吳 斌，宋新偉，王 勇，鄭元杰，潘旭冉

（1.中國(guó)石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司，山東青島 266000；2.連云港杰瑞自動(dòng)化有限公司，江蘇連云港 222000）

0 引言

伴隨著“十四五”開局，能源革命加速推進(jìn)，清潔低碳、安全高效的能源體系建設(shè)被提上日程，LNG 相比其他能源品類具備較高的機(jī)動(dòng)性、靈活性和適用性，無(wú)論是作為民用、工業(yè)和交通領(lǐng)域使用的燃料，還是工業(yè)的原料來(lái)源，亦或作為電力系統(tǒng)的基荷電源、調(diào)峰電源、分布式發(fā)電電源，都有巨大發(fā)展空間，將在全球能源綠色低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用，是傳統(tǒng)能源的有效替代［1－2］。近年來(lái)，我國(guó)液化天然氣進(jìn)口量逐年增長(zhǎng)，進(jìn)口至國(guó)內(nèi)的LNG首先儲(chǔ)存在接收站的儲(chǔ)罐內(nèi)，然后再通過(guò)槽車運(yùn)輸至LNG 衛(wèi)星站、加氣站等中小型用戶終端［3－4］。在接收站內(nèi)，主要通過(guò)管道、裝車撬和裝車臂將儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG輸送至槽車中。隨著我國(guó)LNG消費(fèi)量的不斷增加，裝車臂作為連接儲(chǔ)罐與槽車的中間設(shè)備需求也在不斷增加［5］。2011 年廣東制造出國(guó)產(chǎn)LNG 裝車臂，經(jīng)過(guò)10 多年的發(fā)展，我國(guó)LNG 裝車臂的水平已與國(guó)外技術(shù)無(wú)差距，且部分技術(shù)領(lǐng)先于國(guó)外［6－7］，但是自動(dòng)化和智能化水平不高，裝車時(shí)，需要連臂、驗(yàn)漏、吹掃置換、關(guān)閉撬內(nèi)排凈閥，裝車完成后需要吹掃置換、拆臂、打開撬內(nèi)排凈閥，總共需要開關(guān)閥門20 多次，操作流程繁瑣，推動(dòng)裝車臂費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工人精神緊張易疲勞，容易引發(fā)槽車充裝過(guò)量，進(jìn)而導(dǎo)致安全閥起跳等安全事故。因此，中石油、中石化、中海油、管家管網(wǎng)等業(yè)主單位對(duì)裝車設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化的需求日益迫切［8－9］。

1 傳統(tǒng)裝車臂組成及工作流程

1.1 組成

傳統(tǒng)LNG裝車臂如圖1 所示，包括立柱、氣相臂和液相臂。每條臂均由內(nèi)臂、外臂、延伸臂3 段通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭依次連接而成。內(nèi)臂由一根輸液管組成；外臂后部設(shè)有切斷閥，切斷閥后部有兩個(gè)旁路，分別連接吹掃閥和注氮閥；延伸臂中部設(shè)有拉斷閥，末端為松套法蘭。

圖1 傳統(tǒng)裝車臂

每條臂共有5 個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭，第1 旋轉(zhuǎn)接頭連接進(jìn)液管和內(nèi)臂，使內(nèi)臂能夠左右轉(zhuǎn)動(dòng)，第2、第3 旋轉(zhuǎn)接頭連接內(nèi)臂和外臂，第2 旋轉(zhuǎn)接頭使外臂能夠左右轉(zhuǎn)動(dòng)，第3 旋轉(zhuǎn)接頭使外臂能夠上下轉(zhuǎn)動(dòng)，第4、第5 旋轉(zhuǎn)接頭連接外臂和延伸臂，第4 旋轉(zhuǎn)接頭使延伸臂能夠左右轉(zhuǎn)動(dòng)，第5 旋轉(zhuǎn)接頭使延伸臂能夠上下轉(zhuǎn)動(dòng)。

裝車臂第5 旋轉(zhuǎn)接頭的軸線與延伸臂的軸線相交點(diǎn)為裝車臂的“控制點(diǎn)”，其運(yùn)動(dòng)范圍即為裝車臂的包絡(luò)范圍。第1、第2、第4 旋轉(zhuǎn)接頭均在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，共同調(diào)節(jié)控制點(diǎn)的前后和左右位置，第3 旋轉(zhuǎn)接頭在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)控制點(diǎn)的高度，第5 旋轉(zhuǎn)接頭用于調(diào)整延伸臂的朝向，使延伸臂軸線與槽車接口法蘭的軸線平行，以便能夠順利對(duì)接。

