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：隨著全球現代化工業的快速發展，燃料燃燒后放出的二氧化碳氣體大量地進入大氣，造成了全球氣候變暖，從而導致極端天氣和氣候事件頻頻發生。2005—2016 年以來廣東的“龍舟水”整體呈現出雨量、雨日明顯增多，雨強明顯增強的新特點。[2]為了及時解救他們，也方便消防人員工作，拋繩器應運而生，利用拋繩器可將救生圈直接拋到被困人員附近?；趯鹘y救生圈拋繩器結構的深入研究，設計出了一種新型救生圈急救拋投裝置。此款裝置以氣泵為發射動力，可根據救援距離自由調節氣壓大小以及拋投角度，無發射次數限制，大大增加了救援效率，同時對救生圈加以改造，使得在夜間也能較好的進行救援。本文詳細介紹了此此款救生圈急救拋投裝置的設計與制作。

關鍵詞：拋繩器；氣泵動力；救生圈；角度；夜間救援

1 概述

救生圈，是指水上救生設備的一種，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。供游泳練習使用的救生圈也可以用橡膠制成，內充空氣，也叫作橡皮圈。船只目前配備的救生圈，一般設置在船艙內的專門儲存柜內或掛在船舷上，當船只遇險有不幸者落水時，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，很短的時間就會離開船只很遠，這樣僅靠人力救生圈往往達不到救援的目的。[3]因此人們發明了救生圈拋投裝置，但是現有的救生圈拋投裝置在使用時仍存在一些不足，如：救生圈拋投裝置結構簡單，傳統動力裝置發射時施救人員會受到很大的坐力大，[1]具有安全隱患，拋投救生圈時方向和距離不好控制，并且拋射的次數受到限制。此外，在夜間救援時由于光線暗，救援的成功率往往較低，很難在第一時間使落水者抓住救生圈，導致救援失敗。針對以上不足，我們決定設計出一種高效率并且適合夜間救援的急救拋投裝置。

2 功能簡介

新型救生圈急救拋投裝置通過在支撐架上安裝旋轉軸，且在旋轉軸上連接安裝架，使得工作中可以根據落水者的遠近調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間抓住救生圈，提高了救援的速度。整套裝置采用氣泵動力發射系統，可以根據救援距離，自由調節氣壓大小，實現隨充隨用的可能，對自動充氣式救生圈進行改造，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構

“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，運用壓強和力的關系，根據動量守恒、熱學中的單個空氣分子的動能，演算出救生圈拋出速度與壓強、溫度之間的關系。再根據救援距離等實際情況，結合以上的推算，用氣泵動力裝置給密封管充氣，達到指定壓強。打開開關，使救生圈準確拋到被困人員可觸及的周圍進行救援。救生圈中的泡沫條具有吸水力低，高柔韌性，質量輕等特點。根據物體在液體中，排開體積時會受到浮力的作用，同時泡沫條的密度小于水的密度，保證了泡沫條會漂浮在水面上。根據能量守恒定律和能量之間的相互轉化原理，熒光貼紙，作為環保材料，白天吸光儲存能量，晚上自發光放出能量，能維持較長時間，還具有耐磨高粘的特點，與水接觸粘性也不減，貼在實心泡沫條上，作為救生圈所在位置的標志，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，在底座兩側焊接兩塊尺寸相同的支撐板，在兩塊支撐板對稱位置處鉆兩個孔，在兩個孔之間安裝長度合適的旋轉軸。再在底座上表面安裝減速電機，在減速電機旁邊安裝繞繩柱，在旋轉軸的外面安裝氣泵。

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

（3）在旋轉軸的一側焊接密封管，與密封管相連接的是安裝架，通過控制閥門來調節密封管內的氣壓大小，安裝架兩側均設置有卡槽，在卡槽底部設置滑動槽，將救生圈安裝在卡槽中。

（4）在旋轉軸的外部焊接改進過的把手，在安裝有把手的支撐板上設置若干定位孔，（可根據需要在后期適當增加定位孔數量），可以將把手底部的支撐桿插入定位孔中，使得旋轉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自由轉動，利于調節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）進行裝置操作的時候，首先將裝置與電源相連接，保證裝置可以完好運行，將救生圈的繩索放在指定的位置，以備隨時使用。

（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）根據當時的天氣情況和距離被困人員的實際距離，握住把手，轉動旋轉軸，將安裝架和救生圈處于合理的角度，打開氣泵，將密封管內的壓強增加至預定數值，打開閥門，利用密封管內外之間的高強度壓強差將救生圈拋投出去。

（4）當被困人員抓住救生圈后，啟動減速電機，將被困人員連同救生圈一起拉回安全區域。

參考文獻：

[1]劉浪波.新型拋繩器設計及試驗研究[D].大連海事大學，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].科技日報，2005-06-23（011）.

作者簡介：吳雪琪（1997-），女，浙江溫州蒼南人，湖州師范學院理學院科學教育專業15級學生，本科。

指導老師：呼格吉樂（1980-），男，蒙古族，內蒙古通遼人，高級實驗師，工程碩士學位，湖州師范學院省級物理實驗教學示范中心，從事物理實驗教學與物理教學儀器開發。