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1、江苏省第四届创新设计大赛设计说明书 江苏省第四届创新设计大赛设计说明书项目名称: 高楼救援器 项目负责人： 朱海建 联系方式： 18906196510 导师姓名： 何雪明 组 员 ： 任翔、薛安、顾梦雪、沈骏 江 南 大 学2012年 2月目录第一章 概述21.1设计背景21.2技术描述及技术持有2第二章 产品说明书32.1、产品构成：32.2、产品附图及说明42.3、产品涉及权利52.4.使用方法62.5.注意事项6第三章 理论设计计算73.1作品外形尺寸73.2 作品的内部重要零部件尺寸：73.3运动参数设计及说明83.4减速的原理性计算93.5结构参数设计及说明9第四章 产品的成本计算及
2、其推广114.1成本计算114.2产品推广11参考文献12第一章 概述1.1设计背景城市火灾是一种发生频率高、涉及面广、破坏性大、反响强烈的突发性灾害。随着建筑高度的增加和日趋密集，建筑的安全隐患也越来越多，即使在发达国家的高楼遇有火灾、爆炸等事件时，由于时间、空间等诸多因素的限制，人员自救逃生也是一个极待解决的重要问题。高楼突然失火 ,电梯不能用,楼梯阻塞,飞不上去也跳不下来,怎样才能迅速逃生?这样的情况每年都有发生 ,也有很多人因无法逃生而遇难,而高楼失火逃生装置在这样的环境下应运而生。 在人们将越来越多的精力和时间都投入到对安全问题保障研究的同时,却忽略了最基础的一种手段 ,在人们越来越
3、多的用到各种高科技和现代手法进行安全保障的同时,却忽略意外事件的发生,是不可以借助外力和各种现代手段的 ,要靠最基础和最简单的方式 ,也就是机械的方式才是最安全和稳定的。目前国内外高楼逃生器主要有以下几种形式： （1）包角加手控式：该类逃生器增加钢丝绳与轮之间的包角，使得钢丝绳与钢丝轮之间的摩擦力增加。另外，再利用手控装置，进一步调节下降速度的快慢。 （2）间歇冲击式：间歇冲击式逃生器是通过间歇撞击能来消耗能量，如利用钟表中的擒纵叉和擒纵轮原理来消耗能量。 （3）液体流动阻尼式：液体流动阻尼式是利用液体流动阻尼把人体势能转化成液体热能，以达降低速度的目的。其主要特点是由于液体阻尼的大小取决于外
4、负载，所以不论人体质量的大小均能以比较恒定的速度下降。 通过对上述几种逃生器的认识，我们认为逃生器应该具有结构紧凑，工艺简单，安全可靠、使用方便、平稳快速、成本低廉等特点。基于此，本文设计出全自动高楼逃生器，这样不仅满足了高楼逃生器的基本特点，而且创新利用了齿轮传动比的调速功能。此设计由于小巧便捷，成本低，特别适宜家庭备用于紧急脱险。1.2技术描述及技术持有本高楼逃生器是一种往复式高楼火灾自救逃生器械。当楼宇发生火灾时，被困人员可以使用该缓降器平稳、安全、迅速地逃离危险现场。该缓降器具有上下往复使用功能，可在短时间内抢救多人及财产。工作时，通过装置内摩擦环本身的预紧力以及离心装置带动产生的摩擦
5、力使得能够从高空可控安全地自行到达地面。滑降绳索采用航空用钢丝绳内芯，外表编织护层组成，具有抗拉强度高，安全性能好，柔软舒适等特点。产品安装，使用简单方便，通过配置的安全钩或辅助绳索固定于建筑物内的应急窗口或临时悬挂在窗口、阳台或楼平顶的固定物上滑降逃生，亦可安装在举高消防车上营救被困人员。使用者无需专门训练，通过仔细阅读本说明书后可即可掌握使用，紧急时，男女老少均可使用该缓降器顺利逃生第二章 产品说明书2.1、产品构成：缓降减速部分：当人下滑时，借助缓速器来减速。保证人落地时的速度不会太大，减少冲击。A、绕绳防打滑装置启用装置前绳索绕于此防打滑装置上，当绳索运动时可依靠绳与此防滑装置间的滑动
