基本信息
- 項目名稱：
- 面向地震救援應用的起重/支撐器設計與研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 地震中受災人員致死的最主要的原因是由于房屋損毀、倒塌所造成的砸傷和掩埋。地震救援主要是指迅速搜索與營救由于地震造成的建筑物破壞而被壓埋人員的舉動，由于余震和受損建筑物的不穩(wěn)定性，這對救援人員及被困人員來說都是一項非常危險的工作。針對被困人員已經(jīng)定位，在挖掘救援過程中所出現(xiàn)的兩個主要的問題：（1）大型設備如挖掘機，起重機等無法到達事發(fā)現(xiàn)場，而輕型機械設備如千斤頂、倒鏈等又無法有效的進行使用；（2）大型機械設備到達現(xiàn)場，但在挖掘過程中如果沒有保護措施又可能造成倒塌房屋等設施對被困人員的二次擠壓；本作品所設計的起重/支撐器，既可以作為起重設備來使用，撐起壓在被困人員身上的水泥板等將被困人員救出，亦可作為保護裝置，在大型機械設備進行挖掘救援時為被困人員提供支撐保護免受倒塌房屋對被困人員的二次擠壓。該設計具有支撐力大、結構簡單、便于操作、對不同環(huán)境適應性強等優(yōu)點，可作為地震救援過程中的有效輔助工具進行使用。
- 詳細介紹：
- 地震是自然界最可怕的現(xiàn)象之一。有歷史記載以來，地震已經(jīng)導致了無法估量的財產(chǎn)損失，并奪去了千百萬人的生命。僅上一世紀，所發(fā)生的地震災難就超過了150多萬次。通常，并不是地震本身奪走人的生命，而是地震引起的人造建筑的毀壞以及隨之而來的其他自然災害（比如海嘯、雪崩以及塌方）造成人員傷亡。 地震救援主要是指迅速搜索與營救由于地震造成的建筑物破壞而被壓埋人員的舉動。這個過程主要包括被困人員的位置確定（搜尋階段）和被困人員的救援（救援階段）兩個主要環(huán)節(jié)。針對第一階段，目前國際上常用的搜尋手段主要包括：生命探測儀、熱紅外生命探測儀、“蛇眼”、聲波振動生命探測儀、搜救犬、救援機器人等，由于本作品的設計所面向的階段為救援階段，所以搜尋階段所涉及的工作就不再一一贅述。 地震災后，一旦被困人員的位置被確定，接下來的工作便是救援，也就是盡快將被困人員救出。綜合相關資料，在地震過程中房屋倒塌而導致屋內(nèi)人員被困，主要有兩種形式：被困人員沒有直接被房屋的水泥板等物砸中，而是被困在一個狹小的空間中；二是被困人員被水泥板等物砸中，但不是致命部位或砸中時載荷較小，使得被困人員受傷但在一段時間內(nèi)仍能夠繼續(xù)生存。為把被困人員救出，最直接的辦法就是把壓在被困人員身上的水泥板、瓦礫等物移開，這個工作目前通常有兩種方式：一是人工挖掘，二是利用大型的機械設備如挖掘機、起重機等進行挖掘。對于人工挖掘，顯然工作量巨大，工作效率較低，對于那些流血較為嚴重的被困人員，時間將是非常珍貴的，而且由于余震及受損房屋的不穩(wěn)定性這也會對救援人員的安全產(chǎn)生威脅；對于大型機械設備的挖掘，工作效率雖然高，但是在挖掘的過程中，由于本身的負載以及較大的挖掘力，可能導致被損房屋的再次倒塌，從而可能產(chǎn)生對被困人員的二次擠壓。 針對救援過程中所面臨的以上問題，本作品設計出面向地震救援過程中的輔助工具—起重/支撐器。對于壓在被困人員身上的水泥板等物較少時（百噸重以內(nèi)，并不直接作用于被困人員），此起重/支撐器可作為起重設備使用，將壓在被困人員身上的水泥板等雜物托起，給被困人員以充足的移動空間和救援空間；對于壓在被困人員身上的水泥板等物較重時（數(shù)百噸重，并不直接作用于被困人員），而必須要由大型機械進行挖掘時，此起重/支撐器可作為支撐保護裝置來使用，確保機械挖掘過程中被困人員不再遭受建筑物的二次擠壓。 