手自一体消防水带收卷器的设计_张文斌
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新型折卷滚卷式消防水带收卷器
图 １ 新 型 折 卷 滚 卷 式 消 防水 带 收 卷 器 的 系 统 功 能
该系统的核心功能 就是完成 对消 防水带 的收 卷 ， 为 完 成 这个 功能 ， 实现 ｓ型折 卷 和 圆盘 滚 卷 的 转 换 ， 笔 者 设
根 据 已知 收 卷 机 的转 速 、 转矩 、 输 出 功 率 等 相 关 性 能
夹 具
收 卷 器 方 便 消 防 水 带 的储 存 和携 带 ， 优 化 了 晾 晒 时展 开 水 带 的
工作 ， 节省 时 间 ，Байду номын сангаас提 高效率， 弥补 了现 有 技 术 的 不 足 。 关键词 ： 消 防 水 带收 卷 器 ；折 卷 滚 卷 ；系统 设 计 中图分类号 ： Ｘ ９ ２ ８ ． ４ 。Ｔ Ｕ８ ９ ２ 文 献标 志码 ： Ｂ
新 型折 卷 滚 卷 式 消 防水 带 收卷 器
张文斌 ，郭德伟 ，俞利 宾 ，闵 洁
（ 红 河 学院 工 学院 ， 云南 蒙 自 ６ ６ １ １ ９ ９ ）
摘 要： 设 计 了一 种 新 型 的 消 防 水 带折 卷 滚 卷 器 。该 折 卷
带 收卷 器 的各 部 分 功 能 ， 对 收 卷 器 的 功 能 进 行 功 能 树 分 析， 如 图 ２所 示 。
机 架 设 计 提 供 传 动 机 械 传 动
１ 设 计 目的及 意 义
转 换 收 卷 方式 新 型 折 卷 滚 卷 式 消 防 水 带 收 卷 器
目前 ， 我 国 消 防设 施 还 不 够 完 善 ， 如 消 防水 带 的 收 卷
驱 动 功 能
收 卷 提 供 动 力 及摊 水 减速 器 减 速
要求 ， 选用 Ｓ ＸＤ Ｊ 一０ ７型 的 无 刷 直 流 电机 。 电 机 的 具 体 性能参数为 ： 型号 ， Ｓ ＸＤ Ｊ 一０ ７型 ； 额 定 电压 ， ３ ６ Ｖ（ ＤＣ） ；
手自一体消防水带收卷器的设计_张文斌
笔者设计了一 种 手 自 一 体 式 消 防 水 带 收 卷 器 ，能 以 机动或手动方式快速地将用过的水带收卷起来并有效挤 掉水带中的残余积水 ，减轻后续干燥工 序 的 压 力 ，降 低 消 防员的劳动强度 ，以弥补现有技术的不足 。 ２ 系 统 方 案 拟 定
为了能更好地设计手自一体消防水带收卷器的各部 分功能，对收卷器的功能进行功能树分析 ，如图１所示。
（ａ）俯 视 图
１．外 套 ；２．芯 子 ；３．平 挡 ；４．丝 挡 ；５．芯 子 垫 圈 ；６．千 斤 ； ７．千 斤 簧 ；８．钢 球 图 ５ 飞 轮 结 构 图
２１２
动手柄，在使用时将手柄套到收卷 轴 上 ，摇 动 手 柄 带 动 收 卷轴转动即可 完 成 收 卷 工 作 ，使 用 完 后 再 将 摇 动 手 柄 取 下收好，这就完成了一个工作过 程 。 根 据 市 场 调 查，活 套 式摇柄比较容易买到且价格便宜 ，具体结构如图３所示。
（ａ）轧 辊 模 型
调速把手固定的一边有个霍尔 元 件 ，有 三 根 引 脚，一 脚接控制器的５Ｖ，一脚 接 地，剩 下 的 一 脚 接 输 出 信 号 电 压０～５ Ｖ，调 速 把 手 内 部 活 动 的 一 边 有 块 强 磁 铁 ，靠 磁 铁和霍尔元件 的 距 离 来 改 变 输 出 电 压 ，送 到 控 制 器 达 到 控制输出电流的目的 。调速把手的转动角 度 范 围 在 ０°～ ３０°。通过转动 调 速 把 手 选 择 合 适 的 速 度 就 能 够 让 收 卷 器运动协调，使收卷工作效率大大提高 。 ３．６ 脚 轮 的 选 用
Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１５，Ｖｏｌ ３４，Ｎｏ．２
