1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化自动充气式救生圈的结构设计选题的背景与意义本课题涉及的是一种遇水能自动充气的新型水上救生装置。11选题的背景国内外研究背景水上作业和救援落水人员是有一定的风险的活动，尤其是在国内，日益频发的溺水悲剧已经成了国人心头永远的痛。一、2009年10月24日，为了抢救两名落水少年，长江大学十多名大学生手拉手结成人梯扑进江中营救，两名男孩获救，然而陈及时、何东旭、方招3名大学生不幸被江水吞没，英勇献身。二、2010年2月18日下午，居住在浙江天台县下路王村的蔡家5名孩子外出玩耍，在龙珠潭水库下游鱼塘蓄水池溺水，无一生还。三、据20082009年数据统计1显示，溺水
2、成为中小学生意外伤亡事故发生死亡人数最多的一个因素。四、一般船用救生圈大都是泡沫塑料制成，体积较大，在发生人员落水时，如果救援船只离落水人员较远，无法及时赶到，远距离抛掷救生圈常因空气中阻力大而难以达到施救的目的，因而往往失去最佳施救机会，造成无法挽回的后果。12选题的意义对于上述问题，目前国内有以下两种解决途径一种途径是设计可随身携带的救生圈，平时进行水上作业或者游泳时带在身上，一旦发生意外，则由携带人员自行打开充气开关，使救生圈内的化学物质产生化学反应产生气体，或者使充气气瓶开启为救生圈充气，从而达到救生的目的；另一种途径是将救生装置存放在船上，在人员落水时紧急施救时使用。目前已见报道的大
3、多归于两种类型一种是在船上进行快速充气后再抛入水中进行施救。这种救生圈能解决多个落水人员施救救生问题。但是由于空气阻力的影响，抛掷距离往往受到限制，因而只能满足近距离落水人员使用；另一种是专利文献2报道的方法。该方法采用将救生圈抛入水中后，由落水人员或施救人员打开充气装置，使救生圈充气而达到救援的目的。采用这种方法较好地解决了抛掷距离的问题。然而在很多情况下救援设施总会莫名的丧失功效，起不了作用。归根结底，是这些救生圈的触发开关或贮气装置存在些许不足2。2研究的基本内容与拟解决的主要问题21拟解决的主要问题1发生紧急状况时，可由任何人实施无危险救援；2对遇水触发时间进行控制，保证救援的及时性；
4、对复杂地形和环境的适用性装置长久保存性进行研究。研究的方法与技术路线31研究的方法一文献研究法查找文献资料，搜寻现阶段所存在的各种救生装置，进行比较分析，吸收成熟、创新的思想，为进一步研究做铺垫；二量分析法对遇水触发时间进行量化分析，对研究对象的认识进一步精确化。三实验法制造样品，多次试验，对各种结果和问题进行理论分析和对比，进一步改善方案定。32技术路线鉴于研究的拟解决问题内容中所提出的三部分方案的设计，给出以下针对性的技术路线321装置的工作原理和实现方法该装置在平时密封包装，弹簧3在螺纹帽2的旋转下处于压缩状态。在发生紧急情况时，将投掷式救生圈取出，拉住绳的一端，将其掷出，救生圈在遇水时
5、，水通过注水孔进入装置内部，将固体材料10（速溶片）迅速融化，强度减小，弹簧3的弹性势能得到迅速释放，推动顶尖8，在紧定螺钉7的导向作用下，迅速向下产生一定的冲击力，顶尖刺破高压气瓶15，同时顶尖固定块压紧密封垫片10。气瓶内的气体通过顶尖的内孔传送到软管12，最后到达救生圈14，在短3时间充满。如图11图11装配图1阀体2螺纹帽3弹簧4滑块5滚珠6顶针固定块7紧定螺钉8顶尖9泡腾片10密封垫片11连接件112软管13连接件214救生圈15气瓶322整体装置各个部分的组成（1）阀体阀体拟采用硬铝合金2A163，质量轻盈。在其侧向，开有6个85的孔，使得水以足够快的速度进入阀体，与药片充分接触,
6、保证融化速度。结构如图12。4图12阀体结构图（2）弹簧虽然其他弹性材料也能通过压缩产生较大的弹力，但存在压缩量不是过大就是过小、弹性容易丧失的缺点，因而拟采用YB2X16X1284的弹簧，既保证了弹簧就有了高的弹性系数，也使压缩量适中，使整个装置的外形趋于合理。（3）采用滚珠连接弹簧和滑块由于顶尖出气孔和阀体出气孔有同心的要求，故在顶尖固定块开一条槽，用紧定螺钉与之配合，但在通过旋紧螺纹压缩弹簧时，可能会出现由于弹簧和固定块间存在较大滑动摩擦力，进而产生较大的摩擦扭矩，当扭矩过大时，固定块难以下滑。因而在固定块和弹簧间增加了一个滚珠装置，利用滚珠的滚动来释放弹簧的扭矩。（4）速溶材料干燥的速