本設計該設計具有支撐力大、結構簡單、便于操作、對不同環(huán)境適應性強等優(yōu)點，可作為地震救援過程中的有效輔助工具進行使用。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本設計旨在解決地震救援過程中所面對的兩個關鍵問題：救援和救援過程中的保護，面對被困人員所面臨的不同情況，本作品既可作為起重器來使用亦可作為支撐器來使用。本設計將正四面體、球體元素，以及并聯(lián)驅(qū)動等要素綜合考慮，以滿足起重/支撐器的設計目的。起重/支撐器未工作狀態(tài)為一球體，設計為球體的主要目的是便于將此設備投放到被困人員身邊，起重/支撐器工作時，將以正四面體的形式通過并聯(lián)形式的液壓驅(qū)動從球體中伸出，正四面體形式的伸展可以以穩(wěn)固的姿態(tài)進行起重或是支撐，并聯(lián)形式的液壓驅(qū)動可以為機構提供足夠的起重輸出力或是支撐力。 該設計的創(chuàng)新點在于打破傳統(tǒng)的千斤頂式的單一方向的起重方式，將承載的接觸點增加至四個（根據(jù)需要可以設置更多的接觸點），這樣在起重的時候就可以更大范圍內(nèi)將壓在被困人員身上的水泥板等物起重起來或支撐住，也增加了此設備對不同環(huán)境的適應能力，無需人工定位，通過正四面體的四個頂點設備會自動調(diào)節(jié)其姿態(tài)以適應起重/支撐環(huán)境。 技術的關鍵在于并聯(lián)形式的液壓驅(qū)動的實現(xiàn)，以及機構工作過程也就是以正四面體形式伸展過程中的四個節(jié)點處運動副的設計及位置布置。 設計的主要指標包括：起重/支撐量、工作行程、自身外形尺寸及重量等。
科學性、先進性
- 在地震救援過程中，為移除倒塌房屋的水泥板等雜物，人們所使用的簡單的機械設備主要包括千斤頂、手動葫蘆等設備。千斤頂其結構簡單，承載力大，在諸多領用都得到了廣泛的應用，但在救援過程中，如果使用千斤頂頂起壓在被困人員身上的水泥板等物，則需要較大的空間，還要對千斤頂?shù)牡鬃糠值某休d物進行清理加固，從力學的角度來看，千斤頂與水泥板之間的接觸近似為點接觸，在起重時，非常容易導致水泥板的破碎，從而導致起重失敗。 本作品所設計的起重/支撐器，克服了傳統(tǒng)器械在救援工作中的諸多約束，利用正四面體形式的支撐點來對埋壓物進行起重，一是增加了接觸點，由點接觸變?yōu)槊娼佑|，從而可以大大提高起重的重量和起重的穩(wěn)定性；二是對工作空間要求較小，只需將未工作狀態(tài)的球體形起重/支撐器放入需起重的埋壓物下即可，起重/支撐器工作時將自動調(diào)整姿態(tài)以適應起重環(huán)境。另外，根據(jù)球體直徑的大小可以對起重/支撐器系列化，在不同的工況下選擇不同的尺寸，也可不同尺寸結合起來使用，由小到大逐步將埋壓物起重起足夠大的救援空間。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 方案確定，準備樣機制造。
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 專利或成品設備。
作品可展示的形式
