CN103341246B - 回转机构为并联二自由度式的消防炮 - Google Patents
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回转机构为并联二自由度式的消防炮，包括炮体、支座、炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构，所述炮体上设置有炮管，炮管的中心线Y、炮体水平回转中心线Z和炮体俯仰回转中心线X相交于一点O，且炮体水平回转中心线Z与炮体俯仰回转中心线X相互垂直；其炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构安装在支座上或与支座固连的固定架上，通过其所含的连杆与炮体连接。<!--1-->
Description
技术领域
本发明属于消防设备领域，特别涉及一种自动消防炮。
背景技术
消防炮是一种重要的灭火设备，其结构的合理性和回转机构的运动精度直接决定了消防炮的定位精度、响应速度和使用效果。现有自动消防炮的结构如图1所示，包括炮体、支座、炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构，两套回转驱动机构均为蜗杆蜗轮传动副，且在炮体上串联式安装，因而存在以下问题：1、炮体为悬臂梁式结构，体积大、重心高、刚度低，在灭火时受喷液后坐力的影响，致使整体变形较大，不仅会降低定位精度，而且影响其使用寿命；2、消防炮炮口处的误差是两套串联式回转驱动机构误差的积累和放大，导致消防炮炮口难于对准火点中心；3、回转驱动机构的电机安装在运动着的炮体上，增加了系统的惯性，影响了消防炮的运动性能和响应速度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种回转机构为并联二自由度式的消防炮，以提高定位精度、响应速度和使用寿命。
本发明所述回转机构为并联二自由度式的消防炮，包括炮体、支座、炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构，所述炮体上设置有炮管，所述炮管的中心线Y、炮体水平回转中心线Z和炮体俯仰回转中心线X相交于一点O，且炮体水平回转中心线Z与炮体俯仰回转中心线X相互垂直。
本发明所述回转机构为并联二自由度式的消防炮， 其炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构安装在支座上或与支座固连的固定架上，通过其所含的连杆与炮体连接。
本发明中，消防炮所用的并联二自由度回转机构如图2所示，由作为输出机构的动平台、机架和三根连杆组成，其中一根连杆通过转动副与动平台和机架连接，构成驱动动平台的一条运动支链，另外两根连杆的一端相互铰接，它们各自的另一端通过旋转副分别与机架和动平台铰接，构成驱动动平台的另一条运动支链，动平台的两条回转中心线互相垂直，所述动平台为消防炮的炮体。
本发明所述回转机构为并联二自由度式的消防炮，优选以下两种结构：
1、炮体为空心体，其上设置有两个进液口和一段铰轴，铰轴位于与炮管相背的面，两个进液口位于炮体的两侧，它们的中心线在一条直线上且与铰轴的中心线垂直相交；炮体水平回转驱动机构包括第二伺服电机、蜗杆、蜗轮和第三连杆，所述第三连杆为Y形空心杆，第二伺服电机安装在支座上，其动力输出轴与安装在支座上的蜗杆连接，蜗杆与蜗轮组成传动副，蜗轮轴为空心轴，其一端与安装在支座上的可转动组件连接，其另一端与所述Y形空心杆中的主杆连接，所述Y形空心杆的两对称支杆通过管接头分别与炮体上设置的两个进液口连接，所述管接头与Y形空心杆的支杆的连接方式为固连，与炮体上设置的进液口的连接方式为可转动式连接；炮体俯仰回转驱动机构包括第一伺服电机、第一连杆和第二连杆，第一伺服电机固定在与支座固连的第一固定架上，第一伺服电机在第一固定架上的安装位置是使其动力输出轴的轴线通过炮管中心线Y、炮体水平回转中心线Z和炮体俯仰回转中心线X的交点O，第一连杆的一端与炮体上设置的铰轴铰连，其另一端设置的铰轴与第二连杆的一端铰连，第二连杆的另一端通过联轴器与第一伺服电机的动力输出轴连接，所述第一连杆的铰轴的中心线通过炮管中心线Y、炮体水平回转中心线Z和炮体俯仰回转中心线X的交点O。此种结构的消防炮，用于与建设基础或消防水管连接，灭火液经蜗轮轴内孔、Y形空心杆、管接头进入炮体内腔后从炮管及其上的喷射器喷出。
