成品油管道泄漏控制装置液压系统设计.pdf

2 0 1 1 年 7月 第 3 9卷 第 l 4期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I CS J u 1 ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ．1 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 4 ． 0 2 0 成品油管道泄漏控制装置液压系统设计 刘文学，单根立，商国娟 河北科技大学机械电子工程学院，河北石家庄 0 5 0 0 2 6 摘要针对成品油管道泄漏的特点，研制了一种维抢设备。对该装置液压系统的原理和功能进行了描述。 关键词液压系统；成品油；泄漏控制 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 4 0 6 0 2 De s i g n o n t he Hy dr a u l i c Sy s t e m o f t he Re fine d Oi l Pr o d uc t Pi pe l i n e Le a k i n e s s Co nt r o l Eq ui pme n t UU We n x u e ．S HAN Ge n l i 。S HAN G Gu o j u a n C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ，H e b e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 2 6 ．C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e c h a r a c t e ris t i c s o f t h e r e fi n e d 0 i l p r o d u c t p i p e l i n e l e a k i n e s s ，a k i n d o f ma i n t a i n a b i l i t y e q u i p me n t w a s d e v e l o p e d ．T h e p ri n c i p l e a n d f u n c t i o n s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f the d e v i c e w e r e d e s c rib e d ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c s y s t e m ；Re fi n e d o i l p r o d u c t ；L e a k a g e c o n t r o l 近年来，随着国民经济的快速发展，成品油消耗 量不断增加⋯。管道作为油品输送的主要方式得到了 快速发展。然而，随着油品管道服役时间增长、自然 灾害和第三方破坏 ，特别是国内打孔盗油猖獗 ，都对 管线正常运行带来严重危害。一旦高压油品管道泄 漏 ，发生火灾或爆炸的概率很大，对当地居民生命财 产安全、自然环境污染以及管道运营带来难以估量的 后果，同时也对抢修人员的人身安全构成重大威胁 。 目前高压油品管道泄漏应急抢险措施仍为人工安 装卡具和补漏来实现泄漏孔的封堵处理，尚无有效的 先进技术手段 。针对 目前抢修方法的不足，研发一 种防爆抢修移动机器人系统和 “ 收油器”作业模块， 安装 “ 收油器”作业模块 的机器人由操作员远程遥 控移动到泄漏现场 ，使收油器对准并封住漏油喷射 口，防止高速油喷射到空中，同时进行漏油的引流回 收 ，把泄漏 的高压 油品及 时地导 引到一个安全 的临时 集油池。该抢修方法大大地减少 了泄漏油品对周围环 境的污染，实现了对高压油品管道的泄漏控制与油品 部分回收 ，避免了对抢修人员生命安全造成危害。 1 装置的结构和工作原理 装置主要由无线遥控行走系统 、漏油回收机构 、 清障支撑机构、液压系统、监控系统、电缆收放机构 等部分组成。行走系统主要由履带、液压马达、驱动 轮、支重轮、行走机架、张紧机构等部分组成；漏油 回收机构主要由大动臂、小动臂、液压缸、收油器、 导油管等部分组成；电缆收放机构主要由电缆卷筒、 电缆收放电机组成 ；监控 系统 主要 由无 线收 发模块 、 单片机控制系统、防爆摄像头、照明灯等部分组成； 液压系统主要由液压泵站、液压工作站等部件组成。 其总体结构如 图1 所示 。 