基础的单向咬合齿轮机构。从结构上可将其分为单级飞 轮和多级飞轮两大类。单级飞轮又称为单链轮片飞轮， 主要由外套、平挡 和 芯 子、千 斤、千 斤 簧、垫 圈、丝 挡 及 钢 球等零件组成。 多 级 飞 轮 是 在 单 级 飞 轮 的 基 础 上 ，增 加 几片飞轮片，与中轴上的链轮结合 ，组 成 各 种 不 同 的 传 动 比，从而改变速度。设计中飞轮 起 传 动 和 离 合 器 的 作 用， 根 据 实 际 需 要 选 用 ２２ 齿 单 级 飞 轮 ，其 结 构 如 图 ５ 所 示 。
为了能更好地设计手自一体消防水带收卷器的各部 分功能，对收卷器的功能进行功能树分析 ，如图１所示。
（ａ）俯 视 图
１．外 套 ；２．芯 子 ；３．平 挡 ；４．丝 挡 ；５．芯 子 垫 圈 ；６．千 斤 ； ７．千 斤 簧 ；８．钢 球 图 ５ 飞 轮 结 构 图
２１２
动手柄，在使用时将手柄套到收卷 轴 上 ，摇 动 手 柄 带 动 收 卷轴转动即可 完 成 收 卷 工 作 ，使 用 完 后 再 将 摇 动 手 柄 取 下收好，这就完成了一个工作过 程 。 根 据 市 场 调 查，活 套 式摇柄比较容易买到且价格便宜 ，具体结构如图３所示。
（ａ）轧 辊 模 型
调速把手固定的一边有个霍尔 元 件 ，有 三 根 引 脚，一 脚接控制器的５Ｖ，一脚 接 地，剩 下 的 一 脚 接 输 出 信 号 电 压０～５ Ｖ，调 速 把 手 内 部 活 动 的 一 边 有 块 强 磁 铁 ，靠 磁 铁和霍尔元件 的 距 离 来 改 变 输 出 电 压 ，送 到 控 制 器 达 到 控制输出电流的目的 。调速把手的转动角 度 范 围 在 ０°～ ３０°。通过转动 调 速 把 手 选 择 合 适 的 速 度 就 能 够 让 收 卷 器运动协调，使收卷工作效率大大提高 。 ３．６ 脚 轮 的 选 用
Ｆｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１５，Ｖｏｌ ３４，Ｎｏ．２
基础的单向咬合齿轮机构。从结构上可将其分为单级飞 轮和多级飞轮两大类。单级飞轮又称为单链轮片飞轮， 主要由外套、平挡 和 芯 子、千 斤、千 斤 簧、垫 圈、丝 挡 及 钢 球等零件组成。 多 级 飞 轮 是 在 单 级 飞 轮 的 基 础 上 ，增 加 几片飞轮片，与中轴上的链轮结合 ，组 成 各 种 不 同 的 传 动 比，从而改变速度。设计中飞轮 起 传 动 和 离 合 器 的 作 用， 根 据 实 际 需 要 选 用 ２２ 齿 单 级 飞 轮 ，其 结 构 如 图 ５ 所 示 。
消防水带晾晒自动收卷装置
消防水带晾晒自动收卷装置冯怡然;刘磊;芦金石;高禹;崔志侃;陶学恒【期刊名称】《消防科学与技术》【年(卷),期】2016(000)003【摘要】研发消防水带自动晾晒收卷装置,采用滑轮组传动机构、链传动与单向传动机构,实现水带的悬挂晾晒与自动收卷.针对装置的工作原理分析,确定整体设计方案并完成装置的悬架、驱动单元和自动收卷单元的设计.驱动单元选用步进电机提供动力.收卷轮盘在下降的过程中旋转将水带收卷成盘型.通过Solidworks Simulation模块完成了对装置主要零部件的静态载荷分析,结果表明:零部件在工况下的最大受力小于设计许用应力,完全满足强度要求.进行现场试验,验证了该装置在实际使用中的可靠性.【总页数】5页(P397-401)【作者】冯怡然;刘磊;芦金石;高禹;崔志侃;陶学恒【作者单位】大连工业大学辽宁省海洋食品加工技术装备重点实验室,辽宁大连116034;大连市消防支队,辽宁大连116000;大连工业大学辽宁省海洋食品加工技术装备重点实验室,辽宁大连116034;大连工业大学辽宁省海洋食品加工技术装备重点实验室,辽宁大连116034;大连工业大学辽宁省海洋食品加工技术装备重点实验室,辽宁大连116034;大连工业大学辽宁省海洋食品加工技术装备重点实验室,辽宁大连116034【正文语种】中文【中图分类】X924.4;TP273;TH132【相关文献】1.