齊海深井救援器.docx

目錄 一、設(shè)計(jì)背景.1二、設(shè)計(jì)目的.2三、創(chuàng)新構(gòu)思，方案設(shè)計(jì).2 3.1地面支撐部分.3 3.2定位部分.4 3.3調(diào)位部分.4 3.4監(jiān)控部分.53.5夾持部分.63.6夾持部分輔助設(shè)備.7四、創(chuàng)新設(shè)計(jì)與已有或者相近產(chǎn)品的異同與創(chuàng)新之處.8五、工作原理.9六、慧魚模型圖.11七、作品主要創(chuàng)新點(diǎn).12八、應(yīng)用前景.12九、設(shè)計(jì)小結(jié).13十、參考文獻(xiàn).13附：控制部分電路圖.14一、 設(shè)計(jì)背景 近年來，報(bào)紙、電視等媒體多見報(bào)道有關(guān)孩童掉入小徑深井（多為直徑2545cm水泥管機(jī)井）及營救的消息，有的小孩成功的被救起了，可是也有的卻不幸獻(xiàn)出了生命。由于井徑細(xì)小，深度一般較深，成年人無法下井營救，而且還有可能將救援人員卡死在井口。所以一般的營救的方法是動用挖掘機(jī)等大型設(shè)備進(jìn)行施救，此種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)財(cái)，且救援時(shí)間過長、安全性差，無法保證井下孩童的生命，如果孩童掉入深度超過15m，利用挖掘機(jī)也無法實(shí)施營救。 據(jù)有關(guān)部門調(diào)查表明，每年不慎掉入機(jī)井、油井等小徑深井的孩童事件就有上千起，加上那些其它一些深井的事件就更多了。這些情況帶來的生命傷害、財(cái)產(chǎn)損失是不可估計(jì)的，給家人、個(gè)人帶來巨大的痛苦。 基于這些情況，我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)過仔細(xì)的分析，認(rèn)真探討，結(jié)合實(shí)際情況配合已有的救援 設(shè)備，設(shè)計(jì)出這種深井救援機(jī)械手，希望能為深井救援帶來更高的效率，更高的成功率，挽救更多的生命。二、 設(shè)計(jì)目的 目前，深井救援裝置不多，已有的救援裝置也沒有得到很好的推廣。大多數(shù)情況下是救援人員直接對被困者實(shí)施救援，如果井口太小，救援人員不能直接對被困者實(shí)施救援時(shí)，救援行動往往很難施展，只能通過挖開井口等效率低的方法來實(shí)施救援，這樣延誤了最佳救援時(shí)機(jī)，終將導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。我們設(shè)計(jì)的深井救援機(jī)器手主要目的就是尋找一種用于小徑深井救援的專用設(shè)備，通過它能夠方便、快捷、有效地的解決小徑深井中生命救援的問題，同時(shí)也為日常生活中重要物件的打撈提供一種方法。通過我們的設(shè)計(jì)，相信最終能夠成功地解救寶貴的孩童生命、寵物生命，同時(shí)也能夠打撈許多重要的物品，挽回重大的財(cái)產(chǎn)損失。三、 創(chuàng)新構(gòu)思，方案設(shè)計(jì) 根據(jù)調(diào)查相關(guān)事件所得經(jīng)驗(yàn)，掉入深井的受困者被困形式大多數(shù)多數(shù)情況下有三種： 1.井底有水，被困者浮于水面； 2.井底沒水，被困者掉到井底； 3.井徑太小，被困者被困于井的中間。 而且深井的口徑有大有小，一般為2545cm，根據(jù)受困者的形式特征及井口口徑特征要求我們的產(chǎn)品需具備的功能有： 1.能夠適用于口徑不同的深井； 2.在救援過程中能夠時(shí)刻觀察井下的情況； 3.能夠靈活調(diào)整爪子自身的位置；4.救援過程中不能對受困者造成二次傷害。 