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摘 要:针对目前高楼逃生手段的现状,提出了一种新颖的缓降器设计方法。通过对缓降器内部结构的分析,采用高阻尼液体与阻尼小孔相配合的方式,达到高阻尼减速的目的,使其可以在发生火灾等危急情形下不需要考虑人体重量和楼房高度等因素的影响,任何人不需要预先练习都可以安全快速成功的逃生。最后经过分析实验,结果证明了该设计思路的有效性。
关键词:缓降器;逃生应急;高阻尼液体;结构设计
1、引言
随着楼房高度的增加和日趋密集,楼房的安全隐患也越来越多。在发生火灾等危急情形下,高楼上的人们的行之有效的逃生手段却非常少。缓降器是其中一种非常有效的手段,但现在缓降器还不是很多而且大多数是机械式的,还需要外部动力输入。本文通过查阅相关资料,解决了上述问题,提出了一种简单新颖的缓降器的设计思路,使其在发生火灾等危急情形下不需要考虑人体重量和楼房高度等因素的影响,任何人不需要预先练习都可以安全快速成功的逃生。
2、设计思想
针对目前高楼火灾逃生的现状,提出如下问题能不能设计一种缓降器:一、不需要外部动力输入,动力的来源于下降物体本身即是物体的重力势能,重力势能通过高阻液体将重力势能转换为液体的动能和热能;二、不需要特殊装置就能连续工作。
基于上述两点,本文提出了采用高阻尼液体实现快速减速的缓降器设计方法。其具体结构示意图如图1所示。
工作过程是:通过缠绕在外壳外部中段齿轮的钢丝绳在人体重量的拉动下,带动外壳转动。当进行逃生时,利用钢丝绳的一端的挂钩钩着逃生者的腰间的安全带,另一端绕过外壳外部直径较小的中间部位线槽。当逃生者下降时,绕在壳内齿轮上的钢丝绳在人体重量的拉动下,带动外壳转动。由于大小齿轮的控制使外壳腔内的高阻液体产生液体流动阻尼,以此来阻止齿轮的快速移动。这样,可使其以较缓慢的速度转动,逃生者就可以以较慢的速度下降。
工作原理是:叶片在轴的带动下搅动高阻液体,齿轮机构协调运作保证产生较大的液体流动阻尼,以此来阻止轴的快速转动,达到降速的目的。
3、结构介绍及使用方法
3.1、主要结构介绍
该装置主要由齿轮机构和钢丝绳两部分组成,分别在两组齿轮机构和外壳内侧装有叶片,以保证使外壳腔内的高阻液体产生液体流动阻尼,以此来阻止齿轮的快速移动,达到降速的目的,使逃生者的安全得到保证。
3.2、使用方法
1)人通过缠绕在轴的两端线轮上的绳子从高处外下跳拉动轴旋转,轴带动装在其上的叶片和齿轮工作;
2)叶片在轴的带动下搅动壳体里面的高阻液体,在转动的过程中高阻液体产生阻力,同时装在小齿轮上的叶片和大叶片转向相反对液体的流动产生阻力。这样阻力阻止了轴的快速旋转以达到缓降的目的;
3)下降得越快叶片转动得就越快,同时高阻液体产生的阻力和小叶片的反向力就越大,这样轴受到的阻力就会大,下降的速度被减小;叶片上钻有阻尼小孔,当 液体通过它时会产生压力,对轴进一步减速;
4)轴的两端都有线轮,绳子的绕向刚好相反,一端在承重下降时另外一端的绳子就被卷起,就这样一上一下循环使用。
4、高楼逃生器的设计分析
4.1、结构分析:
经分析得该装置主要由齿轮、叶片、钢丝绳和高阻液体等组成,叶片在轴的带动下搅动高阻液体,齿轮机构协调运作保证产生较大的液体流动阻尼,以此来阻止轴的快速转动,达到降速的目的,使逃生者的安全得到保证。
