全自動高樓逃生器

第一章 概述 計背景 城市火災(zāi)是一種發(fā)生頻率高、涉及面廣、破壞性大、反響強烈的突發(fā)性災(zāi)害。隨著建筑高度的增加和日趨密集，建筑的安全隱患也越來越多，即使在發(fā)達(dá)國家的高樓遇有火災(zāi)、爆炸等事件時，由于時間、空間等諸多因素的限制，人員自救逃生也是一個極待解決的重要問題。高樓突然失火 ,電梯不能用 ,樓梯阻塞 ,飛不上去也跳不下來 ,怎樣才能迅速逃生 ?這樣的情況每年都有發(fā)生 ,也有很多人因無法逃生而遇難 ,而高樓失火逃生裝置在這樣的環(huán)境下應(yīng)運而生。 在人們將越來越多的精力和時間都投入到對安全問題保障研究的同時 ,卻忽略了最基礎(chǔ)的一種手段 ,在人們越來越多的用到各種高科技和現(xiàn)代手法進行安全保障的同時 ,卻忽略意外事件的發(fā)生 ,是不可以借助外力和各種現(xiàn)代手段的 ,要靠最基礎(chǔ)和最簡單的方式 ,也就是機械的方式才是最安全和穩(wěn)定的。 目前國內(nèi)外高樓逃生器主要有以下幾種形式： （ 1）包角加手控式：該類逃生器增加鋼絲繩與輪之間的 包角，使得鋼絲繩與鋼絲輪之間的摩擦力增加。另外，再利用手控裝置，進一步調(diào)節(jié)下降速度的快慢。 （ 2）間歇沖擊式：間歇沖擊式逃生器是通過間歇撞擊能來消耗能量，如利用鐘表中的擒縱叉和擒縱輪原理來消耗能量。 （ 3）液體流動阻尼式：液體流動阻尼式是利用液體流動阻尼把人體勢能轉(zhuǎn)化成液體熱能，以達(dá)降低速度的目的。其主要特點是由于液體阻尼的大小取決于外負(fù)載，所以不論人體質(zhì)量的大小均能以比較恒定的速度下降。 通過對上述幾種逃生器的認(rèn)識，我們認(rèn)為逃生器應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)緊湊，工藝簡單，安全可靠、使用方便、平穩(wěn)快速、成本低廉等特點。 基于此，本文設(shè)計出全自動高樓逃生器，這樣不僅滿足了高樓逃生器的基本特點，而且創(chuàng)新利用了齒輪傳動比的調(diào)速功能。此設(shè)計由于小巧便捷，成本低，特別適宜家庭備用于緊急脫險。 設(shè)計的獨特優(yōu)勢分析 總結(jié)以往逃生器的不足，經(jīng)過多方面的改進與完善，我們的設(shè)計形成了自己獨特的優(yōu)勢。 （ 1）自動調(diào)速 該裝置在逃生者下降的過程中自動調(diào)速，無需手動操作，不需要專業(yè)知識。解決了以往逃生器兒童、婦女以及老人無法使用的難題。 （ 2）自動實現(xiàn) 4m/該裝置的液體阻尼系統(tǒng)，使速度變化趨于和緩，有緩沖作用，而且，液缸的 獨特設(shè)計，孔徑的精確計算，再加速度控制器的雙保險，使任何人使用都會保持 4m/ （ 3）落地前自動減速 該裝置裝有減速裝置，減速裝置可以實現(xiàn)在落地前 8速度從 4m/樣對于兒童、婦女以及老人來說更加安全。 （ 4）滿足多人使用 該裝置特有的雙線軸結(jié)構(gòu)，能滿足多人循環(huán)使用。 （ 5）收尾存放方便 該裝置有一搖柄，使用結(jié)束后，通過搖柄輕松使繞回線軸，該裝置體積小，重量輕，存放十分方便。 第二章 產(chǎn)品說明書 品結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 2 全自動高樓逃生器總結(jié)構(gòu)圖 此逃生裝置呈圓柱體，長 25徑為 20質(zhì)量為 8要由加速環(huán)節(jié)、液體阻尼環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、多人循環(huán)環(huán)節(jié)以及減速部分五大部分組成。液體阻尼器使逃生速度更加平穩(wěn)，獨特的速度調(diào)節(jié)器能使逃生速度精確的保持在4m/s，精心構(gòu)思的多人循環(huán)部分使小小的逃生器能夠挽救多人的生命，精巧的減速器結(jié)構(gòu)簡單，卻能起到落地前減速的效果。 總之，此逃生裝置體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)經(jīng)湊，工藝簡單 . 此裝置采用直徑 5m，能滿足最高 15層的高樓逃生使用。 品使用方法： （ 1）將裝置固定在所在樓層，開 始時，兩根繩子分別纏繞在線軸 1，線軸 2上。 （ 2）通過搖柄，放開線軸 1的繩子，然后再按下按鍵的按鈕，使線軸 1和線軸2連接。 （ 3）逃生者 1號將身上的繩索掛于線軸 2上的繩索的掛鉤上，跳樓逃生。