一种汽车入水后安全浮起装置的设计

陈慧君 黄强

摘 要：随着汽车数量急剧增长，与之带来的安全问题令人担忧。在操作失误或其它事故中，当车辆落入水中后易导致车内人员不幸溺亡。该文创新性地设计了一种新型的装置，能确保汽车入水后能飘浮于水面，为乘客逃脱争取时间，同时也为营救降低难度。该装置结构简单、操作便捷、可靠耐用，具有广阔的应用前景。该装置已获批国家实用新型专利。

关键词：汽车 安全浮起装置 机构设计 方案分析

中图分类号：U467 文献识别码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（a）-0075-02

汽车作为一个很普通的交通工具，给人们的工作、生活带来了很多的便利，但随之而来的汽车安全问题也日益突出。随着近年来不断有人驾车不慎落入水中后溺亡，有人便开始尝试研究汽车的浮力装置。目前，浮力装置已经应用到交通事故打捞方面，遗憾的是事后使用的浮力装置，在抢救及时性方面不如安装在汽车车身上的装置。基于此，我们创新性地设计了一种汽车入水后安全浮起装置，该装置可是实现汽车入水后安全浮起的功能，从而有效提升汽车的安全性能，确保车上乘客的人身安全和财产安全，具有较强的应用价值。

1 汽车入水后安全浮起装置基本构成

汽车入水后安全浮起装置主要由储气罐、气管、气袋、拉索装置等部件构成，如图1所示。

（1）储气罐。

储气罐的作用是储存气体。当汽车落水后，储气罐中的高压气体会流经气管进入前后气囊中，使得气囊充气，并产生浮力，从而确保汽车不沉入水底，为车上人员的安全逃生提供便利。储气罐为合金材料不锈钢储气罐。将储气罐安装在汽车后备箱中，并通过固定卡槽的形式，将其固定在后备箱中。

（2）气管及气袋。

输气管的作用是把从储气罐内输出的气体输进气袋内，保证气体能安全迅速地充入气袋，使气袋膨胀产生浮力让车辆浮起，达到预定的效果。考虑到气管的工作条件，要求气管能承受高压。气袋的作用是储存从储气罐内输出来的气体而膨胀产生浮力使车辆浮起。根据气袋的工作环境，要求气袋有高度的密封性。

（3）拉索及其操纵机构。

拉索的作用是在险情发生时，拉下拉索使储气罐的压柄开关向下压而打开放气弹簧，使气体放出，经过气管而到达气袋。图3为拉索的操纵机构，主要由钢丝拉索、固定挡板，手拉柄组成。当汽车未遇险时，手柄固定在后面的挡板上，此时储气罐也未打开。当汽车遇险时，驾驶员向前拉动手柄以启动浮起装置。

（4）储气罐开启装置。

如图4所示，为储气罐口的开启装置。压柄与水平夹角为40度，通过铆钉与固定件相连。当汽车遇水险时，驾驶员立即向前拉动安装在变速杆所在箱体的左侧面上的手拉柄，手拉柄未拉动时紧贴在后面的挡板上，此时拉动手拉柄向前，将拉柄拉至紧贴在后面的挡板上，钢丝拉索一端固定在手拉柄上，另一端固定在储气罐操纵装置的压柄上，通过螺母紧固连接，受拉力作用，与储气罐操纵装置压柄上用螺母紧固连接的钢丝拉索被向下拉动，压柄此时绕铆钉倾斜一定角度向下运动，与压柄中端相对应的挺柱受压，挺柱一端紧贴住压柄，压柄受压向下压动后压缩弹簧，使气体从通气通道放出，经过出气口而流出。

2 汽车入水后安全浮起装置工作原理

如图4所示，该装置未工作时，手拉柄固定紧贴在挡板上就防止了挺柱可能会因气压的原因而顶起压柄，打开气门，使气体泄漏；另一端在操纵装置内，顶头是与汽车配气机构中气门相同的结构的气门，被压缩弹簧紧紧顶住。

挺柱受压向下运动时，压向压缩弹簧，弹簧被压缩，向下运动，这时锥角为45度的气门被打开，气門离开落座，落座的作用是使气门固定住，气门继续压缩弹簧向下运动。当气门压缩弹簧到通气通道的上面的通口时，此时直接与罐内气体相通的通道，因压力的平衡被打破，罐内外气体的压力相差较大，罐内的高压气体便通过通气通道6被迅速压出，气体进入操纵装置上左侧的入气口，气体便在压力的作用下经气管进入气袋，气管使用了T型结构，这样做的目的是不但免去了为每个气袋各配备一个储气罐或者在操纵装置上设置两个出气口的麻烦，而且使得气管内的气体相流通，压力相等。

被高压气体充满的气袋在浮力的作用下，因前后两个气袋的位置与储气罐的距离的不同，前后两个气体被充满的时间也不一样。后袋距离较近，首先先被充满，产生的浮力随即使汽车后部先被浮起，这样车辆在浮起的过程中，汽车先是在前低后高的状态下向上浮，待短暂的时间后，前袋也被充满，汽车就会恢复至水平状态下继续向上浮。当汽车浮至水面时，车辆漂浮在水面上，这时，车内的人员可以轻易地解开安全带，打开车门，可以根据水的深浅选择逃生方式，若水太深，不便自行逃离，可以向他人求救；若水不是很深，可以选择自行逃离。浮在水面上的汽车可以通过吊车吊起至陆地，旋开放气阀，放出气体即可。

3 该装置工作流量和时间计算

在车辆发生落水时，车辆安全浮起装置能不能在短时间内起作用就得看气体的流量了。

通过查找公式：

Q=π×R2×V×3 600

R=（E/D）×（V2L/2 g）

P=RL

其中，Q为流量；V为气体的流速；E为气体在气管管道内的摩擦系数；P为压力，单位为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）

设计中，往前气袋输气的气管暂取长5m，往后气袋输气的气管暂取长3m。

计算中，气管的半径为12 mm。

联合解方程组，得

Q=0.865 8 m3/s

V=0.531 9 m/s

计算结果中，气体的流速偏小是因为罐口的半径不小，导致了气流的过慢。

以前袋为例，气体流到前袋需要：

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

充满气袋的时间需要：

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

也就是说，前袋的充满气的时间是：

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

以后袋为例，气体流到前袋需要：

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

充满气袋的时间需要：

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

也就是说，后袋的充满气的时间是：

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

4 结语

文中对新型汽车入水后安全浮起装置的基本构成、工作原理进行了详细的介绍，并对其工作气流及运行时间等进行了分析。从汽车遭遇险情到最后汽车浮在水面上，车辆和车内的人安全获救，装置的工作过程具体为：拉动手拉柄带动钢丝拉索的拉动使压柄向下压动挺柱，使压缩弹簧被压缩，向下运动直至通气通道上通气口与出气口相联通使气体被压出储气罐，通过气管到达气袋，使车辆浮起而达到救人的目的。该装置结构简单，操作方便快捷，能有效提升汽车入水后的安全性。因此，该汽车入水后安全浮起装置具有广泛的应用前景和开发价值。

参考文献

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