本逃生器可以单人使用,也可以多人重复使用,该装置结构紧凑、安全可靠、使用方便、平稳快速、价格低廉、产品生产成本低、最重要的是不需要外部动力输入,不同重量的人均能以基本相同的速度匀速下降。与专业的逃生设备相比有着自己的独特的优点,特别适合于家庭使用。
4.2、装置救援分析
该高楼逃生器采用叶片搅动高阻尼液体,使得人体减速下降。其主要特点是:安全可靠、结构紧凑、造价低廉、使用方便、平稳快速、可供多人重复使用、不需外部动力输入。
当发生紧急事故时,可从消防栓中取出高楼逃生器装置并迅速安装好进行逃生应急,打开外壳取出机构背在背上之后拔钢丝绳一端挂在腰上另一端挂在楼房栏杆或结实的管道上便可自助缓慢下降,大大增大逃生可能,并可重复使用,在救援人员赶来之前对受困人员提供逃生保障。
5、结束语
从社会需求出发,本文设计的高楼逃生器主要有以下4个优点:
1、通过位于叶片上的阻尼小孔与高阻尼液体的配合,从而达到高阻尼减速的目的;
2、液压控制自动调速:当叶片旋转速度较快时,液体会通过位于管壁的管路与摩擦片配合实现自动调速;
3、对称结构的设计:使得当一个人成功落地时另一个人既可马上降落,实现了救援的及时性;
4、大小叶片旋转方向的特殊设计:增加了仪器的整体阻尼作用;
参考文献
[1]吴百诗.《大学物理》[M]. 西安:西安交通大学出版社,2000,P161
[2]张伟社.《机械原理教程》[M]. 西安:西安工业大学出版社,2002,P72-73
[3]龚建新.《机械原理课程设计指导书》[M].北京:高等教育出版社,2005,P6
[4]杨昂岳.《机械原理学习要点与习题解析》[M]. 北京:国防科技大学出版社,2004,P82
[5]王文奎.《机械原理》[M]. 北京:电子工业出版社,2007,P49
作者简介:曹红奎(1988.1.20-),河南省濮阳市,长安大学工程机械学院07级工业设计专业本科学生。
关键词:缓降器;逃生应急;高阻尼液体;结构设计
1、引言
随着楼房高度的增加和日趋密集,楼房的安全隐患也越来越多。在发生火灾等危急情形下,高楼上的人们的行之有效的逃生手段却非常少。缓降器是其中一种非常有效的手段,但现在缓降器还不是很多而且大多数是机械式的,还需要外部动力输入。本文通过查阅相关资料,解决了上述问题,提出了一种简单新颖的缓降器的设计思路,使其在发生火灾等危急情形下不需要考虑人体重量和楼房高度等因素的影响,任何人不需要预先练习都可以安全快速成功的逃生。
2、设计思想
针对目前高楼火灾逃生的现状,提出如下问题能不能设计一种缓降器:一、不需要外部动力输入,动力的来源于下降物体本身即是物体的重力势能,重力势能通过高阻液体将重力势能转换为液体的动能和热能;二、不需要特殊装置就能连续工作。
基于上述两点,本文提出了采用高阻尼液体实现快速减速的缓降器设计方法。其具体结构示意图如图1所示。
工作过程是:通过缠绕在外壳外部中段齿轮的钢丝绳在人体重量的拉动下,带动外壳转动。当进行逃生时,利用钢丝绳的一端的挂钩钩着逃生者的腰间的安全带,另一端绕过外壳外部直径较小的中间部位线槽。当逃生者下降时,绕在壳内齿轮上的钢丝绳在人体重量的拉动下,带动外壳转动。由于大小齿轮的控制使外壳腔内的高阻液体产生液体流动阻尼,以此来阻止齿轮的快速移动。这样,可使其以较缓慢的速度转动,逃生者就可以以较慢的速度下降。