2、所述炮体上设置有两段连接轴和一段进液管，进液管位于与炮管相背的面，两段连接轴位于炮体的两侧，它们的中心线在一条直线上且与进液管的中心线垂直相交；炮体水平回转驱动机构包括第二伺服电机和第三连杆，所述第三连杆为实心Y形杆，第二伺服电机固定在与支座固连的第二固定架上，其动力输出轴与所述Y形杆中的主杆连接，所述Y形杆的两对称支杆分别与炮体上设置的两段连接轴铰连；炮体俯仰回转驱动机构包括第一伺服电机、第一连杆和第二连杆，第一伺服电机固定在与支座固连的第一固定架上，第一伺服电机在第一固定架上的安装位置是使其动力输出轴的轴线通过炮管中心线Y、炮体水平回转中心线Z和炮体俯仰回转中心线X的交点O，第一连杆的一端与炮体上设置的进液管铰连，其另一端设置的铰轴与第二连杆的一端铰连，第二连杆的另一端通过联轴器与第一伺服电机的动力输出轴连接，所述第一连杆的铰轴的中心线通过炮管中心线Y、炮体水平回转中心线Z和炮体俯仰回转中心线X的交点O。此种结构的消防炮可固定在建筑物的室内或室外，灭火液经插入进液管的外接软管从消防炮的炮管及其上的喷射器喷出。
本发明所述回转机构为并联二自由度式式式的消防炮，其炮体有多种几何形状，优选半球形、圆台形或圆锥台形。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述消防炮，由于其炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构采用并联式结构，与现有驱动机构为串联型的消防炮相比，其机械系统结构紧凑、体积减小、重心大幅度降低、刚度显著增大，因而误差减小、定位精度提高，响应速度提高。
2、本发明所述消防炮，由于其炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构采用并联式结构，较串联型的消防炮更容易求得位置反解，有利于自动消防炮位置的实时计算与控制。
3、本发明所述消防炮，由于其驱动电机安装在支座上或与支座固连的固定架上，因而减小了运动负荷，提高了运动性能。
附图说明
图1是现有技术中回转机构为串联的消防炮的一种结构示意图；
图2是本发明所述消防炮使用的并联二自由度回转机构的示意图；
图3是本发明所述回转机构为并联二自由度式的消防炮的第一种结构示意图；
图4是图3所述消防炮的后视图；
图5是图3所述消防炮的炮体水平旋转一定角度后的示意图；
图6是图3的A-A剖视图；
图7是图3所述消防炮中水平回转驱动机构的蜗杆蜗轮传动副与第三连杆的组合示意图；
图8是本发明所述回转机构为并联二自由度式的消防炮的第二种结构示意图；
图9是图8所述消防炮的后视图；
图10是图8所述消防炮的炮体水平旋转一定角度后的示意图。
图中，1 —第一连杆（1-1：第一连杆设置的铰轴）；2 —第二连杆；3 —管接头；4 —第一伺服电机；5 —第一固定架； 6—第三连杆（6-1：Y形杆的支杆、6-2：Y形杆的主杆）；7—炮体；8—支座；9 —第二伺服电机；10—炮管； 11—铰轴；12—进液口；13—蜗杆、14—蜗轮、15—可转动组件、16—第二固定架、17—连接轴、18—进液管。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明所述回转机构为并联二自由度式的消防炮的结构作进一步说明。
