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抢险救援装备在抢险救灾中设计与应用

发布时间:2018-08-10 11:07 文章来源:网络(转载请注明)

  一、研究目的及内容

  设计该套机械装置,机电结合,模块结构。夹持迅速,灵活多变,携带运输方便。适用范围:人员不便接近的危险地方,狭窄空间,具有传递工具、 水下打捞等功能(地震、火灾、水灾、矿难等)。在各种突发灾难或危险事故发生时,人不能接近的危险区域或人手够不到的地方,能够代替人手及时为遇难者递送物品或抢救重要物资, 适应各种场合,甚至在不能及时救出伤者的情况下,能够维持其生命,等待救援。

  1.作品简介

  该作品采用机电结合、组合模块结构。组合容易,操作简单,快捷适用。适用于地震、火灾、水灾、矿难等各种突发灾难或危险事故以及日常应用范围。

  2.作品构成

  作品由夹持手、剪刀手等多组模块、机械臂、传动机构等构成。

  二、方案设计

  1. 机械手收放功能

  为使机械手能够实现夹取物体,自动放开功能,采用曲柄连杆结构,并利用弹簧的控制运动功能使机械手张开。

  2.机械手角度调节

  机械手完全模拟人手的旋转角度,机械手指尖部位可随物体重心进行自由的左右变换,机械腕可90度调节。

  3.距离长度调节

  为适应不同距离的操作,设计为可调节的伸缩管结构。伸缩管可根据实际需要加长。

  4.模块化设计

  为实现不同功能,设计采用模块化的多组功能件组成,均设计成相同规格接头与伸缩杆连接。如剪刀手模块,夹持手模块等。

  5.实现灵活、便携

  在机械臂后方安装背带,不限制使用场所,以适应不同环境,自由调节方向,实现灵活性。选择较轻的铝合金材质,韧性高,耐腐蚀性好。整套装置可拆卸放在工具箱内,起到便携特性。

  6.操作设计

  采用涡轮蜗杆设计,控制机械手开合,实现轻松传动。可根据不同情况选择手动或电机传动两种方案。手柄转动:适用于要求精密度高,操作轻的危险作业,如排爆等。电机传动:独特的机电一体化设计,使操作变得更加快捷简单。

  7.附件添加

  机械臂前端配备连接设备,可添加照明装置和扬声器,方便救援人员了解、观察伤者情况,也可将氧气管或其他救援器械递给被困伤者,在不能及时救出伤者情况下为其提供自救设备。救援的同时也可辅助其他救援设备进行救助

  三、方案研制

  1.传动方案

  本组合由原动机、传动装置、伸缩装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的动力和运动、变换其运动形式以满足工作装置的需要,是本组合的重要组成部分,传动装置是否合理直接影响本器械的工作性能、重量等。合理的传动方案除满足工作装置的功能外,还要求结构简单,操作方便,传动效率高和维护容易。本组合的原动机是电机,工作装置是机械手,传动装置采用一级传动,即蜗杆传动。蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成,常用于传递交错角为90度的两交错轴之间的运动和动力,具有传动比大、传动平稳、结构紧凑和操作简单等优点,适合本组合的传动要求,因此选用蜗杆传动。

  2.机械方案

  (1)弹簧的设计估计弹簧钢丝直径d=D2/C=1.16mm

  补偿系数K=1+1.45/c=1.12

  弹簧钢丝σB= 2800MPa

  许用剪应力[τ] = 0.5σB= 1400MPa计算钢丝直径d′≥1.6

  (2)机械臂的设计铝合金的许用应力[σ] = 195MPa,由于许用应力和弯矩不变,所以在不同长度所能承受的最大压力不同;由于是伸缩杆,另一杆在此杆内部,所以R=d= 34mm, 同种材料的直管,厚度也相等,r= 28mm。

  经实验验证:在2-5米时可承受20公斤的重物;在5-8米时可承受10公斤的重物,8米以上时建议重物不要超过5公斤。

  (3) 蜗轮蜗杆的设计

  蜗轮选材ZCuSn5Pb5Zn5,砂型铸造,蜗杆选用20CrMnTi,心部调质,表面渗碳淬火硬度≥HRC45。查表得,[σ]′=125MPa 转速n= 600r/min,工作10年,每年工作300天,一天16小时,受力Ft1= 100N,λ=40。

  选择蜗杆头数,确定转速和扭矩,疲劳强度计算,剪刀的设计。

  (4)剪刀的设计

  通过对普通的剪刀进行改装,剪刀手选择特殊的弯钩形状,可迅速定位方便剪断。剪刀手放松时,刀刃部分隐藏,不会造成误伤。经实验验证:剪刀可剪小于8号线家用电线。

  (5)零件的设计

  各部元件已实现了标准化和通用化,使用和维护都比较方便。机械手部位的模块化设计,可以实现多种不同的功能。既保证了实用性,又保证了携带方便的特性。

  (6)电机的选择

  由于手动操作蜗杆装置精度高,操作简便,但速度较慢,在紧急情况下,应用电机会提高传动速率,提高工作效率。选用充电式电机,方便携带。电池电压:72伏—14伏可选;无负载旋转数:0-280/480/分钟;最大锁定扭矩17.6牛顿·米(156英寸-磅);离合扭矩设定: 22级1.0-5.9牛顿·米(9-52英寸-磅);全长:220公厘(8-21/32英寸);操作容易的正、反转切换按钮;可逆转,可变速;标准附件:电池(FEB9S),充电器UC9SD),批头。

  (7)工作原理

  利用了曲柄连杆和机电传动机构使机械手的往复闭合,实现对物体的抓取、递送。利用杠杆原理实现剪刀的闭合功能、蜗轮蜗杆的传动功能。通过简单的机电传动进行一系列人本身不能实现的送给物品的过程。在各种突发灾难或危险事故发生时,人不能接近的危险区域或人手够不到的地方,能够代替人手及时为遇难者递送物品或抢救重要物资,装置小巧,方便携带,适合于各种类似场合,甚至在不能及时救出伤者的情况下,能够维持其生命,等待救援。当施救人员摇动蜗杆传动装置的摇杆或利用电机,收紧拉线,使机械手收紧抓紧物品,到达遇难者位置,放松拉线时,机械手张开,放下物品,将机械手取出。

  四、技术难点

  1.机械手多角度变换

  机械指部位采用特殊设计,可随物体的重心在一定范围内自动进行左右调节,其设计完全模拟人手的左右旋转角度。机械腕部位采用插销定位,两个传动滑轮定向,实现90度变换。

  2.创新点

  可配备多组模块,可全方位多角度调整。机电结合。具有操作简单、夹持迅速、携带方便等特点。在实践中,抢险救援组合器械得到了应用。在各种劣条件下,很多人缺水、缺食物、缺氧气,救援人员应用抢险救援组合器械及时把伤者救出,延续生命。

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