安全人机产品设计方案大学.docx

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安全人机产品设计方案大学

煤矿可拆卸自救器

——安全人机工程学产品设计

院系：

华北科技学院安全工程学院

班级：

安全

专业：

安全工程

指导老师：

姚建

设计学生：

设计时间：

1技术背景

通过调查了解情况，某煤矿矿职工自救器使用情况，及自救器的原理，使用说明及注意事项。

得知他们矿职工下井前不带自救器或者不会使用的情况基本为零。

自救器是入井人员在井下发生火灾、瓦斯、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出时防止有害气体中毒或缺氧窒息的一种随身携带的呼吸保护器具。

自救器是一种体积小、重量轻、便于携带的防护个人呼吸器官的装备。

1.1现有技术

1.1.1国内现有技术

我国自救器的发展现状50年代我国就开展了矿用自救器及其化学药剂的研究工作，经过产品更新换代，现有40min、60min、90min系列过滤式自救器和10min、15min、20min、40min、60mln系列化学氧自救器及15min、30min、45min系列压缩氧自救器产品。

1.1.2国外现有技术

而国外现有的技术多由早期的矿用自救器加以改进，开发而来。

而如德国、美国等矿用大国技术也普遍完善，而自救器的种类也有矿类发展的其他的地下产业。

而先进大国的矿类产业技术也较为现进，地下的救急措施也普遍完善。

1.2现有状况

1.2.1国内现有状况

ZH30型隔绝式化学氧自救器

一、ZH30型自救器特点：

自救器具有体积小、重量轻、启动可靠、生氧快速、吸气温度低、初期启动装置使用压缩氧气直接供氧等优点。

二、ZH30型自救器的用途及使用范围：

自救器是便携式个人呼吸系统保护装置。

主要用于矿山井下发生灾害事故，造成环境中缺氧或存在有毒有害气体危及矿工生命安全时，及时佩带自救器可以安全撤出灾区。

1.2.2国外现有状况

现南非等地的地下矿类事故，矿工的自救有部分采用，与我国大体相似，其他地方的方法现无法得知。

1.3存在的问题

自救器的气密性要随时检查。

如果自救器发生漏气装置内的反应就不会完全反应，产出的氧气会大大减少，严重影响工作人员的逃生，大大降低了逃生概率。

自救器药品时间长了就会发生质变或者失效，可想而知如果发生后果不堪设想。

2设计原理

2.1设计方案

图一普通隔绝式化学氧自救器外形结构

图二自救器内部结构

图三气体压力自带LED显示传感器

图四螺旋式底盖

1）.在产生氧气的瓶子<图二）的顶部制造一个大小和压力传感器<图三）相吻合的小孔，然后采用法兰结构将传感器镶嵌到瓶子内部。

2）.将瓶子<图二）的底部的四分之一剪掉，然后将底部制成如<图四）所示的螺旋状的形状，剩下部分也制成该形状，并使其两个不封相互吻合，不漏气。

当药品失效或者变质是进行换药。

2.2设计原理

佩带者呼出的气体从呼气阀进入药罐，呼出气体中的水蒸汽和二氧化碳在药罐中和超氧化钾反应，生成氧气，贮存于气囊中，满足人体呼吸需要。

化学反应

方程式如下：

4KO2+2H2O→4KOH+3O2↑+Q 2KOH+CO2→ K2CO3+H2O+Q 

吸入气体成分：

O2浓度：

≥21％    CO2平均浓度：

≤1.5％    CO2最大浓度：

≤3.0%

防护时间：

呼吸量：

60L/ min<74W）≥30 min    静坐：

≥120 min 

吸气温度：

≤55℃ 

2.3产品特点

有专业的瓶内气体压力检测仪器，随时查看是否漏气，底部设计成螺旋模式，可以随时更换药品，保证产氧气的化学反应的进行。

2.4创新点

压力传感器保证了瓶内压力充足，产生的氧气不发生泄露，给发生事故的工人更大几率的逃生希望和动力。

可更换药品保证了氧气的充足，而且方便简单，降低了更换成本。

3产品功能

3.1产品结构

自救器主要由气瓶组、气囊组及外壳组组成：

气瓶组包括氧气瓶、氧气高压开关、减压供给补给阀、压力表等。

2、气囊组由口具、鼻夹、呼吸导管、气囊、排气阀及呼吸阀等组成。

3、清洁罐内装入定量的、符合标准的CO2吸收剂，压力传感器。

3.2产品功能

 1）本系列压缩氧煤矿自救器采用了人体呼吸系统与外界环境完全隔绝，可以有效防止各种有毒有害气体侵入人体呼吸系统，能满足遇险人员快速逃生时使用。

 2）采用了循环呼吸方式，人呼出的气体通过CO2吸收剂，把CO2吸收掉，而余下的气体和减压器输出的氧气进入气囊，通过口具吸入人体肺部。

与往复式呼吸方式<指呼、吸气流皆通过吸收剂）相比，其优点是阻力小、无粉尘吸入、不呛人、吸气温度低、舒适、安全可靠。

 3）具有三种供氧方式：

定量供氧，自动补给供氧和手动补给供氧。

大大提高了呼吸保护的安全可靠性。

 4）采用了先进的减压原理，体积小、重量轻、工作稳定可靠、拆装十分方便。

 5）充氧气、装吸收剂方便，维护、修理简单。

可重复使用，成本低廉。

6>有效利用压力传感器，防止意外事故。