实施例1
本实施例的消防炮如图3、图4、图5所示，包括炮体7、支座8、炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构。所述炮体为半球形空心体，其球面上设置有炮管10，与球面相背的平面上设置有一段铰轴11，炮体7的两侧各设置有一个进液口12，两进液口的中心线在一条直线上且与铰轴的中心线垂直相交，将炮管的中心线定义为Y，两个进液口12的中心线定义为X。炮体水平回转驱动机构包括第二伺服电机9、蜗杆13、蜗轮14和第三连杆6，所述第三连杆为Y形空心杆，所述Y形空心杆的两对称支杆6-1通过管接头3分别与炮体7上设置的两个进液口12连接，所述Y形空心杆的主杆6-2中心线通过两个进液口12的中心线与炮管的中心线的交点O，将Y形空心杆的主杆6-2的中心线定义为Z，所述Y形空心杆的主杆6-2的中心线Z与两个进液口12的中心线X相互垂直，管接头3与Y形空心杆的支杆6-1的连接方式为固连，与炮体上设置的进液口通过轴承形成可转动式连接（见图6）；第二伺服电机9安装在支座8上，其动力输出轴与安装在支座上的蜗杆13连接，蜗杆13与蜗轮14组成传动副，蜗轮轴为空心轴，其一端与安装在支座8上的可转动组件15连接，其另一端与所述Y形空心杆中的主杆6-2连接，可转动组件15由空心轴与轴承组合而成（见图7）。炮体俯仰回转驱动机构包括第一伺服电机4、第一连杆1和第二连杆2，第一连杆1为L形，其一端设置有铰轴1-1，第二连杆2为弧形，第一伺服电机4固定在与支座8固连的第一固定架5上，第一伺服电机4在第一固定架5上的安装位置是使其动力输出轴的轴线通过炮管中心线、Y形空心杆的主杆6-2的中心线和两个进液口12的中心线的交点O，第一连杆1未设置铰轴的一端与炮体上设置的铰轴11铰连，其另一端的铰轴1-1与第二连杆2的一端铰连，第二连杆2的另一端通过联轴器与第一伺服电机4的动力输出轴连接，所述第一连杆的铰轴1-1的中心线通过炮管中心线、Y形空心杆的主杆6-2的中心线和两个进液口12的中心线的交点O（见图3）。
实施例2
本实施例中，回转机构为并联二自由度式的消防炮如图8、图9、图10所示，包括炮体7、支座8、炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构。所述炮体为圆台形，其一个端面上设置有炮管10，与另一个端面上设置有一段进液管18，炮体7两侧的弧面上各设置有一段连接轴17，两连接轴的中心线在一条直线上且与进液管18的中心线垂直相交，将炮管的中心线定义为Y，两段连接轴17的中心线定义为X。炮体水平回转驱动机构包括第二伺服电机9和第三连杆6，所述第三连杆为实心Y形杆，所述Y形实心杆的两对称支杆6-1分别与两连接轴17铰连，所述Y形实心杆的主杆6-2的中心线通过两段连接轴17的中心线与炮管的中心线的交点O，将Y形实心杆的主杆6-2的中心线定义为Z，所述Y形实心杆的主杆6-2的中心线Z与两段连接轴17的中心线X相互垂直，第二伺服电机9固定在与支座8固连的第二固定架16上，其动力输出轴与所述Y形杆中的主杆6-2连接。炮体俯仰回转驱动机构包括第一伺服电机4、第一连杆1和第二连杆2，第一连杆1为L形，其一端设置有铰轴1-1，第二连杆2为折线形，第一伺服电机4固定在与支座8固连的第一固定架5上，第一伺服电机4在第一固定架5上的安装位置是使其动力输出轴的轴线通过炮管中心线、Y形实心杆的主杆6-2的中心线和两段连接轴17的中心线的交点O，第一连杆1未设置铰轴的一端与炮体上设置的进液管18铰连，其另一端的铰轴1-1与第二连杆2的一端铰连，第二连杆2的另一端通过联轴器与第一伺服电机4的动力输出轴连接，所述第一连杆的铰轴1-1的中心线通过炮管中心线、Y形实心杆的主杆6-2的中心线和两段连接轴17的中心线的交点O。
Claims (3)