7、溶材料需要具有一定的强度，迅速溶于水时强度迅速减弱，使得压缩弹簧能够得到及时释放，产生足够冲击力刺破高压气瓶，继而释放2CO，充满环形气囊。（5）采用橡皮软管的软连接装置软连接的一端通过螺纹连接到阀体上，螺纹上缠上密封带实现螺纹密封，另一端连接在救生圈上，这有利于装置简易装配的实现，更能承受在释放高压的气体产生的压力，有很好的弹性变形效果。（6）单向阀门的充气救生圈5救生圈充气口需是具有单向阀门，使之在充满过程中不会出现气体回流，在充满后也能起到很好的密封保护作用。（7）拉绳为保证救生圈能够顺利投掷到溺水者身边，通过拉绳可以准确定位。另外，溺水者可抓住拉绳，提高救援成功率。研究的总体安排与进度
8、阶段一201011101231完成文献综述和文献翻译，撰写开题报告，准备开题答辩；阶段二201101010116结合开题答辩情况，修改并确定总体设计技术方案；阶段三201102280320毕业设计详细方案设计、计算与分析，准备中期检查阶段四201103210417数据计算，绘图，撰写设计说明书阶段五201104180430修改设计说明书，定稿，答辩参考文献1王声勇校园安全与中小学生伤害情况（J）中国学校卫生2009,27（2）3123432杨景华杨帆抛掷式救生圈（P）中国专利20062013949613王章忠材料科学基础（M）机械工业出版社200833474044王章忠材料科学基础（M）机械工
9、业出版社200834044155RCHIBBELERMECHANICSOFMATERIALS5THEDITION20046YUNUSACENDELMICHAELABOLESTHERMODYNAMICS（M）电子工业出版社2009466727YUNUSACENDELMICHAELABOLESTHERMODYNAMICS（M）电子工业出版社2009487988王光辉张建宇一种单兵救生气囊充气阀的设计（P）中国专利ZL20062007673879滑玉辉滑玉卿新型水上救援机器人设计研究（J）机械工程师，2010710刘灿模初探水上救援技术课程的目标及内容设计（J）广东水利电力职业技术学院学报2007，
10、5111ZIA,K,FERSCHA,ASELFORGANIZEDEVACUATIONBASEDONLIFEBELT（J）LECTURENOTESINCOMPUTERSCIENCE,2009,VOLUME5918/2009,25025512WIGGINTON,JG,ISAACS,SM,KAY,JJMECHANICALDEVICESFORCARDIOPULMONARYRESUSCITATION（J）CURRENTOPINIONINCRITICALCAREVOLUME13,ISSUE3,JUNE2007,PAGES2732796毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化自动充气式救生圈的结构设计1研究背
11、景及意义国内外研究背景水上作业和救援落水人员是有一定的风险的活动，尤其是在国内，日益频发的溺水悲剧已经成了国人心头永远的痛。一、2009年10月24日，为了抢救两名落水少年，长江大学十多名大学生手拉手结成人梯扑进江中营救，两名男孩获救，然而陈及时、何东旭、方招3名大学生不幸被江水吞没，英勇献身。二、2010年2月18日下午，居住在浙江天台县下路王村的蔡家5名孩子外出玩耍，在龙珠潭水库下游鱼塘蓄水池溺水，无一生还。三、据20082009年数据统计1显示，溺水成为中小学生意外伤亡事故发生死亡人数最多的一个因素。四、一般船用救生圈大都是泡沫塑料制成，体积较大，在发生人员落水时，如果救援船只离落水人员
12、较远，无法及时赶到，远距离抛掷救生圈常因空气中阻力大而难以达到施救的目的，因而往往失去最佳施救机会，造成无法挽回的后果。2国内外研究进展对于上述问题，目前国内有以下两种解决途径一种途径是设计可随身携带的救生圈，平时进行水上作业或者游泳时带在身上，一旦发生意外，则由携带人员自行打开充气开关，使救生圈内的化学物质产生化学反应产生气体，或者使充气气瓶开启为救生圈充气，从而达到救生的目的；另一种途径是将救生装置存放在船上，在人员落水时紧急施救时使用。目前已见报道的大多归于两种类型一种是在船上进行快速充气后再抛入水中进行施救。这种救生圈能解决多个落水人员施救救生问题。但是由于空气阻力的影响，抛掷距离往往
