CN102423524A - 3crc并联机构型消防炮 - Google Patents

Abstract

本发明用3CRC并联机构替换现有消防炮系统中的管道结构，提供一种并联机构型消防炮设备，从而减少流经弯道所产生的压力损失，提高相同入口压力下的灭火流体喷射距离和高度，降低能耗，提高效益。由3CRC三转动并联机构、水流管道系统和移动底座构成。主体部分的3CRC并联机构由并联机构动平台[2]和并联机构定平台[18]通过3条支链进行连接。每条支链结构完全相同，以一条支链为例，从并联机构动平台[2]开始，通过圆柱副一[4]、连杆一[7]、下连杆一[10]、下圆柱副一[14]和并联机构定平台[18]连接在一起，通过伺服电机驱动，连杆一[7]和下连杆一[10]之间的出现相对转动，其他两条支链实现类似运动，3条支链组合运动实现整个装置的运动输出功能。应用时，将消防炮移动底座移动到合适位置，然后将高压水进口[19]连接在消防栓的高压水管出口上，打开消防栓开关，进行消防炮的消防作业。

Description

3CRC并联机构型消防炮

技术领域

本发明涉及一种基于3-CRC并联机构的消防炮，是一种新型消防炮机械装置，可以在所有应用场合替换已有的串联结构型消防炮。

背景技术

消防炮是远距离扑救火灾的重要设备，通过喷射水、泡沫等消防流体在重大火灾中充当着主要灭火功能。在目前高层建筑日益增多，消防形势日益严峻的形势下，对消防炮的要求也越来越高，要求在一定功率下，喷射距离远、扬程高。一般情况下，消防炮喷射的距离和扬程主要取决于流体从炮口喷出的压力。目前国内外使用的消防炮均采用串联结构型式，流体在炮内要流经多个90°和180°弯道，从而产生很大的压力损失。

通常情况下，设计人员为了提高消防炮的射程和扬程，都是对消防水进行加压，以提高流体从炮口喷出的压力，然而这一方法使得相关的所有设备都要重新进行力学强度验证，并对部分关键机械零件重新设计制造，增加了额外的成本。另外，过高的出口水压也对消防炮的安全操作提出更高的要求，这对于消防人员增加了很大的负担，甚至可能造成消防人员伤亡的严重后果。目前，也有科研机构和相关厂家针对这一问题，设计更加平滑的消防炮管道系统，并将射程和扬程超过一定数值的消防炮产品设计为固定式，这样虽然能部分改善现有产品存在的问题，但是市场对消防炮的性能要求远远没有得到满足，固定式消防炮的设计也会造成消防系统移动不便，很多场合下都存在潜在的消防安全隐患，显然不能完全解决问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种可以实现现有消防炮运动的并联机构，用以替换现有消防炮系统中的管道结构，缩短炮内流道长度，从而减少流经弯道所产生的压力损失，提高灭火流体喷射距离和高度，降低能耗，提高效益。

本发明利用三转动并联机构可以实现水平面内左右摆动和垂直面内上下俯仰运动的特点，引入到消防炮结构中，设计了一种相同入口压力下高射程和大扬程的新型并联机构型消防炮装置。该装置中，实现主要运动的三转动并联机构采用三个CRC支链结构，其中C为圆柱运动副，R为转动运动副，转动副为主动驱动运动副。3-CRC并联机构结构简单，装配容易，摆动和俯仰运动也容易实现控制。

消防炮的设计目前没有统一的国际标准，本发明主要依据国内外通用型消防炮的尺寸设计和制造工艺来设计。3-CRC并联机构在常规尺寸计算得到的水平方向摆角大约为-65°～+65°，竖直方向俯仰角大约为-70°～+40°。而现有消防炮俯仰角一般情况下，地面固定式为-15°～+60°，车载固定式为-15°～+45°，高举固定式为-60°～+40°，移动式为+30°～+70°，消防炮水平回转角一般情况下，地面固定式和高举固定式大于180°，车载固定式大于270°，带水平回转的移动式大于90°。可以看出3-CRC并联机构基本可以满足消防炮两个方向转动的运动输出要求。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明由3-CRC三转动并联机构、水流管道系统、移动底座以及3个主动驱动伺服电机构成。

主体部分的3-CRC并联机构由并联机构动平台[2]和并联机构定平台[18]通过三条支链进行连接。每条支链结构完全相同，以一条支链为例，从并联机构动平台[2]开始，通过圆柱副一[4]、连杆一[7]、下连杆一[10]、下圆柱副一[14]和并联机构定平台[18]连接在一起，通过伺服电机驱动，连杆一[7]和下连杆一[10]之间出现相对转动，其他两条支链实现类似运动，三条支链组合运动实现整个装置的运动输出功能。