1.2 工作流程

LNG槽車就位后，操作人員核對(duì)相關(guān)信息，開始安全檢查，檢查合格后，司押人員進(jìn)行人靜電釋放、將車鑰匙插入歸位器中、連接靜電接地夾、放置三角木、拆除接口盲板蓋等準(zhǔn)備工作，然后司押人員依次拉動(dòng)氣相臂和液相臂，使兩條臂末端的松套法蘭與槽車法蘭對(duì)接，擰緊螺栓后開始驗(yàn)漏、置換、泄壓、預(yù)冷、充裝、吹掃、拆臂等流程［10－11］。

（1）驗(yàn)漏。操作員將液相臂和氣相臂上注氮閥打開，對(duì)松套法蘭和槽車法蘭連接處應(yīng)噴肥皂水檢漏。

（2）置換。操作員將液相臂和氣相臂上注氮閥打開，提示司押人員將槽車上相對(duì)應(yīng)的放空閥開關(guān)3 次，每次5 s，確保將裝車臂前端的空氣置換成氮?dú)狻?/p>

（3）泄壓。置換完成后，關(guān)閉兩條臂注氮閥，快速開關(guān)一次槽車放空閥，將裝車臂前端的壓力釋放掉。觀察槽車壓力，若壓力高于0.35 MPa，則打開氣相臂低溫球閥，等待槽車壓力表降到合適值（0.3 MPa以下）。

（4）預(yù)冷。打開液相線切斷閥、液相臂低溫球閥和槽車上進(jìn)液閥，進(jìn)入自動(dòng)充裝程序，批控器自動(dòng)控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以2 kg／s 的速度進(jìn)行小流量裝車，對(duì)管道進(jìn)行預(yù)冷。

（5）充裝。預(yù)冷程序結(jié)束后且液相線溫度降至－120 ℃以下，批控器自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥開度，以8～10 kg／s 進(jìn)行全速充裝，距離目標(biāo)裝車量還剩200 kg時(shí)，再次以小流量進(jìn)行裝車，以免超裝，充裝結(jié)束后，操作人員將液相臂低溫球閥關(guān)閉。

（6）吹掃。關(guān)閉槽車下進(jìn)液閥，保持槽車上進(jìn)液閥開啟，關(guān)閉液相臂低溫球閥，打開液相臂注氮閥，等待10 s，將液相臂低溫球閥后的殘液吹至槽車內(nèi)，然后關(guān)閉槽車上進(jìn)液閥，開關(guān)液相臂放空閥3 次，每次5 s，將殘留的LNG吹至現(xiàn)場(chǎng)放散線內(nèi)。關(guān)閉槽車氣相閥門和裝車臂氣相臂低溫球閥，打開氣相臂注氮閥，開關(guān)氣相臂放空閥3 次，每次5 s，將氣相臂低溫球閥后的殘留天然氣吹至現(xiàn)場(chǎng)放散線內(nèi)。

（7）拆臂。吹掃完成后，依次拆除氣相臂和液相臂，待槽車駛離鶴位后，將裝車臂歸位。

2 傳統(tǒng)裝車臂存在的問(wèn)題

分析裝車臂的工作流程并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，總結(jié)出采用傳統(tǒng)裝車臂進(jìn)行裝車時(shí)主要存在以下4 點(diǎn)問(wèn)題。

（1）內(nèi)臂轉(zhuǎn)動(dòng)不確定

在裝車臂與槽車對(duì)接過(guò)程中，操作人員一人拉動(dòng)延伸臂與槽車對(duì)接時(shí)需要內(nèi)臂繞第一旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)，但是，操作人員拉動(dòng)延伸臂的力很難帶動(dòng)內(nèi)臂繞第一旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)，往往外臂轉(zhuǎn)動(dòng)而內(nèi)臂不動(dòng)，需要另一位操作人員輔助推動(dòng)內(nèi)臂才能完成裝車臂與與槽車完成對(duì)接，如圖2 所示。

