推车式灭火器倾斜斜拉测力装置的设计与应用

摘要：本文结合测力传感器、数码显示、可调节连接部件等的机电一体化设计与集成技术，研究和设计了一种对推车式灭火器倾斜斜拉状态下的力进行测量的装置，并对系统的不确定度进行了详细分析计算。该装置投运后使用效果良好，检测便捷、准确、高效，填补了推车式灭火器斜拉拉力检测装置的空白。

关键词：推车式灭火器;倾斜斜拉测力;机电一体化技术

推车式灭火器广泛应用于加油站、仓库、易燃易爆和重点防火场所。在国家标准GB8109-2005《推车式灭火器》中6.6.3.2条款要求必须对竖直、斜躺和手把离地面垂直高度（80±5）cm三种状态下施加在推车灭火器上的力进行测量，即（1）“从竖直存放位置倾斜到推（或拉）行位置时，施加在把手上的力不应大于400N”;（2）“推车式灭火器以倾斜位置存放时，从斜躺的存放位置抬起到推（或拉）行位置，则施加在把手上的力不应大于400N”;（3）“当在手把离地面垂直高度为（80±5）cm的位置时，用来支撑手柄的力不应大于150N”。但是目前无论在企业出厂检验，还是消防检测机构检验中，都是人工采用测力计手动测量。由于推车式灭火器自身较重，人工测量劳动强度大，测量数据精度低，操作标准不规范，容易导致最终测量值不准确。因此，设计一套测量推车式灭火器推（或拉）力的装置是十分必要的。

一、装置简介

推车式灭火器倾斜斜拉测力装置提供了一种可移动的测量推车式灭火器实际使用状态时的推（或拉）力的装置，实现了推车式灭火器自动检测，见图1a。通过调整支撑杆与大梁的连接可模拟各种灭火器的倾斜状态，通过测力传感器对竖直和倾斜状态下的灭火器上的推（或拉）力进行测量，减少了人为干扰因素，提高了检测准确性，同时，采用数码显示器和控制盘使测量过程操作简单，数据易读，提高了检测效率。

该装置由控制盘1、数码显示器2、测力传感器3、电动机4、挂钩5、大梁6、支撑杆7、支撑轮8、220V电源插头9、电动机箱10组成，见图1b。其中，控制盘1通过控制电缆与电动机4连接，控制盘1安装在大梁6的外侧中间偏上位置;数码显示器2通过电缆与测力传感器3连接，显示器安装在大梁外侧顶端;测力传感器3上端通过钢丝线与大梁6连接，下端通过钢丝线与挂钩5连接;电动机4通过电源线与电源插头9连接，电动机4放置在大梁6底部的电动机箱10中;大梁6与底部的电动机箱10焊接，大梁6的中间位置两边内侧有13个直径15mm的孔;支撑杆7可以插入在大梁6的13组孔中;支撑轮8安装在大梁6底部;电动机箱10上端安装有两个提把。

二、主要部件的设计选型

（一）可调节连接部件设计

可调节连接部件由支撑杆、大梁上的13组孔、钢丝绳和挂钩组成。针对不同规格和高度的推车式灭火器，将支撑杆插入相应高度的孔中，挂钩穿过支撑杆与推车式灭火器把手相连，从而模拟人对不同规格和高度推车式灭火器的倾斜斜拉状态。大梁中部两边内侧有13组直径15mm的两侧对应的孔，最高的孔离地面高度为1400mm，最低的孔离地面高度为800mm，同侧相邻的两孔间相距35mm。孔的最低和最高高度能够满足目前所有类型推车式灭火器的测量。

（二）底部导轮设计

装置底部设计有四个导轮和手摇杆，通过摇动手摇杆，可以将装置底部提升，从而实现装置的移动和固定找平。

（三）电机选型

目前常见的推车灭火器最大自重为100kg，倾斜后拉力小于自身重力，最大负荷按照最大自重的两倍计算为2000N。电机选用苏州西格玛机电有限公司YDS71型低速三相异步电动机，功率0.18kW，扭矩120N·m，从电机轴中心到边缘距离为0.05m，120/0.05=2400N，所以该电机能够带动2400N的负荷，能满足对推车式灭火器的拉升要求。同时，该电机也具有紧凑、体积小的特点。

（四）显示器选型

数显表选用NS-YB04测量显示控制仪，测量范围为-1999至9999字，测量精度0.2%FS±1字，最大量程为1000.0N。

（五）大梁选型

大梁选用碳钢制作，钢板厚度为3mm，保证装置的强度，表面涂有油漆，进行了防锈处理。

（六）传感器选型

传感器选用NS-WL1型拉压力传感器，测量范围为0至100kg，测量精度0.05%FS。

三、裝置标定

（一）不确定度来源

推车式灭火器倾斜斜拉测力装置测量不确定度主要来源：

1.显示器示值误差引入的相对不确定度u1

2.砝码精度误差引入的相对不确定度u2

3.测力传感器精度引入的相对不确定度u3

4.测量重复性引入的相对不确定度u4

（二）不确定度计算

1.显示器示值误差引入的相对不确定度u1

装置的显示器测量精度为0.2%FS±1字，按照满量程来分析其不确定性，载荷在最大量程1000N下0.2%×1000+0.1=2.1N，以均匀分布估计， 则包含因子

2.砝码精度误差引入的相对不确定度u2

装置配套砝码的允许误差为±0.1%，按照满量程1000N来分析其不确定性，0.1%×1000=1N，以正态分布估计，

3.测力传感器精度引入的相对不确定度

装置的测力传感器测量精度为0.05%FS，按照满量程来分析其不确定性， 载荷在1000N下0.05%×1000+0.1=0.6，以均匀分布估计， 则包含因子

4.测量重复性引入的相对不确定度u4

采用质量为20kg、40kg、50kg、70kg、90kg的砝码，使用装置各测量5次，并记录每次测量的装置显示值，见表1。

（三）合成不确定度

因此，合成后的总的不确定度

（四）扩展不确定度

由于四种不确定度分量u1，u2，u3，u4中，均匀分布的不确定度分量比例最高，因此对合成的不确定度分量以均匀分布进行估计，在置信度为p=95%时，置信因子为k=0.95×    = 1.65，扩展不确定度为U=1.2906×1.65≈2.1295 N。测量精度要求为1%，最大量程为100kg，重力加速度9.8N/kg，100×9.8×1%=9.8N。扩展不确定度2.1295 N小于9.8N，因此，装置满足测量精度要求1%，可以满足测量要求。

四、实际应用

推车式灭火器倾斜斜拉测力装置投入运行后效果良好，提高了推车式灭火器检测工作的效率。使得推车式灭火器检测更便捷、准确，降低检测人为干扰因素，方便用户计量和保养。推车式灭火器倾斜斜拉测力装置可以作为企业和消防检测机构的灭火器检测装置，填补了对推车灭火器倾斜斜拉力检测装置的空白。

参考文献：

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作者简介：吴国安（1988.11.8—）男，汉族，硕士学位，助理研究员，研究方向：相关消防产品的检验和标准化工作。

专利说明：装置已获实用新型授权，专利号：ZL2016 2 0047347.6