一種用于防爆消防機器人的防爆升降裝置的設計開發

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

防爆消防機器人在火災撲救、偵察等作業中發揮著重要作用，對提高救援安全性、減少人員傷亡具有重要意義。該機器人包括本體和遠程控制箱兩部分。本體采用防爆設計，其上攜帶的升降組件，可上下移動，調整視頻和氣體采集高度。升降組件的驅動電機采用防爆設計，但是由于電機防爆及傳動結構設計復雜，導致升降組件加工、組裝技術難度高、生產效率低。為解決上述技術問題，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構及簡潔高效的傳動機構，工作穩定可靠，故障率低[1]。

1 結構組成

本文所述的防爆升降裝置，由防爆殼體組件、電動升降桿組件、導向定位組件、線纜托鏈組件、數據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為裝置結構剖視[2]。

圖1 裝置原始位置

圖3 裝置結構剖視

防爆殼體組件具備耐爆和隔爆兩種性能，既能夠承受內部爆炸性氣體混合物爆炸時產生的壓力，又能使爆炸時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。隔爆套采用銅材質加工，保證升降桿在隔爆套中做升降運動時不產生火花。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[3]。

電動升降桿組件由電機、齒輪、螺桿、螺母、升降桿、限位開關、殼體組成。在殼體的上、下限位處安裝有限位開關，當推桿運動到限位位置觸發限位開關時，控制系統會給出控制信號切斷電機電源。線纜托鏈組件將數據采集箱中的各種電氣設備線纜通過托鏈約束在一起，與托鏈共同形成一個倒S形柔性隨動線路。數據采集箱由箱體、防爆攝像機、多氣體數據采集器、拾音器等組成。防爆攝像機采集視頻信息。多氣體數據采集器可以采集最多6種有毒氣體的現場數據[4]。

2 功能分析及工作過程

電動升降桿組件安裝在防爆殼體組件內部，升降桿通過隔爆套從防爆殼體組件中伸出。數據采集箱組件隨著升降桿做上升或下降運動，采集不同流層的氣體信息。當數據采集箱做上升或下降運動時，上導向筒跟著一起做隨動運動，為數據采集箱做導向定位。

裝置的工作過程是：電機執行上升的轉動，此轉動通過傳動齒輪組、螺桿和螺母的減速后，推動升降桿上升。數據采集箱組件在升降桿的推動下緩慢上升。在上升過程中，數據采集箱中的多氣體數據采集器不間斷的采集不同流層的氣體數據，并通過線纜傳輸至機器人本體的主控模塊，再由機器人無線傳輸至遠端的主控箱實時分析處理。當數據采集箱組件上升到最高點時，升降桿觸碰上限位開關，電機停止轉動。當遠程主控發出下降指令時，電機執行下降的轉動，將數據采集箱組件緩慢下放。當數據采集箱組件下降到最低點時，升降桿觸碰下限位開關，電機停止轉動，工作流程結束[5]。

3 結束語

作為防爆消防機器人的重要組成部分，防爆升降裝置提供了感知、探測手段，高度集成的執行機構和信息采集模塊為機器人的搶險作業保駕護航。該裝置已在防爆消防機器人上成功應用，參加了多次火場搶險救援，在實際滅火和滅火演練中發揮出了重要的作用，保證了消防人員的人身安全，提高了滅火效率。