圖2 操作人員輔助推動(dòng)裝車臂

（2）手動(dòng)閥門開關(guān)頻次多，勞動(dòng)強(qiáng)度大

每套裝車臂上共有6 臺(tái)手動(dòng)閥門，每次裝車共需要操作人員開關(guān)閥門20 余次，前后順序容易出錯(cuò)又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且LNG應(yīng)急儲(chǔ)備調(diào)峰站一般采用每?jī)蓚€(gè)操作人員負(fù)責(zé)5～6 臺(tái)裝卸橇，實(shí)行兩班倒的工作模式，每班工作時(shí)間為12 h，槽車裝卸高峰時(shí)期，連續(xù)10 h 以上，容易出現(xiàn)人員疲勞的情況，操作安全性較低。

（3）連臂費(fèi)時(shí)費(fèi)力

裝車臂采用松套法蘭連接與槽車相連（圖3），每次對(duì)接拆除均需要擰8 根螺栓，16 個(gè)螺母，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

圖3 松套法蘭對(duì)接示意圖

（4）延伸臂下垂，操作不便

如圖4所示，在自然狀態(tài)下，延伸臂將向下傾斜。在與槽車對(duì)接時(shí)，需要操作人員向上扳起并維持在水平狀態(tài)，操作費(fèi)力且難以保持，增加了裝車臂與槽車對(duì)接的難度和時(shí)間。

圖4 延伸臂下垂示意圖

3 改進(jìn)措施

針對(duì)傳統(tǒng)LNG裝車臂存在的問(wèn)題，開展相關(guān)技術(shù)研究，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，降低操作裝車臂的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝車臂的自動(dòng)化程度和裝車效率，提升整體使用效果［12］。具體改進(jìn)措施如下。

3.1 增加助力機(jī)構(gòu)

針對(duì)人工拉動(dòng)延伸臂與槽車對(duì)接時(shí)，內(nèi)臂不按照設(shè)想的方式運(yùn)動(dòng)這一問(wèn)題，開展氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究，制定了在立柱和內(nèi)臂之間增加氣動(dòng)助力系統(tǒng)的方案，氣動(dòng)助力系統(tǒng)由助力氣缸和氣控按鈕箱兩部分組成。助力氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在壓縮空氣的作用下，帶動(dòng)內(nèi)臂繞第一旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)，氣控按鈕箱作為助力氣缸的控制系統(tǒng)，通過(guò)兩個(gè)機(jī)控閥控制壓縮空氣的通斷與方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)助力氣缸的控制。

圖5 所示為助力氣缸安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，氣缸通過(guò)尾端支架安裝在立柱上，可繞B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)前端支架與裝車臂內(nèi)臂相連，可繞C點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)氣缸的伸縮，可帶動(dòng)裝車臂內(nèi)臂繞第一旋轉(zhuǎn)接頭A 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在三角形ABC中，D為A到BC的垂足，AD即為氣缸推動(dòng)裝車臂轉(zhuǎn)動(dòng)的力臂。AD ＝ABsinα。在實(shí)際使用中，內(nèi)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為－10°～55°，在此過(guò)程中，氣缸尾端位置在B 點(diǎn)不變，前端支點(diǎn)由C1運(yùn)動(dòng)至C2，力臂AD的最大值為AD1，最小值為AD2，α的變化范圍為69.17°～21.02°。AB ＝0.496 m，則ADmin＝0.496·tan 21.02° ＝0.19 m。

圖5 助力氣缸安裝結(jié)構(gòu)

軸1 摩擦阻力的旋轉(zhuǎn)扭矩為264 N·m，則推動(dòng)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)所需的最大的力為264／0.19 ＝1 389 N。安全系數(shù)取1.2，則所需最大輔助力為1 389×1.2 ＝1 666.8 N，假設(shè)氣缸的工作壓力為0.6 MPa，根據(jù)氣缸的理論輸出表，查出合適的氣缸的缸徑為63 mm。軸1 旋轉(zhuǎn)－10°時(shí)，氣缸前后兩端BC1的距離為927 mm，軸1 旋轉(zhuǎn)到55°時(shí)，氣缸前后兩端的BC2距離為1 397 mm，根據(jù)氣缸的尺寸圖和氣缸的行程范圍表，選擇氣缸的合適行程為600 mm。當(dāng)氣缸縮回時(shí)，最小尺寸為156 ＋600 ＋29 ＋30＝815 mm ＜927 mm，當(dāng)氣缸伸出時(shí)，最大尺寸為815 ＋600 ＝1 415 mm ＞1 397 mm，滿足使用要求。

