自動(dòng)充氣式救生圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　自動(dòng)充氣式救生圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘　要</b></p>

3、<p>　　摘要：自動(dòng)充氣式救生圈是一種能遇水自動(dòng)充氣的新型水上救生裝置。它是由貯滿液態(tài)CO2的氣瓶、外圈涂有熒光漆的環(huán)形氣囊、觸發(fā)裝置及牽引線等組成。遇水之前，彈簧處于受壓狀態(tài)，儲(chǔ)存了相當(dāng)一部分的彈性勢(shì)能；當(dāng)裝置遇水時(shí)，吸水材料觸水迅速融化，從而觸發(fā)開(kāi)關(guān)，釋放出儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能，推動(dòng)和彈簧相連的頂針向下極速運(yùn)動(dòng)，頂破氣瓶，釋放CO2，充滿氣囊。落水待援者可以借助環(huán)形氣囊的浮力，實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)自救，必要時(shí)刻，可以由施援者拉動(dòng)牽引線

4、，對(duì)落水者實(shí)施遠(yuǎn)距離救助。目前使用的救生圈大多是采用泡沫塑料制成，體積大，重量重，攜帶不便。即使在實(shí)際使用時(shí)，由于重量重，投擲距離也不遠(yuǎn)，救援范圍有很大限制，尤其對(duì)施援者的素質(zhì)和能力要求較高，還存在相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。我們所設(shè)計(jì)的落水自充氣救生圈是一種遇水能自動(dòng)充氣的新型水上救生裝置，長(zhǎng)度僅25厘米，手柄直徑4厘米，最大直徑8厘米，體積小，總重不超過(guò)500g，且使用相當(dāng)簡(jiǎn)單、安全可靠性，直接投擲于水中，救援半徑大。適合家庭旅游成員、專業(yè)救援人

5、員使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：救生圈 ；自動(dòng)充氣；軟連接；救援</p><p>　　Abstract：The automatic inflatable lifebelt is a life-saving device, which can be inflatable itself when it is putting into the water.It consists of a

6、bottle full with liquied CO2, a ring belt painted with fluorescence ,a inflatable equipment and a rope. It is storage of elastic energy witnout putting into use. When it thrown into the water, the pills in the device mel

7、t into water rapidly,and lead to the spring bursting most of elastic energy ,then push the centre downward at hign speed, which br</p><p>　　Keywords:life-saving device; inflatable; soft connection</p>

8、<p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要I</b></p><p><b>　　目　錄III</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1研究背景及意義1</p

9、><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3救生裝置的整體發(fā)展趨勢(shì)和研究方向：2</p><p>　　2自動(dòng)充氣式救生圈的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案3</p><p>　　2.1救生圈結(jié)構(gòu)布置3</p><p>　　2.1.1 自動(dòng)救生圈結(jié)構(gòu)布置3</p><p>　　2.

10、2氣瓶出口處抗壓力4</p><p>　　2.2.1高壓氣瓶4</p><p><b>　　2.2.2閥體5</b></p><p>　　2.2.3高胡克系數(shù)的彈簧6</p><p>　　2.2.4采用滾珠連接彈簧和滑塊6</p><p>　　2.2.5速溶材料7</p>

11、<p>　　2.2.6采用橡皮軟管的軟連接裝置8</p><p>　　2.2.7單向閥門(mén)的充氣救生圈8</p><p><b>　　2.2.8拉繩9</b></p><p>　　3理論設(shè)計(jì)計(jì)算10</p><p>　　3.1氣瓶出口處抗壓力10</p><p>　　3.2彈簧

12、的彈力10</p><p>　　3.3氣瓶容量、CO2質(zhì)量及壓強(qiáng)10</p><p>　　3.4救生圈的承載11</p><p>　　4救生裝置的工作原理13</p><p>　　5設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)13</p><p><b>　　6結(jié)論及展望14</b></p><

13、;p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　附錄17</b></p><p>　　附錄1 閥體零件圖17</p><p>　　附錄2頂尖固定塊17</p><p>　　附錄3 裝配總圖17&

