适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置的制作方法

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置。

背景技术：

消防人员在高危火场等事故现场救援或勘察中存在许多劣势，比如，在面临易燃易爆气体、有毒有害、高温浓烟等灾害情况时，容易给消防员带来中毒、烧伤甚至死亡威胁，所以现在越来越多的机器人逐渐代替人工进入高危现场作业。

然而，火灾等场景下现场环境极其恶劣，即使对于防爆型的消防机器人，当进入高温火场救援时，设备仍存在容易因被热辐射等问题导致部件温度飙升，内部电池和电子元器件失效甚至发生爆炸危险，所以消防灭火机器人的自身高温防护和降温性能是决定机器人能否进入高温现场作业的关键指标之一，目前最常使用的方案是从机器人上装的消防水炮管道取水实现水幕喷淋降温功能。

目前消防灭火机器人的主流隔绝高温、降低自身温度的方式主要有三种：

第一种方式为从机器人上装的消防水炮管道取水实现水幕喷淋降温功能，该种方式主要实现减弱或隔绝外部高温环境的热量，实现保护机器人安全功能，是目前最简单但是效率较低的降温方式。典型专利有申请号为201110111883.X的发明专利，该发明公开了一种消防水幕器，包括圆环形的内套，所述内套的衔接端设有衔接螺纹，内套的侧面上以环状设置有若干个喷水孔，内套上喷水孔形成的环形圈的轴向前后分别设有第一密封圈和第二密封圈，内套的外围设有一控制圈，控制圈内面设有控制圈螺纹与第三密封圈。本发明的消防水幕器，以保护人员进入或撤离火灾现场。类似得还有专利号为201610119024.8的发明专利和专利号为201620160490.6的实用新型专利，公开了一种消防灭火机器人双层水幕自喷淋降温装置，由顶盖部分、主轴部分、中间导流部分和底座部分组成，采用双层水幕设计，并且流量可调，可消耗最小流量的水起到降温作用，从而保证消防机器人安全可靠工作。

第二种方式为在机器人内部设置冷却系统实现机器人内部降温冷却功能，该种方式主要目的是将机器人自身发热元件的热量进行散除，对外部热辐射的降温效果并不理想，并且由于消防灭火机器人内部布置水冷系统，不仅会占用较大体积，而且不利于机器人整机密封性能，从而不利于爆炸等高危场所；另外，对于实际经验来讲，机器人在工作时发热系统主要是驱动系统，在设计上可充分利用机壳等结构将内部产热散发至外部，配合第一种散热方式实现机体降温。例如申请号为201720793285.8的发明专利公开了一种消防机器人防火降温系统，包含固定在车架上的进水管、储水箱和控制装置、以及安装在外壳上的喷淋管道和温度传感器。通过水循环系统实现对机器人各部件降温。

第三种方式则是方式一和方式二的组合，综合采用外部喷淋和内部冷却方式实现机器人内外降温冷却功能，例如申请号为201310159893.X的发明专利公布了一种用于消防机器人的液体循环降温装置，由底部水箱、水管、水泵、水冷块、换热器构成；通过让水在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，换热器将流入空气的热量带走实现内部降温；当然外部还有一部分水由电磁阀控制，经过水管接口送入机器人自保护水幕装置，形成水帘进行水幕保护。类似的还有专利号为201711126736.3的发明专利，公开的一种消防机器人水冷系统，包括在机器人外壳上的自喷淋装置和位于机器人内部的水冷却系统。