隨著線軸 2的轉(zhuǎn)動，線軸 1同時的以同一方向轉(zhuǎn)動，將線軸 1的繩子自動收起。待逃生者 1號降到地面，線軸 1收起的長度恰好為所在樓層高度，為第二個人逃生創(chuàng)造了條件。 （ 4）待逃生者 1號解除繩索掛鉤，逃生者 2號可以從線軸 1的掛鉤逃生（掛鉤的位置由逃生者 2號設(shè)置），當(dāng)線軸 1下放的同時，線軸 2自動收起，待逃生者 2號降到地面，線軸 2收起的 長度恰好為所在樓層高度，為第 3個人逃生創(chuàng)造了條件，于是逃生者 3號可以使用線軸 2的掛鉤逃生，如此循環(huán)，可滿足多人逃生。 該裝置的另一特點是實用性強，便于操作和存放。逃生完畢后，收尾工作簡單方便，若最后狀態(tài)為線軸 2收起，線軸 1下放，則先斷開按鍵，再搖動手柄使線軸 1將繩子收起即可。若最后狀態(tài)為線軸 1收起，線軸 2下放，則先斷開連接 3，使線軸 1下放。然后，再按下按鍵，搖動手柄使兩線軸同時收起，收起完畢后，再放回備用箱即可。 該裝置的還有一個特點，既可以將其固定在樓上使用，也可以將掛鉤掛在樓層上，讓 逃生者隨該裝置降到地面。 考慮到很多火災(zāi)發(fā)生在夜間，為了充分利用裝置內(nèi)部空間和能源，使逃生者在下降過程中和落地時有足夠的照明，該裝置還安裝一小型發(fā)電機。該逃生器適用范圍廣泛，速度自動調(diào)節(jié)，無需手動操作，簡單實用，性能穩(wěn)定，安全可靠，適合大規(guī)模推廣。 本設(shè)計由加速環(huán)節(jié)、液體阻尼環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、多人循環(huán)環(huán)節(jié)以及減速部分五大部分組成，結(jié)構(gòu)簡單，原理明確。介紹中涉及到的諸多數(shù)據(jù)，其來源請參照第四章參數(shù)計算部分。以下說明詳細(xì)設(shè)計原理。 加速部分設(shè)計 加速部分的作用一是減小液缸的負(fù)載，二是使穩(wěn)速下滑的效果更加良好，設(shè)計如下圖（ 2）： 圖 2速環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖 加速部分有兩級加速，每次加速倍數(shù)為 加速 輪 1通過固定軸與線軸 2相連，線軸 2的轉(zhuǎn)動帶動齒輪 1轉(zhuǎn)動，齒輪 1到齒輪 2為第一級加速，齒輪 2和齒輪 3同軸且固定在一起，齒輪 3帶動齒輪 4為第二級加速，通過軸傳到齒輪 5，于是齒輪 5圓盤上的曲軸做圓周運動。曲軸通過連桿與活塞相連，圓周運動于是變?yōu)橹本€運動。 阻尼部分剖析 本設(shè)計采用流體阻尼式原理。彈性式用彈簧做阻力，阻力與下降位移有關(guān)，越往下阻力越大，還有可能在落地前反彈，而且無法做到下降時勻速。摩擦式因為長時間的磨合，摩擦系數(shù)有所改變，性能也不穩(wěn)定，而液體流動阻尼式是利用液體流動阻尼把人體勢能轉(zhuǎn)化成液體熱能，以達(dá)降低速度 的目的。其主要特點是由于液體阻尼的大小取決于外負(fù)載，所以不論人體質(zhì)量的大小均能以比較恒定的速度（本設(shè)計下降速度為 4m/s）下降，詳細(xì)設(shè)計如下： 圖 2體阻尼液缸 液缸內(nèi)徑為 3徑為 缸高 塞活動范圍為 4桿長 塞面積為 孔的總面積為 此種液缸類似于普通的活塞缸，不同的是缸的兩端均密封，內(nèi)有阻尼液體，而且，活塞由帶有許多阻尼孔的多層薄隔板構(gòu)成，當(dāng)液體流經(jīng)多層隔板的阻尼小孔時，產(chǎn)生的阻力平衡了人體重力，使人能勻速下滑。根據(jù)流體力學(xué)可知，采用多層有孔薄隔板比采用單層薄隔板更有利于達(dá)到勻速的目的。而且，孔越大，活塞移動速度越快，產(chǎn)生的阻力也就越大。經(jīng)計算當(dāng)孔的面積為 ，對于70m/活塞的一端與曲柄搖桿相連。這樣，曲柄的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成活塞的直線運動，能量借助流體轉(zhuǎn)化為熱能和流體的動能。 此設(shè)計有兩個液缸，其位置成 90角，如圖： 圖 2這樣設(shè)計，既減小單個液缸承受的負(fù)載，也使液缸可以做的很小，同時也解決了曲柄在旋轉(zhuǎn)到極限位置時的速度波動。而加速部分的多級傳遞使輕微的速度波動大大化解，勻速效果更加完善。 特設(shè)計 1：多人循環(huán)部分設(shè)計 多人循環(huán)部分結(jié)構(gòu)如圖 2 圖 2人循環(huán)環(huán)節(jié) 按鍵由齒輪 7、支架和彈簧組成，按鍵類似于啟動按鈕。