一种实现井外可视化操控的深井消防救援设备的制作方法

本发明涉及消防救援设施领域，具体涉及一种实现井外可视化操控的深井消防救援设备。

背景技术：

我国由于历史建设问题,在野外存在很多废弃的废井或矿井。因此经常发生人员或动物坠落深井的事故，这些废井和矿井由于深度较大，井下情况未知，因此救援难度大。目前，深井救援主要依靠救援人员下井进行援救，但是危险系数大，对于一些尺寸无法满足施救人员下井救援的深井，这样救援工作就无法快速的开展。虽然有些科技文献和专利文献也有记载到一些深井无人救援设备，但是其在进行深井救援时，还是存在一定的缺陷，无法对待施救人员或动物进行可靠的援救。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种实现井外可视化操控的深井消防救援设备，其可用于深井坠落人员和动物的施救。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案进行实施：

一种实现井外可视化操控的深井消防救援设备，其特征在于：包括救援时位于深井外部的井外设施以及落至深井内部的井内设施；井外设施包括固定搭设在井口的井口机座，井口机座上设置有卷扬机；井内设施包括上、下布置的上部支架和下部支架，下部支架沿铅垂方向升降式安装在上部支架上，卷扬机通过升降绳与上部支架进行连接，上部支架上设置有升降组件和夹抱装置，升降组件用于调控下部支架进行升降，夹抱装置用于对井底待救援物进行夹持固定，上部支架与下部支架之间通过柔性的侧部防护件进行连接，下部支架为环形件构成，侧部防护件沿环形件的周向设置一圈，环形件上设置有柔性的底部防护件，井内设施还包括探测组件和调节组件，探测组件用于探测井底待救援物的位置和状态，底部防护件处于两种状态，其一为底部防护件附着于环形件的环身上、环形件的环内部处于中空状态的避让位；其二为调节组件调节底部防护件对环形件的环内部进行填充的工作位；救援设备还包括供井外救援人员进行调控施救的操控装置，操控装置对探测组件采集的数据进行处理和显示，操控装置用于调控各部件的运行状态。

通过采用上述技术方案进行实施,将其用于深井救援,可有效克服现有无人救援设备存在的缺陷。

附图说明

图1为本发明使用状态示意图；

图2为井内设施的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为上部支架和下部支架的装配示意图；

图5为图4中去除侧部防护件后的结构示意图；

图6为图5中去除底部防护件后的结构示意图；

图7为底部防护件在环形件内处于避让位的结构示意图；

图8为图7的A-A剖视图；

图9为环形件的截面示意图；

图10为夹抱装置的结构示意图；

图11为图10的俯视示意图；

图12为图11的B-B剖视示意图；

图13为图12的C处放大示意图；

图14为球头连接套与下臂的结构示意图；

图15为底部防护件处于完全摊展状态的结构示意图；

图16为底部防护件处于工作位的理解示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要是针对现有实现井外可视化操控的深井消防救援设备进行改进,其改进部分主要是增加防护设备以及对现有的夹抱装置进行改进,本发明中未能详尽描述的设备、机构、组件和操作方法，本领域普通技术人员均可参照现有救援设备中采用的具有相同功能的设备、机构、组件和操作方法进行使用和实施。或者依据生活常识选用具有相同功能的其他设备、机构、组件和操作方法进行使用和实施。

一般野外深井其深度很大,可达几十米,而且一般深井的尺寸不允许救援人员下井进行援救。现有存在的消防救援设备主要存在如下问题:

1、由于待施救的主要为人或畜牧(本发明中统称为待救援物)，其为不规则的活体，现有救援设备的夹抱装置无法对待救援物进行可靠的夹持，因此在发现待救援物后，无法将待救援物夹抱住并将其从深井内移出，同时夹抱装置对待救援人员的夹持力无法进行可靠的控制，为了实现可靠夹持，一般夹持力都较大，这样长时夹持后，会对待救援物造成二次伤害；

2、其次，由于待救援物为活体，其会发生活动，姿态发生改变；同时深井的深度较大，夹抱装置在夹持待救援物上行过程中会与井壁发生磕碰，因此夹抱装置的夹持点会发生移动，从而降低夹抱装置对待救援物夹持的可靠性，因此，传统救援设备中，会出现待施救物在夹抱装置上行过程中掉落，造成再次伤害，甚至因此失去性命，这也是目前救援依旧无法广泛使用此类无人救援设备的原因。