目前最有效的降温方式是采用自喷淋降温方式，目前针对消防灭火机器人的喷淋降温产品一般从消防水炮的管道中取水，形成单层或双层水幕实现喷洒，从而对机体降温。这种方式目前存在较大弊端，由于仅是简单的水流汇聚形成圆形水帘方式，水流从喷淋机构射出后实质表现出水流性质，仅能通过水流对机器人实现降温功能，无法实现全隔绝式隔热功能，而火灾现场的热量主要以热辐射形式传递，所以该方式隔热降温效果非常有限。故目前的喷淋降温装置无法满足消防灭火机器人在高温恶劣场所灭火需求，这在很大程度上限制了消防侦察灭火机器人的应用场合。专利号为201610119024.8的发明专利公布了一种较为有效的消防机器人喷淋降温装置，但是该装置同样存在较大弊端：由于一级和二级水幕均通过挡环等结构实现，且喷淋机构工作压力较大，所以挡环间的间距很小，且环状间距的距离控制必须非常精准，否则会发生水幕喷洒不均匀甚至一侧有水幕、另外一侧没有水幕等问题；而且挡环间因间距过小，装配难度较大，不利于实际工程应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种实现双层水幕喷洒、外层水幕隔绝外部热辐射、内层水幕对消防机器人进行降温，降低工程制造和安装难度，提高水幕喷淋均匀度和工作效率的适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置，包括喷淋主体、顶端盖和水幕发生组件、安装座，所述喷淋主体上设有水幕发生组件，喷淋主体顶部设有顶端盖，喷淋主体的底部设有安装座，所述喷淋主体包括主喷淋环、主密封圈，其中主喷淋环包括二级导流水道、主环形槽口、二级喷淋环形斜面、二级环形齿牙，所述顶端盖包括端盖、主连接器、副连接器、主连接密封圈，所述水幕发生组件包括二级喷淋环、旋转齿牙、一级喷淋环、二级密封圈，其中二级喷淋环包括环形挡槽，旋转齿牙包括斜面齿，一级喷淋环包括一级导流水道、一级喷淋环形斜面、一级环形齿牙，所述安装座包括喷淋基座、基座橡胶垫。

具体地，所述主喷淋环为柱状结构，圆心处设置有不透空的孔，孔上设置有与主连接器相配合的螺纹，在主喷淋环的圆心与外径中间设置有透空的二级导流水道，主喷淋环的上端、靠近端面的侧面上设置有主环形槽口，主环形槽口内安装有主密封圈，主密封圈位于主喷淋环和端盖之间，主喷淋环的上侧设置有二级喷淋环形斜面，二级喷淋环形斜面与端盖下端的环形斜面结构形成环形间隙，在二级喷淋环形斜面上设置有二级环形齿牙，二级环形齿牙均匀分布在二级喷淋环形斜面上，且与端盖环形斜面配合并形成齿牙间隙。

具体地，所述端盖为柱体机构，下端根据连接需要设置有环形凹凸机构，在端盖的最外圈设置有六个用于安装副连接器的透孔，在端盖下端靠近透孔处横向设置有用于安装二级密封圈的槽口，端盖的下端设置有环形斜面结构，用于和二级环形齿牙组成齿牙间隙，在环形斜面结构的外径处套接有旋转齿牙，旋转齿牙能够绕端盖的下端旋转，端盖的中心处设有透孔，透孔内安装有主连接器，主连接器连接端盖和主喷淋环，主连接器为螺钉结构，螺钉上设置有槽口结构，槽口结构内安装有将螺钉和端盖密封的主连接密封圈，主连接密封圈为组合垫，副连接器同样为螺钉结构，连接固定端盖和主喷淋环。

具体地，所述二级喷淋环为环形中空结构，套接在端盖下端外侧，二级喷淋环外部边缘处设置有六个透孔，透孔内设置有用于和副连接器连接的螺纹结构，二级喷淋环与端盖上的槽口以及槽口内的二级密封圈连接，二级喷淋环的下端内部还设置有用于扣住旋转齿牙防止旋转齿牙掉落的环形挡槽。所述旋转齿牙为环形结构，外部设置有斜面突起的斜面齿，斜面齿绕着环形结构的旋转齿牙均匀倾斜放置。

具体地，所述一级喷淋环为环形主体结构，在中心处设置有不透空的孔，且孔内设置有螺纹与主连接器连接固定，在一级喷淋环的外径与圆心中间设置有一级导流水道，水流由底部经一级导流水道流至一级喷淋环的上端面处，且可以经过一级喷淋出水口后继续进入二级导流水道，一级喷淋环的上部设置有一级喷淋环形斜面，一级喷淋环形斜面为斜面结构，在一级喷淋环形斜面上设置有一级环形齿牙，一级环形齿牙均匀分布在一级喷淋环形斜面上，且与主喷淋环的下端面形成齿牙间隙，二级密封圈设置在端盖上的槽口内，以密封端盖和二级喷淋环。

具体地，所述喷淋基座为环形主体结构，在其中心处开有透孔，下部内侧设置有螺纹以连接入水管，喷淋基座为盆状结构，内圈处设置有用以密封喷淋基座和一级喷淋环下端面的基座橡胶垫。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的水幕喷淋装置套接消防水炮上，当外部供水条件达到时，可通过高压电磁阀配合遥控系统实现启动，通过水压流经内部水道，实现双层水幕喷洒。

(2)外层水幕层中，通过配合水流动力，内部齿牙转动实现水流雾化，实现全密闭水幕层，隔绝外部热辐射；内层水幕层直接经水道形成水幕对车体喷射实现降温功能，最大限度保证消防灭火机器人在高温灾害现场安全，同时尽可能降低喷淋头安装误差，降低工程制造和安装难度，提高水幕喷淋均匀度和工作效率。

(3)通过巧妙使用齿牙间隙结构，使得喷淋水幕的形成并不依靠环形端面间隙，而是依靠齿牙间隙，不仅大大降低机械加工降低，而且大大降低了装配精度和使用寿命，保证水幕喷淋均匀性，提高机器人零部件装配效率。

附图说明

图1是适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置立体结构示意图。

图2是适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置主视结构示意图。

图3是适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置俯视结构示意图。

图4是适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置仰视结构示意图。

图5是适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置剖面结构示意图。

图6是适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置的二级喷淋环局部放大示意图。

图7是适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置的一级喷淋环局部放大示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-7所示，适用于消防机器人的高温火灾场景用水幕喷淋装置，包括喷淋主体1、顶端盖2和水幕发生组件3、安装座4，所述喷淋主体1上设有水幕发生组件3，喷淋主体1顶部设有顶端盖2，喷淋主体1的底部设有安装座4。

所述喷淋主体1包括主喷淋环1-1、主密封圈1-2，其中主喷淋环1-1包括二级导流水道1-1a、主环形槽口1-1b、二级喷淋环形斜面1-1c、二级环形齿牙1-1d，主喷淋环1-1为柱状结构，圆心处设置有不透空的孔，孔上设置有与主连接器2-2相配合的螺纹，在主喷淋环1-1的圆心与外径中间设置有透空的二级导流水道1-1a，用以将底部的水流通过该机构导流至主喷淋环1-1上。主喷淋环1-1的上端、靠近端面的侧面上设置有主环形槽口1-1b，用以安装容纳主密封圈1-2，主密封圈1-2为O圈机构，为丁腈材料制成，实现主喷淋环1-1和端盖2-1间的水密功能。主喷淋环1-1的上侧设置有二级喷淋环形斜面1-1c，二级喷淋环形斜面1-1c与端盖2-1下端的环形斜面结构形成环形间隙，实现二级水幕喷洒功能。在二级喷淋环形斜面1-1c上设置有二级环形齿牙1-1d，二级环形齿牙1-1d均匀分布在二级喷淋环形斜面1-1c上，且与端盖2-1环形斜面配合并形成齿牙间隙。

