新型急救救生圈拋投裝置

吳雪琪 汪恩理 周麗珍 李程浩 曾杰 呼格吉樂

摘 要：隨著全球現(xiàn)代化工業(yè)的快速發(fā)展，燃料燃燒后放出的二氧化碳?xì)怏w大量地進(jìn)入大氣，造成了全球氣候變暖，從而導(dǎo)致極端天氣和氣候事件頻頻發(fā)生。2005—2016 年以來廣東的“龍舟水”整體呈現(xiàn)出雨量、雨日明顯增多，雨強(qiáng)明顯增強(qiáng)的新特點(diǎn)。[2]為了及時(shí)解救他們，也方便消防人員工作，拋繩器應(yīng)運(yùn)而生，利用拋繩器可將救生圈直接拋到被困人員附近?；趯?duì)傳統(tǒng)救生圈拋繩器結(jié)構(gòu)的深入研究，設(shè)計(jì)出了一種新型救生圈急救拋投裝置。此款裝置以氣泵為發(fā)射動(dòng)力，可根據(jù)救援距離自由調(diào)節(jié)氣壓大小以及拋投角度，無發(fā)射次數(shù)限制，大大增加了救援效率，同時(shí)對(duì)救生圈加以改造，使得在夜間也能較好的進(jìn)行救援。本文詳細(xì)介紹了此此款救生圈急救拋投裝置的設(shè)計(jì)與制作。

關(guān)鍵詞：拋繩器；氣泵動(dòng)力；救生圈；角度；夜間救援

1 概述

救生圈，是指水上救生設(shè)備的一種，通常由軟木、泡沫塑料或其他比重較小的輕型材料制成，外面包上帆布、塑料等。供游泳練習(xí)使用的救生圈也可以用橡膠制成，內(nèi)充空氣，也叫作橡皮圈。船只目前配備的救生圈，一般設(shè)置在船艙內(nèi)的專門儲(chǔ)存柜內(nèi)或掛在船舷上，當(dāng)船只遇險(xiǎn)有不幸者落水時(shí)，需由船上人員或救援船只向落水者投擲救生圈，人力只能將救生圈投擲 20米左右，由于落水者在海浪或水流的沖擊下，很短的時(shí)間就會(huì)離開船只很遠(yuǎn)，這樣僅靠人力救生圈往往達(dá)不到救援的目的。[3]因此人們發(fā)明了救生圈拋投裝置，但是現(xiàn)有的救生圈拋投裝置在使用時(shí)仍存在一些不足，如：救生圈拋投裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)動(dòng)力裝置發(fā)射時(shí)施救人員會(huì)受到很大的坐力大，[1]具有安全隱患，拋投救生圈時(shí)方向和距離不好控制，并且拋射的次數(shù)受到限制。此外，在夜間救援時(shí)由于光線暗，救援的成功率往往較低，很難在第一時(shí)間使落水者抓住救生圈，導(dǎo)致救援失敗。針對(duì)以上不足，我們決定設(shè)計(jì)出一種高效率并且適合夜間救援的急救拋投裝置。

2 功能簡(jiǎn)介

新型救生圈急救拋投裝置通過在支撐架上安裝旋轉(zhuǎn)軸，且在旋轉(zhuǎn)軸上連接安裝架，使得工作中可以根據(jù)落水者的遠(yuǎn)近調(diào)整救生圈的拋投角度，使救生圈可以大致的掉落到落水者的附近，從而使落水者可以用最少的時(shí)間抓住救生圈，提高了救援的速度。整套裝置采用氣泵動(dòng)力發(fā)射系統(tǒng)，可以根據(jù)救援距離，自由調(diào)節(jié)氣壓大小，實(shí)現(xiàn)隨充隨用的可能，對(duì)自動(dòng)充氣式救生圈進(jìn)行改造，使其適合在夜間救援，提高夜間救援的成功率。

3 新型救生圈急救拋投裝置主要結(jié)構(gòu)

