一种自动对接装置

摘要

本发明提供一种自动对接装置，包括：万向平台车、第一定位系统、第二定位系统、密封压紧系统、保险系统和配气电控柜；所述配气电控柜分别与第一定位系统、第二定位系统、密封压紧系统和保险系统气缸连接；所述万向平台车的一侧设置有第一定位系统；所述万向平台车的顶部设置有配气电控柜和导轨；所述第二定位系统设置在所述导轨上且在所述导轨上移动；所述密封压紧系统与所述保险系统均设置在第二定位系统上。本发明能够实现低温软管的对正、对接与施加密封力，提高低温系统连接与脱离的工作效率、降低人员工作强度效果。

权利要求

1.一种自动对接装置，其特征在于，包括：万向平台车、第一定位系统、第二定位系统、密封压紧系统、保险系统和配气电控柜；

所述配气电控柜分别与第一定位系统、第二定位系统、密封压紧系统和保险系统气缸连接；

所述万向平台车的一侧设置有第一定位系统；所述万向平台车的顶部设置有配气电控柜和导轨；所述第二定位系统设置在所述导轨上且在所述导轨上移动；所述密封压紧系统与所述保险系统均设置在第二定位系统上；

所述第一定位系统包括：左右夹刀、托抬气缸和预夹紧气缸；所述左右夹刀与所述预夹紧气缸的活塞杆连接；

所述托抬气缸的活塞杆上固定有托抬气缸架；所述预夹紧气缸固定设置在所述托抬气缸架的中部；

所述第二定位系统包括：移动定位支架、定位法兰上件、定位法兰下件、主定位气缸和副定位气缸；

所述主定位气缸位于所述移动定位支架的下方，所述副定位气缸位于所述移动定位支架的上方，所述定位法兰上件和所述定位法兰下件嵌在所述移动定位支架中；

所述密封压紧系统包括：推拉密封气缸；固定端法兰固定在万向平台车上，固定端法兰的两侧设置推拉密封气缸，推拉密封气缸的活塞杆与所述第二定位系统上的移动定位支架相连；所述推拉密封气缸的活塞杆和所述移动定位支架的接触面之间设置力传感器。

2.根据权利要求1所述的自动对接装置，其特征在于，所述万向平台车包括：蓄电池、电机和控制手柄；所述控制手柄分别与所述蓄电池和所述电机电连接。

3.根据权利要求1所述的自动对接装置，其特征在于，所述配气电控柜包括：电控部分、配气部分以及用于连接外部气源和阀门之间的管道；

电控部分包括：空气开关、熔断器、PLC控制模块、继电器、隔离模块、接线端子、浪涌保护器；

配气部分包括：进气阀(K1)，高压排气阀(K2)，低压排气阀(K3、K4)，减压器(J1、J2)和安全阀(A1、A2)。

4.根据权利要求1所述的自动对接装置，其特征在于，所述保险系统包括：防泄漏喷射装置和锁紧装置；

所述防泄漏喷射装置设置在固定端法兰上，所述锁紧装置设置在推拉密封气缸活塞杆的后端；所述锁紧装置包括：螺纹套、锁紧接头和锁紧螺母。

说明书

一种自动对接装置

技术领域

[0001] 本发明涉及软管对接技术领域，具体涉及一种自动对接装置。

背景技术

[0002] 软管因高柔性的特点而被普遍应用在发射场等相关的试验系统中，一般采用人工进行接口法兰的对接。大口径低温法兰因重量大、对中精度要求高而存在对接困难。在对接
过程中，需要多人配合抬起法兰，并通过上下左右的移动以及法兰面的转动，完成两片对接
法兰的对中，对中精度非常高，往往是要求0.1mm以内。对接后还需要进行连接螺栓按力矩
拧紧、预冷二次力矩拧紧等操作。为降低人员工作强度，实现高效率、高精度的自动对接技
术，目前采用软管快速自动对接技术实现软管的自动化快速对接和压紧。