由于端盖2-1环形端面与二级环形齿牙1-1d配合，故二级喷淋水幕的形成并不依靠主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c与端盖2-1的环形端面间的间隙，而是依靠主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c与端盖2-1中的二级环形齿牙1-1d产生间隙，由于二级环形齿牙1-1d是由多个齿组成，故主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c与端盖2-1的环形端面间的间隙是齿轮缝隙间隙，而不是环形缝隙，即使由于主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c与端盖2-1的环形端面间的间隙因加工精度不够导致不均匀也无妨，此时水流均可以透过二级导流水道1-1a进入到由端盖2-1的环形端面和主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c上的二级环形齿牙1-1d组成的齿牙间隙，实现水幕喷洒功能；而且，由于端盖2-1的环形端面和主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c上的二级环形齿牙1-1d组成了齿牙间隙，所以在装配时，不需要精确调整端盖2-1的环形端面和主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c上的二级环形齿牙1-1d间的间隙，不仅降低了零件加工精度，而且大大降低了装配加工难度，大大提高机器人零部件装配效率。

顶端盖2包括端盖2-1、主连接器2-2、副连接器2-3、主连接密封圈2-4，端盖2-1为柱体机构，下端根据连接需要设置有环形凹凸机构，在端盖2-1的最外圈设置有六个用于安装副连接器2-3的透孔，在端盖2-1下端靠近透孔处横向设置有用于安装二级密封圈3-4的槽口，端盖2-1的下端设置有环形斜面结构，用于和二级环形齿牙1-1d组成齿牙间隙，实现水幕喷洒功能。在环形斜面结构的外径处套接有旋转齿牙3-2，旋转齿牙3-2能够绕端盖2-1的下端旋转，端盖2-1内部还通过主密封圈1-2和主喷淋环1-1实现水密功能。端盖2-1的中心处设有透孔，透孔内安装有主连接器2-2，主连接器2-2连接端盖2-1和主喷淋环1-1，主连接器2-2为螺钉结构，螺钉上设置有槽口结构，用以安放主连接密封圈2-4，从而实现主连接器上的螺钉与端盖2-1的水密功能，保证二级导流水道1-1a中的水流不会通过主连接器2-2流出。主连接密封圈2-4为组合垫，为橡胶材料制成，副连接器2-3同样为螺钉结构，连接固定端盖2-1和主喷淋环1-1。

所述水幕发生组件3包括二级喷淋环3-1、旋转齿牙3-2、一级喷淋环3-3、二级密封圈3-4，其中二级喷淋环3-1包括环形挡槽3-1a，旋转齿牙3-2包括斜面齿3-2a，一级喷淋环3-3包括一级导流水道3-3a、一级喷淋环形斜面3-3b、一级环形齿牙3-3c。

二级喷淋环3-1为环形中空结构，套接在端盖2-1下端外侧，二级喷淋环3-1外部边缘处设置有六个透孔，透孔内设置有用于和副连接器2-3连接的螺纹结构，最终实现端盖2-1和二级喷淋环3-1间的连接和固定功能。二级喷淋环3-1与端盖2-1上的槽口以及槽口内的二级密封圈3-4连接，用以实现端盖2-1和二级喷淋环3-1间的水密功能。二级喷淋环3-1的下端内部还设置有环形挡槽3-1a，用以扣住旋转齿牙3-2以防掉落。

旋转齿牙3-2为环形结构，外部设置有斜面突起的斜面齿3-2a，斜面齿3-2a绕着环形结构的旋转齿牙3-2均匀倾斜放置。当水流从二级导流水道1-1a流出后，透过二级导流水道1-1a进入到由主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c与端盖2-1中的二级环形齿牙1-1d组成的齿牙间隙时，此时水流不仅可以以水帘形式形成环形喷射水幕，而且还可以直接喷射至斜面齿3-2a上，由于斜面齿3-2a绕着环形结构的旋转齿牙3-2均匀倾斜放置，故水流对斜面齿3-2a具有带动作用，斜面齿3-2a由于受力不均匀开始旋转，同时水流击打过斜面齿3-2a后，水幕形式的水流会被进一步雾化，此时从二级水幕出口喷洒的水流形成细密均匀的水幕，可直接阻挡红外热量进入，保护消防机器人安全。

