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1、第一章 概述随着城市化进程的加快，高层建筑如雨后春笋迅速增多，高层建筑发生火灾、地震等意外灾难时的逃生问题受到人们的日益重视。群死群伤的事实告诉我们，在火灾或地震发生的紧急时刻，必须注重自救！目前国内外关于“火灾安全逃生装置”的专利申请有近一百种之多，但多数为单线式的钢丝绳及机械化的逃生器。例如用机械旋转控制实现下行逃生方法，使用时将人吊在空中，绳子自动回位旋转。其操作复杂且耗费大量宝贵时间，效率低,而且逃生器也比较重，大部份机械装置跟随人落到地上，安全性不高，对老人及小孩尤其不适用；除此之外，逃生器中教贵的有各种云梯、消防车之类的火灾安全逃生装置，其成本较高、体积大，难以普及于民众家庭，一般
2、只有专业的消防队才能配置；当然还有一些装备很是需要人们的胆量的，例如降落伞、安全气囊等，它们只适用于那些专业人员或是紧急灾情时的无奈之选。灾难不是经常发生的，可一旦发生或许将是极其致命的。9.11就是一个很叫人悲痛的例子，短短几十分钟，数千条生命灰飞烟灭。据报道，在大厦就将坍塌之前，有人为了活命，裹了条被单就从高处跳了下来，更有甚者在没有任何防护下坠楼而下，可想而知，无论哪种情况下，生还的可能性几乎为零。有人或许会想，当时要是有降落伞，或是云梯等自救装备就好了。但这似乎不大可能，就如前面所说的，灾难不会经常有，也无法预测，谁会耗掉大笔经费装备大量自救装备，即使装备了，又有多少人会适用，平时又放
3、在哪，况且当楼层高达一定高度时，大部分装备将不再适用，这又为高空救援带来了难题。试想能否设计一种自救装置，平时放在家中可以并不作为救生来适用，而是作为日常的某种家用装备来使用，当灾难发生时，稍经改造就可运于救援，即所谓的多功能性。经过一段时间的观察，发现现在公寓住宅普遍装备的手摇衣架是个很可以改造的装备。设想一下，如果该套装备平时可以升降衣物，灾难时可以是人物从高处安全降到低处，不仅降低了预防灾难的投入，也添置了一项家私，更为人生安全增加保障。第二章 多功能升降器文献综述2.1 国内外现状目前国内外的产品早已是多种多样，优缺点并存：2.1.1 利用钢丝绳的方案专业手套优点：操作方便，成本低廉，
4、结构简单缺点：可靠性差，对使用者的操作技能要求高采用发电机，让绕线轮旋转产生电力，由电力产生摩擦力矩或阻力矩优点：可靠性高，操作简单，易于实现缺点：结构复杂，稳定性差，成本高欧拉公式加手控优点：结构简单，操作性好，成本低廉缺点：可靠性差，对使用者的操作技能要求高间歇冲击式优点：下降速度稳定，安全可靠，操作方便缺点：结构复杂，逃生效率低，不是与过高的建筑利用离心力来产生摩擦力优点：结构简单，操作简单，下降速度可调缺点：可靠性差，危险性高利用轮系来增速优点：可靠性高，下降速度稳定，操作方便缺点：结构复杂，成本高利用液体流动阻尼优点：结构简单，安全可靠缺点：下降速度不稳定，制造精度高，成本高2.1.