新型折卷滚卷式消防水带收卷器 [J], 张文斌;郭德伟;俞利宾;闵洁2.手自一体消防水带收卷器的设计 [J], 张文斌3.消防水带清洗晾晒技术与装备的研究进展 [J], 孟祥毅;刘艳秋;王静;冯怡然;芦金石;金志远;刘磊;陶学恒4.消防水带智能化干燥收卷设备的研发 [J], 冯怡然;雷晓静;陶学恒;金志远5.全自动转架中心型收卷装置 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
消防水带自动收放器的设计
2018年4月武警学院学报Apr.2018第 34 卷第 4 期 JOURNAL O F THEARMEDPOLICEACADEMY V〇l.34 N o.4消防水带自动收放器的设计吴国鑫(大连市公安消防支队，辽宁大连116033)摘要：在灭火救援行动中，消防水带的收放速度直接影响火灾扑救的时间。
针对此问题，设计了 一种新型消防水带自动收放器装置，并通过Solid W oks Simulation模块对装置主要零部件的静态 载荷进行了分析。
该装置采用调速机构和锁紧机构，可实现水带的垂直铺设和自动收放，并可控制 水带下滑的速度。
还通过计算分析出零部件的最大受力小于设计的许用应力，满足强度要求，从而 证明此消防水带自动收放器设计可靠，为未来实际使用提供理论依据。
关键词：消防水带；垂直铺设；自动收放;调速机构；静态载荷中图分类号：X924.4;TU998.13 文献标志码：A文章编号：1008 -2077(2018)04 -0045 -040引言在灭火救援行动中，消防水带是常用的器具。
水带在未使用时卷绕成盘状，使用时，水带被打开与 消火栓或消防车连接，待消防水带使用完毕后，要由 人工将水带慢慢卷回，收卷缓慢，效率低下，而且整 卷水带要拿在手上，随着水带盘的增大，会越发地沉 重，费时费力且加大操作者的劳动强度[1-2]。
近年 来，消防水带设计和制造工艺不断改进，但其收放形 式主要是手动为主，大大影响了灭火救援时间。
尤 其是在当今城市高层建筑越来越多，越建越高的情 况下，高层建筑的灭火救援速度间接受到了影响。
实际上，在进行高楼火灾救援时，整个过程非常繁琐 和危险，不仅需要垂直铺设多盘水带，而且还要确保 水带的垂直铺设和水带的连接。
水带垂直铺设时，进窗口处水带的固定难度较大，若直接沿窗台垂直 铺设，楼下有多处障碍物时，水带将无法顺利铺设。
多盘水带进行铺设时，由于水带重力原因导致其下 降速度极快，一人完成困难，需多人同时拖拽水带，完成 带与 带的 和 带的垂 。
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手动装置是该设计中的重点 内 容 ，也 是 主 要 创 新 点。 该设计的应用 背 景 是 复 杂 的 火 灾 现 场 ，很 多 情 况 不 在 人 能控制的范围内。如需要收卷的水带太多导致电池的电 用完或电动装 置 出 现 问 题 无 法 工 作 时 ，就 需 要 手 动 完 成 任务。
考虑到现场使 用 的 方 便 和 快 捷 ，采 用 带 有 活 套 的 摇
脚轮是统称，包 括 活 动 和 固 定 脚 轮 。 活 动 脚 轮 就 是 “万向轮”，其 结 构 允 许 ３６０°旋 转，固 定 脚 轮 没 有 旋 转 结 构，不能转动。该设计中考虑到应 用 环 境 复 杂 ，要 求 本 机 灵活性高，但在收卷水带时又要求 整 机 不 能 移 动 ，所 以 最 终选用带有刹车装置的万向脚轮 ，具体结构如图６所示。
分功能
－
－
Ａ
夹具
Ｂ
排水机构
Ｃ 收卷驱动机构
Ｄ
驱动
Ｅ
调控功能
Ｆ 手电转换机构
Ｇ
人机交互
Ｈ
机械传动
１ Ｕ 形叉 轧辊 齿轮机构 液压机
