多功能救灾背包设计说明书

多功能救灾背包设计说明书
多功能救灾背包
设计者：机工1105 向东亮201103130184
摘要：以便捷、实用、高效的解决救灾过程中的运输、医疗救治、住宿、饮食问题的设备为研究对象。

提出了一种可分离的四折叠框架结构，再巧妙地配以折叠帆布和帐篷，便制成了一种可运输物资又可变为担架、帐篷的背包。

实验结果表明，该设备工作稳定，性能可靠，功能实现效果良好。

关键词：背包；担架；帐篷；多功能；救援避难
作品内容简介
本作品跟据本届机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“救援、避难类机械”。

此背包主体为金属框架结构，宽50cm，厚30cm，高70cm，净重8kg。

背包状态可用来运送物资。

卸下物品后开启侧连接机构，展开背包变为担架，担架长200cm，宽50cm。

翻转担架并开启开合装置，揭开粘扣，向两侧拉开担架，拉出帐篷与担架布面结合，再由折叠杆撑起即变为帐篷，底面边长2m×1.8m，高145cm，可容纳三人居住。

此背包设计容量90L，内装供三人三天使用的食物，饮用水及药品。

再放入轻薄的防潮垫和三个睡袋以结合帐篷使用。

这样每个背包就可解决三个人灾后三天内的基本生存问题，还可用担架将受伤严重的人抬出至附近的基站救治。

1 研制背景及意义
在像玉树地震、舟曲泥石流等这类自然灾害发生时，由于道路损毁、大型救援设备数量不足，都会造成很多民众被困重灾区。

短期内面临没有食物、饮用水、药品以及住所等问题。

没有大型设备的帮助，到达灾区外围的士兵往往没有高效的救援方法，而是以人力一次又一次的向灾区运送单一物资，很难满足灾民短期生存的多种需求。

对于这类自然灾害救援过程中存在的问题我们应当考虑如下几点：
1）运送的物资应当具有集成性，以便于之前的统一生产、调配与运输；
2）送入灾区的设备应当尽可能多的解决灾民所面临的各种基本困难，如温饱、住宿以及医疗救治问题；
3）送入灾区的设备除了消耗品外可以反复再利用。

此多功能救灾背包旨在解决灾难刚过，大型救援设备到来前的几天内灾民面临的各种基本困难。

它平时可大批量库存，当灾难发生，有民众被困且短时间无
法解救时，可将食物和饮用水、医药用品、三个睡袋及防潮垫分别打包，把他们全部装进背包。

此背包由救援部队士兵徒步背入灾区（特殊情况可加装降落伞采用空投方式），卸下物品后可将背包变形为三人帐篷，每个背包内的物品则是供给这三人使用的。

这样每个背包就可解决三个人灾后两三天内的基本生存问题。

如果有需要，还可将背包变形为担架将受伤严重的人抬出至附近的基站救治。

2 设计方案
2.1总体设计构想
为了实现背包的容纳功能与担架的承载功能，背包与担架共用同一金属框架。

背包要求金属框架可折叠，担架要求金属框架水平时只能单向折叠。

为了使帐篷便于和各种地面固定，担架采用了两端可开合的结构，可将帐篷折叠杆固定在分开的担架框架的四个角上，这样借助担架框架的重量，即使不用地钉帐篷也不会被风吹走。

2.2金属框架方案比较
为了使人背负舒适，背包应上不过颈、下不过臀，故背包高度取60~70cm。

再根据成年人的负重能力及美观角度考虑，背包厚度取30cm。

背包的宽度即担架的宽度，故综合较大的背包宽度尺寸、较小的担架宽度尺寸，定为50cm。

根据市场主流担架尺寸，担架的长度取200~210cm。

由此产生以下两种方案：方案一（图1）采用了三对限位铰链来实现担架的折叠，采用了一对30cm 的伸缩机构来降低担架变为背包时的高度。

此结构担架长度较长，为210厘米，便于躺人。

背包高度较低，易于背运。

但结构较复杂，不以制造和使用。

方案二（图2）采用了三对限位铰链来实现担架的折叠，这样背包状态的高度有所增加变为70cm，担架的长度也有所减小，变为200cm，基本不影响背包和担架的使用。

结构大大简化，制造容易，使用方便。

综合考虑，采用方案二。

图1 方案一图2 方案二
担架折叠为背包后需要一装置将前后框架连接，如图3红圈处，由此我们设计了侧连接机构。

图3 前后框架连接位置
方案一（图4）中，左右框架采用扁钢折成的矩形框加装可转动的U型弹簧销连接，借助框架管上带卡槽的套管，矩形框便可绕框架径向转动。

这样变为帐篷时转动矩形框与地面平行，帐篷便可稳定置于地面。

此方案结构较为简单，制造容易，但实验发现背包倾斜时U型弹簧销会脱出，结构不够可靠。

方案二（图5）与方案一类似，但上下都加装了U型弹簧销，中间采用拉簧连接。

此方案制造稍费时间，但结构可靠。

综合考虑，采用方案二。

图4 方案一
图5 方案二
背包与担架共用同一布体，由于担架变形为帐篷时需要拉伸担架，这样就产生了两种布体的设计，可拆卸式和折叠式。

方案一（图6）布体采用可拆卸式，周围伸出的布块带有粘扣。

背包与担架状态布体用粘扣与框架连接，变形帐篷时需卸下布体。

其优点在于布体结构简单，轻便。

缺点是用粘扣连接承载强度低，由于要拆卸，一体化程度差，不方便携带。

方案二（图7）布体采用折叠式，周围伸出的布块绕过框架管与自身相逢合。

背包与担架布体为折叠状态，变形帐篷时展开布体，与帐篷底面相连。

其优点在于将所有布整合为一体连接在框架上，易于操作，便于携带，并且为帐篷加厚了底面，使其更加舒适。

缺点是结构较为复杂。

综合考虑，采用方案二。

图6 方案一
左图红圈中布体折叠方法示意图
图7 方案二
3 理论设计计算
3.1总体尺寸设计
此作品最大特点在于背包、担架、帐篷三种状态之间的转换，因此只有设计好各状态的结构尺寸才能合理、协调的实现其功能。

（1）背包外形尺寸：
为了使人背负舒适，背包应上不过颈、下不过臀，故背包高度取70cm。

再根据成年人的负重能力及美观角度考虑，背包厚度取30cm。

背包的宽度即担架的宽度，故综合较大的背包宽度尺寸、较小的担架宽度尺寸，定为50cm。

（2）担架外形尺寸：
根据市场主流担架尺寸，担架的长度取200cm，两端各留出10cm的距离供人手抓握，因而担架实际承载布面长度为180cm。

（3）帐篷外形尺寸：
根据市场主流三人帐篷尺寸，帐篷底面边长取2m×1.8m，高145cm。

（4）结构协调尺寸：
为了满足三种状态之间的转换，各部分的尺寸取值如图８所示。

图8 金属框架结构尺寸示意图。