推車式滅火器傾斜斜拉測(cè)力裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：本文結(jié)合測(cè)力傳感器、數(shù)碼顯示、可調(diào)節(jié)連接部件等的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)與集成技術(shù)，研究和設(shè)計(jì)了一種對(duì)推車式滅火器傾斜斜拉狀態(tài)下的力進(jìn)行測(cè)量的裝置，并對(duì)系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行了詳細(xì)分析計(jì)算。該裝置投運(yùn)后使用效果良好，檢測(cè)便捷、準(zhǔn)確、高效，填補(bǔ)了推車式滅火器斜拉拉力檢測(cè)裝置的空白。

關(guān)鍵詞：推車式滅火器;傾斜斜拉測(cè)力;機(jī)電一體化技術(shù)

推車式滅火器廣泛應(yīng)用于加油站、倉(cāng)庫、易燃易爆和重點(diǎn)防火場(chǎng)所。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8109-2005《推車式滅火器》中6.6.3.2條款要求必須對(duì)豎直、斜躺和手把離地面垂直高度（80±5）cm三種狀態(tài)下施加在推車滅火器上的力進(jìn)行測(cè)量，即（1）“從豎直存放位置傾斜到推（或拉）行位置時(shí)，施加在把手上的力不應(yīng)大于400N”;（2）“推車式滅火器以傾斜位置存放時(shí)，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(yīng)大于400N”;（3）“當(dāng)在手把離地面垂直高度為（80±5）cm的位置時(shí)，用來支撐手柄的力不應(yīng)大于150N”。但是目前無論在企業(yè)出廠檢驗(yàn)，還是消防檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)中，都是人工采用測(cè)力計(jì)手動(dòng)測(cè)量。由于推車式滅火器自身較重，人工測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度大，測(cè)量數(shù)據(jù)精度低，操作標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范，容易導(dǎo)致最終測(cè)量值不準(zhǔn)確。因此，設(shè)計(jì)一套測(cè)量推車式滅火器推（或拉）力的裝置是十分必要的。

一、裝置簡(jiǎn)介

推車式滅火器傾斜斜拉測(cè)力裝置提供了一種可移動(dòng)的測(cè)量推車式滅火器實(shí)際使用狀態(tài)時(shí)的推（或拉）力的裝置，實(shí)現(xiàn)了推車式滅火器自動(dòng)檢測(cè)，見圖1a。通過調(diào)整支撐桿與大梁的連接可模擬各種滅火器的傾斜狀態(tài)，通過測(cè)力傳感器對(duì)豎直和傾斜狀態(tài)下的滅火器上的推（或拉）力進(jìn)行測(cè)量，減少了人為干擾因素，提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性，同時(shí)，采用數(shù)碼顯示器和控制盤使測(cè)量過程操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)易讀，提高了檢測(cè)效率。

該裝置由控制盤1、數(shù)碼顯示器2、測(cè)力傳感器3、電動(dòng)機(jī)4、掛鉤5、大梁6、支撐桿7、支撐輪8、220V電源插頭9、電動(dòng)機(jī)箱10組成，見圖1b。其中，控制盤1通過控制電纜與電動(dòng)機(jī)4連接，控制盤1安裝在大梁6的外側(cè)中間偏上位置;數(shù)碼顯示器2通過電纜與測(cè)力傳感器3連接，顯示器安裝在大梁外側(cè)頂端;測(cè)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(dòng)機(jī)4通過電源線與電源插頭9連接，電動(dòng)機(jī)4放置在大梁6底部的電動(dòng)機(jī)箱10中;大梁6與底部的電動(dòng)機(jī)箱10焊接，大梁6的中間位置兩邊內(nèi)側(cè)有13個(gè)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(dòng)機(jī)箱10上端安裝有兩個(gè)提把。

二、主要部件的設(shè)計(jì)選型

（一）可調(diào)節(jié)連接部件設(shè)計(jì)