5、2 非钢丝绳的方案救生伞优点：结构简单，易于实现，操作方便缺点：适用范围小，对使用者操作技能要求高软梯优点：结构简单，可靠性高，操作方便缺点：危险性高，不适于过高的建筑云梯优点：结构可靠，升降速度快，适用范围广缺点：制造成本高，承载能力差，救生效率低柔性救生道优点：结构简单，救生效率高，适用范围广缺点：制造成本高，下降速度不稳定气垫优点：结构简单，可操作性强，适用范围广缺点：需要他人配合，危险性高，不适于过高的建筑2.2 发展趋势结构简单化结构复杂的设备不见的更可靠，相反，越简单的结构越有可能可靠，关键是要有合理的设计。体积缩小体积大的设备要求足够大的安装空间，要是需要搬运的设备就显得太多的不
6、便，缩小体积不但可以减轻重量，而且便于调用。一机多用很少有人愿意为不可预见的灾难进行大笔的投入，如果能够实现一机多用，这样，花一分钱，买两处方便，何乐不为。使用简单、灵活如果装置操作稍有复杂，在紧急情况下也很容易出差错，一机多用的同时，则有要求功能转换的灵活性。2.3 设计目标降速平稳，安全可靠。采用最新技术，完全消除重力加速度，减速平稳匀速，限速阻尼感、安全感强。手动，可悬停。主要为手动降速，操作简单，可刹车悬停。安全裕度高，使用寿命长。采用纯裸镀锌钢丝绳，强度高、助燃、寿命长。灵活实用的两种实用方式。该装置研发出便携式（不带衣架）和固定安装式（配备衣架）两种产品。设计先进，结构紧凑。限速器
7、采用精铸吕合金外壳，精美，轻质(仅重3.5kg,不计钢丝绳)。第三章 多功能升降器的用途、规格、主要技术性能及特点3.1 多功能升降器的用途与规格所谓多功能，在这里就是即可实现晾晒衣架（执行部件）的手动升降，又可稍经改造，收放线装置（控制部件）配合衣架就可作为高空缓降设备来使用，在灾难发生时，正常的疏散通道不能使用，帮助人们迅速、平稳、安全的从高处降落到地面。该装置适用于各类高层建筑，如办公楼、写字楼、公共娱乐场所、宾馆、饭店、住宅、公寓、机关、医院、学校等场所配备，并是消防部门施救装置，还可用于高空作业等需匀速缓降的场合。此装置分为固定式与便携式两类。固定式就是固定在公寓内阳台顶部，平时行使
8、晾衣，紧急时自救，都不用屋顶将装置拆下的一类；由于控制装置本生就可单独行使缓降的作用，且质量轻，体积小，舍去衣架，配上一两个零部件，就成为一套便携装置。3.2 多功能升降器的主要技术性能及特点3.2.1 主要技术参数：实用范围:20-100kg下降速度:0.5-2.0m/s使用高度范围:50m钢丝绳索直径:3mm承载人数：1人/次3.2.2 主要性能、特点摇转手轮可实现衣架的升降，并在不同高度都可随时自锁同一重物在下降过程中所产生的放线力矩保持不变针对不同的重物，通过定量压缩弹簧以产生对应阻力距，实现匀速下降弹簧的压缩量为每20kg重物对应2mm压缩部件螺纹的螺距），配有刻度，可以微调第四章
9、多功能升降器的功能设计4.1 多功能升降器的基本功能及其展开分析4.1.1 晾衣架升降平时使用中，逆时针转螺栓手柄，释放压缩弹簧，消除绕线筒上摩擦表面的压力，消除阻力矩；接着摇摇动手轮，任意调整衣架上所晾衣物的高度；再反手柄，压缩弹簧，施加足够压力，使衣物悬停空中。4.1.2 缓降重物紧急情况下，顺时针转螺栓手柄，压缩螺栓上，每2mm（螺栓螺距，每多转一圈，可多实现20kg重物匀速下降）留有刻度，另外上箱板上也每个15度留有一刻度，用以细分这20kg的增加量，起微调作用，调到自救者的体重刻度后，取下衣杆一端安全钩与控制装置上的吊环连接好；人绑上安全带，安全钩也于控制装置上吊环连接好，此时人便可
10、爬出窗外安全，匀速下降了；若要中途停车，就再顺时针转手柄，压弹簧施加阻力即可。第五章 多功能升降器的结构设计5.1 结构方案的确定本方案拟定采用通过使用摩擦机构来实现动力矩与阻力矩保持平衡，以达到物体匀速下滑的目的。以下几种方案可供参考。5.1.1 套筒式摩擦机构图1 套筒式摩擦机构通过螺钉6，可调整两半压块5和8来压紧钢丝绳2.此方案结构简单，但可靠性差钢丝绳与套筒之间的摩擦情形时有变化，导致摩擦系数不定，下落过程中速度变化难以设想；操作不便压力难以调定到一准确数值，更不必说适用不同体重人员。5.1.2 缠绳式摩擦机构图2 缠绳式摩擦机构通过操作右上角的扳手调整绳索在绕线轮上的包角，完成匀速
