安全比赛说明书一体化式智能安全帽.docx
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安全比赛说明书一体化式智能安全帽
一体化式智能安全帽
设计说明书
一体化式智能安全帽设计说明书
作品内容简介
本作品是在现有安全帽的基础上进行改进升级,在当今市面上最常见的安全帽只是简单的纯结构防护,通过增加强度和改进材料升级换代,但很少有电子设备的呈现。
虽然现阶段这种安全帽已经可以较为有效的保护头部安全,但我们认为纯结构的安全帽使用有局限性,而且这些装置更多的是在遭到撞击时进行减缓,但不能较为有效的避免不可控的危险和后期的求助,我们设想如果能将其与电子设备结合会有更大的进步空间。
对于结构上,除了外形具有美感外且特定的突出加大了坡度和最高受力点的个数,当初次碰撞时加速滑落,并且分散冲击力避免单一部位受力过大造成冲击力集中造成更大的损害,起到第一层缓冲作用,同时帽壳内有两层空隙,可缓冲、分散瞬时冲击力,从而避免或减轻对头部的直接伤害,中间由缓冲棉填充,作为第二、三层缓冲,多增加了一层缓冲结构使得卸力能力更强。
并在顶部设有一按钮,内部有压力传感器并与耳侧的通讯装置相连,当撞击强度超过整体设置最大的卸力值时(及在卸力后仍然超过人体所能承受的最大冲击力)由于超过此限值
颈椎就会受到伤害,轻者引起瘫痪,重者危及生命,所以当超过此限度时会自动由通讯装置呼叫周围人员,第一时间被注意到。
同时若工作人员施行地下工作时,气体便成了一种关键的因素,内部的气体浓度检测设备分为两大部分,左侧为固定的氧气密度检测装置,右侧为可拆卸更换的x(根据工作需求
更换)气体密度检测装置,当浓度不在安全范围内,达到危及生命安全时便会通过骨传导的听筒发出声音提醒使用者离开。
此安全帽加入了骨传导对讲装置,方便在嘈杂环境中进行不费力的交流同时起到提醒作用。
GPS定位系统方便当使用者在大程度废墟中遇难时可尽快被找寻实施急救。
1研制背景及意义
通过上网搜索“智能安全帽”关键词发现无论在国内或者是国外关于这方面的信息并不是很多。
一般的智能安全帽主要是加入了摄像装置、GPS定位装置以及通讯装置,但这些装置更多的是在遇难之后方便寻找和救助伤者,但不能较为有效的在工作中降低危险系数。
安全帽主要是用来保护头部的防护用品,但有时并不只是掉落物会威胁生命,比如在矿井中工作会遇到氧气浓度不足、吸入有害气体;嘈杂的环境中无法正常交流造成失误;当使用者失去意识时无人知晓而错过救治
为了提高使用者在遇难前、遇难时、遇难后的生存几率,以及适用于不同环境的工作,使工作更加智能化,我们设计了这样一款可适应多工作环境的多功能一体化式智能安全帽。
2设计方案
2.1多缓冲层设计
对于安全帽能承受压力主要是用了缓冲减震作用和分散应力作用。
在我们的设计中,特定的突出增加了斜度当初次碰撞时能加快滑落,分散冲击力避免造成更大的损害,起到第一层缓冲作用,同时帽壳内有两层空隙,可缓冲、分散瞬时冲击力,从而避免或减轻对头部的直接伤害,中间由缓冲垫填充,作为第二层缓冲,同时在帽壳内部以及帽壳和帽衬之间留有一定空间,可缓冲冲击力,作为第三层缓冲。
图1:
结构剖面图
2.2阶梯式触点
在帽壳上设计了特定的突出,增加了斜度和受力点的个数,当初次碰撞时能加快滑落,并随后分散冲击力避免单一部位受力过大造成更大的损害,同时突起为阶梯式存在,且每处突起拥有比此点处曲线的切线斜率更大的坡度,使得在物体接触帽壳到离开帽壳时不断加速物体滑落和分散冲击力。
图2:
一体化智能安全帽主视图
2.3压力传感呼救装置
国标中规定安全帽必须能吸收4900N当超过此限值颈椎就会受到伤害,轻者引起瘫痪,重者危及生命。
当超过此限度时,为了不错失救援第一时间,我们设计了压力传感呼救装置,在安全帽顶端有一按钮,处于与撞击物最先接触的位置,当超过此限度时会自动由通讯装置呼叫周围人员,寻求救援。
根据实际情况得知,安全帽主要在帽顶偏后的位置遭到撞击的可能性较大,所以主压力传感器设计在帽顶偏后的位置。
图3:
压力传感器工作原理图
图4:
各种型号薄膜式压力传感器
2.54气体浓度传感器装置