14、lt;/p><p>　　附錄4 彈簧規(guī)格表17</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　研究背景及意義</b></p><p>　　國(guó)內(nèi)外研究背景：水上作業(yè)和救援落水人員是有一項(xiàng)有一定的風(fēng)險(xiǎn)的活動(dòng)，尤其是在國(guó)內(nèi)，日益頻發(fā)的溺水悲劇已經(jīng)成了國(guó)人心頭的永遠(yuǎn)的痛，而相應(yīng)的救援人

15、員的意識(shí)措施和裝置存在很多方面的不足，尤其高效救援裝置的普及化存在很大的空白。</p><p>　　一、2009年10月24日，為了搶救兩名落水少年，長(zhǎng)江大學(xué)十多名大學(xué)生手拉手結(jié)成人梯撲進(jìn)江中營(yíng)救，兩名男孩獲救，陳及時(shí)、何東旭、方招3名大學(xué)生不幸被江水吞沒(méi)，英勇獻(xiàn)身。</p><p>　　二、2010年2月18日下午，居住在浙江天臺(tái)縣下路王村的蔡家5名孩子外出玩耍，在龍珠潭水庫(kù)下游魚(yú)塘蓄水

16、池溺水，無(wú)一生還</p><p>　　三、據(jù)2008～2009年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]顯示，溺水成為中小學(xué)生意外傷亡事故發(fā)生死亡人數(shù)最多的一個(gè)因素。</p><p>　　四、一般船用救生圈大都是泡沫塑料制成，體積較大，在發(fā)生人員落水時(shí)，如果救援船只離落水人員較遠(yuǎn)，無(wú)法及時(shí)趕到，遠(yuǎn)距離拋擲救生圈時(shí)，常因空氣中阻力大，風(fēng)向不穩(wěn)定和諸多不可預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，而難以達(dá)到施救的目的，因而往往失去最佳施救機(jī)會(huì)，從而

17、造成無(wú)法挽回的后果。目前使用的救生圈大多是采用泡沫塑料制成，體積大，重量重，攜帶不便。在實(shí)際使用時(shí)，由于重量重，投擲距離也不遠(yuǎn)。若救生圈的重量輕，則由于空氣阻力和風(fēng)的緣故，也投擲不遠(yuǎn)。若下水救人，則救援人員的風(fēng)險(xiǎn)也很大。如果有一種裝置象手榴彈這樣可以投擲，然后打開(kāi)充氣成一個(gè)救生圈就非常理想了。</p><p>　　五、 以往普遍使用的救生圈一般是由聚氯稀材料構(gòu)成的環(huán)狀部的充氣式救生圈，該救 生圈內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，在

18、救生圈上開(kāi)設(shè)有充氣口，當(dāng)需要使用救生圈時(shí)只需通過(guò)充氣口對(duì) 救生圈內(nèi)部充氣即可使用，然而該救生圈由于其結(jié)構(gòu)上的缺陷，其外部易破損從而造成內(nèi) 部空氣的泄露，導(dǎo)致救生圈無(wú)法使用。</p><p><b>　　國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</b></p><p>　　對(duì)于上述問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)有以下兩種解決途徑：</p><p>　　一種途徑是設(shè)計(jì)可隨身攜帶的救生圈，

19、平時(shí)進(jìn)行水上作業(yè)或者游泳時(shí)帶在身上，一旦發(fā)生意外，則由攜帶人員自行打開(kāi)充氣開(kāi)關(guān)，使救生圈內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)氣體，或者使充氣氣瓶開(kāi)啟為救生圈充氣，從而達(dá)到救生的目的；</p><p>　　另一種途徑是將救生裝置存放在船上，在人員落水時(shí)緊急施救時(shí)使用。目前已見(jiàn)報(bào)道的大多歸于兩種類型：一種是在船上進(jìn)行快速充氣后再拋入水中進(jìn)行施救。這種救生圈能解決多個(gè)落水人員施救救生問(wèn)題。但是由于空氣阻力的影響，拋擲距離往往受

20、到限制，因而只能滿足近距離落水人員使用；另一種是專利文獻(xiàn)報(bào)道的方法。該方法采用將救生圈拋入水中后，由落水人員或施救人員打開(kāi)充氣裝置，使救生圈充氣而達(dá)到救援的目的。采用這種方法較好地解決了拋擲距離的問(wèn)題。然而在很多情況下救援設(shè)施總會(huì)莫名的喪失功效，起不了作用。歸根結(jié)底，是這些救生圈的觸發(fā)開(kāi)關(guān)或貯氣裝置存在些許不足[2]。</p><p>　　救生裝置的整體發(fā)展趨勢(shì)和研究方向：</p><p>