齒輪 7起連接齒輪的作用。按一下，按鍵開啟，齒輪 7分別與齒輪 8和齒輪 9嚙合，線軸 1和線軸 2的旋轉(zhuǎn)聯(lián)通。再按一下，由于彈簧的作用，按鍵彈起，齒輪 7分別與齒輪 8和齒輪 9分離，齒輪 8和齒輪 9斷開連接，線軸 1和線軸 2的旋轉(zhuǎn)互不干擾。 轉(zhuǎn)軸部分由兩個同心線軸組成，分別為線軸 1和線軸 2，線軸 1和齒輪 8通過軸固定在一起，線軸 2和齒輪 9通過軸固定在一起，齒輪 8和齒輪 9中間有齒輪 7連接，齒輪 7由按鍵控制。兩線軸既可以同時轉(zhuǎn)也可以不 同時轉(zhuǎn)。若按鍵按下，線軸 1和線軸 2同時旋轉(zhuǎn)。若按鍵彈起，線軸 1和線軸 2的轉(zhuǎn)動互不干擾。裝置一端還有個搖柄，便于收放繩子。 此部分的設(shè)計，既可做到多人循環(huán)使用，也使此救生裝置更加實際化。使用方便，同時也便于存放。繩子可通過搖柄收起或放開。使用方法請參照產(chǎn)品簡介部分。 ：速度控制器的設(shè)計 速度調(diào)節(jié)器是此裝置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這部分結(jié)構(gòu)簡單，亦相當(dāng)實用，能自動將速度控制在 4m/s。主要由帶槽圓盤、離心塊、彈簧以及摩擦導(dǎo)槽構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 2度控制器側(cè)面圖 圖 2度控制器正面圖 圓盤半徑為 8桿長 1動范圍為 簧 s。 彈簧 2的拉力為 關(guān)閥阻力為 量體質(zhì)量為 20g。 速度為 4m/F(r=F(r=8度為 F(r=F(r=8槽圓盤上有三個導(dǎo)槽，每個槽內(nèi)有一個質(zhì)量塊，質(zhì)量塊只能在槽內(nèi)沿半徑方向來回運動，質(zhì)量塊的一端用彈簧連接在圓盤中心軸上，并用一連桿接在圓盤的 桿的另一端連接在 量塊可帶動連桿左右擺動。質(zhì)量塊與摩擦槽的接觸端裝有梯形橡膠塊，其形狀與摩擦槽吻合，連桿機構(gòu)相當(dāng)于開關(guān)閥門，摩擦槽設(shè)計成梯形槽如圖所示，以增大摩擦力。 速度控制器根據(jù)離心原理，圓盤靜止時，彈簧 1拉力為 0，彈簧 2為拉伸狀態(tài)，使開關(guān)閥門有 以質(zhì)量塊不向外運動。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時，質(zhì)量塊有向外飛離的趨勢，隨圓盤轉(zhuǎn)速的增加，離心力也增 加，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速達(dá)到 4182 r/下降速度為 量塊離心力剛好大于開關(guān)閥阻力，開關(guān)閥連桿向外擺動后對質(zhì)量塊的壓力由內(nèi)變?yōu)橄蛲?，進一步增大了摩擦，使圓盤迅速減速，此時彈簧 1處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)下降速度減到 4m/s，質(zhì)量塊的離心力與連桿的合力小于彈簧 1的拉力，彈簧 1收縮，質(zhì)量塊被拉回內(nèi)側(cè)，質(zhì)量塊回到原狀態(tài)。若圓盤速度再次增大，連桿便再次打開，質(zhì)量塊再次使之減速，如此反復(fù)，圓盤的速度便被控制在 4m/到穩(wěn)速的目的。 ：減速環(huán)節(jié)設(shè)計 為了使落 地更加安全，擴大使用的范圍（如婦女和兒童），本設(shè)計特意添加了落地前的減速環(huán)節(jié)。減速器可以在 8m/s。而且減速器裝置也不復(fù)雜，經(jīng)濟又實用。 減速裝置如圖所示： 圖 2 減速器結(jié)構(gòu)圖 彈簧拉力均為 減速裝置主要由彎桿和彈簧組成。彎桿折成 60彎桿的折點固定在外殼的點 點，彎桿的 大摩擦系數(shù)作用）。彎桿轉(zhuǎn)動幅度為 60。彈簧3的一端與彎桿 a點相接，另一端固定在外殼 2個彎桿和彈簧成左右對稱分布。在繩子 2出口處同樣有一相同裝置，彎桿配合繩子上的結(jié)工作。 減速裝置工作原理如下： 設(shè)計需求在落地 8是在繩子 1距掛鉤 8形結(jié)的頂角成 90，菱形結(jié)寬 逃生者從繩子 2逃生，距地面 5子 1中的結(jié)恰好過連桿 1和連桿 2 的 a和 b端。由于彈簧 3和彈簧 4的作用，開始時，兩桿的 a、