某多功能機(jī)器人的防護(hù)性方案設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31272某多功能機(jī)器人的防護(hù)性方案設(shè)計(jì)案例 1114191.1電機(jī)的選型及防水防爆防輻射設(shè)計(jì) 1234051.1.1電機(jī)選型 1227551.1.2電機(jī)防輻射設(shè)計(jì) 2280171.2防水防爆防輻射電控箱的設(shè)計(jì) 3186641.2.2箱體設(shè)計(jì) 3274681.3燈具的選型 695251.4關(guān)鍵部件抗輻射加固 81.1電機(jī)的選型及防水防爆防輻射設(shè)計(jì)1.1.1電機(jī)選型原HCR15D-2多功能遙控拆除機(jī)器人選擇為功率22kw的三相電機(jī)，其最大扭矩為120Nm轉(zhuǎn)速1470rpm。為滿足施工現(xiàn)場(chǎng)下的工作環(huán)境，防爆電機(jī)的選型應(yīng)滿足足夠的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的要求同時(shí)還需要達(dá)到防水防爆的要求。目前HCR15D-2多功能遙控拆除機(jī)器人主要設(shè)計(jì)應(yīng)用于建筑拆除，地鐵施工挖掘等,考慮到機(jī)器人將要應(yīng)用的具體環(huán)境如：煤礦等防爆環(huán)境，核工業(yè)等需要防爆防輻射的環(huán)境，外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)選擇更高的IP67及外殼防護(hù)，電機(jī)功率選擇為22kw的防爆電機(jī)。計(jì)算電動(dòng)機(jī)極數(shù)，根據(jù)公式電動(dòng)機(jī)采用電壓380V頻率50Hz的電纜，轉(zhuǎn)速約為1470rpm所以電動(dòng)機(jī)選擇4極電機(jī)。根據(jù)相關(guān)參數(shù)選擇YBX3-180L-4型防爆電機(jī)。主要用于煤礦、石油天然、石油化工和化學(xué)工業(yè)。防爆專用電機(jī)主要是一種廣泛用作工業(yè)煤礦井下固定式防爆裝置的驅(qū)動(dòng)設(shè)備或用于企業(yè)所在工廠,溫度范圍分類為大于t1~t4組的各種可燃爆炸性氣體或由氫氣甲烷等反應(yīng)形成的形成各種爆炸性氣體混合料的煤礦施工作業(yè)場(chǎng)所內(nèi)各種小型機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置的防爆驅(qū)動(dòng)專用電機(jī),主要廣泛適用于工業(yè)煤礦、石油天然、石油化工及其他石油化學(xué)加工行業(yè)。此外,在建筑紡織、冶金、城市建筑煤氣、運(yùn)輸、谷物加工食品、糧油農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、造紙、醫(yī)藥等多個(gè)行業(yè)中也被廣泛規(guī)范使用。防爆高壓電機(jī)裝置是一種以用來(lái)驅(qū)動(dòng)高壓水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、輸送電動(dòng)機(jī)和其它各種機(jī)械傳動(dòng)力的機(jī)械部件作為主要機(jī)械動(dòng)力裝置。ybx3防爆起動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)具有高效,節(jié)能,溫升充裕度大,使用壽命長(zhǎng),性能好,振動(dòng)小,防爆等該電機(jī)起動(dòng)結(jié)構(gòu)先進(jìn),起動(dòng)控制性能優(yōu)良,外形美觀,可靠性高等五大特點(diǎn),在正常運(yùn)行時(shí)不容易起動(dòng)產(chǎn)生任何電火花。