為了實(shí)現(xiàn)上述功能我們設(shè)計(jì)的機(jī)械手由支撐部分，定位部分，調(diào)位部分，監(jiān)控部分，夾持部分等五大部分組成。3.1地面支撐部分 地面支撐部分采用已有的設(shè)備-救援三角架，三角架下的鋼繩另一端連接機(jī)械手。因?yàn)榫仍羌苌习惭b有手搖裝置，于是可手動控制鋼繩的升降，在井的深度方向上大范圍的調(diào)節(jié)機(jī)械手，又因手搖裝置帶有自鎖功能，能保證救援過程的安全可靠。3.2定位部分 為了能夠適用不同型號的井我們設(shè)計(jì)的定位部分由一對橫向伸縮臂組成，伸縮臂是用絲杠來實(shí)現(xiàn)臂的伸縮的，伸縮臂的兩端是一對彈性支撐臂，由于井的口徑不一，橫向伸縮臂通過伸縮手臂，頂住井壁，保證救援機(jī)械手的執(zhí)行動作的時(shí)候穩(wěn)定。而且通過伸縮，能夠適應(yīng)口徑大小不一的井。3.3調(diào)位部分 調(diào)位部分要求能夠調(diào)節(jié)機(jī)械手在垂直方向和水平方向的位置，以使機(jī)械手找到合適的救援位置。為調(diào)節(jié)機(jī)械手水平方向的位置采用360度旋轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤下的可以上下運(yùn)動的伸縮臂可以調(diào)節(jié)機(jī)械手垂直方向的位置。旋轉(zhuǎn)盤采用蝸輪蝸桿裝置，伸縮臂采用齒輪齒條裝置，通過旋轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)和伸縮臂的伸縮，調(diào)整爪子的位置，使爪子處于合適的抓取位置，順利完成夾持動作。 其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：3.4監(jiān)控部分 監(jiān)控部分由監(jiān)視部分和控制部分組成，監(jiān)視部分由照明燈、攝像頭組成；控制部分有手動控制儀器及顯示屏組成。在井底光線不好的情況下，照明燈將井底照明，使攝像頭能夠清晰攝取井底情況，攝像頭將井底的圖像傳到地面上的顯示屏，方便操作人員了解井底情況，根據(jù)井內(nèi)的情況做出判斷，通過手動控制儀器手動控制機(jī)械手的動作。3.5夾持部分 夾持部分由一對可伸縮臂、爪子及機(jī)架組成。通過伸縮臂的橫向運(yùn)動，調(diào)節(jié)爪子的橫向位置，使爪子處于合適的位置，從而對被困者執(zhí)行抱起動作。爪子上面安裝有壓力傳感器，當(dāng)壓力達(dá)到某設(shè)定值的時(shí)候，壓力傳感器將獲得的信號傳輸給顯示屏，操作人員對開關(guān)進(jìn)行控制，使爪子停止運(yùn)動，從而保證爪子不至于因用力過大而對受困者造成二次傷害。爪子上下各有一對，初始位置上面的一對爪子在上面，下面的一對爪子處于基本豎直的位置，電機(jī)帶動絲桿轉(zhuǎn)動，滑塊向下滑動，帶動上面的一對爪子向下運(yùn)功的，下面的一對爪子向上轉(zhuǎn)動，使兩對爪子間的空隙減小，實(shí)現(xiàn)夾緊。夾持部分輔助設(shè)備 當(dāng)被困者卡在井中時(shí)，使用此裝置救援，此裝置由齒輪齒條裝置執(zhí)行動作，由于被困者與井壁間的間隙較小，為減小裝置所占用的空 間，初始狀態(tài)時(shí)裝置處于合攏狀態(tài)，救援時(shí)裝置從被困人員與井壁間的間隙間穿過，到達(dá)被困人員的腋下部位時(shí)停止下降，兩對合抱臂開始 伸出，穿過被困人員腋下部位與井壁間的空隙，最后這兩對合抱臂縱向合攏，將被困人員抱住，將裝置拉出井既可以將被困人員救出。四、 創(chuàng)新設(shè)計(jì)與已有或者相近產(chǎn)品的異同與創(chuàng)新之處 目前，我們只發(fā)現(xiàn)一個(gè)類似的專利產(chǎn)品小徑深井救撈裝置，通過對它的分析，發(fā)現(xiàn)該裝置與我們的設(shè)計(jì)雖然在設(shè)計(jì)目的上大致相同，但是在機(jī)構(gòu)原理方面卻相差甚遠(yuǎn)。 