21、;　　隨著我國(guó)水上救生設(shè)備的研制和完善，各種新型救生衣用品被不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)出來(lái)。外形上趨于小型，輕便化；救生功能趨于多樣化；裝置操作性更簡(jiǎn)單化；適用層面的廣泛化，是目前整個(gè)水上救生，乃至救援方面的一個(gè)大趨勢(shì)。</p><p>　　對(duì)于救生裝置的研究方向，最重要的是把可靠性放在第一位，保障整個(gè)救援行動(dòng)實(shí)施是首要考慮的，所以目前在設(shè)計(jì)裝置時(shí)，已不再追求裝置的新穎和創(chuàng)新，而是把功能能夠最大限度的實(shí)現(xiàn)，作為整個(gè)設(shè)計(jì)的指標(biāo)，

22、尤其是水上救援裝置，我國(guó)地大物博，江河眾多，地理環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，救援人員素質(zhì)的參差不齊，就需要更廣泛和簡(jiǎn)便實(shí)用救生裝置系列。</p><p>　　2自動(dòng)充氣式救生圈的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1救生圈結(jié)構(gòu)布置</p><p>　　2.1.1 自動(dòng)救生圈結(jié)構(gòu)布置</p><p>　　針對(duì)于上訴的不足，我設(shè)計(jì)了可投擲式自動(dòng)充氣式救生

23、圈，這種救生圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小而緊湊，成本低、裝配容易，攜帶、使用方便。救生裝置整體結(jié)構(gòu)圖如圖2-1，實(shí)物圖如圖2-2充氣作用前整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)小型手電筒，充氣作用后，整個(gè)裝置展開(kāi)如圖。該裝置是一種能遇水自動(dòng)充氣的新型水上救生裝置。它是由貯滿液態(tài)CO2的氣瓶、外圈涂有熒光漆的環(huán)形氣囊、觸發(fā)裝置及牽引線等組成。遇水之前，彈簧處于受壓狀態(tài)，儲(chǔ)存了相當(dāng)一部分的彈性勢(shì)能；當(dāng)裝置遇水時(shí)，吸水材料觸水迅速融化，從而觸發(fā)開(kāi)關(guān)，釋放出儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能，

24、推動(dòng)和彈簧相連的頂針向下極速運(yùn)動(dòng)，頂破氣瓶，釋放CO2，充滿氣囊。落水待援者可以借助環(huán)形氣囊的浮力，實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)自救，必要時(shí)刻，可以由施援者拉動(dòng)牽引線，對(duì)落水者實(shí)施遠(yuǎn)距離救助。目前使用的救生圈大多是采用泡沫塑料制成，體積大，重量重，攜帶不便。即使在實(shí)際使用時(shí)，由于重量重，投擲距離也不遠(yuǎn)。而投擲式落水自充氣救生圈是一種遇水能自動(dòng)充氣的新型水上救生裝置，長(zhǎng)度僅25厘米，手柄直徑4厘米，最大直徑8厘米，體積小，總重不超過(guò)500g，且使用簡(jiǎn)單、安

25、全，直接投擲。適合家庭旅游、專業(yè)救援人員使用。</p><p>　　該自動(dòng)充氣式救生圈整體布置類似一個(gè)手榴彈造型，救生氣囊和閥體通過(guò)軟連接連接在一起，使整個(gè)裝置整體顯得輕便和美觀，而且便于攜帶。閥體部分，由特質(zhì)密封膠帶密封，留有一端手拉環(huán)扣，這個(gè)能在平時(shí)起很好的密封作用，關(guān)鍵時(shí)刻還容易被迅速打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)救援。</p><p>　　圖 2-1 三維模型圖

