礦用壓縮氧自救器氧壓表的檢定裝置設計

黃文爭，王 樂，李榮強，馮俊豪，李歧童

（1.河北冀南礦業安全檢測檢驗有限公司，河北 邯鄲 056000；2.河北工程大學機械與裝備工程學院，河北 邯鄲 056038）

1 概述

礦用自救器是保障礦井人員緊急情況人員生存的重要保障設備，依據礦用自救器征求意見要求的內容，自救器氧壓表應該具備國家計量器具的許可證書，并按照相關標準每半年必須進行一次檢定，因此對自救器氧壓表的檢測就至關重要。據某集團公司統計，在用壓縮氧自救器總計約2.5萬臺，每年的檢定工作量達到了5萬塊以上[1]。

目前的檢定設備需要人工將每個氧壓表安裝至檢測臺，需通過檢測人員讀取示數，并判斷氧壓表是否合格，再由檢測人員將結果輸入上位機，最后打印出結果，檢測人員工作量大，勞動強度高，效率低，出錯率高。根據現在的檢定設備技術水平，需要增加15人以上才能按時按量地完成相應的工作[2-4]。針對目前國內的氧壓表裝置的工作效率低下、費時費力、不便于攜帶等特點，本文提出了一種能同時對多塊氧壓表檢定、便攜、高效的氧壓表檢定裝置，并增加了工裝及成套的視覺識別設備，無需人工在檢定裝置上對每塊表示數進行讀取，可減輕勞動強度，提高檢定效率和準確率，降低用工成本。

2 自救器氧壓表檢定裝置參數及工作原理

2.1 功能需求

本文設計的自救器氧壓表檢定裝置需實現如下功能：

（1）多氧壓表檢定：不同于以往的檢定方式，一次檢定一塊氧壓表，本裝置要能夠同時檢測多塊氧壓表；

（2）安裝拆卸方便：能夠快速實現氧壓表的安裝，檢定完成后能夠快速拆卸，節省安裝拆卸時間，提高檢定速度；

（3）操作簡單、調壓方便迅速：能夠實現按照檢定要求，快速準確地進行壓力調整。

2.2 參數要求

本文設計的自救器氧壓表檢定裝置技術要求如表1所示。根據設計要求，該氧壓表校準檢定裝置需要能夠檢測0Mpa～100Mpa的壓力，調節精度可以控制在0.1kPa，可以在0℃～50℃的范圍內正常使用，同時考慮到便攜性要求，重力應控制在12kg以內。

表1 氧壓表檢定裝置技術要求

2.3 氧壓表檢定裝置的原理

本文設計的氧壓表檢定裝置通過預壓泵和微調泵進行氧壓表檢測加壓，加壓檢測過程原理如圖1所示。加壓時通過抬起手柄實現預壓泵的向上提起，使泵體內部形成真空，進水閥開啟，水流進泵內，向下按壓手柄時進水閥關閉，出水閥被頂開，預壓泵中的水被壓入系統中，進行系統預壓力的設定[5]。需要進行微小壓力調整，可以通過微調泵進行設定。

圖1 裝置檢測原理

由于被檢表與校準表在系統并聯，因而通過加壓后比較校準表與被檢表的示數即可判斷被檢表是否正常。

3 系統設計

3.1 工裝設計

（1）工裝結構形式。

為了實現同時校驗多塊氧壓表，需要設計被檢表放置工裝，好的工裝有利于被檢氧壓表的快速安裝，快速拆卸，提高檢測檢定速度。

（2）一字型工裝。

一字型工裝簡圖如圖2（a）所示，由圖2（a）可知，一字型工裝雖然制作簡單，但是考慮到制作成本，只能檢定3-5個氧壓表，如果檢定數量過少，成本過大；如果檢定數量過多，則工裝長度過長，占用空間過大，并且工裝太長會導致其穩定性變差。

圖2 工裝結構

（3）圓型工裝。

圓型工裝簡圖如圖2（b）所示，由圖2（b）可知，圓型工裝雖然可以在有限的成本里能檢定多數量的氧壓表，但是其制作工藝比較復雜，要求工裝的精度比較高，否則無法正常安裝快換接頭進行氧壓表的檢定。

（4）“O”型工裝。

“O”型工裝簡圖如圖2（c）所示，由圖2（c）可知，“O”工裝雖然制作需要的材料多，但是其制作簡單，能根據工業需求增大尺寸來檢定更多的氧壓表，既結合前兩者的優點也能在前兩者缺點的基礎上進行了有效的改進。

