推車式滅火器傾斜斜拉測力裝置的設計與應用

摘要：本文結合測力傳感器、數碼顯示、可調節連接部件等的機電一體化設計與集成技術，研究和設計了一種對推車式滅火器傾斜斜拉狀態下的力進行測量的裝置，并對系統的不確定度進行了詳細分析計算。該裝置投運后使用效果良好，檢測便捷、準確、高效，填補了推車式滅火器斜拉拉力檢測裝置的空白。

關鍵詞：推車式滅火器;傾斜斜拉測力;機電一體化技術

推車式滅火器廣泛應用于加油站、倉庫、易燃易爆和重點防火場所。在國家標準GB8109-2005《推車式滅火器》中6.6.3.2條款要求必須對豎直、斜躺和手把離地面垂直高度（80±5）cm三種狀態下施加在推車滅火器上的力進行測量，即（1）“從豎直存放位置傾斜到推（或拉）行位置時，施加在把手上的力不應大于400N”;（2）“推車式滅火器以傾斜位置存放時，從斜躺的存放位置抬起到推（或拉）行位置，則施加在把手上的力不應大于400N”;（3）“當在手把離地面垂直高度為（80±5）cm的位置時，用來支撐手柄的力不應大于150N”。但是目前無論在企業出廠檢驗，還是消防檢測機構檢驗中，都是人工采用測力計手動測量。由于推車式滅火器自身較重，人工測量勞動強度大，測量數據精度低，操作標準不規范，容易導致最終測量值不準確。因此，設計一套測量推車式滅火器推（或拉）力的裝置是十分必要的。

一、裝置簡介

推車式滅火器傾斜斜拉測力裝置提供了一種可移動的測量推車式滅火器實際使用狀態時的推（或拉）力的裝置，實現了推車式滅火器自動檢測，見圖1a。通過調整支撐桿與大梁的連接可模擬各種滅火器的傾斜狀態，通過測力傳感器對豎直和傾斜狀態下的滅火器上的推（或拉）力進行測量，減少了人為干擾因素，提高了檢測準確性，同時，采用數碼顯示器和控制盤使測量過程操作簡單，數據易讀，提高了檢測效率。

該裝置由控制盤1、數碼顯示器2、測力傳感器3、電動機4、掛鉤5、大梁6、支撐桿7、支撐輪8、220V電源插頭9、電動機箱10組成，見圖1b。其中，控制盤1通過控制電纜與電動機4連接，控制盤1安裝在大梁6的外側中間偏上位置;數碼顯示器2通過電纜與測力傳感器3連接，顯示器安裝在大梁外側頂端;測力傳感器3上端通過鋼絲線與大梁6連接，下端通過鋼絲線與掛鉤5連接;電動機4通過電源線與電源插頭9連接，電動機4放置在大梁6底部的電動機箱10中;大梁6與底部的電動機箱10焊接，大梁6的中間位置兩邊內側有13個直徑15mm的孔;支撐桿7可以插入在大梁6的13組孔中;支撐輪8安裝在大梁6底部;電動機箱10上端安裝有兩個提把。

二、主要部件的設計選型

（一）可調節連接部件設計

可調節連接部件由支撐桿、大梁上的13組孔、鋼絲繩和掛鉤組成。針對不同規格和高度的推車式滅火器，將支撐桿插入相應高度的孔中，掛鉤穿過支撐桿與推車式滅火器把手相連，從而模擬人對不同規格和高度推車式滅火器的傾斜斜拉狀態。大梁中部兩邊內側有13組直徑15mm的兩側對應的孔，最高的孔離地面高度為1400mm，最低的孔離地面高度為800mm，同側相鄰的兩孔間相距35mm。孔的最低和最高高度能夠滿足目前所有類型推車式滅火器的測量。

（二）底部導輪設計

裝置底部設計有四個導輪和手搖桿，通過搖動手搖桿，可以將裝置底部提升，從而實現裝置的移動和固定找平。

（三）電機選型

目前常見的推車滅火器最大自重為100kg，傾斜后拉力小于自身重力，最大負荷按照最大自重的兩倍計算為2000N。電機選用蘇州西格瑪機電有限公司YDS71型低速三相異步電動機，功率0.18kW，扭矩120N·m，從電機軸中心到邊緣距離為0.05m，120/0.05=2400N，所以該電機能夠帶動2400N的負荷，能滿足對推車式滅火器的拉升要求。同時，該電機也具有緊湊、體積小的特點。

（四）顯示器選型

數顯表選用NS-YB04測量顯示控制儀，測量范圍為-1999至9999字，測量精度0.2%FS±1字，最大量程為1000.0N。

（五）大梁選型

大梁選用碳鋼制作，鋼板厚度為3mm，保證裝置的強度，表面涂有油漆，進行了防銹處理。

（六）傳感器選型

傳感器選用NS-WL1型拉壓力傳感器，測量范圍為0至100kg，測量精度0.05%FS。

三、裝置標定

（一）不確定度來源

推車式滅火器傾斜斜拉測力裝置測量不確定度主要來源：

1.顯示器示值誤差引入的相對不確定度u1

2.砝碼精度誤差引入的相對不確定度u2

3.測力傳感器精度引入的相對不確定度u3

4.測量重復性引入的相對不確定度u4

（二）不確定度計算

1.顯示器示值誤差引入的相對不確定度u1

裝置的顯示器測量精度為0.2%FS±1字，按照滿量程來分析其不確定性，載荷在最大量程1000N下0.2%×1000+0.1=2.1N，以均勻分布估計， 則包含因子

2.砝碼精度誤差引入的相對不確定度u2

裝置配套砝碼的允許誤差為±0.1%，按照滿量程1000N來分析其不確定性，0.1%×1000=1N，以正態分布估計，

3.測力傳感器精度引入的相對不確定度

裝置的測力傳感器測量精度為0.05%FS，按照滿量程來分析其不確定性， 載荷在1000N下0.05%×1000+0.1=0.6，以均勻分布估計， 則包含因子

4.測量重復性引入的相對不確定度u4

采用質量為20kg、40kg、50kg、70kg、90kg的砝碼，使用裝置各測量5次，并記錄每次測量的裝置顯示值，見表1。

（三）合成不確定度

因此，合成后的總的不確定度

（四）擴展不確定度

由于四種不確定度分量u1，u2，u3，u4中，均勻分布的不確定度分量比例最高，因此對合成的不確定度分量以均勻分布進行估計，在置信度為p=95%時，置信因子為k=0.95×? ? = 1.65，擴展不確定度為U=1.2906×1.65≈2.1295 N。測量精度要求為1%，最大量程為100kg，重力加速度9.8N/kg，100×9.8×1%=9.8N。擴展不確定度2.1295 N小于9.8N，因此，裝置滿足測量精度要求1%，可以滿足測量要求。

四、實際應用

推車式滅火器傾斜斜拉測力裝置投入運行后效果良好，提高了推車式滅火器檢測工作的效率。使得推車式滅火器檢測更便捷、準確，降低檢測人為干擾因素，方便用戶計量和保養。推車式滅火器傾斜斜拉測力裝置可以作為企業和消防檢測機構的滅火器檢測裝置，填補了對推車滅火器傾斜斜拉力檢測裝置的空白。

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作者簡介：吳國安（1988.11.8—）男，漢族，碩士學位，助理研究員，研究方向：相關消防產品的檢驗和標準化工作。

專利說明：裝置已獲實用新型授權，專利號：ZL2016 2 0047347.6