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

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　自動充氣式救生圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </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：自動充氣式救生圈是一種能遇水自動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)，儲存了相當(dāng)一部分的彈性勢能；當(dāng)裝置遇水時，吸水材料觸水迅速融化，從而觸發(fā)開關(guān)，釋放出儲存的彈性勢能，推動和彈簧相連的頂針向下極速運動，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，實現(xiàn)無風(fēng)險自救，必要時刻，可以由施援者拉動牽引線

4、，對落水者實施遠(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。即使在實際使用時，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。我們所設(shè)計的落水自充氣救生圈是一種遇水能自動充氣的新型水上救生裝置，長度僅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500g，且使用相當(dāng)簡單、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)展趨勢和研究方向：2</p><p>　　2自動充氣式救生圈的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案3</p><p>　　2.1救生圈結(jié)構(gòu)布置3</p><p>　　2.1.1 自動救生圈結(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)計計算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)計的主要創(chuàng)新點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>　　致謝錯誤!未定義書簽。</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>　　國內(nèi)外研究背景：水上作業(yè)和救援落水人員是有一項有一定的風(fēng)險的活動，尤其是在國內(nèi)，日益頻發(fā)的溺水悲劇已經(jīng)成了國人心頭的永遠(yuǎn)的痛，而相應(yīng)的救援人

15、員的意識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)江中營救，兩名男孩獲救，陳及時、何東旭、方招3名大學(xué)生不幸被江水吞沒，英勇獻(xiàn)身。</p><p>　　二、2010年2月18日下午，居住在浙江天臺縣下路王村的蔡家5名孩子外出玩耍，在龍珠潭水庫下游魚塘蓄水

16、池溺水，無一生還</p><p>　　三、據(jù)2008～2009年數(shù)據(jù)統(tǒng)計[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，如果救援船只離落水人員較遠(yuǎn)，無法及時趕到，遠(yuǎn)距離拋擲救生圈時，常因空氣中阻力大，風(fēng)向不穩(wěn)定和諸多不可預(yù)見的問題，而難以達(dá)到施救的目的，因而往往失去最佳施救機(jī)會，從而

17、造成無法挽回的后果。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。在實際使用時，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)險也很大。如果有一種裝置象手榴彈這樣可以投擲，然后打開充氣成一個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、救生圈上開設(shè)有充氣口，當(dāng)需要使用救生圈時只需通過充氣口對 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)致救生圈無法使用。</p><p><b>　　國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</b></p><p>　　對于上述問題，目前國內(nèi)有以下兩種解決途徑：</p><p>　　一種途徑是設(shè)計可隨身攜帶的救生圈，

19、平時進(jìn)行水上作業(yè)或者游泳時帶在身上，一旦發(fā)生意外，則由攜帶人員自行打開充氣開關(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，在人員落水時緊急施救時使用。目前已見報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落水人員施救救生問題。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題。然而在很多情況下救援設(shè)施總會莫名的喪失功效，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)展趨勢和研究方向：</p><p>

21、;　　隨著我國水上救生設(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)計出來。外形上趨于小型，輕便化；救生功能趨于多樣化；裝置操作性更簡單化；適用層面的廣泛化，是目前整個水上救生，乃至救援方面的一個大趨勢。</p><p>　　對于救生裝置的研究方向，最重要的是把可靠性放在第一位，保障整個救援行動實施是首要考慮的，所以目前在設(shè)計裝置時，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現(xiàn)，作為整個設(shè)計的指標(biāo)，

22、尤其是水上救援裝置，我國地大物博，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，就需要更廣泛和簡便實用救生裝置系列。</p><p>　　2自動充氣式救生圈的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案</p><p>　　2.1救生圈結(jié)構(gòu)布置</p><p>　　2.1.1 自動救生圈結(jié)構(gòu)布置</p><p>　　針對于上訴的不足，我設(shè)計了可投擲式自動充氣式救生