ＰＬＣ 飞轮 电路开关 齿轮传动
功能解 ２
Ｖ 形叉 机械手 收卷轴 气压机 单片机 离合器 遥控 带传动
３ 夹子
－ 链轮机构
电动机 电路控制
－ － 链条传动
３ 系 统 关 键 零 部 件 设 计 ３．１ 电 机 的 选 择
（ａ）俯 视 图
１．外 套 ；２．芯 子 ；３．平 挡 ；４．丝 挡 ；５．芯 子 垫 圈 ；６．千 斤 ； ７．千 斤 簧 ；８．钢 球 图 ５ 飞 轮 结 构 图
表 ２ 电 动 机 的 性 能 参 数
额定电压 额定功率 额定转速 额定转矩
／Ｖ
／Ｗ ／转／ｍｉｎ ／Ｎｍ
３６（ＤＣ） ３５０ ６００ １．２
级数 ４
轴颈 ／ｍｍ
１４
单价 ／元
２５０
３．２ 排 水 系 统 的 设 计 轧辊是使轧材 产 生 塑 性 变 形 的 工 具 ，是 决 定 轧 机 效
收 稿 日 期 ：２０１４－１０－１１
图 １ 手 自 一 体 消 防 水 带 收 卷 器 的 功 能 树
根据形态学矩 阵 可 以 组 合 出 多 种 方 案 ，考 虑 到 相 容 性及最佳配置原则 ，再结合从技术、经 济 及 社 会 性 ３ 个 方 面确定的评价指标 ，考虑其相对重要程 度 ，最 终 确 定 方 案 为 ：Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ３＋Ｅ３＋Ｆ１＋Ｇ１＋ Ｈ３。
关 键 词 ：消 防 水 带 收 卷 器 ；对 辊 ；飞 轮 ；功 能 树 ；收 卷 轴 中 图 分 类 号 ：Ｘ９２４．４，ＴＵ８９２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００９－００２９（２０１５）０２－０２１１－０４
１ 设 计 现 状 及 意 义 消防灭 火 完 成 后，剩 下 的 工 作 之 一 就 是 收 卷 水 带 。
１．手 柄 ；２、７．机 架 ；３、８．深 沟 球 轴 承 ；４、９．挡 圈 ；５．飞 轮 ； ６．定位环；１０．挡片；１１．Ｕ 形叉 图 ４ 收 卷 轴 结 构 图
安装为主。行程 开 关 的 作 用 是 让 收 卷 器 实 现 自 动 化 ，即 当水带收卷完后水带的另一头碰到开关将电源切断。所 以，行程开关必须安在轧辊上 ，这样 才 能 起 到 自 动 切 断 电 源的作用。
区别于有刷直 流 电 机 ，无 刷 直 流 电 机 不 使 用 机 械 的 电刷装置，采用方波自控式永磁同 步 电 机 ，以 霍 尔 传 感 器 取代碳刷换向器 ，以钕铁硼作为转 子 的 永 磁 材 料 ，性 能 上 较一般的传统直流电机有很大优 势 ，是 理 想 的 调 速 电 机。 根据已知 收 卷 机 的 转 速、转 矩、输 出 功 率 等 相 关 性 能 要 求，考虑到 市 场 价 格 合 适 和 容 易 买 到，最 终 选 用 型 号 为 ＳＸＤＪ－０７的无刷直流电机 。电机的具 体 性 能 参 数，如 表 ２所示。
手自一体消防水带收卷器的设计
消防设备研究
张文斌 （红河学院 工学院，云南 蒙自 ６６１１００）
摘 要：以功能树的方式对消防水 带 收 卷 器 各 部 分 的 功 能 及性能要求进行 分 析。 综 合 考 虑 技 术、经 济、社 会 性 三 个 方 面 选择关键零部 件，设 计 了 一 种 新 型 的 手 自 一 体 消 防 水 带 收 卷 器，并介绍其工作原理。该机能以机 动 或 者 手 动 方 式 快 速 收 卷 用过的水带并有效排挤掉水带中的残余积水。实际测试结果 表明，该机动力消 耗 少，手 动 电 动 自 由 选 择，收 卷 水 带 效 率 高， 体 积 小 ，方 便 移 动 。
基金项目：云南省自然科学基金项目（２０１３ＦＢ０６２）；红河学院中青年学术带头人后备人 才 资 助 项 目 （２０１４ＨＢ０２０５）；云 南 省 中 青 年 学 术 带 头 人 后 备 人 才资助项目
