行志剛，原軍令，朱 燾，趙苗苗

XING Zhi-gang, YUAN Jun-ling, ZHU Tao, ZHAO Miao-miao

（河南理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，焦作 454003）

0 引言

自動消防水炮做為遠(yuǎn)控消防水炮的升級換代產(chǎn)品，被廣泛地應(yīng)用到展覽廳、體育館、倉庫等大空間建筑物內(nèi)，在沒有人工干預(yù)的情況下能夠自動發(fā)現(xiàn)火災(zāi)、判斷火源點(diǎn)位置、自動調(diào)整消防炮的回轉(zhuǎn)和俯仰角度，使其噴射口對準(zhǔn)起火點(diǎn)，并展開滅火作業(yè)[1,2]。在智能水炮滅火作業(yè)過程中，炮體回轉(zhuǎn)和噴管俯仰角度的精準(zhǔn)度是確保噴射口對準(zhǔn)起火點(diǎn)有效滅火的關(guān)鍵[3]。目前，蝸桿傳動副的大傳動比和緊湊結(jié)構(gòu)特性使其成為自動消防水炮機(jī)械傳動模式的首選。由于制造、裝配誤差以及傳動磨損，普通的蝸桿副存在難以控制的傳動側(cè)隙，在炮體回轉(zhuǎn)和俯仰角度變化過程中出現(xiàn)定位誤差，從而導(dǎo)致火源定位不準(zhǔn)影響滅火效果。自動消防水炮做為自動跟蹤定位滅火系統(tǒng)的一種，文獻(xiàn)[3]的5.2和5.10分別規(guī)定炮體自動定位時(shí)間不得超過30s和從自動射流開始到撲滅1A滅火級別的時(shí)間不得超過3min。這兩條規(guī)定給自動消防水炮規(guī)定了最佳有效滅火時(shí)間區(qū)間，這也給做為滅火執(zhí)行部件的炮體機(jī)械傳動部分提出了快速精準(zhǔn)的定位性能要求。因此提高蝸桿傳動副傳動精度是自動消防水炮準(zhǔn)確高效滅火的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[4]中提出了用彈簧消隙法來消除或減小上述消防水炮的定位誤差。文章認(rèn)為彈簧消隙法在原理上能夠有效地起到消除或者減小蝸桿傳動副嚙合側(cè)隙的作用，但是彈簧消隙法結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高，彈簧失效后必須拆解炮體進(jìn)行更換維修成本高，做為結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)電高度集合和安裝于大空間場所的自動消防水炮，從實(shí)用性和可操作性上來說該方法是不可行的。為此，文章針對上述自動消防水炮機(jī)械傳動的不足，將具備消除傳動側(cè)隙功能的雙導(dǎo)程蝸桿傳動副應(yīng)用到自動消防水炮機(jī)械傳動中，為確保自動消防水炮準(zhǔn)確高效滅火提供了可靠手段。

1 雙導(dǎo)程蝸桿傳動副傳動原理

雙導(dǎo)程蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別在于雙導(dǎo)程蝸桿的左、右齒面分別具有兩個(gè)不同的導(dǎo)程，由于兩個(gè)不同導(dǎo)程的存在帶來了蝸桿齒厚沿軸線方向等比例增大或者減小。雙導(dǎo)程蝸桿齒厚的等比例變化為消除或者調(diào)整蝸桿傳動副嚙合間隙提供了手段，即軸向移動蝸桿[5]。

雙導(dǎo)程蝸桿傳動副傳動原理與普通蝸桿傳動副傳動原理沒有本質(zhì)的區(qū)別，沿蝸桿中心剖面看都可視為齒條齒輪傳動副[5]。如文獻(xiàn)[6]所述雖然蝸桿齒左、右兩側(cè)面具有不同的導(dǎo)程，但同一側(cè)齒面導(dǎo)程是相同的，即同一側(cè)齒面齒距（模數(shù)）是相同的，所以雙導(dǎo)程蝸桿傳動副沒有破壞嚙合條件，當(dāng)軸向移動蝸桿時(shí)仍能夠確保良好的嚙合條件。