23、圈，這種救生圈結(jié)構(gòu)簡單、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，實物圖如圖2-2充氣作用前整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個小型手電筒，充氣作用后，整個裝置展開如圖。該裝置是一種能遇水自動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)，儲存了相當(dāng)一部分的彈性勢能；當(dāng)裝置遇水時，吸水材料觸水迅速融化，從而觸發(fā)開關(guān)，釋放出儲存的彈性勢能，

24、推動和彈簧相連的頂針向下極速運動，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，實現(xiàn)無風(fēng)險自救，必要時刻，可以由施援者拉動牽引線，對落水者實施遠(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。即使在實際使用時，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充氣的新型水上救生裝置，長度僅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500g，且使用簡單、安

25、全，直接投擲。適合家庭旅游、專業(yè)救援人員使用。</p><p>　　該自動充氣式救生圈整體布置類似一個手榴彈造型，救生氣囊和閥體通過軟連接連接在一起，使整個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，這個能在平時起很好的密封作用，關(guān)鍵時刻還容易被迅速打開，實現(xiàn)救援。</p><p>　　圖 2-1 三維模型圖

26、 圖 2-2 實物圖</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>　　高壓氣瓶內(nèi)部存儲液化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、作投擲時的把手。</p><p>　　考慮到整個救援的實際環(huán)境，采用壓縮氣瓶不僅能減少整個裝置的體積和質(zhì)量，更關(guān)鍵的是，儲存的高壓氣體可以選用合適的材料來決定儲氣體積，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)計理念的實現(xiàn)</p><p>　　實物如圖 2-3。本作品中的儲氣瓶是采用了優(yōu)質(zhì)紙?zhí)间摪遄鳛椴牧蟽馄坎牧?，瓶的密封口的厚度是根?jù)儲氣量進(jìn)行設(shè)計的，現(xiàn)有約1-1.5mm的

28、厚度</p><p>　　二氧化碳微型儲氣瓶采用優(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，可保證氣體長期貯存無泄露的要求，使用時采用擊破封口膜片的方法，使氣體釋放出來。特點是體積小、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，均勻開有6個Φ的孔，不僅使得遇水時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。實物圖如圖 2-4，結(jié)構(gòu)圖如圖 2-5。</p><p>　　在外側(cè)上開的螺釘槽內(nèi)的螺釘起到導(dǎo)向作用，在裝置裝配的實踐和實驗中，我們發(fā)現(xiàn)在彈簧釋

30、放推動頂針下滑的時候，由于圓柱型筒垂直度和表面精度不夠精確和彈簧在初始壓縮中不可避免產(chǎn)生的扭矩，會導(dǎo)致滑塊在下滑過程中，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。在滑塊上開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，一是考慮到長期存放的要求，因為鋁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)品就有其他材料無法實現(xiàn)長期保持效能的作用，因為危險一旦發(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，這就使整個裝置的整體重量得到了最大程度的減輕，不僅保證了整個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壓縮產(chǎn)生較大的彈力，但存在壓縮量不是過大就是過小、彈性容易喪失的缺點，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上供應(yīng)充足，價格低廉，更重要的是，采用彈簧用作彈性材料時，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。然而在裝配過程中，我們發(fā)現(xiàn)在通過旋緊螺紋壓縮彈簧時，會出現(xiàn)由于彈簧和固定塊間存在較大滑動摩擦力，進(jìn)而產(chǎn)生較大的摩擦扭矩，當(dāng)扭矩過大時，固定塊難以下滑。而且出現(xiàn)這個問題時，導(dǎo)致了滑塊的扭曲變形，使我們的整個工作陷于停頓，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，不過不管彈簧壓力增大到如何，上述問題還是無法得到解決，在多次試驗后，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題，但是整個裝置的穩(wěn)定性卻降低了，因為圓形頭不好接觸固定。</p><p>　　經(jīng)歷了多次嘗試，我們在滑塊和彈簧間增加了一個小圓盤裝置，小圓盤的一端和彈簧相連，另一端和滑塊通過滾珠接觸，這就很好的解決了上述的難題，因為圓盤可旋轉(zhuǎn)性，可以及時地釋放彈簧的扭矩，而滑塊和彈簧間增加了一個滾珠裝置，利用滾珠的滾動來釋放彈簧的扭矩，用滾動摩擦來替代滑動摩擦，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，我們選用了市場上一種常見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，迅速溶于水時強(qiáng)度迅速減弱，使得壓縮彈簧能夠得到及