消 防 科 学 与 技 术 ２０１５ 年 ２ 月 第 ３４ 卷 第 ２ 期
２１１
表 １ 手 自 一 体 消 防 水 带 收 卷 器 功 能 载 体 形 态 学 矩 阵
排挤干净，给接下来的干燥工作造成很 大 困 难 ，由 于 水 带 内的积水不能及 时 排 除 和 干 燥 ，在 一 定 程 度 上 加 速 了 水 带的腐蚀老 化，缩 短 了 使 用 寿 命。 在 消 防 水 带 收 卷 机 设 计方面虽然也有一些发明设计 ，但大都 是 手 动 的，且 收 卷 效率不高，不能有效针对火灾现场复杂的环境 。
根据功能树中 所 提 到 的 各 种 功 能 ，寻 求 可 能 的 功 能 载体，形成功能载体形态学矩阵 ，如表１所示。
作 者 简 介 ：张 涛 （１９８８－ ），男 ，河 南 商 丘 人 ，首 都 经济贸易大学安全与 环 境 工 程 学 院 硕 士 研 究 生，主 要 从 事 灾 害 预 防 与 控 制 、爆 破 振 动 与 控 制 研 究 ，北 京 市 丰 台 区 花 乡 张 家 路 口 １２１ 号 ，１０００７０。
笔者设计了一 种 手 自 一 体 式 消 防 水 带 收 卷 器 ，能 以 机动或手动方式快速地将用过的水带收卷起来并有效挤 掉水带中的残余积水 ，减轻后续干燥工 序 的 压 力 ，降 低 消 防员的劳动强度 ，以弥补现有技术的不足 。 ２ 系 统 方 案 拟 定
为了能更好地设计手自一体消防水带收卷器的各部 分功能，对收卷器的功能进行功能树分析 ，如图１所示。
调速把手固定的一边有个霍尔 元 件 ，有 三 根 引 脚，一 脚接控制器的５Ｖ，一脚 接 地，剩 下 的 一 脚 接 输 出 信 号 电 压０～５ Ｖ，调 速 把 手 内 部 活 动 的 一 边 有 块 强 磁 铁 ，靠 磁 铁和霍尔元件 的 距 离 来 改 变 输 出 电 压 ，送 到 控 制 器 达 到 控制输出电流的目的 。调速把手的转动角 度 范 围 在 ０°～ ３０°。通过转动 调 速 把 手 选 择 合 适 的 速 度 就 能 够 让 收 卷 器运动协调，使收卷工作效率大大提高 。 ３．６ 脚 轮 的 选 用
（ｂ）轧 辊 尺 寸 图 ２ 轧 辊 模 型 图 和 尺 寸 图
（ａ）活 套 手 柄 模 型
（ｂ）活 套 手 柄 尺 寸 图 ３ 活 套 手 柄 结 构 及 尺 寸 图
３．４ 收 卷 系 统 的 设 计 收卷系统是机 构 的 重 要 组 成 部 分 ，是 机 构 能 否 正 常
运行的关键。 ３．４．１ 收 卷 轴 的 设 计
水带干时连同两 端 的 管 接 头 一 起 成 卷 放 于 消 防 车 上 ，灭 火时取下接上高 压 水 管 进 行 喷 洒 ，用 完 后 弄 干 水 头 卷 起 以备下次使 用。 据 调 查，目 前 收 卷 水 带 的 方 式 还 是 人 工 收卷，因水 带 线 路 长、水 带 多、消 防 战 士 人 手 少，费 时 费 力 ，工 作 效 率 很 低 。而 且 人 工 收 卷 时 水 带 内 的 积 水 难 以 櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒 ｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｌｅｖｅｎ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｅｖａｃｕ－ ａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｄ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｓａｆｅｔｙ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｔｅｒ ｍｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｄｏｒｍｉｔｏｒｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｉｓ，ｔｈｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｏｕｎ－ ｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｐｒｏ－ ｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｐａｒｔｍｅｎｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓ－ ｔｅｍ；ｓａｆｅｔｙ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ；ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ
率和轧材质量的重要消耗部件。利用一对或一组轧辊滚 动时产生的压力来轧碾 ，它主要承 受 轧 制 时 的 动 静 载 荷， 磨损和温度变化的影响。该设计中轧辊主要是用来排挤 水带中的水，所 承 受 的 压 力 不 会 太 大，所 受 的 磨 损、温 度 的影响也不会太大。所以选用改进的铸铁圆柱形轧辊， 具体结构如图２所示。 ３．３ 手 动 收 卷 装 置 的 设 计
考虑到现场使 用 的 方 便 和 快 捷 ，采 用 带 有 活 套 的 摇
脚轮是统称，包 括 活 动 和 固 定 脚 轮 。 活 动 脚 轮 就 是 “万向轮”，其 结 构 允 许 ３６０°旋 转，固 定 脚 轮 没 有 旋 转 结 构，不能转动。该设计中考虑到应 用 环 境 复 杂 ，要 求 本 机 灵活性高，但在收卷水带时又要求 整 机 不 能 移 动 ，所 以 最 终选用带有刹车装置的万向脚轮 ，具体结构如图６所示。
分功能
－
－
Ａ
夹具
Ｂ
排水机构
Ｃ 收卷驱动机构
Ｄ
驱动
Ｅ
调控功能
Ｆ 手电转换机构
Ｇ
人机交互
Ｈ
机械传动
１ Ｕ 形叉 轧辊 齿轮机构 液压机
ＰＬＣ 飞轮 电路开关 齿轮传动
功能解 ２
Ｖ 形叉 机械手 收卷轴 气压机 单片机 离合器 遥控 带传动
３ 夹子
－ 链轮机构
电动机 电路控制
－ － 链条传动
３ 系 统 关 键 零 部 件 设 计 ３．１ 电 机 的 选 择
（ａ）俯 视 图
１．外 套 ；２．芯 子 ；３．平 挡 ；４．丝 挡 ；５．芯 子 垫 圈 ；６．千 斤 ； ７．千 斤 簧 ；８．钢 球 图 ５ 飞 轮 结 构 图
表 ２ 电 动 机 的 性 能 参 数
额定电压 额定功率 额定转速 额定转矩
／Ｖ
／Ｗ ／转／ｍｉｎ ／Ｎｍ
３６（ＤＣ） ３５０ ６００ １．２
级数 ４
轴颈 ／ｍｍ
１４
单价 ／元
２５０
３．２ 排 水 系 统 的 设 计 轧辊是使轧材 产 生 塑 性 变 形 的 工 具 ，是 决 定 轧 机 效
收 稿 日 期 ：２０１４－１０－１１
图 １ 手 自 一 体 消 防 水 带 收 卷 器 的 功 能 树
根据形态学矩 阵 可 以 组 合 出 多 种 方 案 ，考 虑 到 相 容 性及最佳配置原则 ，再结合从技术、经 济 及 社 会 性 ３ 个 方 面确定的评价指标 ，考虑其相对重要程 度 ，最 终 确 定 方 案 为 ：Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ３＋Ｅ３＋Ｆ１＋Ｇ１＋ Ｈ３。
关 键 词 ：消 防 水 带 收 卷 器 ；对 辊 ；飞 轮 ；功 能 树 ；收 卷 轴 中 图 分 类 号 ：Ｘ９２４．４，ＴＵ８９２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００９－００２９（２０１５）０２－０２１１－０４
