重锤式称重装置设计

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Design of Hammer M odel W eighing DeviceZHANG Zhi-bang，CHU Jian-sen，DING Nian-hong(Nanjing Fire Protection Technology Co.，Lld.，Nanjing 21 1 1 12，China)Abstract：This paper introduces a weighting device with the simple structure，stdady，reliable and sensitive performance and highcost performance and analyzes its working principle，parameter，instalation，debugging and leakage alarm.It is used to monitor thelinkage leakage of the pressure agent over the standard and send out the alarm and leakage signa1。

Key words：hammer model weighting device；design；debugging；alarm leakage0 前言目前消防行业气体灭火系统所使用的称重装置主要以弹簧秤为主，此装置长期使用，弹簧受力容易疲劳，造成称量误差 ，从而影响系统正常工作，在某种程度上制约了相关气体系统的应用。因此开发新的更为可靠的称重装置已成为当务之急。

重锤式称重装置性能稳定、灵敏度高、安装调试简单方便，也克服了弹簧秤所存在的缺陷，它的成功开发必将很快占领市场，实现经济效益。依据国外客户的理念和习惯，希望在灭火剂钢瓶失重时应有较直观的物位状态显示 ，而目前无论是弹簧秤式或拉力传感器式称重机构均不能实现此功能。

1 设计分析重锤式称重装置主要 由内轴承座、外轴承座、轴承、连接板、砝码、销轴、接杆及连接件组成(图 1)。

1.1 主要性能参数称量范围：115～140 kg(70L)；重锤调节质量(常量)：0.76 k 圈(70 L)；声报警信号距离 1 m远处的声压级不低于 65 dB(在额定电压下)。

1.2 设计计算a)设计依据GB16669-2010(C02灭火系统及部件通用技术条件》此处有限位(最大仰角40 )G储瓶组件图 1 结构及原理作者简介：张志榜(1976-)，男，安徽合肥人，工程师，学士，主要从事消防产品设计与应用。

· 54· htp：fZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajourna1.net.cn《机械帝l造与自动化》· 机械制造 · 张志榜，等 ·重锤式称重装置设计b)材料选用称重装置 (70 L)-般所 承受 的拉力 为 115 kg～140 kg，且内、外轴承座采用精密铸造，要求其材料应具有- 定的强度及良好的铸造性能、机械加工性能，同时还应考虑选材的通用性，优选 06Crl9Nil0，其机械性能：or 450 MPa，Ors200 MPa；连接 件材料 为 45号钢， 66OO MPa，or 355 MPa。

C)工作原理重锤式称重装置是以内轴承座、砝码及储瓶组件组成的以 O点为支点的偏心机构(-种特殊形式的杠杆机构)(图 1)。

其在位置 1的平衡条件如下：G储瓶xO0lXCOS40。：G砝码xO02xcos40。G砝码X02 02"xcos40。

而实际工作时处于不平衡状态：即：G储瓶xOOl XCOS40。>G砝码xO02xcos40。

而 G砝码xO202"xcos40。4.2xO2O2"xcos40。(灭火剂最大允许泄漏量产生的力矩)。

d)调节参数确定依据标准规定当灭火剂泄漏至充装量的 10%时，相应称重装置须动作并报警。通常对于 7O L二氧化碳灭火系统，其充装量为 600 kg/m ，则最大泄漏量为：70x0.6X10% 4.2 kg。

(mlxO0% 2xL)xcos40。O0lMoXCOS40。 (1)(mlxOO2m2× )Xcos40。O0l×(Mo-4.2)xcos40。 (2)式中：m。--砝码质量(2.1 kg)；m：--接杆质量(0.1 kg)；尬，--储瓶组件质量；r- 接杆重心臂长；O0 --偏心机构偏心距 3 mm。

由式(1)，式(2)得：00"2-002 竿：6 mm该计算结果为理论值，实际应用时应考虑动、静摩擦，经试验验证：砝码实际偏移距离为5 mm(即5.5圈)。

e)安装调试1)先 固定 好 称 重 装 置 ，将 储 瓶 组 件 挂 好 并 离地 2 cm～3 cm；2)缓慢调节砝码 ，使接杆上翘 至位置 1(限位点)刚好处 于平衡 (临界状态 )，记下砝 码上方 向箭 头的位置 ；3)再将砝码向内旋 5.5圈，然后用螺母锁紧即可。

实际上砝码移动 5.5 mm刚好可以平衡灭火剂的最大允许泄漏量 4.2 kg，所以灭火剂泄漏量小于 4.2 kg的情况下，砝码始终停留在位置 1；当失重量略大于 4.2 kg时 ，杠杆的平衡状态被打破，砝码便加速下落至位置 2。

从调试方法可知，在正常工作状态下，杠杆机构本身实际上处于不平衡状态，而是通过内、外轴承座的限位(相当于给砝码-个预压力 ，该预压力是由于将砝码 向内移动 5.5圈引起的)后处于平衡状态，当灭火剂失重量达到规定值4.2 kg时，预压力解除，杠杆机构又趋于平衡(临界状态)。

MachineBuilding8 Automation，J 2013。42 4 ：54～55，58f)强度校核称重装置的联接螺纹均受轴向载荷，所以应校核螺纹抗拉强度。

1)螺纹的强度校核本装置的联接接头只承受静载荷，其规格为 M12，材料 45号钢， 6600 MPa，or 355 MPa。

[ ]or /[S ]355/571 MPa，[s ]5or： ≤[or] - l l1r×d 式中， 最大轴向外载荷 ，F140 kgd --螺栓螺纹部分危险截面直径，d d -H/6(d。-螺纹卸)；H 螺纹牙形三角形高度 ，对于普通螺纹日 0.866P0.866x1.751.515 5 mmd 10.106- 1.515 5/6-9.85 mm -4-x-1-4-0-x9-.8：18 MPaor IVI ，fix9.85可见 or<[or]，过载试验：20-<[or]所以，联接接头螺纹强度满足要求。

2)销轴的强度校核销轴材料为06Crl9Nil0，Or6450 MPa， 200 MPa。

式中： - 轴的弯矩 N·mm，MF/2x9.8xL/2，- - 轴的有效长度(ram)，d--轴的直径(mm)。

： -(1-4-0/-2-)-x9-. 8x-2-8.5≤ 113.14 MPa0.1X12可见 ，or

3)轴承选择根据已知轴径及内、外轴承座孔径，初选轴承型号分别为 6201-2Z和 6009-2Z。由于轴承 只承受 静载荷：140 kgx9.8 N/kg1 372 N；过载试验时承受载荷为 1 372 Nx22 744 N；而轴承的基本额定负荷：C 5.25 kN(6 201-2Z)，C，16.2 kN(6 009-2Z)，可见轴承的基本额定负荷均大于实际工作载荷 ，因此初选轴承型号符合要求。

1.3 电气部分有以上分析可知，当储瓶内灭火剂泄漏超过充装量10%时，称重装置应动作并触发相应泄露报警装置，产生声、光报警信号至泄漏报警器，再远传到相应控制室。根据不同的应用场所 ，泄漏报警装置可以选用位置开关 ，也可以采用红外线对射装置。前者位置开关与称重装置-- 对应，若选用防爆位置开关，可用于防爆场所 ；后者-组红外线对射装置可以实现对若干个称重装置进行监控(感应距离通常6 m)，安装简单，价格有优势。其原理如图2所示。