一级喷淋环3-3为环形主体结构，在中心处设置有不透空的孔，且孔内设置有螺纹与主连接器2-2连接固定，从而实现主喷淋环1-1和一级喷淋环3-3的连接功能。在一级喷淋环3-3的外径与圆心中间设置有一级导流水道3-3a，用以实现将底部的水流引导至一级喷淋环3-3的上端面处，且可以经过一级喷淋出水口后继续进入二级导流水道1-1a。一级喷淋环3-3的上部设置有一级喷淋环形斜面3-3b，一级喷淋环形斜面3-3b为斜面结构，在一级喷淋环形斜面3-3b上设置有一级环形齿牙3-3c，一级环形齿牙3-3c均匀分布在一级喷淋环形斜面3-3b上，且与主喷淋环1-1的下端面形成齿牙间隙。该结构的优势为：由于主喷淋环1-1环形端面与一级环形齿牙3-3c配合，故一级喷淋水幕的形成并不依靠环形端面间的环形间隙，而是依靠产生的齿牙间隙。即使一级喷淋环3-3的一级喷淋环形斜面3-3b与主喷淋环1-1的环形端面间的间隙因加工精度不够导致不均匀也无妨，此时水流均可以透过一级导流水道3-3a进入到由主喷淋环1-1的环形端面与一级喷淋环3-3的一级喷淋环形斜面3-3b上的一级环形齿牙3-3c齿牙间隙，实现水幕喷洒功能；而且，由于主喷淋环1-1的环形端面与一级喷淋环3-3上的一级环形齿牙3-3c组成了齿牙间隙，所以在装配时，不需要精确调整主喷淋环1-1的环形端面与一级喷淋环3-3上的一级环形齿牙3-3c间的间隙，不仅降低了零件加工精度，而且大大降低了装配加工难度，大大提高机器人零部件装配效率。

二级密封圈3-4为O圈，为丁腈材料制成，二级密封圈3-4设置在端盖2-1上的槽口内，用以实现端盖2-1和二级喷淋环3-1间的水密功能。

所述安装座4包括喷淋基座4-1、基座橡胶垫4-2。喷淋基座4-1为环形主体结构，在其中心处开有透孔，下部内侧设置有螺纹以连接入水管，喷淋基座4-1为盆状结构，内圈处放置有基座橡胶垫4-2，用以实现喷淋基座4-1和一级喷淋环3-3下端面的水密功能，基座橡胶垫4-2为环形橡胶垫，材质为黑橡胶。

上述水幕喷淋装置实现外部细密的二级水幕喷淋功能的步骤为：

水流首先从一级导流水道3-3a透过，然后继续向上流动，进入二级导流水道1-1a，然后进入到介于由主喷淋环1-1的二级喷淋环形斜面1-1c与端盖2-1中的二级环形齿牙1-1d组成的齿牙间隙，此时水流以水帘形式形成环形喷射水幕。由于设置了旋转齿牙3-2，水流对斜面齿3-2a有带动作用，斜面齿3-2a由于受力不均匀开始旋转，同时水流击打过斜面齿3-2a后，水幕形式的水流会被进一步雾化，此时从二级水幕出口喷洒的水流形成细密均匀的水幕。该功能下，由于水幕是细密全包围结构，且由于二级水幕出口的高度高于一级水幕出口，故可布局在消防机器人外部，实现对外部高温环境中的高温热浪和红外辐射进行阻挡甚至隔绝，保证消防机器人的安全。

上述水幕喷淋装置实现一级水幕喷淋功能的步骤为：

水流首先从一级导流水道3-3a透过，然后进入由一级喷淋环3-3的一级喷淋环形斜面3-3b与主喷淋环1-1的环形端面间的齿牙间隙，实现水幕均匀喷洒功能。由于二级水幕出口的高度低于一级水幕出口，故该功能下，一级水幕主要是加到颗粒的水帘结构，由于水流流量较大，故当水流落入消防机器人机身上，可带走大量热量，为消防机器人降温，降低机器人内部和外部元件温度，从而保证消防机器人在高温环境中正常工作。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。