13、受到限制，因而只能满足近距离落水人员使用；另一种是专利文献报道的方法。该方法采用将救生圈抛入水中后，由落水人员或施救人员打开充气装置，使救生圈充气而达到救援的目的。采用这种方法较好地解决了抛掷距离的问题。然而在很多情况下救援设施总会莫名的丧失功效，起不了作用。归根结底，7是这些救生圈的触发开关或贮气装置存在些许不足2。3发展趋势随着我国水上救生设备的研制和完善，各种新型救生衣用品被不断创新设计出来。外形上趋于小型，轻便化；救生功能趋于多样化；装置操作性趋于简单化；而在成本上更是趋近低廉化，救援时间的极速化在上述这些概念的指导下，该装置很好的符合了这一个大趋势，比如，采用阀体设计，用高压储气瓶预
14、先存储好充气体，整个装置不超过500G，不似预先充好气囊这么笨重，使得外形趋于合理；配备了拉伸，气囊外形上涂上了荧光漆，使得即使在水流湍急和黑暗环境中得到广泛应用；而自动触发装置阀的设计，更是将真个救援操作变得傻瓜式，任何人只需一分钟培训，就能掌握到救援要领，使得救援整个行动变得更加高效，可靠。4结束语对于救生装置的研究，最重要的是把可靠性放在第一位，保障整个救援行动实施是首要考虑的，所以我们在设计装置时，切不可一味贪图装置的新颖和创新，而必须把功能能够最大限度的实现，作为研发的指标，尤其是水上救援装置，我国地大物博，江河众多，地理环境相当复杂，所以我们设计之初就考虑到这个关键因素，在设计时要
15、充分认识这个现实，开展更好的研究参考文献1王声勇校园安全与中小学生伤害情况（J）中国学校卫生2009,27（2）3123432杨景华杨帆抛掷式救生圈（P）中国专利20062013949613王章忠材料科学基础（M）机械工业出版社200833474044王章忠材料科学基础（M）机械工业出版社200834044155RCHIBBELERMECHANICSOFMATERIALS5THEDITION20046YUNUSACENDELMICHAELABOLESTHERMODYNAMICS（M）电子工业出版社2009466727YUNUSACENDELMICHAELABOLESTHERMODYNAMICS
16、（M）电子工业出版社2009487988王光辉张建宇一种单兵救生气囊充气阀的设计（P）中国专利ZL20062007673879滑玉辉滑玉卿新型水上救援机器人设计研究（J）机械工程师，2010710刘灿模初探水上救援技术课程的目标及内容设计（J）广东水利电力职业技术学院学报2007，51811ZIA,K,FERSCHA,ASELFORGANIZEDEVACUATIONBASEDONLIFEBELT（J）LECTURENOTESINCOMPUTERSCIENCE,2009,VOLUME5918/2009,25025512WIGGINTON,JG,ISAACS,SM,KAY,JJMECHANICAL
17、DEVICESFORCARDIOPULMONARYRESUSCITATION（J）CURRENTOPINIONINCRITICALCAREVOLUME13,ISSUE3,JUNE2007,PAGES2732799本科毕业论文（20届）自动充气式救生圈的结构设计10摘要摘要自动充气式救生圈是一种能遇水自动充气的新型水上救生装置。它是由贮满液态CO2的气瓶、外圈涂有荧光漆的环形气囊、触发装置及牵引线等组成。遇水之前，弹簧处于受压状态，储存了相当一部分的弹性势能；当装置遇水时，吸水材料触水迅速融化，从而触发开关，释放出储存的弹性势能，推动和弹簧相连的顶针向下极速运动，顶破气瓶，释放CO2，充满气囊。
18、落水待援者可以借助环形气囊的浮力，实现无风险自救，必要时刻，可以由施援者拉动牵引线，对落水者实施远距离救助。目前使用的救生圈大多是采用泡沫塑料制成，体积大，重量重，携带不便。即使在实际使用时，由于重量重，投掷距离也不远，救援范围有很大限制，尤其对施援者的素质和能力要求较高，还存在相当大的风险。我们所设计的落水自充气救生圈是一种遇水能自动充气的新型水上救生装置，长度仅25厘米，手柄直径4厘米，最大直径8厘米，体积小，总重不超过500G，且使用相当简单、安全可靠性，直接投掷于水中，救援半径大。适合家庭旅游成员、专业救援人员使用。关键词救生圈；自动充气；软连接；救援11ABSTRACTTHEAUTO
19、MATICINFLATABLELIFEBELTISALIFESAVINGDEVICE,WHICHCANBEINFLATABLEITSELFWHENITISPUTTINGINTOTHEWATERITCONSISTSOFABOTTLEFULLWITHLIQUIEDCO2,ARINGBELTPAINTEDWITHFLUORESCENCE,AINFLATABLEEQUIPMENTANDAROPEITISSTORAGEOFELASTICENERGYWITNOUTPUTTINGINTOUSEWHENITTHROWNINTOTHEWATER,THEPILLSINTHEDEVICEMELTINTOWATERR