11、下降过程。可单手操作，如若包角过大，再加上难以微调，会出现卡死现象。5.1.3 离心摩擦机构图3 离心式摩擦机构转动时，摩擦弧片1和2绕着销轴4往外甩，压紧在机壳8的内圆弧表面，产生较大的摩擦力矩。此机构最大的优点是只要摩擦弧片1和2的质量与尺寸确定，一定重物在下滑过程中的最大，也是最后稳定的速度是一个定值，有自动调速的作用。但通过计算得到，要想重物在一较为安全的低速范围内下滑，摩擦弧片1和2的质量要求很大，相反，如若在一较高运行速度下，质量不必很大。由此可见，此类机构更适合与高速机械。5.1.4 压缩弹簧+单层绕线摩擦机构 图4 压缩弹簧+单层绕线机构此机构的特点在于单层绕线（通过线与线，线
12、与轴之间的摩擦力，使绳4与绕线筒3形成近似一体）可使重物的动力矩保持不便，压缩弹簧可调整摩擦片2与绕线筒3之间正压力，控制阻力距，实现可调、微调。经过各种机构的比较和综合，最终选取此种机构，并将其与手摇升降衣架进行结合。5.2 机构及主要零件空间布置方案的确定压缩弹簧+单层绕线类似机构图5 压缩弹簧+单层绕线类似机构1为压缩弹簧，2为摩擦片（与箱壁左端胶结），4为钢丝绳，此类机构与图4所示机构的运用原理相同，最大的不同是图4的摩擦组件与出线口的位置，其摩擦片在绕线筒的左侧，弹簧在右侧，两出线口位于上下两箱板（图5所示机构预设出线口在前后两箱板），此机构有利于缩小装置的左右两侧宽度，进而减少装置
13、的整体体积，减轻重量。由于绕线筒左或右端需配备一摇动手轮，用于收放线，实现晾衣架的升降。这样不易于装置在墙壁上的固定（通常装置固定后手轮摇背向墙体，顾绕线筒左右两端要留有一段），所以设计方案确定为图5所示机构。5.3 结构工艺性的考虑（铸、锻、切削、热处理、检测及装配的工艺性等）5.3.1 箱体工艺性考虑箱体是用来固定、支撑和包围以上绕线筒与摩擦机构，考虑到工艺性，此处采用六块矩形铝板型材螺钉固结为矩形盒子，为了保证足够的强度，板厚为10mm。具体结构尺寸如下图：图6 左右两箱板图7 前后两箱板图8 上下两箱板5.4 轴承的布局此装置设有两耐磨的锡青铜滑动轴承，与左右两箱板紧配合，结构尺寸见节
14、6.8。5.5 润滑与密封方式的选择需要润滑的地方是心轴与滑动轴承配合出，选用定期油润滑；考虑结构尺寸与散热的因素，无需密封。第六章 多功能升降器主要零配件的设计与计算6.1 钢丝绳的选取与校核选择裸镀锌合成纤维芯钢丝绳，其参数如下：直径：3mm近似重量：3.48kg/100m最小破坏拉力：5.78kN弹性模量：200GPa预设使用长度：30m适用高度：15m（双线承受重力）则绳的重量G=3.48*30/100=1.044kg绳的静伸长量=50*9.8*30/200*109*3.14*（3.14*2.52*10-6）=9.2mm动载荷系数Kd=1+1+22/(9.8*9.2*10-3）0.5=
15、7.7强度判断：9.8*50*7.7=3773N5780N(安全)6.2 轴的设计校核轴的中间部分要与绕线筒固定，其两侧要与箱体配合，一端还要装配一手轮，用于收放线，材料为45钢，如图所示。图9 心轴当线轴两侧受最大弹簧力F=414.3N。经分析计算，装置运转时只受弯矩，弯矩图如图10所示图10 轴所受弯矩图Mmax=-5.8Nm取=60Mpa由，有D=10mm考虑线筒上的销孔和各直径和轴所要配备零部件，取中间段直径D为25mm,轴承配合段D为20mm，与手轮配合段D为12mm。6.3 绕线筒设计与校核线筒中间部分用于绕线，两端各一大轮盘，与摩擦部件作用，产生阻力，两者一体，材料为铝合金。绕线筒并不缠绕全部的绳，而仅是在线筒上密绕一层线，一头线往外抽，一头线则会往里绕，通过这层密绕线与筒壁的静摩擦力，迫