26、 圖 2-2 實(shí)物圖</p><p>　　2.2氣瓶出口處抗壓力</p><p><b>　　2.2.1高壓氣瓶</b></p><p>　　高壓氣瓶?jī)?nèi)部存儲(chǔ)液化CO2，由于該裝置完全密封，因而可永久保存。另外由于其高壓性，單位體積內(nèi)可釋放大量氣體。該氣瓶體積小巧，質(zhì)量輕盈，便于攜帶。其圓柱形的外殼有利于環(huán)形氣囊纏繞，減少整體體積，而且可以用

27、作投擲時(shí)的把手。</p><p>　　考慮到整個(gè)救援的實(shí)際環(huán)境，采用壓縮氣瓶不僅能減少整個(gè)裝置的體積和質(zhì)量，更關(guān)鍵的是，儲(chǔ)存的高壓氣體可以選用合適的材料來(lái)決定儲(chǔ)氣體積，這樣就保證了該救生裝置可以滿足向體積更小和充氣更大的設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　實(shí)物如圖 2-3。本作品中的儲(chǔ)氣瓶是采用了優(yōu)質(zhì)紙?zhí)间摪遄鳛椴牧蟽?chǔ)氣瓶材料，瓶的密封口的厚度是根據(jù)儲(chǔ)氣量進(jìn)行設(shè)計(jì)的，現(xiàn)有約1-1.5mm的

28、厚度</p><p>　　二氧化碳微型儲(chǔ)氣瓶采用優(yōu)質(zhì)紙?zhí)间摪澹w拉伸收口而成，用特殊工藝進(jìn)行充氣和膜片焊接封口，可保證氣體長(zhǎng)期貯存無(wú)泄露的要求，使用時(shí)采用擊破封口膜片的方法，使氣體釋放出來(lái)。特點(diǎn)是體積小、重量輕、可充裝其他惰性氣體。 </p><p>　　圖 2-3 氣瓶 圖 2-4 閥體</p><p&

29、gt;<b>　　2.2.2閥體</b></p><p>　　閥體采用硬鋁合金2A16[3]，質(zhì)量輕盈。在其側(cè)向，均勻開(kāi)有6個(gè)Φ的孔，不僅使得遇水時(shí)能以足夠快的速度進(jìn)入閥體，與藥片充分接觸,保證融化速度，而且減輕了裝置的質(zhì)量。實(shí)物圖如圖 2-4，結(jié)構(gòu)圖如圖 2-5。</p><p>　　在外側(cè)上開(kāi)的螺釘槽內(nèi)的螺釘起到導(dǎo)向作用，在裝置裝配的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)在彈簧釋

30、放推動(dòng)頂針下滑的時(shí)候，由于圓柱型筒垂直度和表面精度不夠精確和彈簧在初始?jí)嚎s中不可避免產(chǎn)生的扭矩，會(huì)導(dǎo)致滑塊在下滑過(guò)程中，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。在滑塊上開(kāi)槽和緊固螺釘相配合，可以很好的解決好這一難題。 </p><p>　　鋁的密度很小，僅為2.7 g/cm，雖然它比較軟，但可制成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、火車、船舶等制造工業(yè)。此外，宇宙火箭、航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星也使用大量的

31、鋁及其鋁合金。本產(chǎn)品也采用鋁為主要成分，一是考慮到長(zhǎng)期存放的要求，因?yàn)殇X的表面因有致密的氧化物保護(hù)膜，不易受到腐蝕，常被用來(lái)制造化學(xué)反應(yīng)器、醫(yī)療器械、冷凍裝置、石油精煉裝置等，這可以保證產(chǎn)品就有其他材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期保持效能的作用，因?yàn)槲ｋU(xiǎn)一旦發(fā)生，必需要使產(chǎn)品能迅速產(chǎn)生作用，可靠性要求非常之高；二，考慮到由于鋁的小密度，這就使整個(gè)裝置的整體重量得到了最大程度的減輕，不僅保證了整個(gè)裝置靈活使用的特性，而且能夠使產(chǎn)品的應(yīng)用性得到了進(jìn)一步提高

32、。</p><p>　　圖 2-5 閥體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2.3高胡克系數(shù)的彈簧</p><p>　　雖然其他彈性材料也能通過(guò)壓縮產(chǎn)生較大的彈力，但存在壓縮量不是過(guò)大就是過(guò)小、彈性容易喪失的缺點(diǎn)，我們采用了YB 2x16x128[4]的彈簧，既保證了彈簧就有了高的彈性的系數(shù)，也使壓縮量適中，是整個(gè)裝置的外形趨于合理，具有一定的觀賞性。</p>