已有裝置的創(chuàng)新點(diǎn)： 1) “曲柄凸輪機(jī)構(gòu)”的應(yīng)用；2) 連桿同時(shí)起到凸輪從動件和斜拉桿的作用； 3) 由斜楔式多節(jié)空心管聯(lián)接組成剛性提繩，結(jié)構(gòu)簡單、功能多樣。 我們也發(fā)現(xiàn)已有的產(chǎn)品存在著一些缺陷： 1）桿太長，用手不方便操作，不易控制； 2）抓取的時(shí)不能將抓取對象抓得較緊，安全性不可靠。 然而我們的設(shè)計(jì)，著重從智能控制方面著手，包括了支撐部分，定位部分，調(diào)位部分，監(jiān)控部分，夾持部分五大部分，多處采用簡單可靠的伸縮機(jī)構(gòu)，在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了距離可調(diào)，同時(shí)配置了相關(guān)的智能儀器，能夠更加方便地進(jìn)行實(shí)地操作。可伸縮裝置使我們的作品能夠適用于不同型號的小徑井，爪子通過智能控制可以更簡單、更安全地完成救援。五、 工作原理 該裝置主要由地面支撐架、鋼繩、機(jī)械手三部分組成，在救援時(shí)支撐架固定于井口正上方，通過鋼繩吊動機(jī)械手，使機(jī)械手能夠上下運(yùn)動。機(jī)械手由定位裝置，調(diào)位裝置和夾持裝置組成，定位裝置為兩對稱伸縮臂組成，在機(jī)械手降至井中適當(dāng)?shù)奈恢茫ū焕д呱戏?.1m左右）時(shí)，由伸縮臂伸展開直至抵住井內(nèi)壁，將整個(gè)機(jī)械手的空間位置固定。調(diào)位部分是由一電機(jī)帶動下面的夾持裝置轉(zhuǎn)動，調(diào)整抓緊部分至合適位置（對準(zhǔn)被困者與井內(nèi)壁間的空隙）。抓緊部分是由兩個(gè)可以伸縮，下部可以彎折的臂組成，調(diào)位好后，兩臂伸長穿過被困者與井內(nèi)壁間的空隙，下部彎折將被困者“抱住”。松開定位裝置，通過鋼繩將機(jī)械手拉出井口，完成救援任務(wù)。 針對不同的事故情況，機(jī)械手爪子可以采用不同的操作實(shí)施救援。 （1）針對第一種情況即井底有水， 被困者浮于水面的情況。機(jī)械手先完成旋轉(zhuǎn)定位，使爪子對準(zhǔn)被困者與井間的間隙，然后執(zhí)行垂直方向的調(diào)位，使爪子垂直向下穿過被困者與井間的空隙，完成兩部定位后，將爪子橫向收回，然后通過絲杠帶動爪子抱緊被困者，最后松開定位裝置，拉上救援機(jī)械手完成救援。 救援流程圖如下：（2）針對第二種情況即井底沒水，被困者掉到井底的情況。機(jī)械手先完成旋轉(zhuǎn)定位，使爪子對準(zhǔn)被困者與井間的間隙，通過絲杠傳動帶動爪子收回，使爪子處于接近水平，然后執(zhí)行垂直方向的定位，使爪子垂直下降，直到接觸地面，然后調(diào)節(jié)爪子水平位置的執(zhí)行動作，帶動爪子橫向收回，慢慢“鏟起”被困者，直到被困者被完全抱住，然后收回定位裝置，拉起裝置完成救援。 救援流程圖如下：3）針對第三種情況即井徑太小，被困者被困于井的中間的情況，此種情況是深井事故中救援較麻煩的一種，被困者與井間存在一定的壓力，且被困者與井間空隙小甚至沒有空隙，給救援帶來較大的麻煩。遇到此種情況通常是用繩子套住被困者的手將被困者拉出井，但是在這個(gè)過程中，由于被困者的手臂已經(jīng)被井壁卡死，動彈的范圍很小，因?yàn)楸焕д吒艟仍藛T距離較遠(yuǎn)，在救援人員套被困者手臂的時(shí)候會很不容易套上，要花費(fèi)大量的時(shí)間，為此我們的機(jī)械手在此種情況下主要是協(xié)助救援人員將繩子快速套到被困者的手臂上。