20、APIDLY,ANDLEADTOTHESPRINGBURSTINGMOSTOFELASTICENERGY,THENPUSHTHECENTREDOWNWARDATHIGNSPEED,WHICHBROKENTHEBOTTLECOVERANDLETTHECO2FILLWITHTHERINGBELTANYONEWHOISDROWNINGCANUSEITTORESCUEHIMSELFWITHOUTDANGEROUSANDIFITISNECESSARY,THEDROWNINGCANBEPULLEDBYOTHERPEOPLEWITHTHEROPEINHANDATTHEMOMENT，MOSTOFTHELIFE
21、BELTSAREMADEOFPLASTIC，WHICHHAVEABIGVOLUMEANDHEAVYWEIGHT，ANDALSOCARRYINCONVENIENCEASWELLEVENWHENITPUTINTOACTUALUSE,BECAUSEOFTHEWEIGHTOFHEAVY,LONGTHROWINGDISTANCE,THERANGEFILEDOFRESCUEISLIMITEDESPECIALLYFORTHEMANWHOTAKESTHEACTIONNEEDSAHIGHQUALITYINBODYANDSKILLSINRESCUINGTHEREAREALSOAHUGERISKTOTHERESCU
22、ER,WHICHISDANGERTOBOTHTHEMANTAKESTHERESUCEANDTHEMANINRESUCETHEAUTOMATICINFLATABLELIFEBELTWEDESIGNWHICHCANBEINFLATABLEITSELFWHENITISPUTTINGINTOTHEWATERITSLENGTHISJUSTONLY25CENTIMETERSANDTHEBIGGESTDIAMETEROFHANDLEIS4CENTIMETERSTHEBIGGESTDIAMETERIS8CENTIMETERS,ITHASASMALLVOLUMEANDTHETOTALOFTHEWEIGHTISV
23、ERYLIGHT,WHICHISLESSTHAN500GINALLITISSAFETYANDRELIABILITYANDCANBEDIRECTTHROWINGINWATER,WHICHHASABIGRESCUERADIUSANDSUITABLEFORAFAMILYINTRAVELORQUALIFIEDPERSONWHOHASARESCUESKILLKEYWORDSLIFESAVINGDEVICEINFLATABLESOFTCONNECTION12目录摘要10目录121绪论111研究背景及意义112国内外研究的现状113救生装置的整体发展趋势和研究方向22自动充气式救生圈的总体结构设计方案321
24、救生圈结构布置3211自动救生圈结构布置322气瓶出口处抗压力4221高压气瓶4222阀体5223高胡克系数的弹簧6224采用滚珠连接弹簧和滑块6225速溶材料7226采用橡皮软管的软连接装置8227单向阀门的充气救生圈8228拉绳93理论设计计算1031气瓶出口处抗压力1032弹簧的弹力1033气瓶容量、CO2质量及压强1034救生圈的承载114救生装置的工作原理13135设计的主要创新点146结论及展望15参考文献16致谢错误未定义书签。附录17附录1阀体零件图17附录2顶尖固定块17附录3装配总图17附录4弹簧规格表1711绪论11研究背景及意义国内外研究背景水上作业和救援落水人员是有一
25、项有一定的风险的活动，尤其是在国内，日益频发的溺水悲剧已经成了国人心头的永远的痛，而相应的救援人员的意识措施和装置存在很多方面的不足，尤其高效救援装置的普及化存在很大的空白。一、2009年10月24日，为了抢救两名落水少年，长江大学十多名大学生手拉手结成人梯扑进江中营救，两名男孩获救，陈及时、何东旭、方招3名大学生不幸被江水吞没，英勇献身。二、2010年2月18日下午，居住在浙江天台县下路王村的蔡家5名孩子外出玩耍，在龙珠潭水库下游鱼塘蓄水池溺水，无一生还三、据20082009年数据统计1显示，溺水成为中小学生意外伤亡事故发生死亡人数最多的一个因素。四、一般船用救生圈大都是泡沫塑料制成，体积较