l 一收油器 2 一导油管l卜 液压缸1 4 一小臂 5 一大臂 6 ～液压缸2 7 一照明灯 8 _ - 液压系统 9 一隔爆控制箱 1 0 - - 防爆交流电机 l 1 一 电缆收放电机 1 2 一电缆卷筒 1 卜 天线l 4 一油箱 1 s 一快速接头 1 6 一摄像头4 l 卜 清障支撑 1 8 一平台 l 9 ～张紧装置 2 0 ～底盘 2 l 一托 链轮2 2 一 支熏 轮 2 卜 液 压马达2 4 一摄 像头2 2 5 ～液 压缸3 2 6 一摄像头l 2 7 一导油管2 2 8 一导油管3 2 橡胶履带 3 O 一导油管4 3 l 一三联齿轮泵 3 2 一联轴器 1 总体结构 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 2 1 作者简介刘文学 1 9 7 1 一 ，男 ，硕士 ，副教授，主要从事机械产品设计方面的教学与应用研究。电话 1 5 9 3 0 1 7 9 7 1 9 ， E ma i l 1 wxs h l c x 1 63． c o no 第 l 4期 刘文学 等成品油管道泄漏控制装置液压系统设计 6 1 装置的工作原理 通过无线遥控方式，控制液压 系统各阀体电磁铁的通断，实现装置的遥控行走和漏 油回收机构的动作 大小动臂和收油器的旋转 ，以 实现找管定位 。依靠泄漏油品喷射动能，实现泄漏油 品的部分回收。 E 墼 f 。 l 2 液压系统工作原理 根据装置 的工作情况，液压系统应具有以下功 能 直线行走、转弯、高低速切换、收油机构找管定 位、清障支撑等功能。其液压系统原理图如图 2所 示 。 2 H一 【 _旦． 2 4 一 ⋯‘ 2 5 29 2 7 l l YA 1 4 YA 3 7 十⋯。 叫一 一 j L 1 1 一 三联 齿轮 泵 2 、3 一 溢 漉 阀 4 、5 、3 8 一 压 力表 6 、7 、3 6 - --单 向 阀 8 、9 、1 0 、1 1 、2 9 、3 o _ _ 三 位 四通 电磁 换 向阀 l 2 、1 3 、1 4 、1 5 、1 6 、3 7 、4 1 -- 溢 流 阀 1 7 、1 8 、l 9 、2 O 一单向节流 阀 2 l 一小动臂液压缸 2 2 --大动臂液压缸 2 3 -- 收 油器 液 压缸 2 4 一后支撑液压缸 2 5 、2 6 - - - 节 流 阀 2 7 、2 8 一 两位 两通 电磁 换 向 阀 3 1 -- 左 液 压马 达 3 2 -- 右 液 压马 达 3 3 、3 4 一液压马达中的液控 阀 3 5 _ _ 两 位 四通 电磁 换 向阀 3 9 “ --截止阀 4 0 、4 2 -- 过 滤器 图2 液压系统原理图 液压原理中执行机构根据工况可以分为以下几个 达正转，电磁铁 1 6 Y A通电，右马达反转 ，装置绕中 回路 行走、转弯及停车回路。电磁铁 1 1 Y A、1 2 Y A断 电，若电磁铁 1 3 Y A、1 5 Y A通电，左、右马达正转， 装置直线前行；电磁铁 1 4 Y A、1 6 Y A通电，左、右马 达反转，装置直线后退。电磁铁 1 1 Y A通电，1 2 Y A 断电，液压油只能经节流阀 2 5进入左马达，左马达 的转速降低 ，装置前行左转弯或后退右转弯；电磁铁 1 1 Y A断 电，1 2 Y A通 电，液压 油只 能经节 流 阀 2 6进 入右马达 ，右马达的转速降低，装置前行右转弯或后 退左转弯。电磁铁 1 3 Y A 、1 4 Y A断电，左马达停转， 电磁铁 1 5 Y A通电，右马达正转，装置绕左履带向前 逆时针转弯；电磁铁 1 6 Y A通电，右马达反转 ，装置 绕左履带顺时针向后转弯。电磁铁 1 3 Y A通电，左马 心顺时针旋转；电磁铁 1 4 Y A通电，左马达反转 ，电 磁铁 1 5 Y A通 电 ，右 马达正转 ，装 置绕 中心 逆时针旋 转。电磁铁 1 3 Y A、1 4 Y A、1 5 Y A 、1 6 Y A断电，左 、 右马达停转，装置停车。 装置行走、转弯及停车液压回路设计中，采用三 联齿轮泵，其中齿轮泵 B 1 、B 2性能参数完全相同， 左右马达性能参数也完全相同，一个齿轮泵单独为一 个马达供油，便于控制，同时保证了系统的同步，实 现了装置的直线行走。另外，调节左右两个节流阀 2 5 、2 6开 口量的大小可以调整装置绕履带转弯的半 径 ，节流阀开口量越小 ，转弯半径越小。 高低两速切换回路。液压油经三位四通换向阀 下转第 8 3页 ． 一 厂 “们 驾 A 一 弘 ．． 。 rfj 第 1 4期 李胜勇 等ME M S强链噪声信号转换与加密系统设计 8 3 采样率发生器 的输入时钟可以采用 C P U时钟 ，而大 多数情况下 ，二者的通信速率要求并不很高，这时， 采样率发生器的输入时钟采用频率较低的 C L K S ，以 获得双方的通信速率匹配。 T MS 3 2 0 V C 5 4 1 6初始化程序如下 S T M S RGR1，S P S A1 S T M O O F E H， S P S D 1 ； F S G帧同步脉冲宽度为 1 个 C L K G ； 波 特 率 为1 6 0 M H z ／ O x O O F F 6 2 7 4 5 0 b ／ s S TM S RGR2，S PS A1 S T M 3 0 0 0 H， S P S D 1 ； 内部采样率发生器时钟 由 C P U驱 动 A T 8 9 C 5 1 初始化 MOV T MOD， 2 0H MOV T L1， F FH M O V T H1 ， F F H ； C 5 1 波特率 2 S M O D ／ 3 2 f o ／ 1 2 1 ／ 2 5 6 一 i n i t i a l i z a t i o n 2 4 5 0 9 b ／ s M O V S C O N， 5 0 H ； 设 置 串 口方式 一 ，每 帧 1 0位数据， 允许接收 M O V P C O N， 8 0 H ； 设置 S M O D1 为了不让 C P U频繁地被数据接收和发送打断， 将 D MA和 M c B S P联合使用来控制数据的接收和发 送。