該測(cè)溫電機(jī)的兩個(gè)主接線箱不僅位于頂部,還提供可以按照不同用戶實(shí)際需求分別進(jìn)行自動(dòng)測(cè)溫、軸承自動(dòng)測(cè)溫及專用加熱器等多種選擇。它的顯著設(shè)計(jì)特征之一是那就是高效,節(jié)能。該電機(jī)可以滿足多功能機(jī)器人在多種環(huán)境中的使用，與之前選擇YX3-180L-4同屬于180L,在機(jī)器人中的安裝支座相同，可以說(shuō)YBX3-180L-4是YX3-180L-4的防爆升級(jí)版?？梢灾苯釉跈C(jī)器人中進(jìn)行替換。圖1.1YBX3系列防爆電機(jī)詳情參數(shù)1.1.2電機(jī)防輻射設(shè)計(jì)本身選用防水防爆型電動(dòng)機(jī)，可以從國(guó)家標(biāo)注和使用的性能上滿足防水防爆的表準(zhǔn)，可以適應(yīng)水中和礦下爆炸環(huán)境。根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)，見(jiàn)圖電機(jī)的輻射防護(hù)一般采取防輻射材料的噴涂，在電動(dòng)的外部進(jìn)行防輻射材料噴涂，或加裝外殼。1.2防水防爆防輻射電控箱的設(shè)計(jì)1.2.1電控箱整體要求電控箱根據(jù)防爆原理的不同可以分為正壓型防爆電控箱和隔爆型防爆電控箱，在防爆性能中對(duì)于煙塵和液體防護(hù)性能來(lái)說(shuō)，正壓型防爆電控箱更加優(yōu)越，可以更好的阻隔灰塵和液體，但是由于需要通入保護(hù)性氣體，還需要正壓氣路系統(tǒng)保證保護(hù)氣體的循環(huán)和檢測(cè)保護(hù)氣體內(nèi)是否有足夠壓力。這些要占據(jù)大量的空間，對(duì)于多功能防水防爆防輻射機(jī)器人來(lái)說(shuō)，車體內(nèi)設(shè)計(jì)空間有限，還需要為其他系統(tǒng)避讓一定空間，所以選擇隔爆型的防爆方案。防水防爆電控箱屬于爆炸環(huán)境電氣設(shè)備，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要嚴(yán)格遵守GB3836中對(duì)于爆炸環(huán)境中電氣設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。1.2.2箱體設(shè)計(jì)電控箱的外觀防爆主要還是依靠防爆材料來(lái)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行完成,目前家用電控箱屬于隔爆層的外殼按照其直觀外形結(jié)構(gòu)可以大致劃分表現(xiàn)為兩個(gè)主要大類,即長(zhǎng)方體和圓柱身。粉塵有毒氣體等造成爆炸，壓力隨著防爆炸外殼結(jié)構(gòu)形狀的不同也可能會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)改變。有許多實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)可以證明在相同的空氣容積下,不同氣體形態(tài)的空氣容器物在發(fā)生爆炸時(shí)的空氣壓力也是不同。見(jiàn)見(jiàn)下圖1.1其中橢圓球體的爆炸時(shí)壓力最大,長(zhǎng)方體體在爆炸時(shí)的壓力最小。而且對(duì)于車體內(nèi)空間的分配來(lái)說(shuō)，箱體類的配件可以更好的使用空間。表1.1不同外形的容器爆炸試驗(yàn)產(chǎn)生的壓力表容積形狀球體正方體圓柱體長(zhǎng)方體爆炸壓力7.256.25.65.5耐爆性能：外殼要達(dá)到一定的強(qiáng)度和剛度，可以承受來(lái)自內(nèi)部爆炸的壓力。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常采用靜壓試驗(yàn)，通過(guò)向防爆外殼內(nèi)注水，加壓至1Mpa持續(xù)保持一段時(shí)間，外殼不發(fā)生泄漏，不損壞，不發(fā)生塑性形變。