礦用壓縮氧自救器氧壓表的檢定裝置設(shè)計

黃文爭，王 樂，李榮強(qiáng)，馮俊豪，李歧童

（1.河北冀南礦業(yè)安全檢測檢驗有限公司，河北 邯鄲 056000；2.河北工程大學(xué)機(jī)械與裝備工程學(xué)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(shè)備，依據(jù)礦用自救器征求意見要求的內(nèi)容，自救器氧壓表應(yīng)該具備國家計量器具的許可證書，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)每半年必須進(jìn)行一次檢定，因此對自救器氧壓表的檢測就至關(guān)重要。據(jù)某集團(tuán)公司統(tǒng)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(dá)到了5萬塊以上[1]。

目前的檢定設(shè)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(shù)，并判斷氧壓表是否合格，再由檢測人員將結(jié)果輸入上位機(jī)，最后打印出結(jié)果，檢測人員工作量大，勞動強(qiáng)度高，效率低，出錯率高。根據(jù)現(xiàn)在的檢定設(shè)備技術(shù)水平，需要增加15人以上才能按時按量地完成相應(yīng)的工作[2-4]。針對目前國內(nèi)的氧壓表裝置的工作效率低下、費(fèi)時費(fèi)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(shè)備，無需人工在檢定裝置上對每塊表示數(shù)進(jìn)行讀取，可減輕勞動強(qiáng)度，提高檢定效率和準(zhǔn)確率，降低用工成本。

2 自救器氧壓表檢定裝置參數(shù)及工作原理

2.1 功能需求

本文設(shè)計的自救器氧壓表檢定裝置需實現(xiàn)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(xiàn)氧壓表的安裝，檢定完成后能夠快速拆卸，節(jié)省安裝拆卸時間，提高檢定速度；

（3）操作簡單、調(diào)壓方便迅速：能夠?qū)崿F(xiàn)按照檢定要求，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行壓力調(diào)整。

2.2 參數(shù)要求

本文設(shè)計的自救器氧壓表檢定裝置技術(shù)要求如表1所示。根據(jù)設(shè)計要求，該氧壓表校準(zhǔn)檢定裝置需要能夠檢測0Mpa～100Mpa的壓力，調(diào)節(jié)精度可以控制在0.1kPa，可以在0℃～50℃的范圍內(nèi)正常使用，同時考慮到便攜性要求，重力應(yīng)控制在12kg以內(nèi)。

表1 氧壓表檢定裝置技術(shù)要求

2.3 氧壓表檢定裝置的原理

本文設(shè)計的氧壓表檢定裝置通過預(yù)壓泵和微調(diào)泵進(jìn)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(xiàn)預(yù)壓泵的向上提起，使泵體內(nèi)部形成真空，進(jìn)水閥開啟，水流進(jìn)泵內(nèi)，向下按壓手柄時進(jìn)水閥關(guān)閉，出水閥被頂開，預(yù)壓泵中的水被壓入系統(tǒng)中，進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)壓力的設(shè)定[5]。需要進(jìn)行微小壓力調(diào)整，可以通過微調(diào)泵進(jìn)行設(shè)定。

圖1 裝置檢測原理

由于被檢表與校準(zhǔn)表在系統(tǒng)并聯(lián)，因而通過加壓后比較校準(zhǔn)表與被檢表的示數(shù)即可判斷被檢表是否正常。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 工裝設(shè)計

（1）工裝結(jié)構(gòu)形式。

為了實現(xiàn)同時校驗多塊氧壓表，需要設(shè)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(shù)量過少，成本過大；如果檢定數(shù)量過多，則工裝長度過長，占用空間過大，并且工裝太長會導(dǎo)致其穩(wěn)定性變差。

圖2 工裝結(jié)構(gòu)

（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(shù)量的氧壓表，但是其制作工藝比較復(fù)雜，要求工裝的精度比較高，否則無法正常安裝快換接頭進(jìn)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(jù)工業(yè)需求增大尺寸來檢定更多的氧壓表，既結(jié)合前兩者的優(yōu)點也能在前兩者缺點的基礎(chǔ)上進(jìn)行了有效的改進(jìn)。