水流管道系统主要由炮口[1]、并联机构动平台[2]、软管连接件一[3]、通水软管[13]、软管连接件二[17]、并联机构定平台[18]和高压水进口[19]构成。其中，炮口[1]和并联机构动平台[2]之间通过螺栓连接，炮口[1]和通水软管[13]上端之间通过软管连接件一[3]连接。高压水进口[19]和并联机构定平台[18]之间同样是通过螺栓连接，高压水进口[19]和通水软管[13]下端之间通过软管连接件二[17]连接。

移动底座主要由底座[21]和移动轮[22]构成，整个装置中，3-CRC三转动并联机构定平台[18]和底座[21]之间通过连接件[20]连接。

三个主动主动驱动伺服电机分别固定在下连杆[10][11][12]上，电机输出轴直接用来驱动连杆[7][8][9]，实现三转动自由度输出。

除了图1所示的结构形式，本发明还存在图3、图4和图5的结构形式以用于不同的应用场合，其不同点在于水流管道系统的布置形式，实现摆动和俯仰运动的3-CRC并联机构完全相同。

本发明所具有的有益效果：利用可以实现三转动自由度的3-CRC并联机构，该并联机构可以满足现有消防炮产品的运动输出要求，用该并联机构替换现有消防炮产品设计中的串联管道系统，提供了一种新型基于并联机构的消防炮设备。该设备在同等入口水压的情况下，能够实现更远的喷射距离和高度，可以用于现有消防炮产品的升级和更高消防安全标准的场合。本装置主要由圆柱和转动两种简单运动副构成，易于装配和控制，完全可以满足现有消防产品的要求，是一种新型消防炮设备。

附图说明

图13-CRC型消防炮装配示意图；

图23-CRC型消防炮正视图；

图3一种3-CRC型移动式消防炮示意图；

图4一种3-CRC型移动式消防炮示意图；

图5一种3-CRC型固定式消防炮示意图。

图中标号分别为：1炮口、2并联机构动平台、3软管连接件一、4圆柱副一、5圆柱副二、6圆柱副三、7连杆一、8连杆二、9连杆三、10下连杆一、11下连杆二、12下连杆三、13通水软管、14下圆柱副一、15下圆柱副二、16下圆柱副三、17软管连接件二、18并联机构定平台、19高压水进口、20连接件、21移动底座、22移动轮。

具体实施方式

结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

本发明利用并联机构的多自由度运动特性，解决了常规串联式消防炮产品管道流体压降大的问题，该并联机构型消防炮不仅可以替换现有消防炮产品，还可以用于消防安全标准更高的场合，该装置可实现摆动和俯仰的独立运动输出，其驱动主要由3套伺服电机实现。

连接并联机构动平台[2]和并联机构定平台[18]之间构件都是具有一定物理尺寸的实体，那么在机构运动过程中构件与构件之间可能会产生相互的碰撞。因此在考虑机构运动空间时，应该为每个构件的运动预留出一定的空间，避免构件与构件之间的干涉。要实现三转动3-CRC并联机构的摆动和俯仰运动输出，首先通过三套伺服电机驱动，实现连杆[7][8][9]和下连杆[10][11][12]之间的相对转动，在该转动的共同作用下，通过控制系统实现新型消防炮的运动输出。

应用时，将消防炮移动底座移动到合适位置，然后将高压水进口[19]连接在消防栓的高压水管出口上，打开消防栓开关，进行消防炮的消防作业。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种并联机构型消防炮设备，其特征为可实现摆动和俯仰的运动输出，该装置包括：3CRC三转动并联机构、水流管道系统和移动底座，构成该装置的零部件之间的连接为：并联机构动平台[2]和并联机构定平台[18]通过3条支链进行连接。每条支链结构完全相同，以一条支链为例，从并联机构动平台[2]开始，通过圆柱副一[4]、连杆一[7]、下连杆一[10]、下圆柱副一[14]和并联机构定平台[18]连接在一起，通过伺服电机驱动，连杆一[7]和下连杆一[10]之间的出现相对转动，其他两条支链实现类似运动，3条支链组合运动实现整个装置的运动输出功能。

2.根据权利要求1所述的一种并联机构型消防炮设备，其特征在于，3CRC三转动并联机构和水流管道系统连接在一起，连接方式如图1，图3，图4和图5所示，可用于不同的应用场合。

3.根据权利要求1所述的一种并联机构型消防炮设备，其特征在于，并联机构动平台[2]和并联机构定平台[18]之间管道用通用软管实现。

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