六、 慧魚模型圖七、 作品主要創(chuàng)新點(diǎn) l 夾持范圍的可調(diào)，救援范圍廣； 機(jī)械手定位裝置和爪子的伸縮性使得救援機(jī)械手能夠適用于多種型號井的救援。 l 實(shí)時(shí)控制實(shí)施救援，效率高，成功率高； 通過攝像頭觀察井底的情況，能夠很好地針對具體情況作出相應(yīng)的操作，大大提高救援的成功率和效率。 l 人性化設(shè)計(jì)，不至于二次傷害； 爪子上的壓力傳感器能把救援過程中被困者受力情況及時(shí)傳達(dá)給施救者，避免救援過程中由于壓力太大對受困者造成二次傷害。 l 裝置操作簡單、靈活。 裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，針對不同的情況可以做出各種應(yīng)對的動作，很靈活。 八、 應(yīng)用前景 由于某些水源不是很充足的農(nóng)村依舊保留著吃水井的習(xí)俗，加上城市中地下管道的四處安放等，一系列的安全隱患帶來了頻發(fā)的深井事故，深井救援這類設(shè)備的需求時(shí)刻被人們所關(guān)注。正如我們查閱網(wǎng)絡(luò)所得，目前深井救援裝置還沒有得到普遍的應(yīng)用，已有的深井救援裝置在一些方面也存在著不少的缺陷，深井救援迫切需要一種高效率、高成功率的救援裝置。我們的深井救援機(jī)械手能夠適用于多種型號的井，且效率、成功率都較高，我們裝置的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)已有深井救援設(shè)備的一些缺陷，使深井救援機(jī)械這一類裝置能夠得到一定的補(bǔ)充，更主要的是我們裝置的應(yīng)用能夠使得深井救援更加方便、簡單，能夠挽救更多的生命。通過這種機(jī)械手的設(shè)計(jì)，可靈活而輕便的協(xié)助消防官兵實(shí)施救援，讓他們的救援效率得到提高，同時(shí)也保障了他們的生命安全。希望我們的深井救援機(jī)械手能夠在各大消防部門廣泛地被使用，讓這種設(shè)計(jì)成為他們的左膀右臂，真正的為人們服務(wù)。九、 設(shè)計(jì)小結(jié) 設(shè)計(jì)該機(jī)械手的想法是在一次看電視節(jié)目的時(shí)候得到的啟發(fā)，看到那期節(jié)目中的深井救援過程中，一個(gè)小孩掉入深井，由于救援設(shè)備的不足，救援方法的落后，救援耗費(fèi)了大量的時(shí)間，小孩未得到及時(shí)的救援，結(jié)果小孩未能幸免于難，當(dāng)時(shí)心里就想著能否設(shè)計(jì)一種能夠快速救援的深井救援機(jī)械手。有了想法就要付諸行動，在學(xué)校通過與老師們的交流，我們團(tuán)隊(duì)間的互相討論，我們最終確定了初步的方案。初步方案確定后我們在制作的過程中團(tuán)隊(duì)間發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神，每人發(fā)揮自己的特長，使我們的作品日益完善，而且整個(gè)過程中我們都在不停的實(shí)驗(yàn)，不停的改動，為的是找到一種更好的方案，我們不會滿足于現(xiàn)在的成績，我們會進(jìn)一步的努力，使我們的作品能夠更加的完善，功能更加的俱全，能夠更早地投入使用，能夠挽救更多的生命。十、參考文獻(xiàn) 1.黃平主編.常用機(jī)械零件及機(jī)構(gòu)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999 2.成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.單行本.機(jī)構(gòu).北京化學(xué)工業(yè)出版社，20043.陳國華主編，機(jī)械機(jī)構(gòu)及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2008 4.楊黎明，楊志勤主編，