深井救援机设计说明书

材料与能源学院材料与能源学院 31120066133112006613 黄晓霖黄晓霖 深井救援机械手说明书深井救援机械手说明书 注 此说明书根据第四届全国机械创新设计大赛三峡大学作品 深井救援机 内容 完成 只对其中机械机构部分进行分析说明 未对电路控制部分进行分析 一 设计背景与目的一 设计背景与目的 1 二二 创新构思 方案设计 创新构思 方案设计 2 2 1 地面支撑部分 3 2 2 定位部分 4 2 3 调位部分 4 2 4 监控部分 5 2 5 夹持部分 6 三三 创新设计与已有或者相近产品的异同与创新之处 创新设计与已有或者相近产品的异同与创新之处 7 五 工作原理五 工作原理 8 图 1 深井前人们在努力着 深井救援机 1 设计背景与目的 近年来 报纸 电视等媒体多见报道有关孩童掉入深井的报道 且经 常由于井口太小导致耗时过长 失去最佳的救援时间 现在对于小口径 的深井的救援机构还没有有效而通用的机械 所以设计用于深井救援的 机械很有必要 二 创新构思 方案设计 根据调查相关事件所得经验 掉入深井的受困者被困形式大多数多 数情况下有三种 1 井底有水 被困者浮于水面 2 井底没水 被困者掉到井底 3 井径太小 被困者被困于井的中间 而且深井的口径有大有小 一般为 25 45cm 根据受困者的形式 特征及井口口径特征要求我们的产品需具备的功能有 1 能够适用于口径不同的深井 2 在救援过程中能够时刻观察井下的情况 3 能够灵活调整爪子自身的位置 4 救援过程中不能对受困者造成二次伤害 为了实现上述功能而设计的机械手由支撑部分 定位部分 调位部 分 监控部分 夹持部分等五大部分组成 2 1 地面支撑部分 地面支撑部分采用已有的设备 救援三角架 三角架下的钢绳另一 端连接机械手 救援三角架上安装有手摇装置 于是可手动控制钢绳的 升降 在井的深度方向上大范围的调节机械手 又因手摇装置带有自锁 功能 能保证救援过程的安全可靠 图 3 救援三角架 2 2 定位部分 为了能够适用不同型号的井我们设计的定位部分由一对横向伸缩臂 组成 伸缩臂是用丝杠丝杠来实现臂的伸缩的 伸缩臂的两端是一对弹性支 撑臂 由于井的口径不一 横向伸缩臂通过伸缩手臂 顶住井壁 保证 救援机械手的执行动作的时候稳定 而且通过伸缩 能够适应口径大小 不一的井 2 3 调位部分 调位部分要求能够调节机械手在垂直方向和水平方向的位置 以使 机械手找到合适的救援位置 为调节机械手水平方向的位置采用 360 度 旋转盘 转盘下的可以上下运动的伸缩臂可以调节机械手垂直方向的位 置 旋转盘采用蜗轮蜗杆装置蜗轮蜗杆装置 伸缩臂采用齿轮齿条装置齿轮齿条装置 通过旋转盘 的旋转和伸缩臂的伸缩 调整爪子的位置 使爪子处于合适的抓取位置 顺利完成夹持动作 其结构图如下图所示 2 4 监控部分 监控部分由监视部分监视部分和控制部分控制部分组成 监视部分由照明灯 摄像头 组成 控制部分有手动控制仪器及显示屏组成 在井底光线不好的情况 下 照明灯将井底照明 使摄像头能够清晰摄取井底情况 摄像头将井 底的图像传到地面上的显示屏 方便操作人员了解井底情况 根据井内 的情况做出判断 通过手动控制仪器手动控制机械手的动作 图 8 监控部分结构图 2 5 夹持部分 夹持部分由一对可伸缩臂 爪子及机架组成 通过伸缩臂的横向运 动 调节爪子的横向位置 使爪子处于合适的位置 从而对被困者执行 抱起动作 爪子上面安装有压力传感器 当压力达到某设定值的时候 压力传感器将获得的信号传输给显示屏 操作人员对开关进行控制 使 爪子停止运动 从而保证爪子不至于因用力过大而对受困者造成二次伤 