2 雙導(dǎo)程蝸桿在自動消防水炮上的應(yīng)用

文章針對ZDMS0.8/30S型自動消防水炮進(jìn)行雙導(dǎo)程蝸桿傳動副機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。已知基本設(shè)計(jì)參數(shù)：蝸桿頭數(shù)z1=1，蝸桿齒頂圓直徑da1=28mm，蝸桿特性系數(shù)q=11.2，蝸輪齒數(shù)z1=53，公稱模數(shù)m=2.5。

2.1 雙導(dǎo)程蝸桿基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

雙導(dǎo)程蝸桿基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算和加工方法已在現(xiàn)有文獻(xiàn)[6～8]中進(jìn)行了詳細(xì)闡述并得到了實(shí)踐驗(yàn)證，文章不在贅述。文章針對ZDMS0.8/30S型自動消防水炮雙導(dǎo)程蝸桿圖紙標(biāo)注尺寸給予列舉，如表1所示。

表1 雙導(dǎo)程蝸桿基本參數(shù)

2.2 雙導(dǎo)程蝸桿傳動副在自動消防水炮上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動消防水炮安裝于高大空間建筑內(nèi)距離地面8～15米的空間內(nèi)，其使用工況突出特征就是安裝位置高、維修困難，尤其是在機(jī)械傳動故障維修難度更大，返廠率高。文章針對這一問題，以設(shè)備使用的持久性、可靠性和可維修性為出發(fā)點(diǎn)，將雙導(dǎo)程蝸桿傳動副的設(shè)計(jì)融入到整機(jī)結(jié)構(gòu)中去。文獻(xiàn)[8]指出利用雙導(dǎo)程蝸桿變齒厚的特性沿著齒厚減薄方向移動蝸桿可以減小或者完全消除嚙合間隙。文章依據(jù)該結(jié)論將在自動消防水炮的雙導(dǎo)程蝸桿傳動副上設(shè)置了蝸桿軸向移動調(diào)整裝置（如圖1所示）：雙導(dǎo)程蝸桿通過兩幅球滾動軸承3的支撐與蝸輪1保持正確嚙合中心距；設(shè)置的調(diào)整螺母2在壓縮彈簧8、彈簧墊圈7、球推力軸承9和推力軸承套10的共同作用下使用雙導(dǎo)程蝸桿5沿著齒厚減薄方向軸向移動，直至實(shí)現(xiàn)雙導(dǎo)程蝸桿5和蝸桿1的無側(cè)隙嚙合。同時(shí)，由于推力軸承套10、步進(jìn)減速電機(jī)12和機(jī)體4由螺釘緊密裝配為一個(gè)整體，蝸桿必須有軸向移動間隙才能實(shí)現(xiàn)軸向移動，文章根據(jù)梅花聯(lián)軸器11的結(jié)構(gòu)特征，在裝配時(shí)使兩個(gè)金屬抓盤與梅花彈性體之間留有1mm的裝配間隙，以提供雙導(dǎo)程蝸桿軸向移動間隙。

圖1 雙導(dǎo)程蝸桿傳動副結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語

文章作者將雙導(dǎo)程蝸桿傳動副應(yīng)用到ZDMS0.8/30S型自動消防水炮機(jī)械傳動中，實(shí)現(xiàn)了蝸桿傳動副無側(cè)隙傳動，消除了炮體水平轉(zhuǎn)動和炮管俯仰角度的回程誤差[1]。通過樣機(jī)試制和滅火性能試驗(yàn)可知：該項(xiàng)目的實(shí)施，使自動消防水炮在水平方向掃描定位的1次定位率在92%以上，噴管俯仰定位的1次定位率在95%以上；定位精度的提高給炮體噴水滅火節(jié)省了時(shí)間，為30s內(nèi)定位3min內(nèi)滅火提供保障[3]，工程應(yīng)用效果顯著。為控制自動消防水炮定位精度從源頭上提供了一種重要方法。但相對普通蝸桿傳動副來說，雙導(dǎo)程蝸桿傳動副的加工制造工藝復(fù)雜，其互換性較差，研究和應(yīng)用目前高速發(fā)展的數(shù)控加工技術(shù)是今后努力的方向。

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