在高层建筑施工与自然灾害中,经常会出现钢筋贯入人体的情况。上述情况出现后,伤者常常被细长的钢筋所困。一般的处理策略是,先实现人体外钢筋的切断,保留人体内的钢筋,将伤员尽快送到附近医院进行应急处理。现有的钢筋切割工具存在体积大、质量大、能源供给不方便、易对人体造成二次伤害等问题,所以设计一款适应上述场景的新型消防破拆救援装置成为国家需求,被列入国家研发计划。本文在课题组先期关于低频振动提高砂轮片磨切性能研究与交流驱动的破拆救援装置的创新基础上,进一步实现装备的轻量化,具体成果如下:1.根据消防人员针对钢筋贯入人体情况的实际救援场景需要,通过改交流伺服电机加皮带传动的驱动方式为直流电机直驱,并简化控制,实现了装置的小型化轻量化,质量减小66.8%,外形尺寸从935 mm×210 mm×206 mm缩小为557 mm×185 mm×142 mm。2.针对该装置切割试验中暴露出的切割能力不足的问题,通过对影响装置切割能力的研究,进行了引入偏心激发振动的改进设计:将切割主机与进给平台之间用弹簧相连,在切割机主轴上增加偏心块,形成了振动切割系统。3.建立了该装置的动力学模型,通过动力学试验与参数识别,确定了该系统的固有频率与阻尼值,在此基础上,对该系统进行了1自由度和2自由度动力学分析,理论分析与试验结果基本吻合,且2自由度模型的计算结果吻合得更好。根据动力学分析结果,建立了磨削开槽宽度的计算公式,找到了开槽宽度与初始倾角和振幅的作用关系,为后续的试验打下了理论基础。4.通过切割钢筋试验,研究了振动强度对装置切割能力的影响规律:在未引入振动的状态下,提高转速对装置的切割能力提升不大;在引入振动之后,装置切割能力有了明显提升;将动力学研究结果与试验相结合,深入分析了试验参数下的开槽宽度以及磨削力的变化,找到了装置的最优工作参数;通过磨削力信号的频域分析,证实引入振动确实增大了磨削力的主频成分的幅值,实际的工作转速也有了提高。