26、大，在发生人员落水时，如果救援船只离落水人员较远，无法及时赶到，远距离抛掷救生圈时，常因空气中阻力大，风向不稳定和诸多不可预见的问题，而难以达到施救的目的，因而往往失去最佳施救机会，从而造成无法挽回的后果。目前使用的救生圈大多是采用泡沫塑料制成，体积大，重量重，携带不便。在实际使用时，由于重量重，投掷距离也不远。若救生圈的重量轻，则由于空气阻力和风的缘故，也投掷不远。若下水救人，则救援人员的风险也很大。如果有一种装置象手榴弹这样可以投掷，然后打开充气成一个救生圈就非常理想了。五、以往普遍使用的救生圈一般是由聚氯稀材料构成的环状部的充气式救生圈，该救生圈内部为空心结构，在救生圈上开设有充气口，当
27、需要使用救生圈时只需通过充气口对救生圈内部充气即可使用，然而该救生圈由于其结构上的缺陷，其外部易破损从而造成内部空气的泄露，导致救生圈无法使用。12国内外研究的现状对于上述问题，目前国内有以下两种解决途径一种途径是设计可随身携带的救生圈，平时进行水上作业或者游泳时带在身上，一旦发生意外，则由携带人员自行打开充气开关，使救生圈内的化学物质产生化学反应生产气体，或者使充气气瓶开启为救生圈充气，从而达到救生的目的；另一种途径是将救生装置存放在船上，在人员落水时紧急施救时使用。目前已见报2道的大多归于两种类型一种是在船上进行快速充气后再抛入水中进行施救。这种救生圈能解决多个落水人员施救救生问题。但是由
28、于空气阻力的影响，抛掷距离往往受到限制，因而只能满足近距离落水人员使用；另一种是专利文献报道的方法。该方法采用将救生圈抛入水中后，由落水人员或施救人员打开充气装置，使救生圈充气而达到救援的目的。采用这种方法较好地解决了抛掷距离的问题。然而在很多情况下救援设施总会莫名的丧失功效，起不了作用。归根结底，是这些救生圈的触发开关或贮气装置存在些许不足2。13救生装置的整体发展趋势和研究方向随着我国水上救生设备的研制和完善，各种新型救生衣用品被不断创新设计出来。外形上趋于小型，轻便化；救生功能趋于多样化；装置操作性更简单化；适用层面的广泛化，是目前整个水上救生，乃至救援方面的一个大趋势。对于救生装置的研
29、究方向，最重要的是把可靠性放在第一位，保障整个救援行动实施是首要考虑的，所以目前在设计装置时，已不再追求装置的新颖和创新，而是把功能能够最大限度的实现，作为整个设计的指标，尤其是水上救援装置，我国地大物博，江河众多，地理环境相当复杂，救援人员素质的参差不齐，就需要更广泛和简便实用救生装置系列。32自动充气式救生圈的总体结构设计方案21救生圈结构布置211自动救生圈结构布置针对于上诉的不足，我设计了可投掷式自动充气式救生圈，这种救生圈结构简单、体积小而紧凑，成本低、装配容易，携带、使用方便。救生装置整体结构图如图21，实物图如图22充气作用前整体结构相当于一个小型手电筒，充气作用后，整个装置展开
30、如图。该装置是一种能遇水自动充气的新型水上救生装置。它是由贮满液态CO2的气瓶、外圈涂有荧光漆的环形气囊、触发装置及牵引线等组成。遇水之前，弹簧处于受压状态，储存了相当一部分的弹性势能；当装置遇水时，吸水材料触水迅速融化，从而触发开关，释放出储存的弹性势能，推动和弹簧相连的顶针向下极速运动，顶破气瓶，释放CO2，充满气囊。落水待援者可以借助环形气囊的浮力，实现无风险自救，必要时刻，可以由施援者拉动牵引线，对落水者实施远距离救助。目前使用的救生圈大多是采用泡沫塑料制成，体积大，重量重，携带不便。即使在实际使用时，由于重量重，投掷距离也不远。而投掷式落水自充气救生圈是一种遇水能自动充气的新型水上救
31、生装置，长度仅25厘米，手柄直径4厘米，最大直径8厘米，体积小，总重不超过500G，且使用简单、安全，直接投掷。适合家庭旅游、专业救援人员使用。该自动充气式救生圈整体布置类似一个手榴弹造型，救生气囊和阀体通过软连接连接在一起，使整个装置整体显得轻便和美观，而且便于携带。阀体部分，由特质密封胶带密封，留有一端手拉环扣，这个能在平时起很好的密封作用，关键时刻还容易被迅速打开，实现救援。4图21三维模型图图22实物图22气瓶出口处抗压力221高压气瓶高压气瓶内部存储液化CO2，由于该装置完全密封，因而可永久保存。另外由于其高压性，单位体积内可释放大量气体。该气瓶体积小巧，质量轻盈，便于携带。其圆柱形