本发明主要针对夹抱装置进行改进和/或增加防护装置。

本发明采用如图1、2、3、4、5、6所示的技术方案进行实施，一种实现井外可视化操控的深井消防救援设备，包括救援时位于深井C1外部的井外设施A1以及落至深井C1内部的井内设施B1；井外设施A1包括固定搭设在井口的井口机座A11，井口机座A11上设置有卷扬机A12；井内设施B1包括上、下布置的上部支架B211和下部支架B11，上部支架B211上设置有升降组件和夹抱装置B20，升降组件用于调控下部支架B11进行升降，夹抱装置B20用于对井底待救援物进行夹持固定，井内设施B1还包括探测组件和调节组件，探测组件用于探测井底待救援物的位置和状态，救援设备还包括供井外救援人员进行调控施救的操控装置A13，操控装置A13对探测组件采集的数据进行处理和显示，操控装置A13用于调控各部件的运行状态。

探测组件包括照明灯和摄像头。操控装置A13可为笔记本电脑、平板电脑或者其他PC设备构成。上部支架B211上还设置有主控制器，井口机座A11上设置副控制器，操控装置A13分别与主控制器、副控制器进行数据交互，主控制器用于调节组成井内设施B1的各部件的运行状态，副控制器调控卷扬机A12的运行状态。照明灯和摄像头的设置个数和安装位置，以满足对井底待救援物全面多方位视频采集为主，以保证井外营救人员准确的了解井底内情况。主控制器、副控制器可采用单片机构成的控制器，主控制器和副控制器上分别集成有信号接收发送单元用以与主控制器进行数据交互,主控制器、副控制器均通过购买得到。数据交互可以采用信号线连接传输、或者采用常用的无线信号传输技术进行实现。主、副控制器可采用单片机控制器。营救前，在主、副控制器内写入对各部件的运行状态进行调控的程序，同时也在控制装置内安装相应的软件对探测装置采集的数据进行显示以及用于输入营救人员下达的营救操控指令。探测装置将采集的数据传输到操控装置A13上进行显示，营救人员通过观察操控装置A13上显示的井底情况以及井内设施B1与待营救人员的位置关系，这样营救人员就可以依据其观察的实时状况发送相应的营救指令，操作井内设施B1对待营救物进行可靠的营救。上述操控指令的输入、识别、传送以及数据交互的实现均可参照现有的救援设备中采用的方案进行实施。另外，还可设置增氧装置，向井底供应氧气。井内设施B1还可包括语音通讯设备，如果待营救人可以进行语音通讯，这样将极大的简化营救难度以及清楚的了解待营救人员的身体健康状况。但大多情况下，待营救人均没有能力可靠的使用该项功能。

由于属于野外救援，因此大多没有电力进行供应，需要匹配一台发电机，通过输送设备(直升机、货车)将发电机以及救援设备运输送至救援地点。

对于夹抱装置B20的改进，其采取的技术方案主要如图2、4、5、6、10、11、12所示，上部支架B211为环形组件构成，夹抱装置B20包括圆形的安装盘B21，安装盘B21转动安装在上部支架B211上，驱动组件B驱动安装盘B21进行转动，安装盘B21上设置有夹抱单元，夹抱单元沿方向f间隔设置，方向f为安装盘B21的一个径向方向，夹抱单元包括两夹臂，(两夹臂在方向f的两外侧相对布置)，夹臂分别包括上臂B221和下臂B222，上臂B221的上端与安装盘B21相连接，上臂B221的下端与下臂B222的上端铰接连接，下臂B222的下端向靠近另一夹臂的一侧弯曲延伸设置用于撑托待救援物的弯钩部，两夹臂之间设置有夹紧驱动组件，夹紧驱动组件驱使两下臂B222相向进行翻转对待救援物进行夹持。由于夹抱装置B20在下行前无法得知井内的详细情况，因此通过将安装盘B21转动安装在上部支架B211上，这样就可依据待救援物在井底的姿态对夹抱装置B20进行适应性调整，使得夹抱装置B20的状态与待救援物相适配。通过将夹臂分成上、下两个部分，这样更易于实现对待救援物的夹抱。

