便携式多功能背包说明书.docx
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便携式多功能背包说明书
第四届全国大学活力械创新设计大赛
四川赛区
工程设计说明书
作品名称：
便携式多功能救援背包
高校名称：
宜宾职业技术学院
设计者：
邬超汪国键胡聪王溪
完成时间：
2021年6月
第一章绪论
我国是一个地大物博的国家，但是由于土地面积广阔，地理构造较复杂，所以，也是一个灾难频发的国家，如地震、洪灾、泥石流等各种自然灾害。
然而在各种自然灾害中，几乎都会造成道路、桥梁以及各种重要交通渠道中断，导致救援人员或者救援物资不能及时送达灾区前线，以五·一二特大地震为例，地震造成了很多道路中断，山体滑坡导致堰塞湖的出现，使抢险人员不能及时的投入到救援当中。
众所周知，在抢险救灾时，时间就是生命，早一分到达灾区，就可能多救出一个生命。
为了我们的救援人员能及时有效的到达救援现场进展救援，我们便设计了便携式多功能救援背包。
1.1目前救援工具现状
担架——作用宏大，在各种救援活动当中都扮演着很重要的角色，已经成为了当今救援活动中不可缺少的局部，但是，救援担架较为笨重，不能第一时间随救援官兵到救援现场，而是随后与医疗队伍一同到达，无疑的推延了救援，如图1—1。
图1—1
单人帐篷——在救援活动开展的同时，救援人员与受害人员的休息住宿也是一个比拟大的问题，直接的关系到受灾人员的安康以及救援人员是否更好的开展救援活动。
目前的帐篷虽种类繁多，但大多属于野营帐篷与徒步帐篷，而在灾难降临并非常紧急的情况下，普通帐篷不能满足其需求，如图1—2。
图1—2
背包——背包的功能不言而喻，在各种救援活动中，都起着确定性的作用。
但功能单一，也是背包的缺乏，如图1—3。
图1—3
充气船——在零八年汶川大地震时，堰塞湖与小型湖泊阻碍了救援人员的道路，所以小型充气船发挥了很大的作用，如图1—4。
图1—4
在救援工具虽然种类繁多，但是大都用处单一且笨重，单人携带较为困难。
当灾难发生的时候，无法及时的投入到救援当中。
1.2作品改良及创新
根据如今救援工具的局限性，我们考虑将救援工具往多功能化、小型化、人性化的方向开展，故设计出了这款便携式多功能救援背包，它是集普通背包、单人充气船、救援担架、简易帐篷四大功能于一体的新式救援产品，且重量轻便易于携带。
第二章总体方案
2.1功能设计：
我们设计的这款便携式多功能救援背包，拥有四大主要功能：
1、背包：
可以充当普通的救援背包，装下普通救援人员平时装的生活物资以及必要的救援物资。
2、单人充气船：
在徒步救援中，由于没有渡水的工具，无法通过一些堰塞湖和湖泊以及河流，此背包可以通过构造的改变以及充气，变为单人式的充气船，可以横渡堰塞湖和小的湖泊以及河流。
为救援赢取珍贵的时间。
3、担架：
在救援过程中，会救援出很多伤员。
一方面，伤员由于受伤，不能随意挪动，另一方面，医用担架较为笨重，不能第一时间运抵救灾现场，所以，此背包展开可以充当担架使用，有效的防止了伤员们的第二次伤害。
4、单人帐篷：
在救援期间，救援人员的住宿是一个很大的问题，不仅关系到救援人员的安康状况，也决定着救援活动的正常开展。
所以，此背包还可以当作单人式的帐篷，以供救援人员以及伤员的住宿休息。
2.2设计计算
由于要实现背包及担架等多功能的结合，所以作为主题框架的材料既要轻便又要具有一定硬度，镁铝合金具有轻便、高硬度、不易变形、耐高压等特点,但由于加工条件有限，所以我们选择了较易加工的不锈钢来替代镁铝合金。
如表2—1所示：
组成构件
主要材料
内部框架
镁铝合金（2.15g/cm3）
1mm厚
22*10
4560mm
588.24g
2mm厚
22*22
3984mm
1370.496g
浮力系统
PVC（0.001g/cm
）
0.05cm厚
37010cm
1050g
储气装置
二氧化碳储气瓶
1升
1个
500g
辅助原件
各种连接件
1000g左右
总体
4508.736g
表2—1
〔1〕框架重量计算：
规格：
22*10〔1mm厚〕的重量
规格：
22*22〔2mm厚〕的重量
〔2〕浮力材料的重量计算：
我们预计承重量为125kg〔包括自重〕。
计算：
浮力=排开水的重量
V排=F浮/ρ水g
=125X10/1X103X10
=0.125m3
船体气囊充气后高度H=V排/S=0.11m
此高度为理论高度，在实际当中不排除客观因素，故我们采用高度为0.2m的气囊。
所以：
V实=SxH实
=0.23m3
产生最大浮力为Fmax=ρ水gv排
=1X103X10X0.23
=2300N
最大理论承重量G=Fmax/g
=2300/10
=230kg