32、的外壳有利于环形气囊缠绕，减少整体体积，而且可以用作投掷时的把手。考虑到整个救援的实际环境，采用压缩气瓶不仅能减少整个装置的体积和质量，更关键的是，储存的高压气体可以选用合适的材料来决定储气体积，这样就保证了该救生装置可以满足向体积更小和充气更大的设计理念的实现实物如图23。本作品中的储气瓶是采用了优质纸碳钢板作为材料储气瓶材料，瓶的密封口的厚度是根据储气量进行设计的，现有约115MM的厚度二氧化碳微型储气瓶采用优质纸碳钢板，整体拉伸收口而成，用特殊工艺进行充气和膜片焊接封口，可保证气体长期贮存无泄露的要求，使用时采用击破封口膜片的方法，使气体释放出来。特点是体积小、重量轻、可充装其他惰性气体
33、。5图23气瓶图24阀体222阀体阀体采用硬铝合金2A163，质量轻盈。在其侧向，均匀开有6个的孔，不仅使得遇水时能以足够快的速度进入阀体，与药片充分接触,保证融化速度，而且减轻了装置的质量。实物图如图24，结构图如图25。在外侧上开的螺钉槽内的螺钉起到导向作用，在装置装配的实践和实验中，我们发现在弹簧释放推动顶针下滑的时候，由于圆柱型筒垂直度和表面精度不够精确和弹簧在初始压缩中不可避免产生的扭矩，会导致滑块在下滑过程中，出现卡死现象。在滑块上开槽和紧固螺钉相配合，可以很好的解决好这一难题。铝的密度很小，仅为27G/CM，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝
34、合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其铝合金。本产品也采用铝为主要成分，一是考虑到长期存放的要求，因为铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置等，这可以保证产品就有其他材料无法实现长期保持效能的作用，因为危险一旦发生，必需要使产品能迅速产生作用，可靠性要求非常之高；二，考虑到由于铝的小密度，这就使整个装置的整体重量得到了最大程度的减轻，不仅保证了整个装置灵活使用的特性，而且能够使产品的应用性得到了进一步提高。6图25阀体结构图223高胡克系数的弹簧虽然其他弹性材料也能通过
35、压缩产生较大的弹力，但存在压缩量不是过大就是过小、弹性容易丧失的缺点，我们采用了YB2X16X1284的弹簧，既保证了弹簧就有了高的弹性的系数，也使压缩量适中，是整个装置的外形趋于合理，具有一定的观赏性。还有该类弹簧在市场上供应充足，价格低廉，更重要的是，采用弹簧用作弹性材料时，在弹簧释放后，仍能保持较高的弹性，可重复利用，弹簧规格表如附录1。图26弹簧224采用滚珠连接弹簧和滑块由于顶尖出气孔和阀体出气孔有同心的要求，故在顶尖固定块开出一条槽，用紧定螺钉与之配合，如上面所提到的。然而在装配过程中，我们发现在通过旋紧螺纹压缩弹簧时，会出现由于弹簧和固定块间存在较大滑动摩擦力，进而产生较大的摩擦
36、扭矩，当扭矩过大时，固定块难以下滑。而且出现这个问题时，导致了滑块的扭曲变形，使我们的整个工作陷于停顿，起初我们一味采用更强力的弹簧，以为是弹簧释放的压力不够，7但是，不过不管弹簧压力增大到如何，上述问题还是无法得到解决，在多次试验后，我们从自行车的车轮轴承里得到启发，起初先是把滑块和弹簧接触端做成圆形，虽然一定程度上解决了卡死的问题，但是整个装置的稳定性却降低了，因为圆形头不好接触固定。经历了多次尝试，我们在滑块和弹簧间增加了一个小圆盘装置，小圆盘的一端和弹簧相连，另一端和滑块通过滚珠接触，这就很好的解决了上述的难题，因为圆盘可旋转性，可以及时地释放弹簧的扭矩，而滑块和弹簧间增加了一个滚珠装
37、置，利用滚珠的滚动来释放弹簧的扭矩，用滚动摩擦来替代滑动摩擦，所以最大限度的减少了摩擦产生的扭矩，效果甚佳。图27滚珠连接件225速溶材料基于对遇水后融化速率和和遇水前具有强度要求，我们选用了市场上一种常见的泡腾片作为替代材料。干燥的泡腾片具有一定的强度，迅速溶于水时强度迅速减弱，使得压缩弹簧能够得到及时释放，产生足够冲击力刺破高压气瓶，继而释放CO2，充满环形气囊。整个过程需要的时间非常之短，而且泡腾片融化后产生的溶液无毒无害，对环境和人体均无损伤。不会对救援和待救援人员造成二次伤害。据研究，速溶材料产品应具备的特点初具块状性质，遇水之后即融化，最好是采用新的合成原料。无毒、无味、无放射性，