- 樣機現(xiàn)場操作演示。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該設計在常態(tài)下為一球體，在球體內(nèi)部為一可伸縮的正四面體起重/支撐機構和液壓驅(qū)動桿件（動力外置，可手動也可電動）。對于壓在被困人員身上的水泥板等物較少時（百噸重以內(nèi)，并不直接作用于被困人員），此起重/支撐器可作為起重設備使用，將壓在被困人員身上的水泥板等雜物托起，給被困人員以充足的移動空間和救援空間；對于壓在被困人員身上的水泥板等物較重時（數(shù)百噸重，并不直接作用于被困人員），而必須要由大型機械進行挖掘時，此起重/支撐器可作為支撐保護裝置來使用，確保機械挖掘過程中被困人員不再遭受建筑物的二次擠壓。本設計該設計具有支撐力大、結構簡單、便于操作、對不同環(huán)境適應性強等優(yōu)點，可作為地震救援過程中的有效輔助工具進行使用。 作為專業(yè)性的救援工具，沒有類似機構上市，相關的文獻中還沒有類似機構的介紹，研制上基本屬于空白。因此此作品將有較好的推廣前景及巨大的社會及經(jīng)濟價值。
同類課題研究水平概述
- 地震救援主要是指迅速搜索與營救由于地震造成的建筑物破壞而被壓埋人員的舉動。這個過程主要包括被困人員的位置確定（搜尋階段）和被困人員的救援（救援階段）兩個主要環(huán)節(jié)。針對第一階段，目前國際上常用的搜尋手段主要包括：生命探測儀、熱紅外生命探測儀、“蛇眼”、聲波振動生命探測儀、搜救犬、救援機器人等，這些手段的目的只有一個尋找到被困人員。由于本作品的設計所面向的階段為救援階段，所以搜尋階段所涉及的工作就不再一一贅述。 一旦被困人員的位置被確定，接下來的工作便是救援，也就是盡快將被困人員救出。相對于搜尋階段，救援階段的手段顯然不如前者發(fā)展的迅速。這個工作目前通常有兩種方式：一是人工挖掘，二是利用大型的機械設備如挖掘機、起重機等進行挖掘。對于人工挖掘，顯然工作量巨大，工作效率較低，對于那些流血較為嚴重的被困人員，時間將是非常珍貴的，而且由于余震及受損房屋的不穩(wěn)定性這也會對救援人員的人身安全產(chǎn)生威脅；對于大型機械設備的挖掘，工作效率雖然高，但是在挖掘的過程中，由于本身的負載以及較大的挖掘力，可能導致被損房屋的再次倒塌，從而可能產(chǎn)生對被困人員的二次擠壓。因此，“找人難，找到人救出來更難”。 目前我國在地震救援方面所使用的輔助工具還主要是常用的普通非專業(yè)的救援工具，如千斤頂、倒鏈、小氣墊、輕型鉆機等簡單的機械設備，對專業(yè)性的救援工具的研發(fā)目前基本還沒有形成體系，因此在專業(yè)救援方面所能運用的工具就相對有限，與之相對比的是，俄羅斯建有“技術安全和新技術特別中心”，能提供統(tǒng)一的技術保障，保證技術的正確性，保證搜索、救援以及其他營救裝備的技術安全性；俄羅斯還建有“民防和應急科學研究院”，已完成1000多項科學研究和建設的實驗任務，其中包括新技術的開發(fā)、搜索和救援設備的生產(chǎn)。美國成立有“搜索與救援跨部門委員會”（ICSAR），專門設立救援裝備與技術工作組，與若干所大學合作共同設立城市搜救裝備的研發(fā)機構；而在日本，開發(fā)救災技術已成為一種常規(guī)的工業(yè)。 本設計針對地震救援過程中所面臨的幾個關鍵問題，設計研制既能作為起重器使用又能作為支撐保護使用的起重/支撐器，為災后救援提供一種輔助工具。目前國內(nèi)外還沒有相關文獻有此種設備的介紹，研發(fā)還處于空白。