若工作人员施行地下工作时,气体便成了一种关键的因素,内部的气体浓度检测设备分
为两大部分,左侧为固定的氧气密度检测装置,右侧为可拆卸更换的x(根据工作需求更换)
气体密度检测装置,当浓度不在安全范围内,达到危及生命安全时便会通过骨传导的听筒发
出声音提醒使用者离开。
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图5:
气敏元件图
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2.5骨传导通讯装置
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图6:
各种气敏元件实物图
骨传导模块的应用,使得在嘈杂环境中依然可以无障碍交流,及时传递信息,同时作为压力传感器与气体传感器信号的传递对象。
图7:
骨传导无线通讯装置
图&骨传导原理图
3创新点及应用
1)整体结构的创新设计,一体化的帽壳、多缓冲的设计以及特定的突出都直接或间接的避免或减轻对头部的直接伤害。
2)薄膜式压力传感器,压力报警系统采用薄膜式压力传感器,一是灵敏度较高、二是体积小重量轻、三是可以范围接受压力,符合本设计的要求。
3)气体浓度检测装置,当使用者在地底隧道工作时除了担心塌陷危险外还可及时检测空间内的气体浓度,当浓度不在安全范围内,达到危及生命安全时便会通过骨传导的听筒发出声音提醒使用者离开。
4)骨传导的应用,嘈杂环境中依然可以无障碍交流,及时传递信息,同时作为压力传感器与气体传感器的传递对象。
5)GPS定位系统方便当使用者在大程度废墟中遇难时可尽快被找寻实施急救。
4问题及解决方案
4.1传感器的添置可能造成撞击时的二次伤害考虑到在帽壳中加入传感器等装置可能会造成二次伤害,所以在设计之初,便将传感器
的位置定位在帽壳的侧方而不是中部位置。
这样能避免第一次接触碰撞时直接与传感器等装置发生碰撞导致传感器破损造成伤害。
同时,在容纳传感器等装置的空间处会填充缓冲棉,起到保护和固定传感器的作用,除此之外,由于帽壳本身的设计为多层缓冲装置,层与层之间无通道交流,即使传感器等装置破损,由于帽壳的强度高不会轻易破裂,传感器碎片也不会贯穿帽壳对人造成伤害,而且传感器由外层帽壳保护,可极大降低由于传感器等装置的添加造成二次伤害。
4.2一体化帽壳的制作工艺通过查询安全帽的制作工艺发现市面上几乎所有的安全帽的制作都是由特定的模具进行
安全帽的成型,但由于普通的安全帽内部不需要添加其他组件,所以实现起来较为方便。
所以基于我们所设计的安全帽的外形和功能,决定在制作工艺上进行改进,同时拟定了两种制作工艺:
1)模具塑造。
在原有的前后的两组模具中中间加入第三组模具,首先对传感器的容纳位置进行确定,同时将相应区域的缓冲棉通过模具制作出来与安全帽相应的曲面实现契合,然后将传感器与缓冲棉配合在一起并用薄膜包裹起来作为中间的磨具,当前后模具靠近后,由于惯性和黏性使得中间层可按照预期效果被两侧包裹成型,实现帽壳的一体化。
2)3D打印。
一般打印时是逐层打印,但对于我们的帽壳打印时可以通过自主编程采取由内到外的打印模式,当内侧一层打印完成,可以进行装加缓冲棉和传感器,然后再进行下一层的打印,由于建模时每层见的空隙完全按照实际情况进行的设计计算,当打印下一层时并不会受到缓冲棉和传感器的影响。
5预计应用前景
在纯结构上加入了电子结构,是指趋近于智能化、现代化,通过电子结构的设置,使安全帽在原有基础上的功能更多、适用范围更广,更适合各高危工作者和组织使用。
同时相比普通的安全帽,更能有效的、多途径的在遭遇危险前、危险时、危险后提醒、保护使用者的安全。
生命是珍贵的,未知的危险是复杂的,那么我们在各方面尽可能降低危险的保护生命安全的“可适应多工作环境的多功能一体化式智能安全帽”相信很快被业内所推广的,同时我们拥有美观的外形,且内部构造并不过度复杂,具有强大的功能,并且更换与维修方便,更具有经济效益和实用价值。
6模型概念图
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