具体操作时，夹抱单元设置两组。由下臂B222的下端需要进行一定弯曲成钩状，这样才能在对待营救物进行夹持时起到撑托的作用。而实现夹抱前必须使得各下臂B222的弯钩部均落至待救援物的下侧，而井内空间很小，不可能操作下臂B222先落至距待救援物距离较大的外侧然后再向靠近待救援物一侧进行移动。因此，本发明中将上臂B221转动安装在安装盘B21上，安装盘B21上设置的驱动组件C(图10中所示的部件B241)调节夹臂进行转动。这样夹臂可以发生转动，营救人员通过观察操控装置A13上反馈的视屏信息，寻找可以使得各下臂B222弯钩部可进行下移的空隙，确定各下臂B222的下落姿态，然后通过各驱动组件C调节夹臂进行转动，使得各下臂B222与在先分析确定的下落姿态保持一致。然后调节整个夹抱装置B20下行，使得各下臂B222的弯钩部均位于待救援物的下侧。然后再通过各驱动组件C调节夹臂进行转动，使得下臂B222的弯钩部位可靠的勾住待救援物，然后就可以将待救援物抬起，进行下一步的援救操作。

在实现对夹臂的转动时，必须要考虑到夹臂的转动不会对下臂B222绕铰接轴的翻转运动产生影响。因此，本发明进一步采用如图10、12、13、14中所示的技术方案进行实施。下臂B222的上端设置连接球头B232，连接球头B232上设置弧形凹槽A(即图13、图14中的部件B2321)，弧形凹槽A的槽长方向与下臂B222的长度方向保持一致，弧形凹槽A在连接球头B232上间隔均匀设置，上臂B221的下端设置用于安装连接球头B232的球头安装套B231，球头安装套B231的内腔设置成球形腔，球头安装套B231的内腔腔壁上设置弧形凹槽B(即图13、图14中的部件B2311)，弧形凹槽B在球头安装套B231上间隔均匀设置，弧形凹槽B和弧形凹槽A相对布置且两者的长度方向以及个数均保持一致，弧形凹槽B和弧形凹槽A的槽截面均为半圆形，弧形凹槽A、B内设置有滚珠B233，弧形凹槽A、B之间设置有用于固定滚珠B233的保持架B234。下臂B222上设置连接套B26，连接套B26与下臂B222构成转动配合连接，夹紧驱动组件与连接套B26铰接连接。球头安装套B231下端的口部安装用于防止连接球头B232、滚珠B233、保持架从球头安装套B231内脱落的端盖B239。通过上述连接结构，能够保证夹臂进行可靠的转动，同时不会对后续的夹紧操作产生影响，而且能够实现对较大重量物体的提升。另外上、下臂B222之间的连接组件B23体积小，不会占用较大的救援空间。

具体的方案为，夹紧驱动组件包括安装盘B21上倒立状布置的电缸B242，电缸B242的伸缩杆的端部设置有连接件B25，连接件B25的两端外侧分别设置连接杆B27，两连接杆B27的一端分别通过第一铰接轴与连接件B25的两端部铰接连接，两连接杆B27的另一端分别通过第二铰接轴与两下臂B222上的连接套B26铰接连接，第一、二铰接轴均平行于方向f布置，夹紧驱动组件位于两夹臂之间。通过调节电缸B242伸缩杆进行伸缩，即可以实现对待救援物的快速夹抱和松解。

防护装置B10主要包括侧部防护件和底部防护件。具体操作方案，如图4、5、7、8、9所示，下部支架B11沿铅垂方向升降式安装在上部支架B211上，卷扬机A12通过升降绳A14与上部支架B211进行连接，上部支架B211与下部支架B11之间通过柔性的侧部防护件B31进行连接，下部支架B11为环形件构成，侧部防护件B31沿环形件的周向设置一圈，环形件上设置有柔性的底部防护件B32，底部防护件B32处于两种状态，其一为底部防护件B32附着于环形件的环身上、环形件的环内部处于中空状态的避让位；其二为调节组件调节底部防护件B32对环形件的环内部进行填充的工作位；救援设备还包括供井外救援人员进行调控施救的操控装置A13，操控装置A13对探测组件采集的数据进行处理和显示，操控装置A13用于调控各部件的运行状态。下部支架B11在下降前与上部支架B211相紧邻，这样侧部防护件B31堆积在两者之间，具体可以在下部支架B11上开设一个环形容纳槽用于容纳侧部防护件B31，这样下部支架B11下行后就可以将侧部防护件B31进行展开进行侧面防护。当下部支架B11下落至待救援物的下方后，通过调节组件调节底部防护件B32对环形件的环内部进行填充，如图16所示。这样救援人员就在底部防护件B32和侧部防护件B31围合的防护装置B10内，从而避免待救援物在上行过程中掉落的问题，同时，也可大大减小夹抱装置B20对待救援物的长时夹持，避免二次伤害。