箱體材料需要采用鋼板或鑄鋼制成。隔爆性能：阻隔氣體液體的進(jìn)入，同時(shí)也防止內(nèi)部爆炸的壓力泄露出去。按照GB3826.2-2000規(guī)定結(jié)合面表面要求在隔爆的結(jié)合面加工的平均粗糙度不允許超過(guò)Ra6.3。按照國(guó)家gb3826.2-2000的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在各種隔爆材料結(jié)合面上需要進(jìn)行材料加工平均面的粗糙度不得超過(guò)Ra6.3，在設(shè)計(jì)箱體的壁厚時(shí)，當(dāng)壁厚取值越大外殼的隔爆型性能越好，但是考慮到體積、重量和成本的綜合因素，應(yīng)選擇合適的壁厚既保證箱體的強(qiáng)度又滿足綜合的因素，在較大容積的箱體設(shè)計(jì)中可以考慮加強(qiáng)筋的方式對(duì)箱板進(jìn)行處理。箱體連接要求當(dāng)電控箱采用焊接殼體或者是直接采用金屬螺栓連接進(jìn)行殼體連接時(shí),螺栓的殼體材質(zhì)就需要滿足一定的技術(shù)要求,不允許直接或者使用各種塑料或者輕質(zhì)的合金材料連接制成,螺栓需要達(dá)到一定的強(qiáng)度要求,性能等級(jí)不小于8.8級(jí)。當(dāng)隔爆緊固件的螺紋孔為盲洞結(jié)構(gòu)時(shí),要求在外殼壁上隔爆螺栓的殘留厚度至少應(yīng)該是每個(gè)螺栓長(zhǎng)度直徑的1/3,最少3mm。螺栓與螺紋嚙合的深度應(yīng)大于等于螺栓的外徑。螺紋公差的配合需要滿足GB/T2516規(guī)定的6H/6g觀察窗等透明件要求在控制箱中需要設(shè)置觀察窗來(lái)觀察運(yùn)行狀況或故障問(wèn)題。一般采用2種隔爆型式的觀察窗：一是采用金屬襯墊式、另一種是采用粘結(jié)接合面的結(jié)構(gòu)。1.壓蓋2.橡膠墊1.玻璃4.紫銅墊5.視窗座圖1.2觀察窗結(jié)構(gòu)金屬襯墊式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1.2。通過(guò)壓蓋將玻璃固定在視窗座上，在結(jié)合處使用橡膠圈和紫銅墊。視窗座通過(guò)焊接的方式直接連接在箱體上。紫銅墊和視窗座之間是隔爆接合面，按照防爆要求寬度大于12.5mm，紫銅墊厚度需大于2mm。粘結(jié)接合面結(jié)構(gòu)是直接將透明件與視窗座粘接起來(lái)。同時(shí)還需要考慮到溫度變化對(duì)于粘合面的影響，設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)出的熱量是否會(huì)破壞粘合面。引入裝置要求電控箱對(duì)于電纜線路的引入需要一定的密封防護(hù)，最常用的引入裝置是壓緊螺母式和壓盤(pán)式2種結(jié)構(gòu)圖1.3（a）壓緊螺母式（b）壓盤(pán)式圖1.3常用的電纜引入裝置引入裝置需要通過(guò)設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)滿足多種的試驗(yàn)要求，密封圈的耐熱耐寒，耐腐蝕，各種型式試驗(yàn)的順利通過(guò)是通過(guò)選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先確定引入裝置的徑向尺寸，假如允許引入的最大規(guī)格電纜的最小外徑為d，根據(jù)實(shí)際電纜的d值來(lái)選擇合適的密封圈的徑向尺寸。每層密封圈的徑向取值參考標(biāo)準(zhǔn)JB/4262-1992的表1的規(guī)定。電纜的軸向尺寸應(yīng)符合防爆標(biāo)準(zhǔn)的要求，GB3836.2-2010對(duì)密封圈的最小非壓縮軸向密封高度要求：對(duì)直徑不大于準(zhǔn)20mm的圓形電纜為20mm；直徑大于準(zhǔn)20mm的圓形電纜為25mm。