37、時釋放，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。整個過程需要的時間非常之短，而且泡騰片融化后產(chǎn)生的溶液無毒無害，對環(huán)境和人體均無損傷。不會對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：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。無毒、無味、無放射性，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、保存時間長、使用

38、方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。尤其是對耐潮解的要求很高，就此產(chǎn)生的矛盾，既要能防水，又要遇水能迅速溶化，所以要采用專門的研究，選取最合適的材料成分，來達(dá)到要求。</p><p>　　2.2.6采用橡皮軟管的軟連接裝置</p><p>　　軟連接是相對硬連接的剛性連接來說的，也就是硬性連接，其最大的一個特點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螺紋連接到閥體上，螺紋上纏上白膠帶布實現(xiàn)螺紋密封，另一端連接在救生圈上，這有利于我們這個裝置簡易裝配的實現(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充氣和到充滿整個過程的穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　圖 2-8 軟管連接圖</p><p>　　2.2.7單向閥門的充氣救生圈</

40、p><p>　　整個救生裝置起作用的后期，其實要考慮一個充滿氣的狀態(tài)下的救生圈的有效時間，這也決定著整個過程中救援有效時間，所以充氣后整個裝置的密封性能很重要。</p><p>　　救生圈充氣口具有單向閥門，使之在充滿過程中不會出現(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、靠閥體功能來實現(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，不過這兩者做法都有不足之處，前者對施救者具有一定危險，后者就無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的功能，通過為保證救生圈能夠順利投擲到溺水者身邊，通過拉繩可以準(zhǔn)確定位。必要時候還可以通拉繩來拉拽待援者。</p><p>　　拉繩的材料：采用一種實用

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)計計算 </b></p><p>　　3.1氣瓶出口處抗壓力</p><p>　　通過在實驗室機(jī)上測試，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)過檢測，瓶口的密封處的厚度為1-1.5mm左右，我們模擬了一個厚度為1.5mm，直徑為5mm的密封片，進(jìn)行實驗。</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，所以氣瓶內(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，壓強(qiáng)最大，為7.39MPa，-10C°時，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>　?。?）按救生圈充滿后壓強(qiáng)為105計算，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>　　知氣瓶內(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)救生圈完全沒入水中時， ==1xx9.8x1.64x=160.72</p><p>　　當(dāng)人有的體積浸沒水中時，=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。</p><p>　　4救生裝置的工作原理</p><p>　　該裝置在平時密封包裝，彈簧3在螺紋帽2的旋轉(zhuǎn)下處于壓縮狀態(tài)，儲存了大量的彈性勢能。在發(fā)生緊急情況時，將其取出，拉住繩的一端，將其擲出，投擲的救生圈在遇水時，水通過注水孔進(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的彈性勢能得到迅速釋放，推動頂尖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，同時頂尖固定塊壓緊密封墊片10。氣瓶內(nèi)的氣體通過頂針的內(nèi)孔傳送到連接，再通過軟管12到達(dá)救生圈14，在短時間充滿。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)計的主要創(chuàng)新點</b></p><p>　　該設(shè)計綜合了考慮了設(shè)計和加工，實用乃至應(yīng)用層面，針對性的給出了很多具有原創(chuàng)兼實用的設(shè)計理念和方案