每根氣缸采用兩個(gè)兩位三通機(jī)控閥進(jìn)行控制，無(wú)電氣接線，不存在防爆要求，安全可靠。兩個(gè)閥門記為A和B，按下A 按鈕，氣缸尾端通向外頂出，提供推力；按下B按鈕，氣缸前端通氣向內(nèi)回縮，提供拉力；從而分別帶動(dòng)內(nèi)臂繞第一旋轉(zhuǎn)接頭正、反轉(zhuǎn)動(dòng)。為方便人工操作，將機(jī)控閥安裝在延伸臂上，如圖6 所示。當(dāng)工作人員向外拉延伸臂與槽車對(duì)接時(shí)，手自然地放在微型機(jī)控閥A上，此時(shí)氣缸尾端通氣，向外伸出，輔助工作人員將內(nèi)臂展開；當(dāng)工作人員向內(nèi)推裝車臂延伸臂使其收回至歸位裝置內(nèi)時(shí)，手自然地推動(dòng)微型機(jī)控閥B，此時(shí)氣缸前端通氣，向內(nèi)縮回，輔助工作人員將內(nèi)臂向內(nèi)回收。

圖6 氣控按鈕箱示意圖

3.2 手閥升級(jí)為氣動(dòng)閥門

針對(duì)裝車過(guò)程中人工手動(dòng)開關(guān)閥門工作量大的問(wèn)題，開展裝車臂氣動(dòng)閥門應(yīng)用技術(shù)研究，將裝車臂上6 臺(tái)手動(dòng)閥門全部升級(jí)為氣動(dòng)閥門，其中2 in 低溫球閥升級(jí)為氣動(dòng)球閥，注氮閥和放空閥升級(jí)為0.75 in低溫緊急切斷閥。為提高裝車臂的安全性，升級(jí)后的氣動(dòng)閥門均為故障關(guān)（斷氣時(shí)閥門自動(dòng)關(guān)閉），且需保留緊急情況下，人工手動(dòng)開關(guān)閥門的功能，所有閥門的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均需配備手輪。為了便于觀察和控制，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上還安裝了防爆限位開關(guān)，實(shí)時(shí)反饋閥門的開關(guān)狀態(tài)［13］。

常規(guī)的2 in 低溫氣動(dòng)球閥，手輪、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、防爆限位開關(guān)依次摞在閥門上方，閥門總高約為1 m，較手動(dòng)閥門增加了一倍有余。而裝車臂是兩條臂上下并排放置，閥門升高后，容易相互干涉，為避免干涉，需要增加兩條臂之間的距離，而液相臂已無(wú)下降空間，只能將氣相臂向上移動(dòng)，氣相臂上移后，氣動(dòng)球閥手輪中心與地面的距離超過(guò)1.7 m，難以操作，不具備緊急情況下手動(dòng)開關(guān)閥門的功能，與現(xiàn)場(chǎng)安全要求不符。為解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種手輪側(cè)裝的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)并將防爆限位開關(guān)安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)面（圖7），將閥門總高度降低至0.6 m左右，兩條臂均保持原有高度也不存在干涉問(wèn)題，既實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的自動(dòng)控制又保留緊急情況下手動(dòng)開關(guān)閥門功能，滿足使用要求。

圖7 限位開關(guān)安裝位置

3.2.1 手閥升級(jí)為氣動(dòng)閥門的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的自動(dòng)控制，省去操作人員手動(dòng)開關(guān)閥門工作，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每次裝車可省去操作人員開關(guān)閥門22 次。

（2）實(shí)現(xiàn)定量裝車程序?qū)鈩?dòng)閥門的程序控制，保證吹掃、置換流程嚴(yán)格按照設(shè)定的順序、時(shí)間進(jìn)行，防止人員誤操作。

（3）實(shí)現(xiàn)在批控器及中控室內(nèi)對(duì)閥門的遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制，緊急情況下，能夠遠(yuǎn)程關(guān)閉閥門，有利于提高裝車場(chǎng)整體安全性。

3.2.2 手閥升級(jí)為氣動(dòng)閥門的缺點(diǎn)

