完全采用液壓控制，機器人自身除防爆型探照燈和攝像頭外， 無其它電器和電路，確保了清理儲罐的安全。
3、 采用工控計算機和PLC控制中心控制機器人的工作，控制靈活，方便快捷。
4、 液壓泵、液壓管路控制水泵、水泵泥漿泵和控制柜都設(shè)計在罐外的一個 模塊上，并設(shè)置在集裝箱內(nèi)，操作靈活、搬運方便。
5、 鏟板設(shè)為兩層，外層設(shè)為橡膠型，確保了罐體和罐底的安全。
6、 簡化了清罐工藝、降低了清罐成本、提高了清罐速度、防止了環(huán)境污染。 四

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2為圖1的右視圖，
圖3為圖1的俯視圖，
圖4為液壓控制原理示意圖，
圖5為電氣控制系統(tǒng)示意圖。
圖1 、 2、 3中1-機架2-轉(zhuǎn)盤3-俯仰轉(zhuǎn)盤4-探照燈5-攝像頭 6-噴射頭7-液壓缸8-鏟板9-履帶機構(gòu)10-集成管
圖4中4-1-液壓泵 4-2-溢流閥 4-3-單向閥 4-4-電磁比例換向閥 4-5、 8-單向節(jié)流閥 4-7、 9-液壓馬達 4-10-減壓閥 4-11-電磁換向閥 4-12-液控?fù)Q向閥 4-13-液壓缸 4-14-溢流閥 4-15-上下擺動缸 4-16-左右擺動缸4-17-手動換向閥4-18-電磁閥
五具體實施方式
為進一步公開本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合說明書附圖通過實施例作詳 細(xì)說明
本實用新型由機器人、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和污泥儲存處理罐組成，其特征 在于機器人包括機架l、機架上端前部的轉(zhuǎn)盤2、與轉(zhuǎn)盤軸相連的俯仰轉(zhuǎn)盤3，在 俯仰轉(zhuǎn)盤上面平行設(shè)置的探照燈4、噴射頭6和攝像頭5，與兩轉(zhuǎn)盤液壓擺動缸和 噴射頭相連的液壓管線，設(shè)在機架下部前端與機架轉(zhuǎn)軸機構(gòu)相連和與液壓缸7相 連的鏟板8，設(shè)在機架下部兩側(cè)的液壓馬達傳動的履帶機構(gòu)9，液壓系統(tǒng)包括液壓 泵4-1、液壓源、機架上的液壓馬達4-7、 9、擺動缸4-15、 16、液壓缸4-13及 其之間相連的液壓管路和設(shè)在機架后端中部的保護液壓管路和電線的集成管10; 控制系統(tǒng)包括PLC控制中心控制板、電路板、操作面板、控制柜、電磁閥和電機; PLC控制板和電路板設(shè)計在控制柜內(nèi)，通過操作面板控制機器人、液壓泵和泥漿 泵工作，把污泥回收到污泥儲存罐處理外運。
1、總體設(shè)計
儲油罐清理機器人總體方案采用模塊化設(shè)計，使機器人能夠方便拆開進入油 罐標(biāo)準(zhǔn)入孔并在罐內(nèi)快速方便組裝。充分考慮作業(yè)環(huán)境，所有進罐部分要求防爆。儲油罐清理機器人可分成以下幾部分
第一部分架體部件主要采用型材焊接結(jié)構(gòu)。罐外液壓泵站和控制室集中 布置在一個集裝箱中，以方便搬運和現(xiàn)場作業(yè)。
第二部分行走機構(gòu)采用橡膠履帶式行走機構(gòu)，具有附著力強、牽引力大、 不易損傷行走地面等特點，通過雙液壓馬達驅(qū)動，差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，機動靈活。
第三部分清洗部分主要實現(xiàn)水平300°旋轉(zhuǎn)，俯仰140°范圍內(nèi)攝像頭 傳輸圖像、探照燈照明、高壓噴射流清洗油罐底泥；利用鏟板機構(gòu)的前推下壓作 動實現(xiàn)油罐底泥清理。
第四部分動力驅(qū)動部分液壓動力由液壓泵站提供，采用液壓馬達驅(qū)動履 帶行走；采用旋轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動噴射清洗部分?jǐn)[動；采用液壓缸推動鏟板動作；高 壓噴射液流動力由噴射泵提供。