可調(diào)節(jié)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(duì)不同規(guī)格和高度的推車式滅火器，將支撐桿插入相應(yīng)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(duì)不同規(guī)格和高度推車式滅火器的傾斜斜拉狀態(tài)。大梁中部?jī)蛇厓?nèi)側(cè)有13組直徑15mm的兩側(cè)對(duì)應(yīng)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(cè)相鄰的兩孔間相距35mm?？椎淖畹秃妥罡吒叨饶軌驖M足目前所有類型推車式滅火器的測(cè)量。

（二）底部導(dǎo)輪設(shè)計(jì)

裝置底部設(shè)計(jì)有四個(gè)導(dǎo)輪和手搖桿，通過搖動(dòng)手搖桿，可以將裝置底部提升，從而實(shí)現(xiàn)裝置的移動(dòng)和固定找平。

（三）電機(jī)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(fù)荷按照最大自重的兩倍計(jì)算為2000N。電機(jī)選用蘇州西格瑪機(jī)電有限公司YDS71型低速三相異步電動(dòng)機(jī)，功率0.18kW，扭矩120N·m，從電機(jī)軸中心到邊緣距離為0.05m，120/0.05=2400N，所以該電機(jī)能夠帶動(dòng)2400N的負(fù)荷，能滿足對(duì)推車式滅火器的拉升要求。同時(shí)，該電機(jī)也具有緊湊、體積小的特點(diǎn)。

（四）顯示器選型

數(shù)顯表選用NS-YB04測(cè)量顯示控制儀，測(cè)量范圍為-1999至9999字，測(cè)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(qiáng)度，表面涂有油漆，進(jìn)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(cè)量范圍為0至100kg，測(cè)量精度0.05%FS。

三、裝置標(biāo)定

（一）不確定度來源

推車式滅火器傾斜斜拉測(cè)力裝置測(cè)量不確定度主要來源：

1.顯示器示值誤差引入的相對(duì)不確定度u1

2.砝碼精度誤差引入的相對(duì)不確定度u2

3.測(cè)力傳感器精度引入的相對(duì)不確定度u3

4.測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度u4

（二）不確定度計(jì)算

1.顯示器示值誤差引入的相對(duì)不確定度u1

裝置的顯示器測(cè)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(jì)， 則包含因子

2.砝碼精度誤差引入的相對(duì)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(tài)分布估計(jì)，

3.測(cè)力傳感器精度引入的相對(duì)不確定度

裝置的測(cè)力傳感器測(cè)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(jì)， 則包含因子

4.測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度u4

采用質(zhì)量為20kg、40kg、50kg、70kg、90kg的砝碼，使用裝置各測(cè)量5次，并記錄每次測(cè)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(kuò)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(duì)合成的不確定度分量以均勻分布進(jìn)行估計(jì)，在置信度為p=95%時(shí)，置信因子為k=0.95×? ? = 1.65，擴(kuò)展不確定度為U=1.2906×1.65≈2.1295 N。測(cè)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(kuò)展不確定度2.1295 N小于9.8N，因此，裝置滿足測(cè)量精度要求1%，可以滿足測(cè)量要求。

四、實(shí)際應(yīng)用

推車式滅火器傾斜斜拉測(cè)力裝置投入運(yùn)行后效果良好，提高了推車式滅火器檢測(cè)工作的效率。使得推車式滅火器檢測(cè)更便捷、準(zhǔn)確，降低檢測(cè)人為干擾因素，方便用戶計(jì)量和保養(yǎng)。推車式滅火器傾斜斜拉測(cè)力裝置可以作為企業(yè)和消防檢測(cè)機(jī)構(gòu)的滅火器檢測(cè)裝置，填補(bǔ)了對(duì)推車滅火器傾斜斜拉力檢測(cè)裝置的空白。

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作者簡(jiǎn)介：吳國(guó)安（1988.11.8—）男，漢族，碩士學(xué)位，助理研究員，研究方向：相關(guān)消防產(chǎn)品的檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)化工作。

專利說明：裝置已獲實(shí)用新型授權(quán)，專利號(hào)：ZL2016 2 0047347.6