具体的，侧部防护件B31为防护网或者防护布构成，侧部防护件B31上设置有可以打开和关闭的出口，用以供待救援物被救离深井后从防护装置内移出。底部防护件B32为防护网或者防护布构成。采用防护网或者防护布组成侧部、底部防护件B32的差别不大，主要以不对探测组件的数据采集产生影响为主。一般侧部防护件B31和底部防护件B32都采用强度很大的防护网构成。

环形件为圆环或者方环，具体依据深井的形状而定。由于野外深井的尺寸和形状不一，因此对于井内设施B1需要制造不同的型号以满足不同的救援需求。具体营救时，依据深井的尺寸选用相应型号大小的井内设施B1进行援救。

侧部防护件B31为一个两端敞口的筒网构成。至于底部防护件B32，为了满足其避让位和工作位之间可靠变化的需要，本发明采用如图15所示的技术方案进行实施。环形件的内环壁上开设有环形槽B111，环形槽B111的槽口指向环形件的中心，处于避让位的底部防护件B32收纳在环形槽B111内，底部防护件B32为一块圆形面料块构成，圆形面料块内挖设有圆形缺口部，圆形缺口部的半径为r1，圆形面料块的半径为r2，环形件的内半径＜r1＜环形件的外半径，r2＞2×r1，圆形面料块的圆心与圆形缺口部的圆心之间的间距为d，d≥r1，圆形面料块的外周边、内周边均进行包边处理，具体可采用穿绳松紧带进行包边，包边处理后在圆形面料块的外周边形成用于安装绳带A(图8中的部件B321)的安装通孔、在圆形面料块的内周边形成用于安装绳带B(图8、16中的部件B322)的安装通孔，环形槽B111的槽底设置连接扣B11b对绳带A进行绑扣实现底部防护件B32在环形件上的安装固定，连接扣B11b在环形槽B111的槽底均匀间隔设置，绳带B的一端与环形件固接，绳带B的另一端穿过环形槽B111的槽壁上设置的穿孔B11a后与调节组件相连接，调节组件为对绳带B进行卷收的收绳器构成。通过收绳器对绳带B进行收绳即可实现底部防护件B32由避让位至工作位的转变。收绳器上设置有止回锁，防止因为待救援物重量施加在底部防护件B32上后，锁紧的圆形缺口部被涨开，收绳器安装在上部支架B211上。

为了防止底部防护件B32在环形件下行过程中从环形槽B111内外漏使得与环形件内的待营救物产生影响，因此，采用如图8、9所示的技术方案进行实施，环形槽B111槽口处的两侧槽壁上分别向环形件中心侧延伸设置环形弹片B112，两环形弹片B112使得环形槽B111的槽口呈收口状聚拢，收绳器对绳带B进行收绳使得处于避让位的底部防护件B32从两环形弹片B112之间的间隙处抽出转变为工作位。这样在环形件下落过程中，底部防护件B32不会从环形槽B111内移出，由于环形弹片B112能够发生形变，在收绳器收紧绳带B时就会压迫两环形弹片B112张开，使得底部防护件B32从环形槽B111内移出，同时对环形空缺部进行收紧，对环形件的环内部进行填充，避免待营救人员掉落。

为实现环形件的可靠升降，本发明采用如图2、5、6、10所示的技术方案进行实施，上部支架B211的上方设置有连接支架B12，上部支架B211和连接支架B12均为圆环状，连接支架B12和下部支架B11之间设置有立状布置的连接竖杆B13，连接竖杆B13沿下部支架B11的周向均匀间隔设置，上部支架B211上设置有供连接竖杆B13通过的装配孔，连接竖杆B13穿过装配孔与上部支架B211构成滑动导向配合连接，连接支架B12上设置有安装支架B121，安装支架B121上安装有活动螺母，上部支架B211上安装有立状布置的丝杆B14，丝杆B14与上部支架B211上设置的驱动组件A(图2中的部件B15)相连接，升降组件为丝杆B14和活动螺母组成的丝杆螺母调节机构。驱动组件A固定安装在上部支架B211上，不会随安装盘B21的转动而转动。可以采用以下方案进行实施，安装盘B21的中部设置同心布置的圆形的凸台B212，凸台B212与安装盘B21构成转动配合连接，凸台B212上安装驱动组件A，驱动组件B围合在凸台B212的外围，凸台B212或者驱动组件A通过L形连接杆B27与上部支架B211固定连接，L形连接杆B27的设置，应避免对安装盘B21上其他部件的转动产生干涉。驱动组件A、B、C均可以采用伺服电机构成，以实现对各部件的精密调控，实现可靠的援救。