6、摩擦来起到防打滑的作用，由于此装置设计成图示形状，可有效地加大绳索与装置间的摩擦力，安全可靠，简单易行。B、减速结构原理：（5）处装有预紧弹簧，起到预紧摩擦环（1）的作用，当绳子开始下滑时，通过大轴带动离心器（4）运动，根据离心器的作用原理，当速度增加时，开始张开，使得离心装置与两边的摩擦垫（3）之间产生摩擦，同时由于两边夹子（2）固定在外部盖子上，夹子下部张开根据杠杆原理导致上端夹紧，使得原来预紧的摩擦环得到更大的摩擦力。由此，此减速机构的减速来源由两部分组成，一部分是上部摩擦环原来的预紧力和后来的夹紧力，另一部分是下部离心器张开与摩擦环之间的夹紧力产生的摩擦。双重摩擦使得本装置能够更好地起
7、到夹紧减速作用，减小加速度，更好地在高空救援中起到作用。C、支架。目的是让逃生人员在下滑时与墙体保持一定的距离。D、防火绳。滑降绳索采用航空用钢丝绳内芯，内置多韧钢丝内芯，外表编织护层组成，具有抗拉强度高，安全性能好，柔软舒适等特点。2.2、产品附图及说明图1 图2图1为高楼逃生器装配图的主视图图2为高楼逃生器装配图的左视图图3为高楼逃生器装配图的俯视图图中：1、底盖；2、大齿轮轴；3、摩擦垫；4、左夹子；5、上盖；6、十字槽盘头螺钉；7、圆柱销；8、弹簧；9、十字槽盘头螺钉；10、爪；11、右夹子；12、十字槽盘头螺钉；13、夹紧弹簧；14、小齿轮轴；15、绕绳器；16、摩擦环； 图32.3
8、、产品涉及权利、本高楼逃生器,其包括摩擦环(16),所述摩擦环（16）固定于底盖（1）上，并受到两侧左夹子（4）和右夹子（11）预紧力的作用，该预紧力由夹紧弹簧（13）所提供，其特征在于可以根据需要调节夹紧弹簧（13）所带给摩擦环（16）的预紧力。所述左夹子（4）和右夹子（11）通过螺纹连接固定于底盖（1）上，螺栓连接作为支点，起到杠杆作用。所述摩擦垫（3）通过螺纹连接分别固定于左夹子（4）和右夹子（11）上，同时与固定于底盖（1）上的离合器相接触，其特征在于通过离合器与固定于左夹子（4）和右夹子（11）上的摩擦垫（3）产生压紧力从而起到摩擦减速的作用。、根据权利要求1所述的高楼逃生器，其特征
9、在于夹紧弹簧（13），可以根据实际需要改变对摩擦环（16）的预紧力大小，同时可以很好保证逃生下降初始具有较小的加速度，避免引起逃生人员的不适。、根据权利要求1所述的高楼逃生器，其特征在于摩擦垫（3），左侧摩擦垫和右侧摩擦垫非对称安装，当离合器逆时针旋转时，无论左右两侧，都是从摩擦垫较薄出进入，进入平滑；较厚处离开，起到平稳高效的摩擦减速作用。同时也可以根据需要对摩擦垫（3）的厚度分布进行有效的处理。、根据权利要求1至3中任意一条所述的高楼逃生器，其特征在于左夹子（4）和右夹子（11），在逃生器工作时，由离合器产生的压力通过摩擦垫（3）传给左夹子（4）和右夹子（11），同时另一端摩擦环（16）的
10、反作用力也作用于左夹子（4）和右夹子（11），由于夹子通过螺纹连接固定于底盖（1），根据杠杆原理，夹子两端受到的力相互平衡与制约，都有效地降低了绕于装置上的绳索的下降速度，很好的控制了下降的加速度。2.4.使用方法1) 火灾时，打开应急窗口取出缓降器，将安全钩挂固在预先设置在建筑物上的吊环或于窗口或阳台预备的安装架或其它可靠的固定物上，必要时可采用配备的辅助绳索捆绑较大的固定物，并将安全钩挂于辅助绳索上使用；2) 将绳索卷盘投向楼外地面以便松开滑降绳索；3) 将安全带套于腋下，拉紧安全带扣环至适合的松紧位置；4) 手抓安全带，从窗口或阳台，面向墙壁跳落，切勿手抓上升的滑降绳索；5) 着地站稳后