R R D Y直接驱动 Mc B S P向 D MA C接收数据事件、 R E V E N T事件 ，X R D Y直接驱动 M c B S P向 D M A C发 送数据事件 、X E V E N T事件 。 S C I 通信协议如图6所示。 图6 S C I 串口通信协议流程 3小 结 作者采用 A t m e l 公司系列单片机 A T 8 9 C 5 1与 T I 公 司 的 T M S 3 2 0 V C 5 4 1 6 D S P芯 片 ，设 计 了 A T 8 9 C 5 1 与 A D 9 7 6数据采集系统，还设计了单片机与 D S P两 者之间的简单可行的串行通信接 口电路。系统设计实 践证明在 S C I串行通信调试 中，需要软件加以处 理，因此 可 以考 虑将发送 时钟 C L K X和接 收时钟 C L K R接外部时钟源，慢于 D S P时钟 ，以保证与 C 5 1 串口采样频率的一致。 参考文献 【 1 】l 6 - B i t ， I O O k S P S ／ 2 0 0 k S P S B i C M O S A ／ D c o n v e r t e r s A D 9 7 6 ／ AD 9 7 6 A， An a l o g D e v i c e s ， 1 9 9 9 ． 【 2 】刘新平， 纪友芳， 孙士明． 1 6 位模数转换器 A D 9 7 6 及其 与单片机的接 口[ J ] ． 集成 电路应用 ， 2 0 0 1 1 2 5 4 56． 【 3 】孙鹏． A D转换器 A D 9 7 6与 5 l 单片机的接 口设计 [ J ] ． 元器件应用， 2 0 0 6 7 4 0 4 1 ． 【 4 】王佳 ， 郭小金， 李梅芳． A D 9 7 6的工作原理及其在人体温 度、 呼吸监测中的应用[ J ] ． 江西教育学院学报 自然科 学 ， 2 0 0 0 ， 2 1 6 5 6 5 9 ． 【 5 】张西． 基于 M C S 一 5 1 单片机的测温系统[ J ] ． 电子工程 师， 2 0 0 2 ， 2 8 6 3 1 3 3 ． 【 6 】A t m e l 8 0 5 1 M i c r o c o n t r o l l e m H a r d w a r e M a n u a l [ M] ． 2 0 0 7 ． 【 7 】T M S 3 2 0 C 5 4 x D S P R e f e r e n c e S e t V o l u m e 1 C P U a n d P e fi p h e r al s ．T e x a s I n s t r u m e n t s [ M] ． 2 0 0 1 ． 【 8 】T M S 3 2 0 C 5 4 x D S P R e f e r e n c e S e t V d u m e 4 A p p l i c a t i o n s G u i d e ． T e x a s I n s t r u m e n t s [ M] ． 1 9 9 6 ． 上接第 6 1页 2 9 、3 O流入左右马达时，若电磁铁 1 7 Y A通电，从齿 轮泵 B 3输出的控制油流经两位四通换向阀3 5使左右 马达中的两个马达串联，实现高速小扭矩输出，装置 高速前行 满足平坦地面快速行进的需要 ；若电磁 铁 1 7 Y A断电，左右马达中的两个马达并联 ，实现低 速大扭矩输出，装置低速前行 满足爬坡的需要 。 收油器找管定位回路。装置到达泄漏点附近后 ， 通过控制三位 四通换向阀8 、9 、1 0的电磁铁通断情 况 ，实现大臂 、小臂和收油器的伸缩 ，同时通过上述 装置绕中心旋转回路 ，实现找管定位目标。在油缸的 进出油口连接了单向节流阀和溢流阀。单 向节流阀用 来限制各部件下行的速度，使部件下行不至于过快， 保证装置的稳定和安全。连接在油口的溢流阀用做超 载阀，当泄漏成品油喷射力过大时，限制驱动收油器 的运动部件继续运动 ，避免对装置造成破坏。 清障支撑回路。该回路主要保障装置行走过程中 清障和收油过程中后支撑装置的稳定 。控制三位四通 换向阀1 1 的电磁铁通断情况，实现清障和支撑的 目 的。 3结 语 该装置液 压 系统选 用具 有 防爆 机 能 的液压 元 器 件。整机具有无线遥控行走、找管定位、引流回收、 防爆、过载保护等功能 ，能有效提高成品油管道泄漏 的维抢速度 ，减少油品泄漏对环境的污染 ，降低维抢 人员的风险，减少油品泄漏的损失 ，满足成品油管道 泄漏时 的维抢需求 。