[0003] 接头对心是软管自动对接过程的关键。软管接头的自动对心有两种方案，分别为：方案一，采用自动跟踪对接，测量系统或者位置传感器将基准软管目标位置传给控制器，经
多自由度运动机构的运动学反解得到各执行动作元件的目标伸长量，该信号被输入到执行
元件的伺服系统中，经过控制器、伺服放大器和伺服阀环节后，驱动各执行元件发生动作，
调整动作软管位姿趋向目标值。同时，由位移传感器检测各执行元件的实际行程反馈给控
制器，形成闭环控。方案二：采用机械定位自动对心对接，以其中一端管口中心为基准，通过
机械结构进行对接接头管口的自动对心，即采用套筒进行初对准；然后由液压缸整体推进
到待连接位置，在推进的过程中完成精确对准；此时液压缸卸荷，弹簧释放力推动驱动环向
下从而使卡爪闭合夹紧管套，完成连接。进行两种方案的对比，可以发现，方案一，适用范围
广，特别是可用于动态连接条件。适用于基准管受气流、液流等环境扰动情况下的动态跟
踪。但是价格昂贵。方案二，简单可靠，对心精度更高。但只能适用于固定连接条件，即基准
管不动的条件下采用机械定位装置去对心。但方案二粗定位过程过于粗糙，套筒结构不易
进入对接接头。且弹簧的弹性模量易受温度影响，在不同温度下提供的密封力可能不一致。
因此，急需一种适用于低温的软管对接方法或装置。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的问题，本发明提供一种自动对接装置，能够实现低温软管的对正、对接与施加密封力，提高低温系统连接与脱离的工作效率、降低人员工作强度效果。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

[0006] 本发明提供一种自动对接装置，包括：万向平台车、第一定位系统、第二定位系统、密封压紧系统、保险系统和配气电控柜；

[0007] 所述配气电控柜分别与第一定位系统、第二定位系统、密封压紧系统和保险系统气缸连接；

[0008] 所述万向平台车的一侧设置有第一定位系统；所述万向平台车的顶部设置有配气电控柜和导轨；所述第二定位系统设置在所述导轨上且在所述导轨上移动；所述密封压紧
系统与所述保险系统均设置在第二定位系统上。

[0009] 其中，所述万向平台车包括：蓄电池、电机和控制手柄；所述控制手柄分别与所述蓄电池和所述电机电连接。

[0010] 其中，所述第一定位系统包括：左右夹刀、托抬气缸和预夹紧气缸；所述左右夹刀与所述预夹紧气缸的活塞杆连接；

[0011] 所述托抬气缸的活塞杆上固定有托抬气缸架；所述预夹紧气缸固定设置在所述托抬气缸架的中部。

[0012] 其中，所述配气电控柜包括：电控部分、配气部分以及用于连接外部气源和阀门之间的管道；

[0013] 电控部分包括：空气开关、熔断器、PLC控制模块、继电器、隔离模块、接线端子、浪涌保护器；

[0014] 配气部分包括：进气阀（K1），高压排气阀（K2），低压排气阀（K3、K4），减压器（J1、J2）和安全阀（A1、A2）。

[0015] 其中，所述第二定位系统包括：移动定位支架、定位法兰上件、定位法兰下件、主定位气缸和副定位气缸；

[0016] 所述主定位气缸位于所述移动定位支架的下方，所述副定位气缸位于所述移动定位支架的上方，所述定位法兰上件和所述定位法兰下件嵌在所述移动定位支架中。

[0017] 其中，所述密封压紧系统包括：推拉密封气缸；固定端法兰固定在万向平台车上，固定端法兰的两侧设置推拉密封气缸，推拉密封气缸的活塞杆与所述第二定位系统上的移
动定位支架相连；所述推拉密封气缸的活塞杆和所述移动定位支架的接触面之间设置力传
感器。

