矿用压缩氧自救器氧压表的检定装置设计

2021-03-09黄文争李荣强冯俊豪李歧童

世界有色金属 2021年20期

黄文争，王乐，李荣强，冯俊豪，李歧童

（1.河北冀南矿业安全检测检验有限公司，河北邯郸 056000；2.河北工程大学机械与装备工程学院，河北邯郸 056038）

1 概述

矿用自救器是保障矿井人员紧急情况人员生存的重要保障设备，依据矿用自救器征求意见要求的内容，自救器氧压表应该具备国家计量器具的许可证书，并按照相关标准每半年必须进行一次检定，因此对自救器氧压表的检测就至关重要。据某集团公司统计，在用压缩氧自救器总计约2.5万台，每年的检定工作量达到了5万块以上[1]。

目前的检定设备需要人工将每个氧压表安装至检测台，需通过检测人员读取示数，并判断氧压表是否合格，再由检测人员将结果输入上位机，最后打印出结果，检测人员工作量大，劳动强度高，效率低，出错率高。根据现在的检定设备技术水平，需要增加15人以上才能按时按量地完成相应的工作[2-4]。针对目前国内的氧压表装置的工作效率低下、费时费力、不便于携带等特点，本文提出了一种能同时对多块氧压表检定、便携、高效的氧压表检定装置，并增加了工装及成套的视觉识别设备，无需人工在检定装置上对每块表示数进行读取，可减轻劳动强度，提高检定效率和准确率，降低用工成本。

2 自救器氧压表检定装置参数及工作原理

2.1 功能需求

本文设计的自救器氧压表检定装置需实现如下功能：

（1）多氧压表检定：不同于以往的检定方式，一次检定一块氧压表，本装置要能够同时检测多块氧压表；

（2）安装拆卸方便：能够快速实现氧压表的安装，检定完成后能够快速拆卸，节省安装拆卸时间，提高检定速度；

（3）操作简单、调压方便迅速：能够实现按照检定要求，快速准确地进行压力调整。

2.2 参数要求

本文设计的自救器氧压表检定装置技术要求如表1所示。根据设计要求，该氧压表校准检定装置需要能够检测0Mpa～100Mpa的压力，调节精度可以控制在0.1kPa，可以在0℃～50℃的范围内正常使用，同时考虑到便携性要求，重力应控制在12kg以内。

表1 氧压表检定装置技术要求

2.3 氧压表检定装置的原理

本文设计的氧压表检定装置通过预压泵和微调泵进行氧压表检测加压，加压检测过程原理如图1所示。加压时通过抬起手柄实现预压泵的向上提起，使泵体内部形成真空，进水阀开启，水流进泵内，向下按压手柄时进水阀关闭，出水阀被顶开，预压泵中的水被压入系统中，进行系统预压力的设定[5]。需要进行微小压力调整，可以通过微调泵进行设定。

图1 装置检测原理

由于被检表与校准表在系统并联，因而通过加压后比较校准表与被检表的示数即可判断被检表是否正常。

3 系统设计

3.1 工装设计

（1）工装结构形式。

为了实现同时校验多块氧压表，需要设计被检表放置工装，好的工装有利于被检氧压表的快速安装，快速拆卸，提高检测检定速度。

（2）一字型工装。

一字型工装简图如图2（a）所示，由图2（a）可知，一字型工装虽然制作简单，但是考虑到制作成本，只能检定3-5个氧压表，如果检定数量过少，成本过大；如果检定数量过多，则工装长度过长，占用空间过大，并且工装太长会导致其稳定性变差。

图2 工装结构

（3）圆型工装。

圆型工装简图如图2（b）所示，由图2（b）可知，圆型工装虽然可以在有限的成本里能检定多数量的氧压表，但是其制作工艺比较复杂，要求工装的精度比较高，否则无法正常安装快换接头进行氧压表的检定。

（4）“O”型工装。

“O”型工装简图如图2（c）所示，由图2（c）可知，“O”工装虽然制作需要的材料多，但是其制作简单，能根据工业需求增大尺寸来检定更多的氧压表，既结合前两者的优点也能在前两者缺点的基础上进行了有效的改进。

综上，本文采用“O”工装来检定氧压表。

3.2 安装连接

被检氧压表与工装装配的方式是实现快速拆装的关键，螺纹连接具有结构简单、连接可靠的优点，但安装时间较长，因而本文选用了快换接头的方式进行被检氧压表与工装的连接，工装与检测检定装置也通过快换结构连接。由于矿用自救器氧压表尺寸小，本文设计了密封快速螺纹接头，实现快速拆装。

3.3 系统总体结构

自救器氧压表的检定装置如图3所示。该装置主要由“O”型工装、基座，预压泵、加压截止阀、回液截止阀、储液杯、压杆、微调泵、快接头、显示器、摄像机、移动支架、导轨、高度调整手轮、对准钉等组成。导轨安装在基座高台阶的中央，导轨左右两端装有对准架，对准架上设有快接头，左端快接头上安装标准氧压表，右端快接头上安装“O”型工装，“O”型工装上装有待检测氧压表。对准架上安有对准钉，保证两摄像机分别和标准氧压表、“O”型工装的中心对齐。导轨上安装有两移动支架，移动支架可带动摄像机实现左右滑动。移动支架上装有高度调整手轮，高度调整手轮与两摄像机相连，可实现摄像机的高度调节[6-7]。在基座的低台阶中央设置一显示器，在显示器的左、右分别设置储液杯和加压截止阀。在储液杯的左侧设置一加压泵，加压泵上设置一压杆，侧面设置一回液截止阀。回液截止阀右端设置一微调手轮。

图3 总体装配示意图

基座有高、低两台阶。高台阶安装视觉识别系统，低台阶安装氧压表加压系统。基座底端四角均匀分布四个支撑柱。两摄像机的轴线在工作时要与标准氧压表、“O”型工装轴线处于同一水平线上。对准钉、摄像机、标准氧压表、“O”型工装、两块接头的轴线处于同一垂直面上。移动支架由电机控制沿导轨做直线运动，两移动支架要保证适当距离，防止两摄像机碰撞。压杆带动加压泵由储液杯中吸入介质水，对氧压表进行增压。微调手轮对加压系统进行压力调节。加压截止阀和回液截止阀用于控制加压系统中水的流动。

对氧压表进行检测时，将标准氧压表安装在检测台标准氧压表接头上，再将待检测氧压表安装在“O”型工装上，“O”型工装则通过“O”型工装快接头安装在检测台上，通过调节对准钉保证标准氧压表和“O”型工装的表面与摄像机轴线垂直。再通过高度调整手轮调整摄像机高度，保证摄像机与标准氧压表和“O”型工装的轴线处于同一水平线上，通过电机带动移动支架调整摄像机焦距，保证摄像清晰。打开加压截止阀，关闭回液截止阀，通过压杆压动加压泵，将介质水由储液杯中加压至氧压表中，对氧压表进行检定，压力示数可由显示器显示。检定完毕后，将加压截止阀关闭，并打开回液截止阀，以卸掉液压系统压力。