一種用于防爆消防機(jī)器人的防爆升降裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)

王永軍 趙穎秋

中信重工開誠智能裝備有限公司 河北 唐山 063020

引言

防爆消防機(jī)器人在火災(zāi)撲救、偵察等作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，對(duì)提高救援安全性、減少人員傷亡具有重要意義。該機(jī)器人包括本體和遠(yuǎn)程控制箱兩部分。本體采用防爆設(shè)計(jì)，其上攜帶的升降組件，可上下移動(dòng)，調(diào)整視頻和氣體采集高度。升降組件的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用防爆設(shè)計(jì)，但是由于電機(jī)防爆及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，導(dǎo)致升降組件加工、組裝技術(shù)難度高、生產(chǎn)效率低。為解決上述技術(shù)問題，本文給出了一種新的防爆升降裝置，該裝置具有安全的防爆結(jié)構(gòu)及簡潔高效的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，工作穩(wěn)定可靠，故障率低[1]。

1 結(jié)構(gòu)組成

本文所述的防爆升降裝置，由防爆殼體組件、電動(dòng)升降桿組件、導(dǎo)向定位組件、線纜托鏈組件、數(shù)據(jù)采集箱組件等五部分組成。圖1為裝置原始位置，圖2為裝置上升到最高位置，圖3為裝置結(jié)構(gòu)剖視[2]。

圖1 裝置原始位置

圖3 裝置結(jié)構(gòu)剖視

防爆殼體組件具備耐爆和隔爆兩種性能，既能夠承受內(nèi)部爆炸性氣體混合物爆炸時(shí)產(chǎn)生的壓力，又能使爆炸時(shí)噴出的火焰通過隔爆面滅焰，不引燃外部氣體。組件中的主殼體2與殼蓋1通過螺栓連接在一起，形成一個(gè)平面隔爆面。組件中的隔爆套12與主殼體2通過螺栓連接在一起，隔爆套與主殼體、升降桿分別形成圓筒隔爆面。隔爆套采用銅材質(zhì)加工，保證升降桿在隔爆套中做升降運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生火花。以上兩種隔爆面的間隙ic，按公式ic= MESG/K確定，式中MESG=f（L）為爆炸性混合物的最大試驗(yàn)安全間隙，按GB3836.2中的表1、表2選取，L為隔爆接合面寬度；K＞1.5，為安全系數(shù)[3]。

電動(dòng)升降桿組件由電機(jī)、齒輪、螺桿、螺母、升降桿、限位開關(guān)、殼體組成。在殼體的上、下限位處安裝有限位開關(guān)，當(dāng)推桿運(yùn)動(dòng)到限位位置觸發(fā)限位開關(guān)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)給出控制信號(hào)切斷電機(jī)電源。線纜托鏈組件將數(shù)據(jù)采集箱中的各種電氣設(shè)備線纜通過托鏈約束在一起，與托鏈共同形成一個(gè)倒S形柔性隨動(dòng)線路。數(shù)據(jù)采集箱由箱體、防爆攝像機(jī)、多氣體數(shù)據(jù)采集器、拾音器等組成。防爆攝像機(jī)采集視頻信息。多氣體數(shù)據(jù)采集器可以采集最多6種有毒氣體的現(xiàn)場數(shù)據(jù)[4]。

2 功能分析及工作過程

電動(dòng)升降桿組件安裝在防爆殼體組件內(nèi)部，升降桿通過隔爆套從防爆殼體組件中伸出。數(shù)據(jù)采集箱組件隨著升降桿做上升或下降運(yùn)動(dòng)，采集不同流層的氣體信息。當(dāng)數(shù)據(jù)采集箱做上升或下降運(yùn)動(dòng)時(shí)，上導(dǎo)向筒跟著一起做隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)，為數(shù)據(jù)采集箱做導(dǎo)向定位。

裝置的工作過程是：電機(jī)執(zhí)行上升的轉(zhuǎn)動(dòng)，此轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)齒輪組、螺桿和螺母的減速后，推動(dòng)升降桿上升。數(shù)據(jù)采集箱組件在升降桿的推動(dòng)下緩慢上升。在上升過程中，數(shù)據(jù)采集箱中的多氣體數(shù)據(jù)采集器不間斷的采集不同流層的氣體數(shù)據(jù)，并通過線纜傳輸至機(jī)器人本體的主控模塊，再由機(jī)器人無線傳輸至遠(yuǎn)端的主控箱實(shí)時(shí)分析處理。當(dāng)數(shù)據(jù)采集箱組件上升到最高點(diǎn)時(shí)，升降桿觸碰上限位開關(guān)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)遠(yuǎn)程主控發(fā)出下降指令時(shí)，電機(jī)執(zhí)行下降的轉(zhuǎn)動(dòng)，將數(shù)據(jù)采集箱組件緩慢下放。當(dāng)數(shù)據(jù)采集箱組件下降到最低點(diǎn)時(shí)，升降桿觸碰下限位開關(guān)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工作流程結(jié)束[5]。

3 結(jié)束語

作為防爆消防機(jī)器人的重要組成部分，防爆升降裝置提供了感知、探測手段，高度集成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和信息采集模塊為機(jī)器人的搶險(xiǎn)作業(yè)保駕護(hù)航。該裝置已在防爆消防機(jī)器人上成功應(yīng)用，參加了多次火場搶險(xiǎn)救援，在實(shí)際滅火和滅火演練中發(fā)揮出了重要的作用，保證了消防人員的人身安全，提高了滅火效率。