[0018] 其中，所述保险系统包括：防泄漏喷射装置和锁紧装置；

[0019] 所述防泄漏喷射装置设置在固定端法兰上，所述锁紧装置设置在推拉密封气缸活塞杆的后端；所述锁紧装置包括：螺纹套、锁紧接头和锁紧螺母。

[0020] 由上述技术方案可知，本发明提供一种自动对接装置，能够实现低温软管的对正、对接与施加密封力。通过第一定位系统、第二定位系统、密封压紧与保险系统，实现自动对
接与密封。密封后能实现限位保险能够达到提高低温系统连接与脱离的工作效率、降低人
员工作强度效果。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明
的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1为本发明实施例中的自动对接装置的结构示意图。

[0023] 图2为本发明实施例中的自动对接装置中配气电控柜的供配气图。

[0024] 图3为本发明实施例中的自动对接装置的控制图。

具体实施方式

[0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 本发明提供一种自动对接装置，参见图1，该自动对接装置具体包括如下内容：万向平台车1、第一定位系统2、第二定位系统3、密封压紧系统4、保险系统6、配气电控柜5；

[0027] 所述配气电控柜5分别与第一定位系统2、第二定位系统3、密封压紧系统4和保险系统6气缸连接；

[0028] 所述万向平台车1的一侧设置有第一定位系统2；所述万向平台车1的顶部设置有配气电控柜5和导轨；所述第二定位系统3设置在所述导轨上且在所述导轨上移动；所述密
封压紧系统4和保险系统6设置在第二定位系统3上。

[0029] 其中，万向平台车1用于将法兰移动至固定端法兰附近，在本实施例中，万向平台车1包括：蓄电池、电机和控制手柄；所述控制手柄分别与所述蓄电池和所述电机电连接。万
向平台车1的尺寸2000x1200x500mm，蓄电池驱动，续航时间5‑6小时，总重1T，承重2T，采用
无级变速电机进而实现移动速度可调，采用遥控手柄操作。

[0030] 在本实施例中，配气电控柜5包括：电控部分、配气部分以及用于连接外部气源和阀门之间的管道；

[0031] 其中，电控部分包括：空气开关、熔断器、PLC控制模块、继电器、隔离模块、接线端子、浪涌保护器。

[0032] 为实现自动控制，进气阀选用电动球阀，排气阀门选用电磁阀。PLC控制模块输出信号到继电器，继电器完成电平转化和输出隔离，将信号传输到电磁阀，电磁阀动作控制供
气通断，实现对所述第二定位系统3和所述第一定位系统2上的气缸即密封气缸动作自动供
配气控制。

[0033] 电控部分还包括了直流电源，直流电源是外接220V电源经过整流得到。

[0034] 参见图2，配气部分给气缸组件供气，集成在配气电控柜5内，包括进气阀K1，高压排气阀K2，低压排气阀K3、K4，减压器J1、J2和安全阀A1、A2。供配气输入路，入口进气压力5‑
23MPa，入口直径6mm；输出两路，第一路出口直径10mm，出口压力0.8MPa，向托台气缸、预加
紧气缸、主定位气缸、副定位气缸供气；第二路出口直径6mm，出口压力1‑5MPa可调，给主推
拉密封气缸供气，提供密封压力。配气电控柜5的气源为外接气源。

[0035] 在本实施例中，配气电控柜5的尺寸为1200x800x400mm，材质为不锈钢316L蒙皮。

[0036] 在本实施例中，气缸的动作由电磁阀控制，分为手柄控制和面板控制两种方式，面板控制位于配气电控柜5上。所有气缸作动控制阀、电气元件集成在配气电控柜5内，位置行
程开关、传感器安装在执行机构中。手柄和控制面板均设置有力传感器显示屏、控制按钮，
可手动和自动切换。自动模式可实现一键自动对接。手动模式可通过按钮单独控制每个动
作。控制面板如图3所示。