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(xiàn)快速拆裝的關(guān)鍵，螺紋連接具有結(jié)構(gòu)簡單、連接可靠的優(yōu)點，但安裝時間較長，因而本文選用了快換接頭的方式進(jìn)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(jié)構(gòu)連接。由于礦用自救器氧壓表尺寸小，本文設(shè)計了密封快速螺紋接頭，實現(xiàn)快速拆裝。

3.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

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(yù)壓泵、加壓截止閥、回液截止閥、儲液杯、壓桿、微調(diào)泵、快接頭、顯示器、攝像機(jī)、移動支架、導(dǎo)軌、高度調(diào)整手輪、對準(zhǔn)釘?shù)冉M成。導(dǎo)軌安裝在基座高臺階的中央，導(dǎo)軌左右兩端裝有對準(zhǔn)架，對準(zhǔn)架上設(shè)有快接頭，左端快接頭上安裝標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)架上安有對準(zhǔn)釘，保證兩攝像機(jī)分別和標(biāo)準(zhǔn)氧壓表、“O”型工裝的中心對齊。導(dǎo)軌上安裝有兩移動支架，移動支架可帶動攝像機(jī)實現(xiàn)左右滑動。移動支架上裝有高度調(diào)整手輪，高度調(diào)整手輪與兩攝像機(jī)相連，可實現(xiàn)攝像機(jī)的高度調(diào)節(jié)[6-7]。在基座的低臺階中央設(shè)置一顯示器，在顯示器的左、右分別設(shè)置儲液杯和加壓截止閥。在儲液杯的左側(cè)設(shè)置一加壓泵，加壓泵上設(shè)置一壓桿，側(cè)面設(shè)置一回液截止閥?；匾航刂归y右端設(shè)置一微調(diào)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(tǒng)，低臺階安裝氧壓表加壓系統(tǒng)?；锥怂慕蔷鶆蚍植妓膫€支撐柱。兩攝像機(jī)的軸線在工作時要與標(biāo)準(zhǔn)氧壓表、“O”型工裝軸線處于同一水平線上。對準(zhǔn)釘、攝像機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)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(jī)控制沿導(dǎo)軌做直線運(yùn)動，兩移動支架要保證適當(dāng)距離，防止兩攝像機(jī)碰撞。壓桿帶動加壓泵由儲液杯中吸入介質(zhì)水，對氧壓表進(jìn)行增壓。微調(diào)手輪對加壓系統(tǒng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。加壓截止閥和回液截止閥用于控制加壓系統(tǒng)中水的流動。

對氧壓表進(jìn)行檢測時，將標(biāo)準(zhǔn)氧壓表安裝在檢測臺標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)對準(zhǔn)釘保證標(biāo)準(zhǔn)氧壓表和“O”型工裝的表面與攝像機(jī)軸線垂直。再通過高度調(diào)整手輪調(diào)整攝像機(jī)高度，保證攝像機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)氧壓表和“O”型工裝的軸線處于同一水平線上，通過電機(jī)帶動移動支架調(diào)整攝像機(jī)焦距，保證攝像清晰。打開加壓截止閥，關(guān)閉回液截止閥，通過壓桿壓動加壓泵，將介質(zhì)水由儲液杯中加壓至氧壓表中，對氧壓表進(jìn)行檢定，壓力示數(shù)可由顯示器顯示。檢定完畢后，將加壓截止閥關(guān)閉，并打開回液截止閥，以卸掉液壓系統(tǒng)壓力。

4 氧壓表檢定裝置特點

（1）本文設(shè)計的氧壓表檢定裝置通過在多表連接臺上放置相同數(shù)量的等待檢定的氧壓表，可同時進(jìn)行檢定，極大的減少檢定的時間，減少企業(yè)的用人數(shù)量同時降低工作人員的勞動強(qiáng)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(jié)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(shè)備，用以提高氧壓表的檢定數(shù)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(shù)進(jìn)行讀取，可減輕勞動強(qiáng)度，提高檢定效率和準(zhǔn)確率，降低用工成本。