陳慧君 黃強(qiáng)

摘 要：隨著汽車數(shù)量急劇增長(zhǎng)，與之帶來(lái)的安全問(wèn)題令人擔(dān)憂。在操作失誤或其它事故中，當(dāng)車輛落入水中后易導(dǎo)致車內(nèi)人員不幸溺亡。該文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種新型的裝置，能確保汽車入水后能飄浮于水面，為乘客逃脫爭(zhēng)取時(shí)間，同時(shí)也為營(yíng)救降低難度。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、可靠耐用，具有廣闊的應(yīng)用前景。該裝置已獲批國(guó)家實(shí)用新型專利。

關(guān)鍵詞：汽車 安全浮起裝置 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 方案分析

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（a）-0075-02

汽車作為一個(gè)很普通的交通工具，給人們的工作、生活帶來(lái)了很多的便利，但隨之而來(lái)的汽車安全問(wèn)題也日益突出。隨著近年來(lái)不斷有人駕車不慎落入水中后溺亡，有人便開(kāi)始嘗試研究汽車的浮力裝置。目前，浮力裝置已經(jīng)應(yīng)用到交通事故打撈方面，遺憾的是事后使用的浮力裝置，在搶救及時(shí)性方面不如安裝在汽車車身上的裝置?；诖耍覀儎?chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種汽車入水后安全浮起裝置，該裝置可是實(shí)現(xiàn)汽車入水后安全浮起的功能，從而有效提升汽車的安全性能，確保車上乘客的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

1 汽車入水后安全浮起裝置基本構(gòu)成

汽車入水后安全浮起裝置主要由儲(chǔ)氣罐、氣管、氣袋、拉索裝置等部件構(gòu)成，如圖1所示。

（1）儲(chǔ)氣罐。

儲(chǔ)氣罐的作用是儲(chǔ)存氣體。當(dāng)汽車落水后，儲(chǔ)氣罐中的高壓氣體會(huì)流經(jīng)氣管進(jìn)入前后氣囊中，使得氣囊充氣，并產(chǎn)生浮力，從而確保汽車不沉入水底，為車上人員的安全逃生提供便利。儲(chǔ)氣罐為合金材料不銹鋼儲(chǔ)氣罐。將儲(chǔ)氣罐安裝在汽車后備箱中，并通過(guò)固定卡槽的形式，將其固定在后備箱中。

（2）氣管及氣袋。

輸氣管的作用是把從儲(chǔ)氣罐內(nèi)輸出的氣體輸進(jìn)氣袋內(nèi)，保證氣體能安全迅速地充入氣袋，使氣袋膨脹產(chǎn)生浮力讓車輛浮起，達(dá)到預(yù)定的效果。考慮到氣管的工作條件，要求氣管能承受高壓。氣袋的作用是儲(chǔ)存從儲(chǔ)氣罐內(nèi)輸出來(lái)的氣體而膨脹產(chǎn)生浮力使車輛浮起。根據(jù)氣袋的工作環(huán)境，要求氣袋有高度的密封性。

（3）拉索及其操縱機(jī)構(gòu)。

拉索的作用是在險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，拉下拉索使儲(chǔ)氣罐的壓柄開(kāi)關(guān)向下壓而打開(kāi)放氣彈簧，使氣體放出，經(jīng)過(guò)氣管而到達(dá)氣袋。圖3為拉索的操縱機(jī)構(gòu)，主要由鋼絲拉索、固定擋板，手拉柄組成。當(dāng)汽車未遇險(xiǎn)時(shí)，手柄固定在后面的擋板上，此時(shí)儲(chǔ)氣罐也未打開(kāi)。當(dāng)汽車遇險(xiǎn)時(shí)，駕駛員向前拉動(dòng)手柄以啟動(dòng)浮起裝置。

（4）儲(chǔ)氣罐開(kāi)啟裝置。

如圖4所示，為儲(chǔ)氣罐口的開(kāi)啟裝置。壓柄與水平夾角為40度，通過(guò)鉚釘與固定件相連。當(dāng)汽車遇水險(xiǎn)時(shí)，駕駛員立即向前拉動(dòng)安裝在變速桿所在箱體的左側(cè)面上的手拉柄，手拉柄未拉動(dòng)時(shí)緊貼在后面的擋板上，此時(shí)拉動(dòng)手拉柄向前，將拉柄拉至緊貼在后面的擋板上，鋼絲拉索一端固定在手拉柄上，另一端固定在儲(chǔ)氣罐操縱裝置的壓柄上，通過(guò)螺母緊固連接，受拉力作用，與儲(chǔ)氣罐操縱裝置壓柄上用螺母緊固連接的鋼絲拉索被向下拉動(dòng)，壓柄此時(shí)繞鉚釘傾斜一定角度向下運(yùn)動(dòng)，與壓柄中端相對(duì)應(yīng)的挺柱受壓，挺柱一端緊貼住壓柄，壓柄受壓向下壓動(dòng)后壓縮彈簧，使氣體從通氣通道放出，經(jīng)過(guò)出氣口而流出。

