救生緩降器的速度控制機(jī)構(gòu)研究進(jìn)展分析

劉楊威

摘 要 救生緩降器是高層建筑自救的常用裝備，其中速度控制機(jī)構(gòu)是救生緩降器的核心部件，按照速度控制的工作原理，速度控制機(jī)構(gòu)可大致分為兩類，即阻尼式和電動(dòng)控制式，本文按照工作原理總結(jié)了速度控制機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，從專利申請(qǐng)的角度對(duì)速度控制機(jī)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，指出了速度控制機(jī)構(gòu)可能的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 緩降器;摩擦阻尼;電磁阻尼;液壓阻尼

城市化進(jìn)程的發(fā)展使得高層建筑越來(lái)越多，但是高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)往往會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的后果，因此高層建筑救援也越來(lái)越受到人們重視。自救是應(yīng)對(duì)高層建筑火災(zāi)的重要方式，目前實(shí)施高層建筑自救的裝備有很多，如逃生滑道/滑軌、充氣氣囊、降落傘，救生緩降器等，其中救生緩降器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便而備受關(guān)注。救生緩降器是一種可使人沿繩或隨繩緩慢下降的逃生裝置，一般由掛鉤、繩索、速度控制機(jī)構(gòu)等組成，其中速度控制機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高空緩降的核心部件，目前大量的研究也都是集中在對(duì)速度控制機(jī)構(gòu)的研發(fā)設(shè)計(jì)上。

1速度控制機(jī)構(gòu)的控速方式和原理

速度控制機(jī)構(gòu)是為控制下降速度而設(shè)置的，按照控制方式可以分為主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種方式，主動(dòng)控制需要人工操作實(shí)現(xiàn)下降速度的控制，被動(dòng)控制則不需要人工操作即可按照一定的速度緩降。按照速度控制的工作原理，速度控制機(jī)構(gòu)可大致分為兩類，即阻尼式和電動(dòng)控制式，其中阻尼式速度控制機(jī)構(gòu)的本質(zhì)在于將人下降時(shí)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成其他能量，包括摩擦阻尼、電磁阻尼、液壓阻尼等，電動(dòng)控制式速度控制機(jī)構(gòu)通常是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)下降速度的控制。

2速度控制機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

早在1986年公安部制定的《高層建筑消防管理規(guī)則》中便規(guī)定了賓館、飯店的各樓層宜配備供住客自救用的安全繩或緩降器、軟體、救生袋等避難救生器具，當(dāng)時(shí)的緩降器多為摩擦阻尼式緩降器，例如，國(guó)營(yíng)五一三廠于1985申請(qǐng)的發(fā)明專利高空安全可控緩降裝置（申請(qǐng)?zhí)枮镃N85103639）便是利用繩帶在多孔控制板中的摩擦實(shí)現(xiàn)的緩降，日本西部工業(yè)株式會(huì)社于1986申請(qǐng)的逃生用器具（申請(qǐng)?zhí)枮镃N86106541）是利用可動(dòng)摩擦板接近于固定摩擦板從而使得摩擦制動(dòng)力作用于纜索上實(shí)現(xiàn)了摩擦緩降。這類利用摩擦阻尼原理的緩降器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本較低、方便存放等優(yōu)勢(shì)，歷經(jīng)多年的發(fā)展已成為市場(chǎng)上最為常見的緩降器類型，如八字環(huán)、離心摩擦式緩降器等。近些年，除了摩擦阻尼以外，還產(chǎn)生了利用別的阻尼方式的速度控制機(jī)構(gòu)，例如，邱振宇[1]等設(shè)計(jì)了一種基于液壓節(jié)流原理控速的高層逃生緩降裝置，其中的速度控制部分主要由兩串聯(lián)的液壓缸及其內(nèi)部配置的活塞、液壓管路以及控速節(jié)流孔組成。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將繞線輪處的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至活塞處并將其轉(zhuǎn)化為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而作用于內(nèi)部封閉油液在兩液壓缸之間循環(huán)流動(dòng)，流動(dòng)過程中經(jīng)過節(jié)流孔處，節(jié)流孔通過限制單位時(shí)間內(nèi)通過的液體流量來(lái)限制液壓缸運(yùn)行速度，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度進(jìn)行限制，以達(dá)到使用人員減速緩降的目的。陳遠(yuǎn)超[2]等設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)電磁阻尼式高樓逃生緩降器，該緩降器由主軸及在其上安裝的絞盤、減速器、交流永磁同步電機(jī)、控制器、救生繩、支撐架和手搖柄等構(gòu)成，利用交流永磁同步電機(jī)被動(dòng)發(fā)電模式下的電磁轉(zhuǎn)矩控制調(diào)節(jié)絞盤轉(zhuǎn)速，具有制動(dòng)力調(diào)節(jié)平滑、無(wú)機(jī)械磨損、物理原理可靠的優(yōu)點(diǎn)。這些類型的緩降器雖然各有特點(diǎn)，但是因?yàn)轶w積、成本、使用等方面的原因，沒有成為市場(chǎng)上主流的緩降器。