[0037] （1）手控对接方式：

[0038] 自动对接平台操控至对接管路，各控制流动可独立控制，包括对接端法兰软管托台至粗定位位置、预夹紧气缸对对接端法兰粗定位、主副定位气缸对对接发法兰的精确定
位以及主推拉密封气缸完成对接与施加密封力。

[0039] （2）自动对接方式：

[0040] 自动对接时，对接流程自动完成。通过位移传感器等测量措施确定每一流程是否满足自动对接程序，每自动完成一个流程后自动判读对接状态，满足条件继续执行下一操，
不满足条件提示警告信息，终止自动对接流程。

[0041] 第一定位系统2包括：左右夹刀、托抬气缸和预夹紧气缸；所述左右夹刀与所述预夹紧气缸的活塞杆连接；

[0042] 所述托抬气缸的活塞杆上固定有托抬气缸架；所述预夹紧气缸设置在所述托抬气缸架上。

[0043] 第一定位系统2包括两个高度方向的托抬气缸（气缸1和气缸2）、托抬气缸导轨、托抬气缸架、托抬气缸底座，两个预夹紧气缸（气缸3和气缸4）、预夹紧气缸导轨、左右夹刀、夹
刀销轴。其中，托抬气缸架设置在托抬气缸底座上。托抬气缸导轨设置在托抬气缸架上，托
抬气缸沿托抬气缸导轨进行移动。预夹紧气缸沿着预夹紧气缸导轨进行移动，两个预夹紧
气缸通过夹刀销轴控制左右夹刀闭合来夹紧活动端法兰。第一定位系统2位于万向平台车1
末端，托抬气缸上下移动，用于抬升活动端法兰，实现高度方向粗定位；预夹紧气缸左右移
动，并通过夹刀抱住活动端法兰，用于实现左右粗定位。

[0044] 对接法兰分为活动端法兰与固定端法兰。法兰采用真空法兰结构，法兰通径150，后端设置DN100转DN150转接头，各自连接5m长DN100软管。活动端法兰及软管放置在固定于
地面的托架上，可沿轴向自由移动。固定端法兰放置在万向平台车1上，位于后端。真空法兰
可以绝热，防止低温流体通过壁面传热影响定位系统设备的正常工作。需要说明的是，本申
请中的低温指的是低于‑180摄氏度。

[0045] 第二定位系统3包括：移动定位支架、定位法兰上件、定位法兰下件、主定位气缸、副定位气缸、固定定位法兰板和平移导轨。

[0046] 在本实施例中，主定位气缸即为气缸5，副定位气缸即为气缸6。

[0047] 所述主定位气缸位于所述移动定位支架的下方，所述副定位气缸位于所述移动定位支架的上方，所述定位法兰上件和所述定位法兰下件嵌在所述移动定位支架中。

[0048] 第一定位系统2定位完成后，将移动定位支架沿平移导轨移动至活动端法兰，通过主、副定位气缸对定位法兰上件、定位法兰下件进行移动，抱住活动端法兰前端，并到达移
动定位支架的卡槽位置，实现活动端法兰精确定位，从而达到活动端法兰与固定端法兰对
心目的。

[0049] 所述密封压紧系统4包括：两个推拉密封气缸；固定端法兰固定在万向平台车1上，固定端法兰的两侧设置推拉密封气缸，其中，单个推拉密封气缸提供最大密封压力
250000N。推拉密封气缸的活塞杆与第二定位系统3上的移动定位支架相连；推拉密封气缸
的活塞杆和移动定位支架的接触面之间设置力传感器。

[0050] 在本实施例中，两个推拉密封气缸分别为气缸7和气缸8。力传感器量程250000N。

[0051] 所述保险系统6包括：防泄漏喷射装置和锁紧装置；防泄漏喷射装置设置在固定端法兰上，法兰对接完成后，即使出现意外泄漏情况，也将通过防泄漏喷射装置将低温流体引
流至平台车外侧，避免对对接设备造成破坏。