密封圈的壓縮量也有一定的要求，壓緊螺母式密封圈壓縮量要求不小于6mm，對(duì)于密封圈外徑小于準(zhǔn)85mm壓盤(pán)式引入裝置的壓縮量要求不小于10mm，對(duì)應(yīng)于密封圈外徑大于準(zhǔn)85mm引入裝置的要求壓縮量要求不小于12mm。聯(lián)通節(jié)與密封圈之間的間隙是通過(guò)保證兩者的直徑差來(lái)實(shí)現(xiàn)[16]。1.聯(lián)鎖功能或警告：箱體的設(shè)計(jì)中需要有聯(lián)鎖的功能，防止在未斷電的情況下開(kāi)蓋出現(xiàn)爆炸事故危及人身安全?；蛟诳刂葡渖戏乐咕娓媸九疲刮磾嚯娗闆r下打開(kāi)箱蓋。1.3燈具的選型照明燈具的選擇查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),按照MTT221-2005煤礦用防爆燈具中規(guī)定的燈具的防爆性能。防爆照明燈具分類是根據(jù)防爆照明源的來(lái)源、防爆燈具結(jié)構(gòu)的各種型式、使用危險(xiǎn)程度等因素來(lái)進(jìn)行劃分。按照使用光源品種類別的劃分有各種防爆高壓白熾燈、抗暴正常高壓白熾鎘燈、抗暴正常低壓白熾熒光燈、led白熾燈、混合各種光源白熾燈等;按各種防爆燈具結(jié)構(gòu)的使用型式分類劃分主要包括有各種隔爆型或者燈具、增安型或者小減速器、正常高壓型、無(wú)靜電火花型或者無(wú)粉塵型等防爆型5種主要防爆類型,也或者是各種可以由其他各種防爆型或上述的各種其他防爆型或者其他燈具直接組合而來(lái)的所形成的各種復(fù)合型或特殊型各種防爆型的燈具。按照燈具使用照明模式不同進(jìn)行分類劃分的燈具有固定型兩種防爆防火照明專用燈具及隨身攜帶型兩種防爆防火照明專用燈具[17]。防爆燈具的選擇,首先要確定防爆燈具的使用光源種類:白熾燈的實(shí)際應(yīng)用仍較為廣泛,但是其由于使用壽命相對(duì)較短,發(fā)光效率低下正在逐步淘汰被其他光源所替代。目前在我國(guó)技術(shù)水平相對(duì)比較高且廣泛應(yīng)用的主要光源分別為自鎮(zhèn)流式高壓汞燈,低壓氫鈉燈和單插頭式無(wú)啟動(dòng)器熒光燈。單插頭無(wú)啟動(dòng)器熒光燈是一種帶有冷陰極的氣體放電式熒光燈,其發(fā)光機(jī)理主要是通過(guò)利用兩個(gè)電極之間的放電過(guò)程,使得汞原子在燈管中產(chǎn)生強(qiáng)烈的紫外線輻射,從而刺激燈管中內(nèi)壁的熒光性化學(xué)物質(zhì)。這種類型的熒光燈在發(fā)光時(shí)效能最大可達(dá)到普通白熾燈3倍,使用壽命相對(duì)比較長(zhǎng),依靠在燈管壁上的開(kāi)啟輝層進(jìn)行啟動(dòng),使用時(shí)陽(yáng)極的溫度大約為200℃,可以將其制作成一種增安型的照明燈具,是一種既實(shí)用又安全的燈具。自鎮(zhèn)流高壓汞燈主要是一種新型混合式光源燈,它主要是通過(guò)利用白熾體和其他熒光質(zhì)以及低壓壓汞蒸氣的放電方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行發(fā)光,有著開(kāi)啟塊,亮度高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。與以往只有單中光源的高壓汞燈相比可以利用白熾體中的鎢絲來(lái)限流,達(dá)到自鎮(zhèn)流的的效果省去了外加鎮(zhèn)流器。然而和普通的熒光高壓汞燈相比,它們的使用壽命要短一些。高壓鈉照明燈就是一種利用高壓鈉水蒸氣來(lái)釋放熱量和電磁輻射的燈具,它們有使用壽命長(zhǎng),透霧性好,發(fā)光效果高等特點(diǎn)。LED燈作為新研發(fā)出的燈具,利用發(fā)光二極管發(fā)光。燈光的亮度高,具有很好的穿透力,才能夠在粉塵飄散的空間里,照亮道路。led燈就是具備了高亮度的特點(diǎn),led燈具無(wú)任何燈絲,防止了因?yàn)檎駝?dòng)而導(dǎo)致的燈絲斷裂現(xiàn)象,具有超強(qiáng)的耐用性和抗震能力。