1.一种回转机构为并联二自由度式的消防炮，包括炮体(7)、支座(8)、炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构，所述炮体上设置有炮管(10)，炮管的中心线(Y)、炮体水平回转中心线(Z)和炮体俯仰回转中心线(X)相交于一点(O)，且炮体水平回转中心线(Z)与炮体俯仰回转中心线(X)相互垂直，其特征在于所述炮体为空心体，其上设置有两个进液口(12)和一段铰轴(11)，铰轴(11)位于与炮管相背的面，两个进液口(12)位于炮体的两侧，它们的中心线在一条直线上且与铰轴的中心线垂直相交；
炮体水平回转驱动机构包括第二伺服电机(9)、蜗杆(13)、蜗轮(14)和第三连杆(6)，所述第三连杆为Y形空心杆，第二伺服电机(9)安装在支座(8)上，其动力输出轴与安装在支座上的蜗杆(13)连接，蜗杆(13)与蜗轮(14)组成传动副，蜗轮(14)轴为空心轴，其一端与安装在支座(8)上的可转动组件(15)连接，其另一端与所述Y形空心杆中的主杆(6-2)连接，所述Y形空心杆的两对称支杆(6-1)通过管接头(3)分别与炮体上设置的两个进液口(12)连接，所述管接头(3)与Y形空心杆的支杆的连接方式为固连，与炮体上设置的进液口的连接方式为可转动式连接；
炮体俯仰回转驱动机构包括第一伺服电机(4)、第一连杆(1)和第二连杆(2)，第一伺服电机(4)固定在与支座(8)固连的第一固定架(5)上，第一伺服电机(4)在第一固定架(5)上的安装位置是使其动力输出轴的轴线通过炮管中心线(Y)、炮体水平回转中心线(Z)和炮体俯仰回转中心线(X)的交点(O)，第一连杆(1)的一端与炮体上设置的铰轴(11)铰连，其另一端设置的铰轴(1-1)与第二连杆(2)的一端铰连，第二连杆(2)的另一端通过联轴器与第一伺服电机(4)的动力输出轴连接，所述第一连杆的铰轴(1-1)的中心线通过炮管中心线(Y)，炮体水平回转中心线(Z)和炮体俯仰回转中心线(X)的交点(O)。
2.一种回转机构为并联二自由度式的消防炮，包括炮体(7)、支座(8)、炮体水平回转驱动机构和炮体俯仰回转驱动机构，所述炮体上设置有炮管(10)，炮管的中心线(Y)、炮体水平回转中心线(Z)和炮体俯仰回转中心线(X)相交于一点(O)，且炮体水平回转中心线(Z)与炮体俯仰回转中心线(X)相互垂直，其特征在于所述炮体上设置有两段连接轴(17)和一段进液管(18)，进液管(18)位于与炮管相背的面，两段连接轴(17)位于炮体的两侧，它们的中心线在一条直线上且与进液管(18)的中心线垂直相交；
炮体水平回转驱动机构包括第二伺服电机(9)和第三连杆(6)，所述第三连杆为实心Y形杆，第二伺服电机(9)固定在与支座(8)固连的第二固定架(16)上，其动力输出轴与所述Y形杆中的主杆(6-2)连接，所述Y形杆的两对称支杆(6-1)分别与炮体上设置的两段连接轴(17)铰连；
炮体俯仰回转驱动机构包括第一伺服电机(4)、第一连杆(1)和第二连杆(2)，第一伺服电机(4)固定在与支座(8)固连的第一固定架(5)上，第一伺服电机(4)在第一固定架(5)上的安装位置是使其动力输出轴的轴线通过炮管中心线(Y)、炮体水平回转中心线(Z)和炮体俯仰回转中心线(X)的交点(O)，第一连杆(1)的一端与炮体上设置的进液管(18)铰连，其另一端设置的铰轴(1-1)与第二连杆(2)的一端铰连，第二连杆(2)的另一端通过联轴器与第一伺服电机(4)的动力输出轴连接，所述第一连杆的铰轴(1-1)的中心线通过炮管中心线(Y)、炮体水平回转中心线(Z)和炮体俯仰回转中心线(X)的交点(O)。
3.根据权利要求1或2所述回转机构为并联二自由度式的消防炮，其特征在于所述炮体为半球形、圆台形、圆锥台形中的一种。
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