33、;<p>　　還有該類彈簧在市場(chǎng)上供應(yīng)充足，價(jià)格低廉，更重要的是，采用彈簧用作彈性材料時(shí)，在彈簧釋放后，仍能保持較高的彈性，可重復(fù)利用，彈簧規(guī)格表如附錄1。</p><p>　　圖 2-6 彈簧</p><p>　　2.2.4采用滾珠連接彈簧和滑塊</p><p>　　由于頂尖出氣孔和閥體出氣孔有同心的要求，故在頂尖固定塊開(kāi)出一條槽，用緊定螺釘與之

34、配合，如上面所提到的。然而在裝配過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)在通過(guò)旋緊螺紋壓縮彈簧時(shí)，會(huì)出現(xiàn)由于彈簧和固定塊間存在較大滑動(dòng)摩擦力，進(jìn)而產(chǎn)生較大的摩擦扭矩，當(dāng)扭矩過(guò)大時(shí)，固定塊難以下滑。而且出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題時(shí)，導(dǎo)致了滑塊的扭曲變形，使我們的整個(gè)工作陷于停頓，起初我們一味采用更強(qiáng)力的彈簧，以為是彈簧釋放的壓力不夠，但是，不過(guò)不管彈簧壓力增大到如何，上述問(wèn)題還是無(wú)法得到解決，在多次試驗(yàn)后，我們從自行車的車輪軸承里得到啟發(fā)，起初先是把滑塊和彈簧接觸端做成圓形，

35、雖然一定程度上解決了卡死的問(wèn)題，但是整個(gè)裝置的穩(wěn)定性卻降低了，因?yàn)閳A形頭不好接觸固定。</p><p>　　經(jīng)歷了多次嘗試，我們?cè)诨瑝K和彈簧間增加了一個(gè)小圓盤(pán)裝置，小圓盤(pán)的一端和彈簧相連，另一端和滑塊通過(guò)滾珠接觸，這就很好的解決了上述的難題，因?yàn)閳A盤(pán)可旋轉(zhuǎn)性，可以及時(shí)地釋放彈簧的扭矩，而滑塊和彈簧間增加了一個(gè)滾珠裝置，利用滾珠的滾動(dòng)來(lái)釋放彈簧的扭矩，用滾動(dòng)摩擦來(lái)替代滑動(dòng)摩擦，所以最大限度的減少了摩擦產(chǎn)生的扭矩，效

36、果甚佳。</p><p>　　圖 2-7 滾珠連接件 </p><p><b>　　2.2.5速溶材料</b></p><p>　　基于對(duì)遇水后融化速率和和遇水前具有強(qiáng)度要求，我們選用了市場(chǎng)上一種常見(jiàn)的泡騰片作為替代材料。</p><p>　　干燥的泡騰片具有一定的強(qiáng)度，迅速溶于水時(shí)強(qiáng)度迅速減弱，使得壓縮彈簧能夠得到及

37、時(shí)釋放，產(chǎn)生足夠沖擊力刺破高壓氣瓶，繼而釋放CO2，充滿環(huán)形氣囊。整個(gè)過(guò)程需要的時(shí)間非常之短，而且泡騰片融化后產(chǎn)生的溶液無(wú)毒無(wú)害，對(duì)環(huán)境和人體均無(wú)損傷。不會(huì)對(duì)救援和待救援人員造成二次傷害。</p><p>　　據(jù)研究，速溶材料產(chǎn)品應(yīng)具備的特點(diǎn)：初具塊狀性質(zhì)，遇水之后即融化，最好是采用新的合成原料。無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)放射性，能迅速溶于冷水。具有溶解快、用量最少、粘度高、成膜快、懸浮、保濕、抗酶、耐老化、保存時(shí)間長(zhǎng)、使用