第五部分電氣控制部分由PLC程序自動控制器完成規(guī)定的動作控制。在 控制室操縱操縱桿實現(xiàn)罐外操作。控制系統(tǒng)設(shè)置完善的保護措施和報警提示，實 現(xiàn)高可靠性控制作業(yè)。
儲油罐清理機器人遠程控制作業(yè)方式布置。排污抽吸系統(tǒng)用泥漿泵將底泥從 罐底抽出，存放在一個緩沖罐中以備進一步處理。
2、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
機械機構(gòu)采用模塊化設(shè)計，使機器人能夠輕松拆開進入油罐標(biāo)準(zhǔn)人孔并在罐 內(nèi)快速方便組裝，充分考慮作業(yè)環(huán)境，所有進罐部分要防爆、防水。
(1) 鏟板機構(gòu)鏟板由1個液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)升降動作，鏟板體結(jié)構(gòu)為兩層 構(gòu)成，內(nèi)層是鋼板，靠近地面的是橡膠板，以防作業(yè)過程中損壞罐體底部表面。
(2) 行走機構(gòu)的設(shè)計行走機構(gòu)采用橡膠履帶式結(jié)構(gòu)，由液壓馬達驅(qū)動履 帶行走機構(gòu)來實現(xiàn)車體的移動。履帶行走機構(gòu)示意圖3。
(3) 清洗機構(gòu)采用攝像頭、探照燈、噴嘴三合一的結(jié)構(gòu)，由擺動液壓缸驅(qū)動實現(xiàn)水平方向300°回轉(zhuǎn)，垂直方向俯仰角140°范圍內(nèi)擺動，通過探照燈照 明，由攝像頭傳輸圖像監(jiān)視現(xiàn)場作業(yè)情況，以高壓噴射流清洗油罐底泥。示意圖 如圖4。
(4) 控制室和液壓站控制室設(shè)操縱控制臺控制儲油罐清理機器人作業(yè)，并由監(jiān)視器屏幕顯示現(xiàn)場工作狀況。將動力源液壓泵站集中在同一個集裝箱內(nèi)， 以方便搬運移動。
3、液壓系統(tǒng)設(shè)計
儲油罐清理機器人采用全液壓驅(qū)動，由2個液壓馬達4-7、 9實現(xiàn)行走，差 速轉(zhuǎn)向，2個液壓擺動缸4-15、 16驅(qū)動探照燈、攝像頭5和噴射頭6上下擺動和 左右回轉(zhuǎn)。設(shè)置1個液壓缸4-13實現(xiàn)鏟板升降動作。液壓系統(tǒng)原理圖見圖4。
液壓系統(tǒng)工作過程
通過電磁比例換向閥4-4驅(qū)動液壓馬達4-7、 9來控制行走速度和方向。
通過手動換向閥7或者電磁換向閥18來控制液控?fù)Q向閥12驅(qū)動缸13運動，實現(xiàn)鏟板上下擺動。
通過手動換向閥4-17或者電磁換向閥4-11來控制溢流閥4-14驅(qū)動擺動缸4-16，實現(xiàn)攝像頭探照燈、噴射頭左右架轉(zhuǎn)。
泵通過電磁閥4-18、溢流閥4-2實現(xiàn)卸載。溢流閥4-14保護擺動缸4-15， 實現(xiàn)攝像頭探照燈、噴射頭上下擺動。
通過手動換向閥17或者電磁換向閥4-11來控制溢流閥4-14驅(qū)動擺動缸 4-16，實現(xiàn)攝像頭探照燈、噴射頭左右回轉(zhuǎn)。
泵通過電磁閥4-18、溢流閥4-2實現(xiàn)卸載。溢流閥4-14保護擺動缸15、16工作。
4、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
儲油罐清理機器人電氣控制系統(tǒng)選用PLC作為控制中心，除視頻信號以外的 所有設(shè)備輸入輸出信號直接進入PLC，由PLC來進行控制。視頻信號由攝像頭采 集后直接由顯示器輸出，整個系統(tǒng)設(shè)計在控制柜內(nèi)，操作按鈕和顯示屏設(shè)計在控 制柜板面上，機器人電氣控制系統(tǒng)示意圖見圖6。