１ 设 计 现 状 及 意 义 消防灭 火 完 成 后，剩 下 的 工 作 之 一 就 是 收 卷 水 带 。
１．手 柄 ；２、７．机 架 ；３、８．深 沟 球 轴 承 ；４、９．挡 圈 ；５．飞 轮 ； ６．定位环；１０．挡片；１１．Ｕ 形叉 图 ４ 收 卷 轴 结 构 图
安装为主。行程 开 关 的 作 用 是 让 收 卷 器 实 现 自 动 化 ，即 当水带收卷完后水带的另一头碰到开关将电源切断。所 以，行程开关必须安在轧辊上 ，这样 才 能 起 到 自 动 切 断 电 源的作用。
区别于有刷直 流 电 机 ，无 刷 直 流 电 机 不 使 用 机 械 的 电刷装置，采用方波自控式永磁同 步 电 机 ，以 霍 尔 传 感 器 取代碳刷换向器 ，以钕铁硼作为转 子 的 永 磁 材 料 ，性 能 上 较一般的传统直流电机有很大优 势 ，是 理 想 的 调 速 电 机。 根据已知 收 卷 机 的 转 速、转 矩、输 出 功 率 等 相 关 性 能 要 求，考虑到 市 场 价 格 合 适 和 容 易 买 到，最 终 选 用 型 号 为 ＳＸＤＪ－０７的无刷直流电机 。电机的具 体 性 能 参 数，如 表 ２所示。
手自一体消防水带收卷器的设计
消防设备研究
张文斌 （红河学院 工学院，云南 蒙自 ６６１１００）
摘 要：以功能树的方式对消防水 带 收 卷 器 各 部 分 的 功 能 及性能要求进行 分 析。 综 合 考 虑 技 术、经 济、社 会 性 三 个 方 面 选择关键零部 件，设 计 了 一 种 新 型 的 手 自 一 体 消 防 水 带 收 卷 器，并介绍其工作原理。该机能以机 动 或 者 手 动 方 式 快 速 收 卷 用过的水带并有效排挤掉水带中的残余积水。实际测试结果 表明，该机动力消 耗 少，手 动 电 动 自 由 选 择，收 卷 水 带 效 率 高， 体 积 小 ，方 便 移 动 。
基金项目：云南省自然科学基金项目（２０１３ＦＢ０６２）；红河学院中青年学术带头人后备人 才 资 助 项 目 （２０１４ＨＢ０２０５）；云 南 省 中 青 年 学 术 带 头 人 后 备 人 才资助项目
消 防 科 学 与 技 术 ２０１５ 年 ２ 月 第 ３４ 卷 第 ２ 期
２１１
表 １ 手 自 一 体 消 防 水 带 收 卷 器 功 能 载 体 形 态 学 矩 阵
排挤干净，给接下来的干燥工作造成很 大 困 难 ，由 于 水 带 内的积水不能及 时 排 除 和 干 燥 ，在 一 定 程 度 上 加 速 了 水 带的腐蚀老 化，缩 短 了 使 用 寿 命。 在 消 防 水 带 收 卷 机 设 计方面虽然也有一些发明设计 ，但大都 是 手 动 的，且 收 卷 效率不高，不能有效针对火灾现场复杂的环境 。
根据功能树中 所 提 到 的 各 种 功 能 ，寻 求 可 能 的 功 能 载体，形成功能载体形态学矩阵 ，如表１所示。
作 者 简 介 ：张 涛 （１９８８－ ），男 ，河 南 商 丘 人 ，首 都 经济贸易大学安全与 环 境 工 程 学 院 硕 士 研 究 生，主 要 从 事 灾 害 预 防 与 控 制 、爆 破 振 动 与 控 制 研 究 ，北 京 市 丰 台 区 花 乡 张 家 路 口 １２１ 号 ，１０００７０。
笔者设计了一 种 手 自 一 体 式 消 防 水 带 收 卷 器 ，能 以 机动或手动方式快速地将用过的水带收卷起来并有效挤 掉水带中的残余积水 ，减轻后续干燥工 序 的 压 力 ，降 低 消 防员的劳动强度 ，以弥补现有技术的不足 。 ２ 系 统 方 案 拟 定
为了能更好地设计手自一体消防水带收卷器的各部 分功能，对收卷器的功能进行功能树分析 ，如图１所示。