采用上述设备进行野外援救的具体操作方法为：

S1：将根据深井的尺寸选用相应型号的救援设备，并将救援设备和发电机输送至救援点；

S2：将井外设施A1在井口处安装好，将井内设施B1组装好并通过升降绳A14悬吊在井口处的井口机座A11上，将救援设备与发电机相连接，启动发电机进行供电，打开操控装置A13对救援设备进行调试，调节下部支架B11和上部支架B211紧邻布置，底部防护件B32处于避让位，即如图2所示的状态，调试结束后，开始实施操作S3；对各部件运行的可靠性进行调试，包括信号连接的可靠性、电连接的可靠性、升降绳A14对井内设施B1吊挂的可靠性以及机械部件运行的可靠性。

S3：通过操控装置A13输入操控指令，启动卷扬机A12调节井内设施B1匀速下降，并通过操控装置A13实时观察井内情况，当发现井底待营救物后调节井内设施B1减速下降，当夹臂底部距待救援物的间距为40～60cm时，调节井内设施B1停止下降，通过观察夹抱装置B20与待救援物的位置关系，启动驱动组件B调节安装盘B21进行转动，使得夹抱装置B20的夹口与待营救物相对应(保证夹抱装置B20能够将待救援物夹起)；驱动组件B调节安装盘B21转动到位后继续通过卷扬机A12调节井内设施B1下行，当夹臂底部距待救援物的间距为10～20cm时；通过观察操控装置A13上显示的图像分析确定下臂B222弯钩部的下落姿态(即分析下臂B222的下侧哪处存在可供下臂B222弯钩部通过的空缺处)，然后启动各驱动组件C调节各夹臂进行转动，使得各下臂B222的弯钩部转动至预设的姿态；然后继续调节井内设施B1继续下行，直至各下臂B222的弯钩部均到达待救援物的下侧停止井内设施B1下行；然后启动各驱动组件C调节各夹臂进行转动，使得各下臂B222的弯钩部对待救援物进行钩托(以满足待救援物能够被可靠夹持为目的)，夹臂转动到位后，启动电缸B242使得夹抱装置B20对待救援物进行夹抱，待救援物被可靠夹抱后，通过卷扬机A12调节井内设施B1上行直至待救援物离井底地面30～50cm；井内设施B1上行至预定位置后，启动驱动组件A调节下部支架B11下行直至下部支架B11运行至待救援物的下方，下部支架B11下行时，侧部防护件B31被展开进行侧部防护，下部支架B11下行到位后，启动收绳器使得底部防护件从环形槽B111内抽出对环形件的环内空缺部进行填充，底部防护件上的圆形缺口部也被收紧锁死；随后启动驱动组件A调节下部支架B11上行，使得待营救物落至底部防护件上，启动驱动组件C松开夹抱装置B20，随后启动卷扬机A12使得井内设施B1上行至井口处；然后将待救援物从井内设施B1上移出进行其他救疗；

S4：对救援设备进行拆卸，然后搬运至指定存放地点。

操作S1前通过供氧装置向井底供氧。

步骤S3中还通过通讯装置与待救援人员进行通讯。

另外，如果需要防止在进行动作调节时避免井内设施发生晃动，可以采用如下方案实施：上部支架上设置一些定位组件，定位组件沿上部支架的周向间隔设置，各定位组件的长度方向与安装盘的径向方向一致，定位组件为电缸B(小型电缸)构成，电缸B的伸缩杆指向上部支架的外侧，电缸B的伸缩杆的端部套设有保护套。通过调节电缸B的伸缩杆的伸出和回缩，实现对井内设施B1在水平方向上的定位。当井内设施下落或上升到预设高度，组成井内设施的各机构需要进行动作调节时，调节电缸B的伸缩杆伸出与深井的井壁相抵靠，从而实现井内设施在水平方向的定位，然后进行动作调节；动作调节结束后，调节小型电缸的伸缩杆进行回缩，继续调节井内设施进行下行或者上行。

上述救援装置可实现对落井人员的快速救援，且救援可靠，不会对待救援物造成二次伤害。特别适合那些小尺寸、救援人员无法下井营救的野外深井消防救援。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。