11、，滑降绳索另一端的安全带已升至原来始缓降处，第二个人即可套上安全带按同样方法滑降逃生，依此往复，连续使用。2.5.注意事项1) 选购缓降器时，应根据预定的安装高度先择适宜的滑降绳索长度规格，宁长勿短；2) 应存放在安装位置附近的显眼及通风干燥处，禁止与油脂、腐蚀性物品及易燃物品混放；3) 预定安装时，应选择火灾时最容易缓降逃生的位置；4) 使用时，尽量避免滑降绳索与墙壁或其它尖锐物品接触磨擦，以免影响滑降速度及损伤滑降绳索；5) 滑降绳索的使用寿命，因使用情况不同而异，发现编织层明显剥落、破损时，须及时更换新绳。第三章 理论设计计算该设计作品最大的特点在于其提供了双重保障，既考虑到减小加速度，
12、也考虑到控制其最终的安全速度，使人可以放心大胆的下来。考虑到作品用于救援的特殊性，所以只有其结构尺寸合理才能保证其安全可靠。3.1作品外形尺寸为了尽可能的减小作品的体积、质量、成本，使其便携，购买性强，但又不对其功能、可靠性、安全性上打折扣，所以我们将作品的长度定在22.6cm、宽度14cm、厚度7.3cm。3.2 作品的内部重要零部件尺寸：（小齿轮轴）（爪） （大齿轮轴） 3.3运动参数设计及说明大齿轮齿数Z=120小齿轮齿数Z=10传动比为12:1 45钢与摩擦块的摩擦系数要求u=0.5夹持机构增力比1.6:1摩擦轮半径R=25mm，小摩擦块直径D=30mm为了保证使用者的绝对安全，我们设
13、安全速度上限为2.5m/s（即最大落地速度为2.5m/s），由V=at得t=0.25s,由s=1/2at2得s=0.3m即相当于一个人从0.3m的高度跳下落地的速度。3.4减速的原理性计算 在刚开始下降时，由于杠杆增力机构顶上的弹簧预紧力F，所以使用者在下来的时候不会因为完全失重而感到难受，这也是我们的一大创新点，既考虑到使用者的安全，同时也考虑到使用者的使用体验。当速度增加到一定程度时（缓降器设定的安全速度范围内），减速机构开始工作。 因为绕绳装置的直径D=35mm，所以由公式，即大齿轮轴的转动速度为22.5r/s。因为两级齿轮间的传动比为12:1，所以小齿轮的转动速度为270r/s。查询相
14、关资料得钢铁的密度为7.8g/cm3，爪的质量为，由公式由公式,通过杠杆增力机构大齿轮轴上的摩擦力，再加上弹簧预紧力F=150N的作用，这就是说在2.5m/s的安全速度上限下，可以承载的最大体重为200公斤。而体重更轻的人，在下降速度达到2.5m/s的时候，由于自身重力小于2000N，所以他的速度只会比2.5m/s小，而不会超过2.5m/s。资料显示，一般只要速度不超过5m/s，即相当于人从1.25的地方跳下落地时的速度，一般都不会对人体造成太大的伤害。同样的用上面的方法，理论计算得在5m/s的极限安全速度下，该设计可承载的最大重量为760公斤。3.5结构参数设计及说明小齿轮轴的强度校核（以下校核是在一个体重100公斤范围内，下降速度1.5m/s的情况下进行的）：截面一处:注：这里取0.6由机械设计手册查得45钢调制处理的需用弯曲应力，因为，所以该截面安全。截面二处：由机械设计手册查得45钢调制处理的需用弯曲应力，因为，所以截面二处安全。说明：由上图可知，大齿轮轴的受力情况与小齿轮相似，且大齿轮轴的轴径大于小齿轮，故在小齿轮轴安全的情况下，大齿轮也是安全的。第四章 产品的成本计算及其推广4.1成本计算（1）外壳部分：200元（2）两个齿轮轴250元（3）绳子50元（4）两个夹子100元（5）背心 50元（6）弹簧等其他零件 20元共计：670元 如果批量