38、方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。尤其是對(duì)耐潮解的要求很高，就此產(chǎn)生的矛盾，既要能防水，又要遇水能迅速溶化，所以要采用專門(mén)的研究，選取最合適的材料成分，來(lái)達(dá)到要求。</p><p>　　2.2.6采用橡皮軟管的軟連接裝置</p><p>　　軟連接是相對(duì)硬連接的剛性連接來(lái)說(shuō)的，也就是硬性連接，其最大的一個(gè)特點(diǎn)就是能夠承受較大的變形而不改變連接的通透性和順暢。軟連接的材料一般采用變形量大的橡膠軟管或者柔

39、性塑料管。</p><p>　　該軟連接的一端通過(guò)螺紋連接到閥體上，螺紋上纏上白膠帶布實(shí)現(xiàn)螺紋密封，另一端連接在救生圈上，這有利于我們這個(gè)裝置簡(jiǎn)易裝配的實(shí)現(xiàn)，更能承受在釋放高壓的氣體產(chǎn)生的壓力，有很好的彈性變形效果?？梢员ＷC充氣和到充滿整個(gè)過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　圖 2-8 軟管連接圖</p><p>　　2.2.7單向閥門(mén)的充氣救生圈</

40、p><p>　　整個(gè)救生裝置起作用的后期，其實(shí)要考慮一個(gè)充滿氣的狀態(tài)下的救生圈的有效時(shí)間，這也決定著整個(gè)過(guò)程中救援有效時(shí)間，所以充氣后整個(gè)裝置的密封性能很重要。</p><p>　　救生圈充氣口具有單向閥門(mén)，使之在充滿過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)氣體回流，在充滿后也能起到很好的密封保護(hù)作用，這是實(shí)現(xiàn)密封關(guān)鍵一步，一方面取決于該救生圈的質(zhì)量，單向閥門(mén)是否能夠起到很好的作用；另一方面，則連接部分密封可靠性，則是

41、靠閥體功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　救生氣囊的材料采用具有高柔韌性和非常底的滲透率的強(qiáng)度高、彈性好、優(yōu)異的抗拉、抗撕、抗剝離特性，而且具有防火阻燃、抗紫外線、抗氧化等性能防水、抗污、防油、耐酸、耐堿耐高溫及抗寒。</p><p><b>　　圖 2-9 救生圈</b></p><p><b>　　2.2.8拉繩</b>

42、;</p><p>　　一般救援都是由救援者入水，或者將救援設(shè)施拋給待援者，讓救援者自救，不過(guò)這兩者做法都有不足之處，前者對(duì)施救者具有一定危險(xiǎn)，后者就無(wú)法保證待援者是否具有自救能力。所以我們采用在救生裝置上配上相應(yīng)的拉繩，這樣就取得了雙保險(xiǎn)的功能，通過(guò)為保證救生圈能夠順利投擲到溺水者身邊，通過(guò)拉繩可以準(zhǔn)確定位。必要時(shí)候還可以通拉繩來(lái)拉拽待援者。</p><p>　　拉繩的材料：采用一種實(shí)用

43、新型的：纖維繩子，屬于繩纜技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的纖維繩子抗拉強(qiáng)度低、成本高的問(wèn)題。本纖維繩子，包括由若干條錦綸纖維絲構(gòu)成的錦綸纖維絲束，所述的錦綸纖維絲束的中心嵌有由若干條滌綸纖維絲構(gòu)成的滌綸纖維絲束。錦綸化學(xué)名稱為聚酰胺纖維，錦綸纖維的斷裂強(qiáng)度在干態(tài)情況下可以達(dá)到3．5～9．5g／D，在濕態(tài)情況下可以達(dá)到2．6～8．0g／D。該纖維繩子具有高抗拉強(qiáng)度及耐磨性能、成本較低。</p><p><b>　

44、　3理論設(shè)計(jì)計(jì)算 </b></p><p>　　3.1氣瓶出口處抗壓力</p><p>　　通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室機(jī)上測(cè)試，我們得知，在具有一定沖擊力的情況下，頂破氣瓶口的壓力需要達(dá)到250牛左右。</p><p>　　經(jīng)過(guò)檢測(cè)，瓶口的密封處的厚度為1-1.5mm左右，我們模擬了一個(gè)厚度為1.5mm，直徑為5mm的密封片，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p><