工作原理是:叶片在轴的带动下搅动高阻液体,齿轮机构协调运作保证产生较大的液体流动阻尼,以此来阻止轴的快速转动,达到降速的目的。
3、结构介绍及使用方法
3.1、主要结构介绍
该装置主要由齿轮机构和钢丝绳两部分组成,分别在两组齿轮机构和外壳内侧装有叶片,以保证使外壳腔内的高阻液体产生液体流动阻尼,以此来阻止齿轮的快速移动,达到降速的目的,使逃生者的安全得到保证。
3.2、使用方法
1)人通过缠绕在轴的两端线轮上的绳子从高处外下跳拉动轴旋转,轴带动装在其上的叶片和齿轮工作;
2)叶片在轴的带动下搅动壳体里面的高阻液体,在转动的过程中高阻液体产生阻力,同时装在小齿轮上的叶片和大叶片转向相反对液体的流动产生阻力。这样阻力阻止了轴的快速旋转以达到缓降的目的;
3)下降得越快叶片转动得就越快,同时高阻液体产生的阻力和小叶片的反向力就越大,这样轴受到的阻力就会大,下降的速度被减小;叶片上钻有阻尼小孔,当 液体通过它时会产生压力,对轴进一步减速;
4)轴的两端都有线轮,绳子的绕向刚好相反,一端在承重下降时另外一端的绳子就被卷起,就这样一上一下循环使用。
4、高楼逃生器的设计分析
4.1、结构分析:
经分析得该装置主要由齿轮、叶片、钢丝绳和高阻液体等组成,叶片在轴的带动下搅动高阻液体,齿轮机构协调运作保证产生较大的液体流动阻尼,以此来阻止轴的快速转动,达到降速的目的,使逃生者的安全得到保证。
本逃生器可以单人使用,也可以多人重复使用,该装置结构紧凑、安全可靠、使用方便、平稳快速、价格低廉、产品生产成本低、最重要的是不需要外部动力输入,不同重量的人均能以基本相同的速度匀速下降。与专业的逃生设备相比有着自己的独特的优点,特别适合于家庭使用。
4.2、装置救援分析
该高楼逃生器采用叶片搅动高阻尼液体,使得人体减速下降。其主要特点是:安全可靠、结构紧凑、造价低廉、使用方便、平稳快速、可供多人重复使用、不需外部动力输入。
当发生紧急事故时,可从消防栓中取出高楼逃生器装置并迅速安装好进行逃生应急,打开外壳取出机构背在背上之后拔钢丝绳一端挂在腰上另一端挂在楼房栏杆或结实的管道上便可自助缓慢下降,大大增大逃生可能,并可重复使用,在救援人员赶来之前对受困人员提供逃生保障。
5、结束语
从社会需求出发,本文设计的高楼逃生器主要有以下4个优点:
1、通过位于叶片上的阻尼小孔与高阻尼液体的配合,从而达到高阻尼减速的目的;
2、液压控制自动调速:当叶片旋转速度较快时,液体会通过位于管壁的管路与摩擦片配合实现自动调速;
3、对称结构的设计:使得当一个人成功落地时另一个人既可马上降落,实现了救援的及时性;
4、大小叶片旋转方向的特殊设计:增加了仪器的整体阻尼作用;
参考文献
[1]吴百诗.《大学物理》[M]. 西安:西安交通大学出版社,2000,P161
[2]张伟社.《机械原理教程》[M]. 西安:西安工业大学出版社,2002,P72-73
[3]龚建新.《机械原理课程设计指导书》[M].北京:高等教育出版社,2005,P6
[4]杨昂岳.《机械原理学习要点与习题解析》[M]. 北京:国防科技大学出版社,2004,P82
[5]王文奎.《机械原理》[M]. 北京:电子工业出版社,2007,P49
作者简介:曹红奎(1988.1.20-),河南省濮阳市,长安大学工程机械学院07级工业设计专业本科学生。