高空雙向可調(diào)速逃生裝置

鞏彥榮 陸永耕 劉柳鍵

（上海電機(jī)學(xué)院 上海 200204）

高空雙向可調(diào)速逃生裝置

鞏彥榮 陸永耕 劉柳鍵

（上海電機(jī)學(xué)院 上海 200204）

介紹了一種高空逃生裝置，具體的說(shuō)是一種雙向可調(diào)速的逃生裝置，逃生裝置可以手動(dòng)控制逃生裝置的速度，可調(diào)速范圍為人體安全逃生速度。高空雙向可調(diào)速逃生裝置的基本組成結(jié)構(gòu)，其包括大彈力發(fā)條、齒輪組，擒縱機(jī)構(gòu)、游絲機(jī)構(gòu)、滑輪、繩索、電機(jī)、蓄電池等。整個(gè)裝置由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、控制部分和執(zhí)行部分組成。

裝置；游絲機(jī)構(gòu)；擒縱機(jī)構(gòu)；發(fā)條；齒輪組

1 引言

針對(duì)高空逃生實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一種在發(fā)生高空逃生情況下，能幫助人方便、快捷的逃生的工具。高空雙向可調(diào)速逃生裝置能適合各種結(jié)構(gòu)的建筑物，運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且要求操作方便，體積和重量在一個(gè)人可以操作的限度范圍內(nèi)。可以多次往返高層建筑進(jìn)行營(yíng)救。從而能最大限度的減少危險(xiǎn)中的人員傷亡。通過(guò)分析比較現(xiàn)有的一些高空逃生器，大多數(shù)裝置雖然能達(dá)到高樓逃生這一功能，但其結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜，操作繁瑣，安全性差，生產(chǎn)成本高，部分裝置還需要電力控制，局限性大（發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)很有可能斷電，也不允許操作人員進(jìn)行復(fù)雜的操作）。所以設(shè)計(jì)采用一種機(jī)械結(jié)構(gòu)的逃生裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。其原理是利用逃生人員的重力，通過(guò)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為渦卷彈簧的彈性勢(shì)能，并能保證機(jī)械自動(dòng)返回高空，營(yíng)救其他人員，最終以安全速度到達(dá)地面。裝置的仰角大小可以人為調(diào)節(jié)。當(dāng)從動(dòng)軸與安全繩的粗糙度、安全繩的直徑發(fā)生改變時(shí)可以通過(guò)改變仰角的大小使裝置仍然可以正常使用，適應(yīng)了各種環(huán)境。通過(guò)計(jì)算，結(jié)果達(dá)到預(yù)期要求，借助本裝置逃生人員可以以安全的速度平穩(wěn)的下落到地面。因而可以在災(zāi)難發(fā)生的時(shí)候保證人的生命安全。

2 高空雙向可調(diào)速逃生裝置結(jié)構(gòu)

此逃生裝置呈長(zhǎng)方體體。主要由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、控制部分和執(zhí)行部分組成。獨(dú)特的速度調(diào)節(jié)器能使逃生速度保持在1.5m/s左右。精心構(gòu)思發(fā)條儲(chǔ)能部分使小小的逃生裝置能夠自動(dòng)返回危險(xiǎn)環(huán)境解救其他人，精巧的減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，卻能起到落地前減速的效果。高空雙向可調(diào)速逃生裝置由摩擦輪、繩索、擒縱機(jī)構(gòu)、游絲機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、變換動(dòng)力軸和電機(jī)等組成。

外部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 外部結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

高空雙向可調(diào)速逃生裝置，包括外殼、大彈力發(fā)條、齒輪組、擒縱機(jī)構(gòu)、游絲機(jī)構(gòu)、滑輪、繩索、電機(jī)、蓄電池。外殼內(nèi)安裝一組齒輪組，每組齒輪組主要由模數(shù)相同，齒數(shù)按一定配比關(guān)系組成。

大彈力發(fā)條與軸通過(guò)軸孔固定，軸與發(fā)條同步轉(zhuǎn)動(dòng)，軸通過(guò)鍵與號(hào)齒輪相配合，組成本儲(chǔ)能系統(tǒng)，號(hào)齒輪與號(hào)齒輪嚙合，從而帶動(dòng)號(hào)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

大彈力發(fā)條將人與裝置下降過(guò)程中重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換的機(jī)械能儲(chǔ)存在其中，此過(guò)程是通過(guò)一對(duì)滑輪對(duì)繩索的擠壓力產(chǎn)生的摩擦力，使得裝置在繩索上滑動(dòng)，大彈力發(fā)條儲(chǔ)存的能量在裝置自動(dòng)返回過(guò)程中釋放。通過(guò)齒輪之間的嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的變速，這樣發(fā)條轉(zhuǎn)動(dòng)一周，裝置就可以移動(dòng)很遠(yuǎn)，發(fā)條移動(dòng)1m，裝置就可以移動(dòng)70m左右，從而達(dá)到了高空的逃生效果。繩子與滑輪配合圖如圖3所示。

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 繩輪結(jié)構(gòu)圖

擒縱機(jī)構(gòu)由擒縱輪與擒縱叉組成，主要完成速度的控制。號(hào)齒輪與擒縱輪齒輪嚙合，從而擒縱輪可以控制號(hào)齒輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制其他齒輪，也就控制了滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因此也就控制了整個(gè)裝置速度，實(shí)現(xiàn)可調(diào)速功能。

游絲機(jī)構(gòu)主要由游絲和陀飛輪組成，可以通過(guò)調(diào)節(jié)游絲控制陀飛輪來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，從而控制擒縱叉的擺動(dòng)頻率。

速度比是通過(guò)3號(hào)齒輪、4號(hào)齒輪、17號(hào)齒輪、22號(hào)齒輪和13號(hào)齒輪的齒數(shù)不同，將下降的速度與距離轉(zhuǎn)化成人體逃生安全速度，與大彈力發(fā)條的彈性勢(shì)能。

棘輪是與軸通過(guò)鍵配合，實(shí)現(xiàn)棘輪與軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而22號(hào)齒輪與軸也通過(guò)鍵配合，故棘輪與22號(hào)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，可以防止裝置返回時(shí)下滑。

所述的控制棘輪手柄是控制棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)與鎖死的，故可控制裝置的暫停與運(yùn)動(dòng)。

電機(jī)一般采用小功率直流電動(dòng)機(jī)，為高空雙向可調(diào)速裝置提供部分動(dòng)力，其控制依靠單片機(jī)。電動(dòng)機(jī)通過(guò)電機(jī)軸將動(dòng)力傳輸?shù)?1號(hào)齒輪，21號(hào)齒輪與19號(hào)齒輪嚙合，19號(hào)齒輪與20號(hào)齒輪同步同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，20號(hào)齒輪與18號(hào)齒輪嚙合，從而帶動(dòng)18號(hào)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，18號(hào)齒輪帶動(dòng)17號(hào)齒輪，從而帶動(dòng)整個(gè)齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)。

18號(hào)齒輪與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制桿相連接，組成電動(dòng)機(jī)動(dòng)力與發(fā)條動(dòng)力相配合的關(guān)鍵。蓄電池是為小功率直流電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力電源。

項(xiàng)目資助：上海市教委大學(xué)生科創(chuàng)資助項(xiàng)目（編號(hào)：G2-14DXSCX-014）。

TU998.13

A

1004-7344（2016）15-0305-01

2016-5-10

鞏彥榮（1991-），男，甘肅天水人，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。