45、p><b>　　3.2彈簧的彈力</b></p><p>　　本裝置選用的彈簧為YB 2x16x128,彈性系數(shù)為3.1N/mm，壓縮后彈簧長(zhǎng)度為40mm，根據(jù)胡克定律[5]：</p><p>　　………………………………………①</p><p>　　=3.1x（128-40）</p><p>　　=272.8N&

46、gt;250N</p><p>　　故足以頂破氣瓶，達(dá)到充氣的目的。</p><p>　　3.3氣瓶容量、CO2質(zhì)量及壓強(qiáng)</p><p>　　1）45ml，=33， </p><p>　　2）由于外界環(huán)境溫度的變化，所以氣瓶?jī)?nèi)部壓強(qiáng)也在不斷的變化之中。由CO2的p-v-t</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)化等溫曲線[6]圖

47、3-1，知CO2在臨界溫度31.02時(shí)，壓強(qiáng)最大，為7.39MPa，-10C°時(shí)，3.2MPa。</p><p>　　圖 3-1 CO2的標(biāo)準(zhǔn)化等溫曲線圖 </p><p><b>　　3.4救生圈的承載</b></p><p>　　（1）按救生圈充滿后壓強(qiáng)為105計(jì)算，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 ：</p><p&

48、gt;　　………………………………………②</p><p>　　得出 </p><p>　　=33xx0.18897xx（273+5）/（105x）</p><p><b>　　=1.65x</b></p><p>　　保證安全系數(shù)，式中溫度取5。</p><p

49、>　　救生圈充滿后內(nèi)圈尺寸，，可得其容量：</p><p><b>　　………………③</b></p><p>　　=xx（50-23）Xx (50+23)x</p><p>　　=1.64x<1.65x</p><p>　　知?dú)馄績(jī)?nèi)的CO2完全可以充滿該救生圈。</p><p>　　

50、（2）人體密度1.06x，以重60的人為例，</p><p>　　當(dāng)救生圈完全沒(méi)入水中時(shí)， ==1xx9.8x1.64x=160.72</p><p>　　當(dāng)人有的體積浸沒(méi)水中時(shí)，=xxx9.8=462.26</p><p>　　總重=+=9.8x500xx+60x9.8=592.9<+=622.98</p><p>　　故能夠?qū)崿F(xiàn)一定

51、的救援行動(dòng)。</p><p>　　4救生裝置的工作原理</p><p>　　該裝置在平時(shí)密封包裝，彈簧3在螺紋帽2的旋轉(zhuǎn)下處于壓縮狀態(tài)，儲(chǔ)存了大量的彈性勢(shì)能。在發(fā)生緊急情況時(shí)，將其取出，拉住繩的一端，將其擲出，投擲的救生圈在遇水時(shí)，水通過(guò)注水孔進(jìn)入裝置內(nèi)部，將遇水融化的固體材料10（泡騰片）迅速融化，強(qiáng)度減小，彈簧3的彈性勢(shì)能得到迅速釋放，推動(dòng)頂尖8，在緊定螺釘?shù)膶?dǎo)向作用下，迅速向下產(chǎn)生一

52、定的沖擊力，頂針刺破高壓氣瓶15，同時(shí)頂尖固定塊壓緊密封墊片10。氣瓶?jī)?nèi)的氣體通過(guò)頂針的內(nèi)孔傳送到連接，再通過(guò)軟管12到達(dá)救生圈14，在短時(shí)間充滿。如圖4-1。</p><p><b>　　圖 4-1 裝配圖</b></p><p>　　1-閥體 2-螺紋帽 3-彈簧 4-滑塊 5-滾珠 6-頂針固定塊 </p><p>

53、　　7-緊定螺釘 8-頂尖 9-泡騰片 10-密封墊片 11-連接件1 12-軟管 </p><p>　　13-連接件2 14-救生圈 15-氣瓶</p><p><b>　　5設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)綜合了考慮了設(shè)計(jì)和加工，實(shí)用乃至應(yīng)用層面，針對(duì)性的給出了很多具有原創(chuàng)兼實(shí)用的設(shè)計(jì)理念和方案