它具有極其良好的密閉性及超低溫特點(diǎn),保證了在潮濕的環(huán)境下正常運(yùn)行,并且可以免維修,可以長(zhǎng)期地點(diǎn)亮正常工作,不會(huì)出現(xiàn)由于換燈停工等情況。然后確定各種燈具的防爆結(jié)構(gòu)和類型,根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范,1區(qū)域內(nèi)必須采用隔爆燈具;2區(qū)內(nèi)位于移動(dòng)型的燈具一般都需要采用隔爆型,但是在固定的燈具上也可選擇采用增安型或者隔爆型。結(jié)構(gòu)類型的選擇主要依靠爆炸氣體環(huán)境的區(qū)域級(jí)別和等級(jí)情況進(jìn)行決定,所選用的防爆照明燈具的級(jí)別,應(yīng)該能夠達(dá)到爆炸氣體環(huán)境中各種混合材料的級(jí)別。同時(shí)也需要充分考慮到在生活中工作的環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)的多種影響因素,比如環(huán)境的溫濕度,是否存在化學(xué)腐蝕性或者有污染性的物質(zhì),需要選擇可以防水或放腐蝕燈具。最后還根據(jù)其使用經(jīng)濟(jì)性,使用時(shí)的安全可維修性等一些綜合需要考慮到的因素后再進(jìn)行綜合考量,選擇了可以使用不同防爆型號(hào)的led等,它不僅價(jià)格便宜,亮度高,發(fā)光散熱效率高,免個(gè)人維護(hù)而且使用簡(jiǎn)單,防爆性和防水防護(hù)性能好。1.4關(guān)鍵部件抗輻射加固在高輻射的環(huán)境下,會(huì)向空氣中釋放出大量γ-射線、β-射線和中子,對(duì)于機(jī)器人的傳感器、電子元件,遙控系統(tǒng)都會(huì)造成一定的干擾或者失靈,也可能使得橡膠材料、密封零件、黏附劑的密封效果加速老化。主體進(jìn)行屏蔽防護(hù),即在輻射源與關(guān)鍵零部件之間安裝或放置一類屏蔽材料,這類常見(jiàn)的屏蔽材料主要有鉛、鋁、混凝土、水等。屏蔽物質(zhì)的類型、形態(tài)與使用量主要根據(jù)輻射類別、放射源的強(qiáng)度和可選擇劑量。車體外殼采用235不銹鋼，既可以保證防爆性能，有可以對(duì)殼體內(nèi)部的零件進(jìn)行一定程度上的防護(hù)。對(duì)機(jī)器人中的各種電子元件、傳感器、信號(hào)通訊單元等敏感元件或接觸體部位的外殼進(jìn)行涂覆或者包裹一層保護(hù)性材料。機(jī)器人耐輻射保護(hù)方面的主要內(nèi)容有:攝像頭的耐輻射保護(hù)技術(shù)研發(fā)、耐輻射性能保護(hù)材料的選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電子元器件的輻射保護(hù)、關(guān)鍵零部件的輻射保護(hù)及加固[18]。由于輻射可能會(huì)對(duì)攝像頭內(nèi)部的傳感器ccd或cmos造成傷害,所以我們?cè)跀z像頭受到高溫輻射時(shí)的使用中就需要做好防輻射的處理。1、在鏡頭外部包裹一層防護(hù)材料來(lái)屏蔽輻射。在攝像機(jī)發(fā)光軸上采用含鉛玻璃屏蔽和放大射線。2、運(yùn)用反射器來(lái)對(duì)照機(jī)進(jìn)行反射。由于γ射線并沒(méi)有受到反射,可以通過(guò)放置反射鏡將可見(jiàn)光反射后直接進(jìn)入相機(jī)攝像頭中來(lái)進(jìn)行成像,使γ射線分離,不進(jìn)入攝像頭。電子元器件的防輻射設(shè)計(jì):在探測(cè)儀器或傳感器上涂抹特殊防輻射材料,機(jī)器人電路控制的設(shè)計(jì)中選取抗輻射抗干擾性能強(qiáng)的電子元器件,同時(shí)電路設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)娜哂嚯娐?用來(lái)抗干擾。對(duì)電子設(shè)備整體進(jìn)行防輻射材料的噴涂,加強(qiáng)抗輻射效果。對(duì)于