[0052] 所述锁紧装置设置在推拉密封气缸活塞杆的后端；所述锁紧装置包括：螺纹套、锁紧接头和锁紧螺母。锁紧装置在对接完成后手动安装。

[0053] 在本实施例中，用第一定位系统2的托抬气缸与预夹紧气缸组将活动端软管转接头的中心调节到预设位置并且固定；

[0054] 采用第二定位系统3实现活动端法兰与固定端法兰对心，通过密封压紧系统4和保险系统6实现对接法兰压紧和锁死。活动端气缸和固定端气缸的中心同心度通过各自的支
架及轨道安装工艺保证。即在系统安装调试时，通过调节移动定位支架到位后状态的高度
和位置、固定支架高度和位置、轨道位置等，测量并调节对接法兰的同心度，调节好后，固化
状态即可。配对法兰的合拢和分离用主推拉密封气缸组及活塞杆实现。活塞杆连接在配对
法兰上，通过气缸进程腔充气、回程腔放气实现配对法兰合拢，反之气缸进程腔放气，回程
腔充气实现配对法兰分离。

[0055] 低温软管接头快速对接流程如下：

[0056] （1）遥控万向平台车，到达活动端软管法兰范围处，空间范围：X=642mm(含转接头直径Ø320mm)，Y=180mm，Z=200mm。

[0057] （2）启动对接或者分离自动程序。

[0058] 对接程序：

[0059] a.活动端法兰高度方向托抬气缸1和气缸2上升，上升过程接触托住法兰外壁并抬到固定高度；

[0060] b.两个相对预夹紧气缸把活动端法兰推至中点并夹紧，达到粗定位，并通过行程开关判断接头Z方向是否满足0‑200mm的距离，不满足则松开气缸回调整车重来；

[0061] c.主推拉密封气缸离开密封面位置前往被预先夹紧的活动端法兰方向，当行程开关感应到接头固定点时停下；

[0062] d.主、副定位气缸定位夹紧活动端法兰，副定位气缸辅助主定位气缸，实现精确定位，预夹紧气缸松开回原位，托台气缸下降回原位；

[0063] e.安装密封圈和密封垫片；

[0064] f.主推拉密封气缸回拉移动定位支架，使得左右两个法兰准确对接；对接的同时，固定端法兰上保护罩同时与活动端法兰对接，避免万一泄漏对设备正常工作造成影响。

[0065] g.通过调整主推拉密封气缸的气压得到相应的密封力（力传感器输出显示），保证密封气压到达要求值后，为保证气体意外失压而产生故障，用两个保险拉紧螺纹套备保。为
避免真空法兰损坏或者密封垫片过压损坏，需要控制拧紧力。可在拧紧的同时观察力传感
器数值显示，或者气缸放压后单独测量螺纹套拧紧力。

[0066] 分离程序：

[0067] a.松开保险螺母，主推拉密封气缸进程腔放气，回程腔充气，活塞杆推开活动端法兰实现配对法兰分离。

[0068] b.抬升托抬气缸支撑对接法兰，预夹紧气缸重新装卡管路；

[0069] c.松开主副定位气缸，通过主推拉密封气缸拉回移动定位支架，对接法兰与移动定位支架分离。

[0070] 松开预夹紧气缸，托抬气缸降低至初始位置，对接法兰自动停放在原支架上，快速连接样机与对接法兰分离。

[0071] 需要说明的是，本实施例中连接对象是DN150型、压力1.6MPa的液氢软管，可实现配对软管及转接头的自动移动、自动对接、自动夹紧并且保证夹紧力均衡、并能够实现指定
位置的密封力的实时监测。密封后能实现限位保险,样机的研制能够达到提高低温系统连
接与脱离的工作效率、降低人员工作强度效果。通过第一定位系统、第二定位系统、密封压
紧系统和保险系统，实现自动对接与密封。

[0072] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实
施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例
的部分说明即可。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征
可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局
限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面
和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

[0073] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。