54、。</p><p>　　具體的創(chuàng)新內(nèi)容如下：</p><p>　?。?）貯氣瓶完全封閉，不存在漏氣問(wèn)題，可永久保存；；該儲(chǔ)氣瓶利用CO2化學(xué)及物理原理，采用相獨(dú)特的技術(shù)和獨(dú)特工藝，將液態(tài)CO2存儲(chǔ)于優(yōu)質(zhì)低碳鋼板精制的小鋼瓶?jī)?nèi)進(jìn)行焊接封口。使用時(shí)采用擊破封口膜片的方法將瓶?jī)?nèi)高壓氣體瞬間釋放出來(lái)，從而作為氣囊充氣的氣源。該技術(shù)的特點(diǎn)是：氣體充入，永不泄漏。</p><p&g

55、t;　?。?）救生圈可在17秒之內(nèi)充滿，爭(zhēng)取救援時(shí)間；該設(shè)計(jì)方案中，充氣的效率取決于速溶片融化的速度，和氣瓶刺破后氣瓶中的爆破壓強(qiáng)和整個(gè)軟連接裝置的通氣內(nèi)徑。此方案以我們采用了干泡騰片作為速溶片，其融化速率還是有提升的空間，也就是整個(gè)裝置的后續(xù)優(yōu)化還有很大的空間。 </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小而輕巧，普通人可投擲30米；相當(dāng)緊湊的結(jié)構(gòu)，重量在500g以下，適合進(jìn)行遠(yuǎn)距離投擲，尤其是在地勢(shì)復(fù)雜的地方，

56、最大限度的增加了救援半徑。</p><p>　?。?）氣囊外圈涂有熒光漆，使之可在夜間操作。這點(diǎn)是其他救生裝置無(wú)法比擬的，不僅在空間上，更在救援的時(shí)間進(jìn)行了拓展。</p><p><b>　　6結(jié)論及展望</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)作品通過(guò)一個(gè)月的前期研究，兩個(gè)月的實(shí)物制作和實(shí)驗(yàn)，最終達(dá)到可以把觸發(fā)時(shí)間控制在15秒內(nèi)的一個(gè)作品，雖然整個(gè)

57、作品在外型和性能上和整個(gè)設(shè)計(jì)期望值還有一定的差距，但是它代表了現(xiàn)在整個(gè)救生裝置發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，即外形上趨于小型，輕便化；救生功能趨于多樣化；裝置操作性趨于簡(jiǎn)單化；而在成本上更是趨近低廉化，救援時(shí)間的極速化。</p><p>　　具體的來(lái)說(shuō)本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有如下：</p><p>　?。?）該救生裝置體積小巧，質(zhì)量輕盈，易于組裝，便于攜帶，適用于野外，水上作業(yè)等場(chǎng)合，尤其適合中國(guó)這個(gè)多江川河流的

58、地域；</p><p>　?。?）救生囊的大小可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，適合不同的人群，在不同的場(chǎng)合應(yīng)用；</p><p>　?。?）整個(gè)裝置造價(jià)低廉，操作簡(jiǎn)單方便，使用后不會(huì)造成任何環(huán)境污染；</p><p>　?。?）氣囊和觸發(fā)裝置能重復(fù)利用，使用次數(shù)不限，救援效率高，對(duì)救助人員沒(méi)有安全危險(xiǎn)。</p><p>　　可以斷定的是，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)一

59、段時(shí)間，這種簡(jiǎn)單小巧實(shí)用的救生設(shè)計(jì)理念，將會(huì)成為整個(gè)救援過(guò)程中一個(gè)不可或缺的一環(huán)節(jié)，不僅為待援者提高生存概率，更為救援者帶來(lái)保障。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王聲勇.校園安全與中小學(xué)生傷害情況（J）.中國(guó)學(xué)校衛(wèi)生,2009,27（2）:312-343.</p><p>　　[2]楊景華 楊帆.拋擲式

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64、p>　　[10] Zia, K., Ferscha, A. Self-organized evacuation based on LifeBelt（J）. Lecture Notes in Computer Science, 2009, Volume 5918/2009, 250-255.</p><p>　　[11] Wigginton, J.G., Isaacs, S.M., Kay, J.J. Mec

65、hanical devices for cardiopulmonary resuscitation（J）Current Opinion in Critical Care Volume 13, Issue 3, June 2007, Pages 273-279.</p><p><b>　　附錄 </b></p><p><b>　　附錄1 閥體零件圖<