（1）裝車臂質(zhì)量大大增加，需重新校核裝車臂管道強(qiáng)度并更換彈簧平衡系統(tǒng)。

（2）裝車臂上管線數(shù)量增多，顯得雜亂又笨重。為了簡(jiǎn)化裝車臂上管線，需要將裝車臂上所有防爆電磁閥集中安裝在框架上的氣閥箱內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一控制。簡(jiǎn)化后，每臺(tái)氣動(dòng)閥門只需接一根儀表風(fēng)氣管即可。

（3）手動(dòng)閥門全部升級(jí)為氣動(dòng)閥門后，每條臂成本約增加10%。

3.3 快接裝置替換松套法蘭

目前，常用的快速連接裝置有DCC干式快速接頭和與槽車直連的快速連接裝置兩種［14－17］，如圖8～9 所示。DCC主要有MANNTEK、ARTA 和CLAW 三大品牌，包括干式接頭均包括公頭和母頭兩部分，這兩部分內(nèi)部均有閥芯，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動(dòng)阻力大，但操作方便，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單動(dòng)作——前推結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)接頭對(duì)接、內(nèi)部流道連通，液體可通過(guò)；反向轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合拉動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)接頭斷開，公、母頭閥門均關(guān)閉，過(guò)程無(wú)流體溢出，可保護(hù)人員和環(huán)境免受危險(xiǎn)液體和氣體的影響和傷害。

圖8 DCC干式快速接頭示意

圖9 直連快接裝置

與槽車直連的快速連接裝置采用螺紋－連桿組合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，既有連桿機(jī)構(gòu)良好的傳動(dòng)性能，又有螺紋機(jī)構(gòu)的自鎖功能，同時(shí)兼有省力的效果。管道內(nèi)為中空結(jié)構(gòu)，無(wú)閥芯等零部件，不增加任何流動(dòng)阻力；連桿數(shù)量為4組，沿管道周向均勻分布，對(duì)接時(shí)，每根卡爪均壓在LNG槽車接口法蘭安裝孔的中間位置，有效解決壓緊桿壓到法蘭安裝孔的問(wèn)題；使用時(shí)通過(guò)正／反轉(zhuǎn)動(dòng)手輪帶動(dòng)外螺紋套筒正／反轉(zhuǎn)動(dòng)，外螺紋套筒通過(guò)螺紋驅(qū)動(dòng)內(nèi)螺紋套筒左／右運(yùn)動(dòng)，內(nèi)螺紋套筒通過(guò)傳動(dòng)桿推動(dòng)壓緊桿張開／閉合，實(shí)現(xiàn)連接／脫離功能。

若采用DCC接頭，需要事先在槽車接口法蘭上連接公頭，若采用直連快接裝置，由于槽車接口處空間狹小，也需要事先連接轉(zhuǎn)接管。當(dāng)槽車在候車區(qū)安裝完公頭或者轉(zhuǎn)接管后，采用這兩種裝置代替松套法蘭與槽車連接，均可提高裝車臂的水平，將連接時(shí)間由3 min／臂縮短至45 s／臂以內(nèi)。與槽車直連的快接裝置可進(jìn)一步升級(jí)為自動(dòng)快接裝置并集成自動(dòng)測(cè)漏功能，自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。

3.4 末端增加平衡裝置

由于延伸臂為懸臂結(jié)構(gòu)，重心距離第5 旋轉(zhuǎn)接頭的中心較遠(yuǎn)，重力產(chǎn)生的扭矩大于第5 旋轉(zhuǎn)接頭的摩擦扭矩，因此在自然狀態(tài)下，延伸臂將向下傾斜。

為了抵消延伸臂重力產(chǎn)生的扭矩，使延伸臂能夠基本保持水平狀態(tài)，在第5 旋轉(zhuǎn)接頭處增加彈簧平衡機(jī)構(gòu)，如圖10 所示。通過(guò)SolidWorks軟件統(tǒng)計(jì)得，延伸臂質(zhì)量m1，質(zhì)心到第5 旋轉(zhuǎn)接頭的力臂L1，彈簧缸質(zhì)量預(yù)估為m2，質(zhì)心到第5 旋轉(zhuǎn)接頭的力臂L2，平衡缸到旋轉(zhuǎn)軸的力臂為L(zhǎng)3，設(shè)平衡缸所需的拉力為F。根據(jù)平衡關(guān)系可得：F·L3＝m1gL1＋m2gL2，則F ＝（m1gL1＋m2gL2）／L3，代入數(shù)值，計(jì)算得F ＝1 750 N，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選定彈簧材質(zhì)為60Si2Mn，設(shè)計(jì)彈簧的中徑為55 mm，簧絲直徑為8 mm，彈簧自由高度250 mm，有效圈數(shù)為14 圈，端部形式為端部并緊磨平，支撐圈為1.25 圈，端部固定狀態(tài)為兩端回轉(zhuǎn)。