调速把手固定的一边有个霍尔 元 件 ，有 三 根 引 脚，一 脚接控制器的５Ｖ，一脚 接 地，剩 下 的 一 脚 接 输 出 信 号 电 压０～５ Ｖ，调 速 把 手 内 部 活 动 的 一 边 有 块 强 磁 铁 ，靠 磁 铁和霍尔元件 的 距 离 来 改 变 输 出 电 压 ，送 到 控 制 器 达 到 控制输出电流的目的 。调速把手的转动角 度 范 围 在 ０°～ ３０°。通过转动 调 速 把 手 选 择 合 适 的 速 度 就 能 够 让 收 卷 器运动协调，使收卷工作效率大大提高 。 ３．６ 脚 轮 的 选 用
（ｂ）轧 辊 尺 寸 图 ２ 轧 辊 模 型 图 和 尺 寸 图
（ａ）活 套 手 柄 模 型
（ｂ）活 套 手 柄 尺 寸 图 ３ 活 套 手 柄 结 构 及 尺 寸 图
３．４ 收 卷 系 统 的 设 计 收卷系统是机 构 的 重 要 组 成 部 分 ，是 机 构 能 否 正 常
运行的关键。 ３．４．１ 收 卷 轴 的 设 计
水带干时连同两 端 的 管 接 头 一 起 成 卷 放 于 消 防 车 上 ，灭 火时取下接上高 压 水 管 进 行 喷 洒 ，用 完 后 弄 干 水 头 卷 起 以备下次使 用。 据 调 查，目 前 收 卷 水 带 的 方 式 还 是 人 工 收卷，因水 带 线 路 长、水 带 多、消 防 战 士 人 手 少，费 时 费 力 ，工 作 效 率 很 低 。而 且 人 工 收 卷 时 水 带 内 的 积 水 难 以 櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒 ｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｌｅｖｅｎ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｅｖａｃｕ－ ａｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｄ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｓａｆｅｔｙ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｔｅｒ ｍｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｄｏｒｍｉｔｏｒｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｉｓ，ｔｈｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｏｕｎ－ ｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｐｒｏ－ ｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｐａｒｔｍｅｎｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓ－ ｔｅｍ；ｓａｆｅｔｙ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； Ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ；ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ
率和轧材质量的重要消耗部件。利用一对或一组轧辊滚 动时产生的压力来轧碾 ，它主要承 受 轧 制 时 的 动 静 载 荷， 磨损和温度变化的影响。该设计中轧辊主要是用来排挤 水带中的水，所 承 受 的 压 力 不 会 太 大，所 受 的 磨 损、温 度 的影响也不会太大。所以选用改进的铸铁圆柱形轧辊， 具体结构如图２所示。 ３．３ 手 动 收 卷 装 置 的 设 计