害 图 10 夹持部分结构图 爪子上下各有一对 初始位置上面的一对爪子在上面 下面的一对 爪子处于基本竖直的位置 电机带动丝杆转动 滑块向下滑动 带动上 面的一对爪子向下运功的 下面的一对爪子向上转动 使两对爪子间的 空隙减小 实现夹紧 夹持初始状态 夹持状态 三 创新设计与已有或者相近产品的异同与创新之处 目前 只发现一个类似的专利产品 小径深井救捞装置 通过对 它的分析 发现该装置与本设计虽然在设计目的上大致相同 但是在机 构原理方面却相差甚远 装置的创新点 1 利用已有机构 支撑三脚架 2 丝杆机构的应用 3 蜗轮蜗杆机构的应用 4 齿轮齿条机构的应用 5 机械有很好的空间运动调整能力 6 具有收缩性 很好地解决深井口径小的难题 7 实时监控控制实施救援 效率高 成功率高 压力传感器 产品存在的着一些缺陷 1 抓取的时不能将抓取对象抓得较紧 安全性不可靠 本设计着重从智能控制方面着手 包括了支撑部分 定位部分 调 位部分 监控部分 夹持部分五大部分 多处采用简单可靠的伸缩机构 在一定的范围内实现了距离可调 同时配置了相关的智能仪器 能够更 加方便地进行实地操作 可伸缩装置使作品能够适用于不同型号的小径 井 爪子通过智能控制可以更简单 更安全地完成救援 四 工作原理 该装置主要由地面支撑架 钢绳 机械手三部分组成 在救援时支 撑架固定于井口正上方 通过钢绳吊动机械手 使机械手能够上下运动 机械手由定位装置 调位装置和夹持装置组成 定位装置为两对称伸缩 臂组成 在机械手降至井中适当的位置 被困者上方 0 1m 左右 时 由伸缩臂伸展开直至抵住井内壁 将整个机械手的空间位置固定 调位 部分是由一电机带动下面的夹持装置转动 调整抓紧部分至合适位置 对准被困者与井内壁间的空隙 抓紧部分是由两个可以伸缩 下部 可以弯折的臂组成 调位好后 两臂伸长穿过被困者与井内壁间的空隙 下部弯折将被困者 抱住 松开定位装置 通过钢绳将机械手拉出井口 完成救援任务 针对不同的事故情况 机械手爪子可以采用不同的操作实施救援 1 针对第一种情况即井底有水 被困者浮于水面的情况 机械手先完成旋转定位 使爪子对准被困 者与井间的间隙 然后执行垂直方向的调位 使爪子垂直向下穿过被困 者与井间的空隙 完成两部定位后 将爪子横向收回 然后通过丝杠带 动爪子抱紧被困者 最后松开定位装置 拉上救援机械手完成救援 救援流程图如下 定位装定位装 置定位置定位 水平方水平方 向调位向调位 垂直方垂直方 向定位向定位 爪子横爪子横 向合拢向合拢 爪子纵爪子纵 向合拢向合拢 完成救完成救 援援 2 针对第二种情况即井底没水井底没水 被困者掉到井底的情况 机械 手先完成旋转定位 使爪子对准被困者与井间的间隙 通过丝杠传动带 动爪子收回 使爪子处于接近水平 然后执行垂直方向的定位 使爪子 垂直下降 直到接触地面 然后调节爪子水平位置的执行动作 带动爪 子横向收回 慢慢 铲起 被困者 直到被困者被完全抱住 然后收回定 位装置 拉起装置完成救援 救援流程图如下 定位装定位装 置定位置定位 水平方水平方 向调位向调位 爪子纵爪子纵 向合拢向合拢 垂直方垂直方 向定位向定位 爪子横爪子横 向合拢向合拢 完成救完成救 援援 3 针对第三种情况即井径太小 被困者被困于井的中间的情况 此种情况是深井事故中救援较麻烦的一种 被困者与井间存在一定的压 力 且被困者与井间空隙小甚至没有空隙 给救援带来较大的麻烦 遇 到此种情况通常是用绳子套住被困者的手将被困者拉出井 但是在这个 过程中 由于被困者的手臂已经被井壁卡死 动弹的范围很小 因为被 困者隔救援人员距离较远 在救