38、能迅速溶于冷水。具有溶解快、用量最少、粘度高、成膜快、悬浮、保湿、抗酶、耐老化、保存时间长、使用方便、性能稳定等优点。尤其是对耐潮解的要求很高，就此产生的矛盾，既要能防水，又要遇水能迅速溶化，所以要采用专门的研究，选取最合适的材料成分，来达到要求。8226采用橡皮软管的软连接装置软连接是相对硬连接的刚性连接来说的，也就是硬性连接，其最大的一个特点就是能够承受较大的变形而不改变连接的通透性和顺畅。软连接的材料一般采用变形量大的橡胶软管或者柔性塑料管。该软连接的一端通过螺纹连接到阀体上，螺纹上缠上白胶带布实现螺纹密封，另一端连接在救生圈上，这有利于我们这个装置简易装配的实现，更能承受在释放高压的气
39、体产生的压力，有很好的弹性变形效果。可以保证充气和到充满整个过程的稳定性和可靠性。图28软管连接图227单向阀门的充气救生圈整个救生装置起作用的后期，其实要考虑一个充满气的状态下的救生圈的有效时间，这也决定着整个过程中救援有效时间，所以充气后整个装置的密封性能很重要。救生圈充气口具有单向阀门，使之在充满过程中不会出现气体回流，在充满后也能起到很好的密封保护作用，这是实现密封关键一步，一方面取决于该救生圈的质量，单向阀门是否能够起到很好的作用；另一方面，则连接部分密封可靠性，则是靠阀体功能来实现的。救生气囊的材料采用具有高柔韧性和非常底的渗透率的强度高、弹性好、优异的抗拉、抗撕、抗剥离特性，而且
40、具有防火阻燃、抗紫外线、抗氧化等性能防水、抗污、防油、耐酸、耐碱耐高温及抗寒。9图29救生圈228拉绳一般救援都是由救援者入水，或者将救援设施抛给待援者，让救援者自救，不过这两者做法都有不足之处，前者对施救者具有一定危险，后者就无法保证待援者是否具有自救能力。所以我们采用在救生装置上配上相应的拉绳，这样就取得了双保险的功能，通过为保证救生圈能够顺利投掷到溺水者身边，通过拉绳可以准确定位。必要时候还可以通拉绳来拉拽待援者。拉绳的材料采用一种实用新型的纤维绳子，属于绳缆技术领域。它解决了现有的纤维绳子抗拉强度低、成本高的问题。本纤维绳子，包括由若干条锦纶纤维丝构成的锦纶纤维丝束，所述的锦纶纤维丝束
41、的中心嵌有由若干条涤纶纤维丝构成的涤纶纤维丝束。锦纶化学名称为聚酰胺纤维，锦纶纤维的断裂强度在干态情况下可以达到3595GD，在湿态情况下可以达到2680GD。该纤维绳子具有高抗拉强度及耐磨性能、成本较低。103理论设计计算31气瓶出口处抗压力通过在实验室机上测试，我们得知，在具有一定冲击力的情况下，顶破气瓶口的压力需要达到250牛左右。经过检测，瓶口的密封处的厚度为115MM左右，我们模拟了一个厚度为15MM，直径为5MM的密封片，进行实验。32弹簧的弹力本装置选用的弹簧为YB2X16X128,弹性系数K为31N/MM，压缩后弹簧长度为40MM，根据胡克定律5FKXF31X（12840）27
42、28N250N故足以顶破气瓶，达到充气的目的。33气瓶容量、CO2质量及压强1）V气瓶45ML，2COM33G，2）由于外界环境温度的变化，所以气瓶内部压强也在不断的变化之中。由CO2的PVT标准化等温曲线6图31，知CO2在临界温度31020C时，压强最大，为739MPA，10C时，32MPA。11图31CO2的PVT标准化等温曲线图34救生圈的承载（1）按救生圈充满后压强为105KPA计算，根据理想气体状态方程PVMRT得出VMRT/P33X310X018897X310X（2735）/（105X310）165X2103M保证安全系数，式中温度取50C。12救生圈充满后内圈尺寸123DCM，
43、250DCM，可得其容量221211DDDD2V圈【（）】（）X【12X12（5023）2】XX125023X610164X2103M165X2103M知气瓶内的CO2完全可以充满该救生圈。（2）人体密度106X3103/KGM，以重60KG的人为例，当救生圈完全没入水中时，F圈浮GV水排1X310X98X164X21016072N当人有56的体积浸没水中时，F人浮56X360106X10X310X9846226N总重GG救G人98X500X310X60X985929NF圈浮F人浮62298N故能够实现一定的救援行动。134救生装置的工作原理该装置在平时密封包装，弹簧3在螺纹帽2的旋转下处于压
44、缩状态，储存了大量的弹性势能。在发生紧急情况时，将其取出，拉住绳的一端，将其掷出，投掷的救生圈在遇水时，水通过注水孔进入装置内部，将遇水融化的固体材料10（泡腾片）迅速融化，强度减小，弹簧3的弹性势能得到迅速释放，推动顶尖8，在紧定螺钉的导向作用下，迅速向下产生一定的冲击力，顶针刺破高压气瓶15，同时顶尖固定块压紧密封垫片10。气瓶内的气体通过顶针的内孔传送到连接，再通过软管12到达救生圈14，在短时间充满。如图41。图41装配图1阀体2螺纹帽3弹簧4滑块5滚珠6顶针固定块7紧定螺钉8顶尖9泡腾片10密封垫片11连接件112软管13连接件214救生圈15气瓶145设计的主要创新点该设计综合了考
