電力隧道消防機(jī)器人的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

夏湛然，楊秀友，田智

(國網(wǎng)武漢供電公司湖北 武漢430000)

[摘要]電力隧道消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)應(yīng)用，是開展電力隧道消防滅火救援，確保電力隧道消防安全，以及為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)現(xiàn)提供可靠保障的必要措施。結(jié)合電力隧道消防機(jī)器人設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)際情況，扶機(jī)械結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動、控制等層面，對電力隧道消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析，以促進(jìn)其在實(shí)際中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 電力隧道 消防機(jī)器人 整體系統(tǒng)

中圖分類號 TM75

0引言

電力隧道的消防設(shè)計(jì)中，由于受到隧道的特殊性質(zhì)影響，考慮到消防救援開展實(shí)際情況，一旦出現(xiàn)火災(zāi)危害，采用普通的消防救援方式，不僅容易發(fā)生隧道堵塞，并且火災(zāi)產(chǎn)生的濃煙與一般區(qū)域不同，不容易消散，救援開展困難比較突出。再加上受隧道通道形式影響，一般的消防設(shè)備以及人員進(jìn)入救援也比較困難，容易造成較大的安全損失。近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、進(jìn)步，消防救援能力以及系統(tǒng)技術(shù)水平也不斷提升，對于隧道消防機(jī)器人的研究設(shè)計(jì)也相對較多，并且在實(shí)際救援過程中也有了應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

1電力隧道的消防安全需求分析

由于電力隧道與其他空間的消防安全情況不同，電力隧道消防安全需求也有區(qū)別。一般情況下，電力隧道多用于具有較大容量的電力線路、電纜進(jìn)行長距離電力傳輸，空間相對封閉，并且環(huán)境潮濕，再加上電方線路以及線纜本身可能存在的易燃特征，在燃燒過程中容易散發(fā)有害氣體等。因此，一旦電力隧道中發(fā)生某根電纜著災(zāi)的情況，就會導(dǎo)致火勢順著電纜線路燃燒，并且在燃燒散發(fā)出較多的濃煙。再加上電纜線路的燃燒相對比較慢，火災(zāi)危險(xiǎn)度相對較高，對于分層或交叉電纜還可能會發(fā)生產(chǎn)生的安全威脅十分嚴(yán)重。 .

隧道的特殊性導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生時的特點(diǎn)也不同，不僅空間較為封閉，不容易將燃燒釋放的熱量以及濃煙等散去，而且可能導(dǎo)致火勢嚴(yán)重，發(fā)展過快;其次，由于電力隧道的距離比較長，火災(zāi)發(fā)生時人員疏散也還容易形成煙囪效益，導(dǎo)致火災(zāi)傳播速度快，最后，受隧道結(jié)構(gòu)形式影響，消防救援開展也比較困難。

2電力隧道消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析

結(jié)合電力隧道消防安全需求以及消防機(jī)器人功能結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)與驅(qū)動、控制三個部分。其中，機(jī)械結(jié)構(gòu)中包括機(jī)器人的移動以及滅火執(zhí)行等裝置配置，而驅(qū)動都分則以電力、液壓以及氣動驅(qū)動三種形式為主，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。此外，還需要進(jìn)行消防機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合消防救援需求進(jìn)行有效的抗干擾設(shè)計(jì)，以滿足消防機(jī)器人開展救援的需求，在實(shí)際消防救援中應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

機(jī)械結(jié)構(gòu)作為消防機(jī)器人整體系統(tǒng)的重要組成部分，對其設(shè)計(jì)性能以及結(jié)構(gòu)功能都存在著重要的影響。根據(jù)消防救援情況，消防機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括消防機(jī)器人的移動裝置和滅火執(zhí)行裝置配置。其中，在移動裝置配置設(shè)計(jì)中，當(dāng)前國內(nèi)外設(shè)計(jì)中比較常用的形式有多是步行樣式和輪式、履帶移動等不同結(jié)構(gòu)形式，它們在實(shí)際應(yīng)用中具有各自不同的特征優(yōu)勢和局限性。考慮到隧道機(jī)器人開展消防救援時，隧道地面多不夠平坦，再加上電纜線路的交叉設(shè)計(jì)或分層設(shè)計(jì)等復(fù)雜情況，為確保電力隧道救援開展順利，多采用履帶移動形式作為消防機(jī)器人的移動裝置。圖1為采用履帶式移動的消防機(jī)器人示意圖。

其次，在進(jìn)行消防機(jī)器人滅火執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合隧道火災(zāi)特征，從消防滅火的有效性上進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常情況下，針對不同消防滅火需求的消防機(jī)器人，其滅火執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置形式也不同，最常見的有粗筒和細(xì)管兩種結(jié)構(gòu)形式。其中，細(xì)管形式的滅火執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用在滅火噴射壓力需求較大的遠(yuǎn)程滅火救援作業(yè)中;而粗筒式的滅火執(zhí)行裝置則在排煙消防作業(yè)中應(yīng)用比較多。這種結(jié)構(gòu)形式能夠在救援過程中，通過較短的時間排出較多的滅火干粉，實(shí)現(xiàn)大面積煙霧吸排，確保消防救援效果。電力隧道火災(zāi)發(fā)生時，空間封閉，濃煙聚集不容易散去，因此，隧道消防機(jī)器人多采用粗筒式的滅火執(zhí)行裝置，以便于及時排除煙霧，控制火勢。