“新型救生圈急救拋投裝置”，如圖1-5所示。

4 新型救生圈急救拋投裝置的物理原理

在理想情況下，運(yùn)用壓強(qiáng)和力的關(guān)系，根據(jù)動(dòng)量守恒、熱學(xué)中的單個(gè)空氣分子的動(dòng)能，演算出救生圈拋出速度與壓強(qiáng)、溫度之間的關(guān)系。再根據(jù)救援距離等實(shí)際情況，結(jié)合以上的推算，用氣泵動(dòng)力裝置給密封管充氣，達(dá)到指定壓強(qiáng)。打開開關(guān)，使救生圈準(zhǔn)確拋到被困人員可觸及的周圍進(jìn)行救援。救生圈中的泡沫條具有吸水力低，高柔韌性，質(zhì)量輕等特點(diǎn)。根據(jù)物體在液體中，排開體積時(shí)會(huì)受到浮力的作用，同時(shí)泡沫條的密度小于水的密度，保證了泡沫條會(huì)漂浮在水面上。根據(jù)能量守恒定律和能量之間的相互轉(zhuǎn)化原理，熒光貼紙，作為環(huán)保材料，白天吸光儲(chǔ)存能量，晚上自發(fā)光放出能量，能維持較長(zhǎng)時(shí)間，還具有耐磨高粘的特點(diǎn)，與水接觸粘性也不減，貼在實(shí)心泡沫條上，作為救生圈所在位置的標(biāo)志，方便救援。

5 型救生圈急救拋投裝置的制作過程

（1）選擇合適大小的板作為底座，在底座兩側(cè)焊接兩塊尺寸相同的支撐板，在兩塊支撐板對(duì)稱位置處鉆兩個(gè)孔，在兩個(gè)孔之間安裝長(zhǎng)度合適的旋轉(zhuǎn)軸。再在底座上表面安裝減速電機(jī)，在減速電機(jī)旁邊安裝繞繩柱，在旋轉(zhuǎn)軸的外面安裝氣泵。

（2）在底座的底面安裝四個(gè)滾輪，其中兩個(gè)滾輪具有剎車功能，另外兩個(gè)滾輪無剎車功能，用來隨時(shí)啟動(dòng)和制動(dòng)裝置。

（3）在旋轉(zhuǎn)軸的一側(cè)焊接密封管，與密封管相連接的是安裝架，通過控制閥門來調(diào)節(jié)密封管內(nèi)的氣壓大小，安裝架兩側(cè)均設(shè)置有卡槽，在卡槽底部設(shè)置滑動(dòng)槽，將救生圈安裝在卡槽中。

（4）在旋轉(zhuǎn)軸的外部焊接改進(jìn)過的把手，在安裝有把手的支撐板上設(shè)置若干定位孔，（可根據(jù)需要在后期適當(dāng)增加定位孔數(shù)量），可以將把手底部的支撐桿插入定位孔中，使得旋轉(zhuǎn)軸和安裝架固定朝向指定方向。工作中的把手可以在支撐板一側(cè)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，利于調(diào)節(jié)安裝架和救生圈的拋投角度。

（5）在救生圈四周固定聚乙烯泡沫條，在泡沫條上貼上熒光貼。將救生圈安裝在半球形薄塑料殼中，這樣可以大大減少救生圈在飛行過程中的阻力，定位能力也越好。

6 新型救生圈急救拋投裝置的使用說明

（1）進(jìn)行裝置操作的時(shí)候，首先將裝置與電源相連接，保證裝置可以完好運(yùn)行，將救生圈的繩索放在指定的位置，以備隨時(shí)使用。

（2）在救援過程中，先將裝置推到合適的位置，可以使救生圈落向被困人員。

（3）根據(jù)當(dāng)時(shí)的天氣情況和距離被困人員的實(shí)際距離，握住把手，轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，將安裝架和救生圈處于合理的角度，打開氣泵，將密封管內(nèi)的壓強(qiáng)增加至預(yù)定數(shù)值，打開閥門，利用密封管內(nèi)外之間的高強(qiáng)度壓強(qiáng)差將救生圈拋投出去。

（4）當(dāng)被困人員抓住救生圈后，啟動(dòng)減速電機(jī)，將被困人員連同救生圈一起拉回安全區(qū)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉浪波.新型拋繩器設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D].大連海事大學(xué)，2013.

[2]王娟懷，楊守懋，韋智嘉，胡婭敏.全球氣候變暖背景下廣東“龍舟水”的變化特征[J].廣東氣象，2018，40（01）：4-8.

[3]邱冶.新型救援裝置救生拋投器研制成功[N].科技日?qǐng)?bào)，2005-06-23（011）.

作者簡(jiǎn)介：吳雪琪（1997-），女，浙江溫州蒼南人，湖州師范學(xué)院理學(xué)院科學(xué)教育專業(yè)15級(jí)學(xué)生，本科。

指導(dǎo)老師：呼格吉樂（1980-），男，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，工程碩士學(xué)位，湖州師范學(xué)院省級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與物理教學(xué)儀器開發(fā)。