一种新型防护服液密性能测试系统研制

一、引言
从业人员在作业场所或应急救援工作中可能接触有毒有害的液体物质，从而对人体造成急性或慢性伤害。为了减少或隔绝此类伤害，相关人员应穿着液密型防护服，同时佩带，其它必需的个体防护装备。
为了达到上述要求，防护服的生产企业有义务对所生产防护服产品行检测，相关职能部门有责任对各生产企业进行监督，同时，使用者有责任自行评估并选择合适的防护服装。
目前针对此类防护服的测试设备生产厂家有限，质量档次也是差强人意，主要存在问题如下：
（1）自动化程度低，对于喷射液密性和泼溅液密性进行测试时，很多过程要手动完成。
（2）功能单一，仅是针对某个标准进行测试，造成客户投入成本增加。
（3）喷溅不同步，针对喷溅液密性测试时，喷溅喷嘴不能实现同步喷射。
（4）进口设备价格昂贵，动辄几十万，硬件投入过高。
为了解决上述问题，满足各用户的需求，针对:防护服装—化学防护服通用技术要求（GB24539-2009）、防护服装—酸碱类化学品防护服(GB24540—2009)、Protective clothing—Protection against liquid chemicals—Test method: Determination of resistance to penetration by a jet of liquid(Jet test)（BS EN 463-1995）及Protective clothing—Protection against liquid chemicals—Test method: Determination of resistance to penetration by spray (Spray Test)（BS EN 468-1995）开发了此测试系统。
二、系统实现
液密性能测试系统有两大模块组成：测试环境和控制台。两大模块之间通过管线连接实现相互通讯，完成自动化控制。整个系统的原理图如图一所示。

图一：原理图
（一）测试环境
测试环境主要由密闭室、喷溅及喷射机构、和转动机构组成。
1.密闭室
该测试系统需要喷溅（喷射）有色液体，为了避免对环境造成污染以及对操作人员造成不良损害，该测试系统密闭在一个1.5m×2.5m×3m的空间内，称之为密闭室。密闭室四面为透明玻璃，方便操作者在密闭室外测试时观察内部情况，单侧开有进出门；底部为不锈钢底板配置地漏，以便测试用水渗漏到底层回水槽内，实现测试用水重复使用；顶部为不锈钢顶板，配置呼吸系统，保证真人模特测试时呼吸通畅。
2.喷溅及喷射机构
该机构主要实现喷射动作和喷溅动作。各机构均布置在0.46m×0.28m×2.2m不锈钢箱体内，箱体安装在密闭室底板上。
喷射动作要实现高度方向上1.2m的动作范围，由于动作范围较大，采用单向电机带动滚珠丝杠转动，滑块在丝杠推动下，实现上下大范围移动。喷射喷头通过不锈钢箱体开槽与内部滑块相连，实现同步上下移动，通过耐压软管与控制台相连，内部连入节流阀、支路减压阀、电磁阀、压力表等（参照原理图一）实现系统调压1.5kpa,与相距1m转盘机构配合，完成喷射测试。
参照实际使用，初定喷射喷头上下移动速度为v= 20mm/s；由于喷射喷头重量较小及1.2m行程，参照现有滚珠丝杠标准件，初定滚珠丝杠外径d=20mm,导程l=5mm。
则，电机转速为r1= =240r/min.
参照电机实际参数，选定电机为：p1=30w,r1=240r/min。
喷溅动作采用四点喷洒，四喷头布置在不锈钢箱体前面板上，布置尺寸符合GB24539-2009、GB24540—2009要求，喷溅喷头喷射75°锥形，通过耐压软管与控制台相连，内部连入节流阀、支路减压阀、电磁阀、压力表、流量计等（参照原理图一）实现系统调压3kpa,各支路流量1.14L/min,与相距1.5m转盘机构配合，完成喷溅测试。
为了克服管路充水，造成水压不稳，以及四喷溅喷头高度不一，造成喷洒不同步，在各喷头前方增加一挡板，实现同步稳压测试。
3.转动机构
转盘机构由电机驱动，通过齿轮传动减速，达到使用转速，根据GB24539-2009、GB24540—2009的要求，转盘转速为r2=1r/min,参照现有单向电机转速及转盘周向受力除摩擦力外为0，选定电机为：p2=90W,r3=3r/min。
则，齿轮传动比i32= =3。
为了实现喷射测试各测试点之间距离调整以及喷射测试与喷溅测试之间距离调整，转盘机构整体布置在两条水平导轨上，由电机驱动齿轮与齿条啮合，实现前后无接缝调整。
（二）控制台
控制台的核心部件是嵌入式液晶屏，它也是整个测试系统的控制中心，类似于人的大脑。液晶屏布置在一烤漆箱体的上部，便于实验者操作，箱体内部装有供水水泵、回水水泵、水箱、电磁阀、PCB板等电器元件等，组成控制系统。
供水水泵在液晶屏的控制下为整个系统提供标定压力与流量的测试用水；回水水泵在液位开关的信号作用下，回流测试用水，以便下次测试使用；水箱为整个测试提供水源；电磁阀则实现了何时为系统提供水源；PCB板完成了整个测试控制系统各种信号的处理。

各个执行部件能够准确定位的关键是安装在各执行部件上的霍尔开关，通过对液晶屏的信号反馈及液晶屏的信号输出，实现各执行机构的精确动作。正是由于采用了这种控制方式，进行喷射测试时，原则上可以取到无限多个测试点。
整个控制系统的控制简图如图二所示。

图二：控制简图
三、结论与展望
本测试系统之测试过程完全实现了自动化，大大降低了实验者的工作量，提高了工作效率。它涵盖了GB、EN等相关的四个标准，且同时实现了喷溅与喷射两个测试要求，相对于进口产品而言价格大大降低，无疑是减低了经济成本。
就测试精度而言，很好的解决了喷溅测试时，四喷溅喷头不能实现同步喷洒的问题。
为了实现测试样品的自动成像，以及测试报告的自动生成，该系统的数据处理模块还需要进一步的开发研制。
[参考文献]
[1] GB24539-2009防护服装 化学防护服通用技术要求
[2] GB24540—2009防护服装—酸碱类化学品防护服
[3]成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社.2002
[4]李继庆，陈作模.机械设计基础.北京：高等教育出版社.1999
（作者单位：1、2.陕西纺织科学研究所 西安,3.布勒设备（西安）有限公司 西安）