(1) 泵起停及繼電保護系統(tǒng) 該系統(tǒng)控制動力有以下電機噴水泵電機、液壓站電機、排污泵電機。 每個電機的起停設(shè)獨立按鈕和指示燈；液壓系統(tǒng)設(shè)置各種電磁閥、液控閥； 其它設(shè)備照明，變壓器，24V直流穩(wěn)壓電源，PLC及其它設(shè)備，空氣開關(guān)，接觸器，繼電器，變壓器。以上設(shè)備的控制考慮集中在控制柜中。
(2) PLC控制及上位機系統(tǒng)
PLC系統(tǒng)是整個機器人的控制中心，除視頻信號以外的所有設(shè)備輸入輸出信 號直接進入PLC，由PLC來進行控制，控制內(nèi)容包括
輸入部分 一鍵啟動按鈕、急停按鈕，噴水泵、液壓站、排污泵的手動啟動 和停止按鈕，清洗組件的擺角控制，鏟板控制，其它輸入信號等。
輸出部分電機的手動啟動和停止按鈕指示燈，電機的輸出控制信號，鏟板液壓缸的控制信號，擺缸的控制信號，驅(qū)動馬達的控制信號，報警指示、警鈴信 號，其它輸出信號等。
PLC配EEPR0M存儲卡使PLC程序可以掉電保護。
上位機方案工業(yè)控制計算機與PLC通過MPI接口進行連接，在工控機上
對PLC狀態(tài)監(jiān)視以及必要的參數(shù)顯示和一些參數(shù)的設(shè)定。
5、安裝調(diào)試
(1) 安裝方式整個機器人分成架體部件、行走機構(gòu)、清洗部分、動力驅(qū) 動部分、電氣控制部分等五部分，其安裝過程如下
先進行結(jié)構(gòu)安裝
電纜連接機械框架安裝完畢后，可以將電機控制柜的接線、PLC控制柜的 接線進行連接。
控制液路連接機械框架安裝完畢后，可以將控制閥、控制電路連接。
(2) 單體調(diào)試
在完成每個部件后，進行獨立調(diào)試，主要對以下部件進行調(diào)試行走部分、 清洗部分、液壓系統(tǒng)。
PLC控制柜測試，包括程序輸入輸出測試、上位機顯示和操作測試，輸出電 磁閥控制測試，控制電機運行測試，系統(tǒng)運行測試。
電機起停繼電保護控制柜測試電壓表、電流表、空氣開關(guān)、接觸器、輸入 輸出開關(guān)、按鈕指示燈和測試燈。
(3) 整體調(diào)試
在完成全部安裝后，先對各系統(tǒng)進行獨立測試、聯(lián)合測試。
完成上述全部調(diào)試工作后，進入實際的清罐來檢驗系統(tǒng)的可靠性和性能。
權(quán)利要求1. 一種油品儲罐清理液壓式自控機器人，由機器人、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和污泥儲存處理罐組成，其特征在于機器人包括機架、機架上端前部的轉(zhuǎn)盤、與轉(zhuǎn)盤軸相連的俯仰轉(zhuǎn)盤，在俯仰轉(zhuǎn)盤上面平行設(shè)置的探照燈、噴射頭和攝像頭，與兩轉(zhuǎn)盤液壓擺動缸和噴射頭相連的液壓管線，設(shè)在機架下部前端與機架轉(zhuǎn)軸機構(gòu)相連和與液壓缸相連的鏟板，設(shè)在機架下部兩側(cè)的液壓馬達傳動的履帶機構(gòu)，液壓系統(tǒng)包括液壓泵、液壓源、機架上的液壓馬達、擺動缸、液壓缸及其之間相連的液壓管路和設(shè)在機架后端中部的保護液壓管路和電線的集成管；控制系統(tǒng)包括PLC控制中心控制板、電路板、操作面板、控制柜、電磁閥和電機；PLC控制板和電路板設(shè)計在控制柜內(nèi)，通過操作面板控制機器人、液壓泵和泥漿泵工作，把污泥回收到污泥儲存罐處理外運。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品儲罐清理液壓式自控機器人，其特征在于轉(zhuǎn)盤 和俯仰轉(zhuǎn)盤在液壓擺動缸作用下擺動，轉(zhuǎn)盤帶動俯仰轉(zhuǎn)盤水平轉(zhuǎn)角為300° ，俯 仰轉(zhuǎn)盤帶動探照燈、噴射頭和攝像頭上下俯仰，俯仰角為140° 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品儲罐清理液壓式自控機器人，其特征在于液壓 缸固定在機架前端中部，其活塞桿與鏟板內(nèi)下部活動連接，與伊板和機架之間的 轉(zhuǎn)軸連接機構(gòu)配合使鏟板上下升降。