圖10 平衡缸示意

4 使用驗(yàn)證

將以上改進(jìn)措施有機(jī)地融入到現(xiàn)有傳統(tǒng)裝車臂技術(shù)中，改進(jìn)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)制造了一款新型氣動(dòng)助力裝車臂，如圖11 所示，在LNG 裝車站內(nèi)進(jìn)行了為期2 個(gè)月的試用，試用期間，統(tǒng)計(jì)了每次裝車過(guò)程中所需人員數(shù)量、人員工作量、所需時(shí)間等參數(shù)并與傳動(dòng)裝車臂進(jìn)行比較，結(jié)果表明采用改進(jìn)后的新型裝車臂進(jìn)行裝車可以減少操作人員一名，在降低剩余操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高工作效率，具體表現(xiàn)如下。

圖11 新型裝車臂示意圖

（1）操作人員在拉動(dòng)延伸臂與槽車對(duì)接或斷開時(shí)，可以通過(guò)安裝在延伸臂上的氣控按鈕箱控制氣缸的伸縮，代替原來(lái)的操作人員推動(dòng)內(nèi)臂繞第一旋轉(zhuǎn)接頭向所需方向旋轉(zhuǎn)，輔助操作人員實(shí)現(xiàn)延伸臂與槽車的對(duì)接或斷開，可節(jié)省1 人。

（2）進(jìn)行裝車前后的驗(yàn)漏、置換、泄壓等工作流程時(shí)，操作人員可通過(guò)批量控制器控制裝車臂上6 臺(tái)氣動(dòng)閥門的開關(guān)，不再需要在6 臺(tái)閥門之間來(lái)回走動(dòng)去手動(dòng)開、關(guān)閥門，降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了開、關(guān)閥門的速度，減少了驗(yàn)漏、置換、泄壓、吹掃等流程時(shí)間，提高了裝車效率。

（3）采用與槽車直連的快接裝置代替松套法蘭與槽車對(duì)接，通過(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，加力桿壓緊后即可完成對(duì)接，省去擰螺栓的工作，使接臂／拆臂時(shí)間由3 min／臂縮短至45 s／臂。

（4）增加的彈簧平衡缸使延伸臂在包絡(luò)線范圍內(nèi)基本保持水平，使操作人員在拉動(dòng)延伸臂與槽車對(duì)接時(shí)不再需要費(fèi)力保持延伸臂的水平狀態(tài)，降低了裝車臂與槽車的對(duì)接難度。

（5）將裝車總時(shí)間由55 min 左右縮短至45 min 左右，時(shí)間節(jié)省了約18%。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)裝車臂存在問(wèn)題，有針對(duì)性地提出了以下改進(jìn)措施：在內(nèi)臂與框架之間增加驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于推動(dòng)內(nèi)臂繞第一旋轉(zhuǎn)接頭旋轉(zhuǎn)；將手動(dòng)閥門均改為氣動(dòng)閥門，并將控制信號(hào)通過(guò)防爆箱接到批量控制器內(nèi)，以便對(duì)氣動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)本地及遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制；用快接裝置代替松套法蘭與槽車對(duì)接以提高連接效率；在延伸臂與第5 旋轉(zhuǎn)接頭入口法蘭之間增加一根彈簧平衡缸，用以平衡延伸臂自身的重力，使延伸臂在包絡(luò)線范圍內(nèi)能夠基本保持水平。

采取以上措施能夠有效解決傳統(tǒng)裝車臂內(nèi)臂運(yùn)動(dòng)不確定，手動(dòng)閥門開關(guān)頻次多、勞動(dòng)強(qiáng)度大，連臂費(fèi)時(shí)費(fèi)力，延伸臂下垂操作不便等問(wèn)題，可以減少操作人員1名，并顯著降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率18%左右，但同時(shí)也將使裝車臂結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，制造成本約增加15%，生產(chǎn)周期增加10%。