所以,我们所设计的气囊装置完全符合使用标准以及实际要求。
2.3框架构造设计
〔1〕内部框架：
框架的作用主要是该背包能展开成为多用装置的前提条件，也就是所有装置的骨架。
〔2〕框架材料的选择：
我们采用22×22mm厚度1mm的方形管状镁铝合金为框架的主体构造，中间辅助支架构造采用20×20mm厚度为0.7mm的方形管状，如图2—1。
〔3〕材料要求如表2—1所示：
图2—1内部框架
长度
〔mm〕
220
460
200
440
180
420
600
3mm厚（根）
2
2
2
2
2
2
0
1.5mm厚〔根〕长度分别为标注长度减40mm
1
1
1
1
1
1
12
表2—2框架材料选择
第三章功能特点
3.1背包
〔1〕功能:
主要用于存放生活必需品以及一些简单的医疗设备。
〔2〕外型：
由框架折叠而成〔
〕如图3—1，背包外由防水的迷彩布料缝制而成。
如图3—2所示。
〔3〕背包内置空间：
图3—1背包内部框架
图3—2背包实图
3.2救援担架
〔1〕功能：
通过机构的变动，可迅速将背包变成一副救援担架。
用于救援伤者，防止再次受伤。
〔2〕外型：
长175cm
宽50cm如图3—3。
图3—3担架示意图
图3—4担架实物图
〔3〕构造：
此款担架由背包展开后的框架和四个可伸缩扶手以及一键控制的自动锁组成。
〔4〕旋转式扶手：
扶手内部与一根弹簧连接。
扶手尾部焊接有两可在旋转卡槽内转动的柱头。
将扶手尾部的柱头旋转进卡槽内时即可实现扶手的收缩。
平时不用时是卡死在旋转卡槽内的，当旋转扶手后，可自动弹出。
如图3—5、图3—6。
图3—5旋转扶手收缩状态
图3—6旋转扶手伸出状态
〔5〕自动锁：
用钢丝和弹簧连接锁芯，当转动开关时，弹簧受到压缩，迫使锁芯弹出锁口。
该担架共有10个自动锁，每个锁芯上的钢丝最后连接在开关上，从而实现一键多控，如图3—7。
图3—7
〔6〕开关：
开关可以上下挪动一段间隔，下面有一弹簧，在一般情况下向上弹起，开关上的齿与主体上的齿形成自锁，开关不能转动，需要开关自动锁是向下按开关，开关上的齿与主体所分开，向相应的方向转动实现自动锁的开关。
如图3—8。
图3—8
3.3充气单人船
〔1〕功能：
在没有大型救援器械的情况下用于单人乘船渡过湖泊以及堰塞湖。
〔2〕外型：
将担架大小的充气船底面固定在担架上，充气船上面粘有一层带有拉链的防水材料，在未充气的状态下，将拉链拉拢可防止充气船四处展开，而且使担架更舒适。
如图3—9。
图3—9单人充气船
〔3〕浆：
根据木扇的原理，我们用硬度较强，质量轻盈的铁片制成，浆的尾部焊接有螺栓，可与支撑帐篷的伸缩杆连接。
平时不用是可折叠起来放在背包内。
如图3—10。
图3—10浆
3.4单人帐篷
〔1〕功能：
供救援人员以及伤员的住宿休息。
〔2〕外型：
该帐篷的构造比拟简易，这也是为了在救援过程中方便快速的搭建。
它主要是在担架功能的根底上实现的。
在担架的两边焊接有两个螺帽，使伸缩的帐篷支撑杆快速固定。
在担架的中间和四个扶手处均焊有10cm高的支撑脚，使帐篷离地面有一定的间隔。
在两边的四个支脚上也均焊有螺帽，可以配合四个20cm高度的支撑杆。
20cm高的支撑杆与帐篷布及拉线连接在一起，便于搭建和放置，如图3—11。
图3—11
〔3〕帐篷布的选择：
采用一般的防水布料，将其做成帐篷的形状。
第四章主要创新点
4.1功能上的创新
〔1〕将背包、担架、单人充气船、帐篷组合为一体,实现了功能上的多样化，且互相不干扰。
〔2〕伸缩帐篷支撑杆可作为划桨的主体支架，对现有构造进展有效的利用。
4.2机械上的创新
〔1〕担架构造与背包构造的自由转换。
〔2〕采用分体式构造，各个局部用活页连接并用自动锁进展一键多控，方便折叠和变换形态。
〔3〕旋转式扶手，收放自如，简单方便。
第五章推广应用
该背包构造简单，使用方便，本钱较低，功能强大。
当今社会，虽然有很多救援设备，但遇到突发灾难时，很多救援设备都无法第一时间到达救援现场，而本设计可以由单人携带，第一时间赶到救援现场，为救援提供方便。
除了发生灾难的时候，在徒步旅行、外出郊游时，我们的背包也能得到很好的运用！
所以，本设计顺应了时代的潮流，向着多功能化、小型化、人性化的方向开展。
相信在很多自然与非自然的灾害当中都能得到很好的运用。
参考文献
【1】弹簧手册〔第二版〕张英会、刘辉航、王德成主编，机械工业出版社，2021.7
【2】机械设计手册〔第二卷〕.2版.北京：
机械工业出版社，2005.
【3】张策.机械原理与机械设计：
上册.北京：
机械工业出版社，2004.
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