綜上，本文采用“O”工裝來檢定氧壓表。

3.2 安裝連接

被檢氧壓表與工裝裝配的方式是實現快速拆裝的關鍵，螺紋連接具有結構簡單、連接可靠的優點，但安裝時間較長，因而本文選用了快換接頭的方式進行被檢氧壓表與工裝的連接，工裝與檢測檢定裝置也通過快換結構連接。由于礦用自救器氧壓表尺寸小，本文設計了密封快速螺紋接頭，實現快速拆裝。

3.3 系統總體結構

自救器氧壓表的檢定裝置如圖3所示。該裝置主要由“O”型工裝、基座，預壓泵、加壓截止閥、回液截止閥、儲液杯、壓桿、微調泵、快接頭、顯示器、攝像機、移動支架、導軌、高度調整手輪、對準釘等組成。導軌安裝在基座高臺階的中央，導軌左右兩端裝有對準架，對準架上設有快接頭，左端快接頭上安裝標準氧壓表，右端快接頭上安裝“O”型工裝，“O”型工裝上裝有待檢測氧壓表。對準架上安有對準釘，保證兩攝像機分別和標準氧壓表、“O”型工裝的中心對齊。導軌上安裝有兩移動支架，移動支架可帶動攝像機實現左右滑動。移動支架上裝有高度調整手輪，高度調整手輪與兩攝像機相連，可實現攝像機的高度調節[6-7]。在基座的低臺階中央設置一顯示器，在顯示器的左、右分別設置儲液杯和加壓截止閥。在儲液杯的左側設置一加壓泵，加壓泵上設置一壓桿，側面設置一回液截止閥。回液截止閥右端設置一微調手輪。

圖3 總體裝配示意圖

基座有高、低兩臺階。高臺階安裝視覺識別系統，低臺階安裝氧壓表加壓系統。基座底端四角均勻分布四個支撐柱。兩攝像機的軸線在工作時要與標準氧壓表、“O”型工裝軸線處于同一水平線上。對準釘、攝像機、標準氧壓表、“O”型工裝、兩塊接頭的軸線處于同一垂直面上。移動支架由電機控制沿導軌做直線運動，兩移動支架要保證適當距離，防止兩攝像機碰撞。壓桿帶動加壓泵由儲液杯中吸入介質水，對氧壓表進行增壓。微調手輪對加壓系統進行壓力調節。加壓截止閥和回液截止閥用于控制加壓系統中水的流動。

對氧壓表進行檢測時，將標準氧壓表安裝在檢測臺標準氧壓表接頭上，再將待檢測氧壓表安裝在“O”型工裝上，“O”型工裝則通過“O”型工裝快接頭安裝在檢測臺上，通過調節對準釘保證標準氧壓表和“O”型工裝的表面與攝像機軸線垂直。再通過高度調整手輪調整攝像機高度，保證攝像機與標準氧壓表和“O”型工裝的軸線處于同一水平線上，通過電機帶動移動支架調整攝像機焦距，保證攝像清晰。打開加壓截止閥，關閉回液截止閥，通過壓桿壓動加壓泵，將介質水由儲液杯中加壓至氧壓表中，對氧壓表進行檢定，壓力示數可由顯示器顯示。檢定完畢后，將加壓截止閥關閉，并打開回液截止閥，以卸掉液壓系統壓力。

4 氧壓表檢定裝置特點

（1）本文設計的氧壓表檢定裝置通過在多表連接臺上放置相同數量的等待檢定的氧壓表，可同時進行檢定，極大的減少檢定的時間，減少企業的用人數量同時降低工作人員的勞動強度，從而提高了效率，使用了多個連接臺，避免了多人不能同時使用一臺工作臺的情況，節省用人成本，使用了可拆卸的快換接頭，方便維修和更換使用。

（2）通過“O”型工裝快速接頭安裝，大大縮減了氧壓表自救器檢測裝置的體積，總長為460mm，總寬為365mm，總高為420mm，重量約15kg，具有很好的便攜性。

（3）工裝及成套的視覺識別設備，用以提高氧壓表的檢定數量，提高檢定裝置的智能化水平。無需人工在檢定裝置上對每塊表示數進行讀取，可減輕勞動強度，提高檢定效率和準確率，降低用工成本。