3速度控制機(jī)構(gòu)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

專利申請(qǐng)趨勢(shì)可以在一定程度上反應(yīng)某項(xiàng)技術(shù)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。筆者根據(jù)速度控制機(jī)構(gòu)工作原理的不同，利用專利數(shù)據(jù)庫(kù)分別對(duì)其進(jìn)行了檢索。從申請(qǐng)總量來(lái)看，速度控制機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)數(shù)量總體呈遞增趨勢(shì)，這說(shuō)明人們對(duì)這類裝置的需求不斷增加，企業(yè)和個(gè)人對(duì)這類裝置的研發(fā)也越來(lái)越重視，投入也在增加。從不同工作原理的速度控制機(jī)構(gòu)申請(qǐng)量來(lái)看，摩擦阻尼裝置的申請(qǐng)量穩(wěn)中有增，并沒有出現(xiàn)過于明顯的起伏波動(dòng)，這說(shuō)明企業(yè)和個(gè)人對(duì)該類型速度控制機(jī)構(gòu)的研發(fā)投入保持著冷靜的態(tài)度，也反映了該類型裝置的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，并未出現(xiàn)重大的突破性進(jìn)展。另外，該類型裝置的申請(qǐng)量長(zhǎng)期處于其他類型裝置的申請(qǐng)量之上，這反映了人們對(duì)該類型裝置的重視程度長(zhǎng)期處于比較高的位置。液壓阻尼裝置、電機(jī)控制裝置和電磁阻尼裝置在2015年左右迎來(lái)了申請(qǐng)高峰，但是隨后申請(qǐng)量迅速回落，這反映了企業(yè)和個(gè)人雖然有意研發(fā)新類型的速度控制機(jī)構(gòu)，但是可能因?yàn)槭袌?chǎng)認(rèn)同度不高，后續(xù)研發(fā)動(dòng)力不足，因此申請(qǐng)趨勢(shì)呈現(xiàn)大起大落的態(tài)勢(shì)。另外，電機(jī)控制裝置近年來(lái)的申請(qǐng)量有明顯增加，這說(shuō)明企業(yè)和個(gè)人對(duì)于主動(dòng)控制方式的緩降器的研發(fā)意愿正在增強(qiáng)。

4速度控制機(jī)構(gòu)的發(fā)展展望

摩擦阻尼式的速度控制機(jī)構(gòu)仍將是企業(yè)和個(gè)人研發(fā)的主流，但是摩擦阻尼裝置也有其固定的缺點(diǎn)，例如使用壽命較短、易過熱降低可靠性、摩擦力不夠穩(wěn)定等等。例如，針對(duì)過熱問題，武淑琴[3]等提出了一種自冷卻摩擦式緩降器，中心輪上固定風(fēng)扇，在獲得較高轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)扇隨之快速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶走摩擦塊與摩擦轂之間因摩擦而產(chǎn)生的部分熱量，避免因系統(tǒng)溫度過高而影響緩降器的使用性能?？梢?，盡管摩擦阻尼式的速度控制機(jī)構(gòu)技術(shù)較為成熟，但是仍不乏對(duì)其改進(jìn)的空間。液壓阻尼裝置具有較高的平穩(wěn)性和可靠性，并且不存在損耗問題，但是其對(duì)阻尼液體和裝置體積有著較高的要求，這也限制了該類裝置的推廣使用，因此在縮小裝置體積的同時(shí)不影響其性能是該類裝置所要努力的方向。電磁阻尼裝置以及電機(jī)控制裝置由于具有大量的電器元件，都存在工作穩(wěn)定性在火災(zāi)發(fā)生時(shí)很難保證的問題，可靠性較差，并且成本也相對(duì)較高，多種工作原理聯(lián)合使用的方式或許可以成為一個(gè)新的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱振宇，曲相燕，牟曉蕾.一種基于液壓節(jié)流原理控速的高層逃生緩降裝置設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2017（5）：47-49.

[2] 陳遠(yuǎn)超，沈孟鋒，費(fèi)凱，等.自適應(yīng)電磁阻尼式高樓逃生緩降器設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造，2012（6）：6-8.

[3] 武淑琴，索雙富，黃濤，等.自冷卻摩擦式緩降器能量耗散研究[J]，機(jī)械設(shè)計(jì)，2013（3）：86-88.