54、。</p><p>　　具體的創(chuàng)新內(nèi)容如下：</p><p>　　（1）貯氣瓶完全封閉，不存在漏氣問題，可永久保存；；該儲氣瓶利用CO2化學(xué)及物理原理，采用相獨特的技術(shù)和獨特工藝，將液態(tài)CO2存儲于優(yōu)質(zhì)低碳鋼板精制的小鋼瓶內(nèi)進(jìn)行焊接封口。使用時采用擊破封口膜片的方法將瓶內(nèi)高壓氣體瞬間釋放出來，從而作為氣囊充氣的氣源。該技術(shù)的特點是：氣體充入，永不泄漏。</p><p&g

55、t;　　（2）救生圈可在17秒之內(nèi)充滿，爭取救援時間；該設(shè)計方案中，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，也就是整個裝置的后續(xù)優(yōu)化還有很大的空間。 </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，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，尤其是在地勢復(fù)雜的地方，

56、最大限度的增加了救援半徑。</p><p>　　（4）氣囊外圈涂有熒光漆，使之可在夜間操作。這點是其他救生裝置無法比擬的，不僅在空間上，更在救援的時間進(jìn)行了拓展。</p><p><b>　　6結(jié)論及展望</b></p><p>　　本設(shè)計作品通過一個月的前期研究，兩個月的實物制作和實驗，最終達(dá)到可以把觸發(fā)時間控制在15秒內(nèi)的一個作品，雖然整個

57、作品在外型和性能上和整個設(shè)計期望值還有一定的差距，但是它代表了現(xiàn)在整個救生裝置發(fā)展的一個趨勢，即外形上趨于小型，輕便化；救生功能趨于多樣化；裝置操作性趨于簡單化；而在成本上更是趨近低廉化，救援時間的極速化。</p><p>　　具體的來說本設(shè)計的優(yōu)點有如下：</p><p>　　（1）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)等場合，尤其適合中國這個多江川河流的

58、地域；</p><p>　?。?）救生囊的大小可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，適合不同的人群，在不同的場合應(yīng)用；</p><p>　?。?）整個裝置造價低廉，操作簡單方便，使用后不會造成任何環(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，對救助人員沒有安全危險。</p><p>　　可以斷定的是，在可預(yù)見的將來一

59、段時間，這種簡單小巧實用的救生設(shè)計理念，將會成為整個救援過程中一個不可或缺的一環(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）.中國學(xué)校衛(wèi)生,2009,27（2）:312-343.</p><p>　　[2]楊景華 楊帆.拋擲式

60、救生圈（P）.中國專利,200620139496.1.</p><p>　　[3]王章忠.材料科學(xué)基礎(chǔ)（M）.機(jī)械工業(yè)出版社,2008.3:347-404.</p><p>　　[4] Said Mammar,Stephane Espie,Christophe Honvo.Motorcycle Modelling and Roll Motion Stabilization by Rider

61、 Leaning and Steering Torque.Proceedings of the 2005 IEEEConference on Control Applications,Toronto,Canada,August,2005:269~277.</p><p>　　[5] M.J.Blackwelder,R.A.Dougal. Power Coordination in a Fuel Cell-batt

62、ery Hybrid PowerSource Using Commercial Power Controller Circuits.Journal of Power Sources,134(2004): 139~147.</p><p>　　[6]Yunus A.Cendel. Michael A.Boles. Thermodynamics（M）.電子工業(yè)出版社,2009.4:66-72.</p>

63、<p>　　[7]王光輝,張建宇.一種單兵救生氣囊充氣閥的設(shè)計（P）.中國專利,ZL200620076738.7.</p><p>　　[8]滑玉輝,滑玉卿.新型水上救援機(jī)器人設(shè)計研究（J）.機(jī)械工程師，2010(7).</p><p>　　[9]劉燦模.初探水上救援技術(shù)課程的目標(biāo)及內(nèi)容設(shè)計（J）.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007，5(1).</p><

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<