2 汽車入水后安全浮起裝置工作原理

如圖4所示，該裝置未工作時(shí)，手拉柄固定緊貼在擋板上就防止了挺柱可能會(huì)因氣壓的原因而頂起壓柄，打開(kāi)氣門，使氣體泄漏；另一端在操縱裝置內(nèi)，頂頭是與汽車配氣機(jī)構(gòu)中氣門相同的結(jié)構(gòu)的氣門，被壓縮彈簧緊緊頂住。

挺柱受壓向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓向壓縮彈簧，彈簧被壓縮，向下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)錐角為45度的氣門被打開(kāi)，氣門離開(kāi)落座，落座的作用是使氣門固定住，氣門繼續(xù)壓縮彈簧向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣門壓縮彈簧到通氣通道的上面的通口時(shí)，此時(shí)直接與罐內(nèi)氣體相通的通道，因壓力的平衡被打破，罐內(nèi)外氣體的壓力相差較大，罐內(nèi)的高壓氣體便通過(guò)通氣通道6被迅速壓出，氣體進(jìn)入操縱裝置上左側(cè)的入氣口，氣體便在壓力的作用下經(jīng)氣管進(jìn)入氣袋，氣管使用了T型結(jié)構(gòu)，這樣做的目的是不但免去了為每個(gè)氣袋各配備一個(gè)儲(chǔ)氣罐或者在操縱裝置上設(shè)置兩個(gè)出氣口的麻煩，而且使得氣管內(nèi)的氣體相流通，壓力相等。

被高壓氣體充滿的氣袋在浮力的作用下，因前后兩個(gè)氣袋的位置與儲(chǔ)氣罐的距離的不同，前后兩個(gè)氣體被充滿的時(shí)間也不一樣。后袋距離較近，首先先被充滿，產(chǎn)生的浮力隨即使汽車后部先被浮起，這樣車輛在浮起的過(guò)程中，汽車先是在前低后高的狀態(tài)下向上浮，待短暫的時(shí)間后，前袋也被充滿，汽車就會(huì)恢復(fù)至水平狀態(tài)下繼續(xù)向上浮。當(dāng)汽車浮至水面時(shí)，車輛漂浮在水面上，這時(shí)，車內(nèi)的人員可以輕易地解開(kāi)安全帶，打開(kāi)車門，可以根據(jù)水的深淺選擇逃生方式，若水太深，不便自行逃離，可以向他人求救；若水不是很深，可以選擇自行逃離。浮在水面上的汽車可以通過(guò)吊車吊起至陸地，旋開(kāi)放氣閥，放出氣體即可。

3 該裝置工作流量和時(shí)間計(jì)算

在車輛發(fā)生落水時(shí)，車輛安全浮起裝置能不能在短時(shí)間內(nèi)起作用就得看氣體的流量了。

通過(guò)查找公式：

Q=π×R2×V×3 600

R=（E/D）×（V2L/2 g）

P=RL

其中，Q為流量；V為氣體的流速；E為氣體在氣管管道內(nèi)的摩擦系數(shù)；P為壓力，單位為MPa。

Q=π×R2×V×3 600=3.14×（12×10-3）2×3 600×V

R=（E/D）×（V2L/2 g）=（0.208 7/24）×（V25/2 g）

設(shè)計(jì)中，往前氣袋輸氣的氣管暫取長(zhǎng)5m，往后氣袋輸氣的氣管暫取長(zhǎng)3m。

計(jì)算中，氣管的半徑為12 mm。

聯(lián)合解方程組，得

Q=0.865 8 m3/s

V=0.531 9 m/s

計(jì)算結(jié)果中，氣體的流速偏小是因?yàn)楣蘅诘陌霃讲恍?，?dǎo)致了氣流的過(guò)慢。

以前袋為例，氣體流到前袋需要：

t1=L/V=5/0.5391 s=9.4 s

充滿氣袋的時(shí)間需要：

t2=V/Q=1/0.8658 s=1.2 s

也就是說(shuō)，前袋的充滿氣的時(shí)間是：

t=t1+t2=9.4+1.2=10.6 s

以后袋為例，氣體流到前袋需要：

t3=L/V=3/0.539 1 s=5.6 s

充滿氣袋的時(shí)間需要：

t4=V/Q=1/0.8658 s=1.2 s

也就是說(shuō)，后袋的充滿氣的時(shí)間是：

t=t3+t4=5.6+1.2=7.8 s

4 結(jié)語(yǔ)

文中對(duì)新型汽車入水后安全浮起裝置的基本構(gòu)成、工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)其工作氣流及運(yùn)行時(shí)間等進(jìn)行了分析。從汽車遭遇險(xiǎn)情到最后汽車浮在水面上，車輛和車內(nèi)的人安全獲救，裝置的工作過(guò)程具體為：拉動(dòng)手拉柄帶動(dòng)鋼絲拉索的拉動(dòng)使壓柄向下壓動(dòng)挺柱，使壓縮彈簧被壓縮，向下運(yùn)動(dòng)直至通氣通道上通氣口與出氣口相聯(lián)通使氣體被壓出儲(chǔ)氣罐，通過(guò)氣管到達(dá)氣袋，使車輛浮起而達(dá)到救人的目的。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便快捷，能有效提升汽車入水后的安全性。因此，該汽車入水后安全浮起裝置具有廣泛的應(yīng)用前景和開(kāi)發(fā)價(jià)值。

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