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品儲罐清理液壓式自控機器人，其特征在于履帶 傳動機構(gòu)由履帶、傳動輪、鏈輪、傳動軸和液壓馬達組成，傳動軸通過機架兩側(cè) 與傳動輪連接，傳動輪與鏈輪嚙合，鏈輪與履帶鏈嚙合，液壓馬達設(shè)置在傳動軸 的中部，帶動傳動軸轉(zhuǎn)動。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品儲罐清理液壓式自控機器人，其特征在于履帶外層設(shè)為橡膠層，內(nèi)層設(shè)為鋼質(zhì)層，兩層緊扣合一體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品儲罐清理液壓式自控機器人，其特征在于探照 燈和攝像頭電線、噴射頭水管、俯仰轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤、液壓缸和傳動軸液壓馬達的液 壓管線通過固定在機架后端上部的集成管與罐體外的液壓泵站、水泵和控制柜分 別連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品儲罐清理液壓式自控機器人，其特征在于液 壓控制系統(tǒng)設(shè)在罐外的液壓泵站上，液壓缸和擺動缸的手動換向閥換向管路，電 磁換向閥換向管路及液壓馬達的電磁比例換向閥的換向管路并聯(lián)在液壓泵出口管 路上，并聯(lián)處設(shè)有減壓閥，在液壓泵出口處設(shè)有旁路，旁路上設(shè)有溢流閥和電磁 閥；在液壓馬達進出口處設(shè)有單向節(jié)流閥，在擺動缸進出口之間設(shè)有溢流閥。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油品儲罐清理液壓式自控機器人，其特征在于電氣 控制系統(tǒng)選用PLC作為控制中心，除視頻信號以外的所有設(shè)備輸入輸出的控制信 號直接進入PLC，由PLC進行控制。
專利摘要一種油品儲罐清理液壓式自控機器人，機器人包括機架、機架上端前部的轉(zhuǎn)盤、與轉(zhuǎn)盤軸相連的俯仰轉(zhuǎn)盤，在俯仰轉(zhuǎn)盤上面平行設(shè)置的探照燈、噴射頭和攝像頭，與兩轉(zhuǎn)盤液壓擺動缸和噴射頭相連的液壓管線，設(shè)在機架下部前端與機架轉(zhuǎn)軸機構(gòu)相連和與液壓缸相連的鏟板，設(shè)在機架下部兩側(cè)的液壓馬達傳動的履帶機構(gòu)，液壓系統(tǒng)包括液壓泵、液壓源、機架上的液壓馬達、擺動缸、液壓缸及其之間相連的液壓管路和設(shè)在機架后端中部的保護液壓管路和電線的集成管；控制系統(tǒng)包括PLC控制中心控制板、電路板、操作面板、控制柜、電磁閥和電機；PLC控制板和電路板設(shè)計在控制柜內(nèi)，通過操作面板控制機器人、液壓泵和泥漿泵工作，把污泥回收到污泥儲存罐處理外運。
文檔編號B25J9/00GK201077080SQ20072002626
公開日2008年6月25日 申請日期2007年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月12日
發(fā)明者于殿強, 劉學(xué)斌, 孫志英, 建 張, 李充寧, 鍵 王, 王利君, 王增林, 田南平, 威 祝, 趙海培, 鄧三鵬 申請人:勝利油田勝利工程設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司;天津工程師范學(xué)院