在進(jìn)行消防機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)注意結(jié)合消防作業(yè)情況，因?yàn)橄雷鳂I(yè)過程中會受到火災(zāi)高溫影響，形成較高的輻射與高溫氣流作用。這種情況下，為使消防機(jī)器人中各電子或電器設(shè)備裝置能夠正常運(yùn)行，需要在機(jī)械設(shè)計(jì)中針對這一結(jié)構(gòu)部分采取防輻射隔熱密封設(shè)置，對機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

2.2電力隧道消防機(jī)器人驅(qū)動設(shè)計(jì)

在消防機(jī)器人的整體系統(tǒng)中，驅(qū)動系統(tǒng)是確保機(jī)器人移動操作的重要動力。通常情況下，消防機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)由動力源和減速器等結(jié)構(gòu)裝置構(gòu)成。其中，動力源根據(jù)驅(qū)動選擇的方式不同，其具體設(shè)計(jì)也存在著相應(yīng)的差別。比較常見的消防機(jī)器人驅(qū)動方式有電動、氣動和液壓驅(qū)動等。

首先，以電動作為驅(qū)動的消防機(jī)器人設(shè)計(jì)多是通過電動機(jī)設(shè)備對減速器裝置進(jìn)行帶動運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人執(zhí)行的驅(qū)動。這種驅(qū)動方式大多比較方便，并且效果好、性能相對較高，應(yīng)用相對較多。值得注意的是，電動驅(qū)動形式在實(shí)際驅(qū)動應(yīng)用中，作為消防機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)，需要與減速器之間進(jìn)行相互配合才能達(dá)到較好的驅(qū)動效果，因此，進(jìn)行該種形式的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)就相對比較復(fù)雜。此外，在進(jìn)行電動驅(qū)動的機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對于電動機(jī)的選擇使用需要結(jié)合實(shí)際情況，合理進(jìn)行選擇，并且不同類型的電動機(jī)設(shè)備在工作運(yùn)行中的驅(qū)動性能不同。

其次，液壓驅(qū)動也是消防機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇應(yīng)用較多的驅(qū)動形式之一。通常情況下，與其他驅(qū)動形式相比，液壓驅(qū)動由于設(shè)備體積較小，并且質(zhì)量比較輕，因此結(jié)構(gòu)相對緊湊，并且在消防機(jī)器人執(zhí)行驅(qū)動過程中能夠?qū)崿F(xiàn)較為平穩(wěn)的運(yùn)動，是其他驅(qū)動形式所不能滿足的。因此，液壓驅(qū)動結(jié)構(gòu)在具有大轉(zhuǎn)矩或者是低速大轉(zhuǎn)矩的操作情況下，設(shè)計(jì)應(yīng)用相對較多，這與液壓驅(qū)動裝置能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行驅(qū)動的特征有很大的關(guān)系。需要注意的是液壓驅(qū)動形式主要以油液作為驅(qū)動動力源，所以受環(huán)境溫度的影響比較大。如果存在高溫作業(yè)情況，則會對液壓驅(qū)動的效果產(chǎn)生影響。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中，需要結(jié)合情況慎重選擇。，

最后，消防機(jī)器入驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，氣動驅(qū)動也是一種比較常見的驅(qū)動形式。這種驅(qū)動形式是通過空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生出只有較高壓力作用的氣體。這種氣體通過對其他操作執(zhí)行結(jié)構(gòu)的驅(qū)動控制來實(shí)現(xiàn)作業(yè)。氣動驅(qū)動形式在實(shí)際設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也比較多。這與氣動驅(qū)動形式的節(jié)能環(huán)保特征有很大關(guān)系，并且氣動驅(qū)動裝置的操作以及維護(hù)也比較方便。但是，由于氣動驅(qū)動實(shí)際操作中輸出功率較小，驅(qū)動控制作用力小，所以對于具有較高要求的消防作業(yè)，其適用性并不突出。

2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2為隧道消防機(jī)器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)圖2可以看出，通常情況下，隧道消防機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩個部分。其中，硬件設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行控制器的選擇應(yīng)用，根據(jù)控制器類型以及性能特點(diǎn)，選擇適用于隧道消防作業(yè)的設(shè)備，以確保其在消防作業(yè)過程中起到較好的控制作用。一般情況下，為確保控制器性能，隧道消防機(jī)器人多以工控機(jī)以及PLC作為控制器核心器件，同時結(jié)合其他功能需求，選擇相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件。此外，消防機(jī)器人的控制軟件設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)作業(yè)情況，通過作業(yè)任務(wù)描述以及部件構(gòu)建、多代理情況描述以及端口對象動態(tài)配置、通信等結(jié)構(gòu)功能設(shè)置，并通過分布式結(jié)構(gòu)安排，建立能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行管理與控制的系統(tǒng)形式。

此外，消防機(jī)器人作業(yè)時，主要是通過探測報(bào)警傳感控制器對火災(zāi)進(jìn)行準(zhǔn)確感知和消防作業(yè)執(zhí)行，因此，火災(zāi)報(bào)警傳感器也是消防機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要一部分。整個控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)對機(jī)器人工作運(yùn)行進(jìn)行控制，并通過控制系統(tǒng)輸出或輸入電纜信息傳輸?shù)钠帘卧O(shè)置，來對其操作安全性進(jìn)行保護(hù)。

3結(jié)語

總之，對消防機(jī)器人整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究分析，有利于促進(jìn)其在電力隧道消防中的設(shè)計(jì)應(yīng)用，并為電力隧道消防安全提供可靠保障，具有積極的價值意義。

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