3.3产品优缺点

3.3.1产品优点

 1.隔绝式：

呼吸系统与外界环境完全隔绝，防止有毒气体侵入人体，满足遇险人员快速逃生。

 2.体积小，重量轻：

不锈钢ZH30D自救器采用了生氧灌和下外壳合二为一的设计，大大减轻了自救器的重量和体积。

 3.耐腐蚀：

外壳材料采用不锈钢，大大降低了井下恶劣环境的腐蚀性。

 4.采用：

新型启动生氧装置-氧气瓶，生氧快，不着火，更安全。

 5.整机重量：

≤1800g

6.外型尺寸：

175*125*75

有专业的瓶内气体压力检测仪器，随时查看是否漏气，可以随时更换药品，保证产氧气的化学反应的进行。

3.3.2产品缺点

经调查，市场上气体压力传感器的价格大概在150——3000元/个左右，隔绝式自救器大概在1200——1600元/个左右，加上加工费、药品费，大概2200元左右。

价格有点昂贵。

3.4使用方法

1、将专用腰带穿入自救器皮带卡，固定在背部腰间。

2、使用时先将自救器转到腹前，一手托底，另一手拉开封口带。

3、去掉上外罐，手提头带将自救器抽出后将下外罐丢弃。

4、戴好头带，整理好气囊。

5、拔掉口具塞，迅速启动氧烛<若氧烛启动失效，应深吸气后通过口具向药罐呼气以强制生氧）。

6、将口具放入口中，口具片置于唇齿之间，牙齿咬紧牙垫，用鼻夹垫夹住鼻子，开始用口呼吸。

7、均匀呼吸，快速撤离灾区。

3.5使用注意事项

1、佩戴自救器撤离灾区时要注意口具和鼻夹一定要咬紧夹好，绝不能中途取下口具和鼻夹。

2、生氧剂产生的氧气要比环境空气温度干热，但对人体无害。

3、佩戴时不要压迫气囊，以防损坏漏气。

4、佩带自救器要求操作准确迅速，使用者必须经过预先训练，并经考试合格方可配备。

4市场应用价值

1）可供煤矿井下作业人员在发生瓦斯突出、爆炸、井下环境空气被有害气体污染等灾害性事故时，以及救护人员在呼吸器发生故障时迅速撤离灾区使用。

2）可供化工部门在对设备进行简单维护以及有毒有害气体逸出时使用。

3）可供石油开采作业时，天然气及其它有毒气体大量突出时使用。

4）可装备在现代化高层建筑中，当发生灾害性火灾、二氧化碳严重污染环境时，供遇难人员佩戴逃生和待救时使用。

5）也可供其它部门在有毒有害气体或缺氧环境中使用。

5展望

5.1结论

自救器是入井人员在井下发生火灾、瓦斯、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出时防止有害气体中毒或缺氧窒息的一种随身携带的呼吸保护器具，可加强在灾难的时候矿工人员的活命机会，大大增加了救助的可能。

5.2不足

产氧量少，不能使工人较长时间的进行呼吸，当发生重大事故时，不能不能提供好的呼吸环境。

由于经济原因没有具体的实物设计，只是简单的靠理论来设计，没有和实际相结合，可能还有许多缺点没有发现。

5.3展望

煤矿自动化规划是以综合考虑、总体规划、分步实施、重点突破、逐步推广为指导思想。

以科学发展观与和谐矿区建设为目标。

以“人本安全、节能降耗、提高效率”为出发点和落脚点，用先进适用技术改造传统产业。

争取在三到五年内（十一五期间>按照煤矿先进程度的差异建立不同等级的自动化系统，建立自动化系统的远程监控、诊断与维护中心，通过信息广域网实现煤矿综合自动化平台、生产过程的自动化系统与信息化的有机融合，从而加速信息化向煤矿生产过程和系统的延伸，加速信息化的整体进程。

 目前矿井分为新建矿井、正在生产的主力矿井和正在衰老的矿井。

新建矿井全部采用以建立综合自动化网络平台为主导，使矿山的自动化控制和管理水平一步到位。

正在生产的主力矿井是自动化基础较好的矿井，要先建立综合自动化平台和井上下高速、宽带、光纤环网：

对下实现与提升、排水、主扇、压风、运输、供电工作面等自动化子系统相联，实现从设备的集中控制，向系统集中控制过渡。

对上通过信息广域网络和远程监控、诊断与维护中心相联。

正在衰老的矿井自动化基础相对比较薄弱，要采用先子系统后综合的理念进行建设，即按照“人本安全、提高效率、节能降耗”的目的顺序进行改造，优先改造安全系数低、用人多、耗能大、维护量大的子系统，使其成为具备远程监控的自动化子系统，提高系统的安全性，实现节能和提效。

5.4心得

这次，安全人机的设计，首先，我们通过上网和询问老师，了解五大高危行业的一些情况，分析了其危险系数和缺陷，进而确定了设计“煤矿可拆卸自救器”的设计思路，然后，在网上搜索了大量的资料，并且通过小组讨论后确定了产品的基本结构和框架，每个人分工，去搜集资料，确定产品的现实材料和经济情况。

最后，按照设计思路整合，经过多次检查和修改，才得出“煤矿可拆卸自救器”的产品设计。

这次，产品体会很深刻。

通过网上和询问老师搜索资料，我们了解了一些做为安全专业很重要，很简单，但是我们却不知道的知识，了解了矿井的一些操作流程和安全措施。

这次设计让我们开动了大脑，运用了自己所学的内容，开拓思路设计。

虽然，结合实际情况和经济条件，我们设计的产品没有进行实物验证，但是这个设计经过专业人员修改一定能够生产，并给矿山工作人员带来福音。