45、虑了设计和加工，实用乃至应用层面，针对性的给出了很多具有原创兼实用的设计理念和方案。具体的创新内容如下（1）贮气瓶完全封闭，不存在漏气问题，可永久保存；该储气瓶利用CO2化学及物理原理，采用相独特的技术和独特工艺，将液态CO2存储于优质低碳钢板精制的小钢瓶内进行焊接封口。使用时采用击破封口膜片的方法将瓶内高压气体瞬间释放出来，从而作为气囊充气的气源。该技术的特点是气体充入，永不泄漏。（2）救生圈可在17秒之内充满，争取救援时间；该设计方案中，充气的效率取决于速溶片融化的速度，和气瓶刺破后气瓶中的爆破压强和整个软连接装置的通气内径。此方案以我们采用了干泡腾片作为速溶片，其融化速率还是有提升的空间
46、，也就是整个装置的后续优化还有很大的空间。（3）结构简单，小而轻巧，普通人可投掷30米；相当紧凑的结构，重量在500G以下，适合进行远距离投掷，尤其是在地势复杂的地方，最大限度的增加了救援半径。（4）气囊外圈涂有荧光漆，使之可在夜间操作。这点是其他救生装置无法比拟的，不仅在空间上，更在救援的时间进行了拓展。156结论及展望本设计作品通过一个月的前期研究，两个月的实物制作和实验，最终达到可以把触发时间控制在15秒内的一个作品，虽然整个作品在外型和性能上和整个设计期望值还有一定的差距，但是它代表了现在整个救生装置发展的一个趋势，即外形上趋于小型，轻便化；救生功能趋于多样化；装置操作性趋于简单化；而
47、在成本上更是趋近低廉化，救援时间的极速化。具体的来说本设计的优点有如下（1）该救生装置体积小巧，质量轻盈，易于组装，便于携带，适用于野外，水上作业等场合，尤其适合中国这个多江川河流的地域；（2）救生囊的大小可以实现标准化生产，适合不同的人群，在不同的场合应用；（3）整个装置造价低廉，操作简单方便，使用后不会造成任何环境污染；（4）气囊和触发装置能重复利用，使用次数不限，救援效率高，对救助人员没有安全危险。可以断定的是，在可预见的将来一段时间，这种简单小巧实用的救生设计理念，将会成为整个救援过程中一个不可或缺的一环节，不仅为待援者提高生存概率，更为救援者带来保障。16参考文献1王声勇校园安全与中
48、小学生伤害情况（J）中国学校卫生,2009,27（2）3123432杨景华杨帆抛掷式救生圈（P）中国专利,20062013949613王章忠材料科学基础（M）机械工业出版社,200833474044SAIDMAMMAR,STEPHANEESPIE,CHRISTOPHEHONVOMOTORCYCLEMODELLINGANDROLLMOTIONSTABILIZATIONBYRIDERLEANINGANDSTEERINGTORQUEPROCEEDINGSOFTHE2005IEEECONFERENCEONCONTROLAPPLICATIONS,TORONTO,CANADA,AUGUST,2005269
49、2775MJBLACKWELDER,RADOUGALPOWERCOORDINATIONINAFUELCELLBATTERYHYBRIDPOWERSOURCEUSINGCOMMERCIALPOWERCONTROLLERCIRCUITSJOURNALOFPOWERSOURCES,13420041391476YUNUSACENDELMICHAELABOLESTHERMODYNAMICS（M）电子工业出版社,2009466727王光辉,张建宇一种单兵救生气囊充气阀的设计（P）中国专利,ZL20062007673878滑玉辉,滑玉卿新型水上救援机器人设计研究（J）机械工程师，201079刘灿模初探水上救援技术课程的目标及内容设计（J）广东水利电力职业技术学院学报,2007，5110ZIA,K,FERSCHA,ASELFORGANIZEDEVACUATIONBASEDONLIFEBELT（J）LECTURENOTESINCOMPUTERSCIENCE,2009,VOLUME5918/2009,25025511WIGGINTON,JG,ISAACS,SM,KAY,JJMECHANICALDEVICESFORCARDIOPULMONARYRESUSCITATION（J）CURRENTOPINIONINCRITICA
