一種新型可折疊吊籃的設計與應用

任仲賀，張學東，蘇逸婷，章 程，王訓堂，謝家學，謝家安，田常錄REN Zhong-he, ZHANG Xue-dong, SU Yi-ting, ZHANG Cheng, WANG Xun-tang, XIE Jia-xue, XIE Jia-an, TIAN Chang-lu（.江南大學機械工程學院，江蘇 無錫 4；.江蘇雄宇重工科技股份有限公司，江蘇 無錫 45）

一種新型可折疊吊籃的設計與應用

任仲賀1，張學東1，蘇逸婷1，章 程1，王訓堂1，謝家學2，謝家安2，田常錄1
REN Zhong-he, ZHANG Xue-dong, SU Yi-ting, ZHANG Cheng, WANG Xun-tang, XIE Jia-xue, XIE Jia-an, TIAN Chang-lu
（1.江南大學機械工程學院，江蘇 無錫 214122；2.江蘇雄宇重工科技股份有限公司，江蘇 無錫 214125）

[摘 要]研制了一種新型可折疊吊籃，籃體采用仿馬扎交叉斜桿原理，其結構巧妙，能靈活地展開和折疊，不僅減少了空間的占用，而且使其搬運方便快捷，具有質量輕、結構穩(wěn)定、操作靈活和可靠性高等特點。該新型吊籃可應用于建筑工程，也適用于家庭用高樓逃生類裝置。

[關鍵詞]可折疊吊籃；設計方案；工作原理；受力分析；應用

1 引 言

目前工程上應用的吊籃，一般由懸掛機構、軌道、爬軌器、籃體和安全系統(tǒng)組成，籃體可沿軌道水平行走和垂直移動，工作人員能夠到達建筑物的各個立面，主要應用于輪船、建筑物或構筑物外窗和外墻清洗、維修等作業(yè)[1]。吊籃能提高工作效率、減輕勞動強度，適應各種建筑施工環(huán)境，在建筑物維修業(yè)務中顯現出其優(yōu)越性[2]。另外，隨著城市化進程的加快，一旦高樓內突發(fā)火災等災難，人們的生命會受到嚴重的威脅，如何及時有效地進行高樓緊急脫險，這是一個世界關注的重要話題。遇到險情時最有效的救援措施往往是人員的自救[3]。目前國內外自救式高樓逃生裝置或多或少存在著結構復雜、操作繁瑣、成本高、效率低等問題，部分裝置還須電力控制，局限性大，且一般用于單人逃生，兒童和老人不便操作。所以，設計一種能夠同時搭載多人、安全穩(wěn)定的逃生裝置成為一個亟待解決的問題。把吊籃應用于高樓逃生，可滿足多人同時逃生的要求，能夠大大提高逃生效率，并且增強了可靠性和安全性。但現有吊籃籃體大多采用焊接結構，體積龐大，無法進行收縮，給搬運存放等帶來諸多不便，因而研究和設計出一種可折疊吊籃具有重要的意義。

2 可折疊吊籃的設計方案和工作原理

根據市場上現有吊籃的結構特點，從可折疊的要求出發(fā)，仿照中國傳統(tǒng)木工業(yè)馬扎子的結構造型特點，設計了一種可折疊吊籃，受力合理，結構穩(wěn)定，可靠性高。可折疊吊籃的結構如圖1、圖2所示。

圖1 可折疊吊籃展開狀態(tài)結構示意圖

圖2 可折疊吊籃折疊狀態(tài)結構示意圖

該可折疊吊籃的底部采用兩塊底板，兩底板的連接可以繞中間軸旋轉；兩底板連接處的2個凸臺可以相互卡住，保證吊籃展開時底板不會向下反向折疊。可折疊吊籃的左右兩側分別是欄片，欄片通過銷與底板連接，可以旋轉；欄片上設有升降機構固定板，用以固定升降電機、緩降器等升降機構。可折疊吊籃的前后面分別是4根交叉的斜桿，由中心的斜桿連接銷連接，可以旋轉。為進一步提高吊籃結構的穩(wěn)定性，吊籃前后面的上部還各設有一根橫桿，吊籃折疊時橫桿能夠對折。

將展開狀態(tài)的吊籃進行折疊，操作如下：將兩根橫桿的右端從欄片連接梁上拆下，左、右欄片分別從欄片連接梁上拆下，左、右底板向上折起；同時，吊籃下部4根斜桿繞吊籃底部的斜桿連接銷旋轉靠攏，吊籃上部4根斜桿繞中心的斜桿連接銷旋轉與下部四根斜桿靠攏，最終八根斜桿與左、右底板合攏在一起；將左、右欄片分別與左、右底板合攏，橫桿對折后，繞銷釘旋轉與斜桿合攏，吊籃呈圖2所示的折疊狀態(tài)，操作過程如圖3所示。將折疊狀態(tài)的吊籃進行展開，其過程與折疊操作相反，這里不再贅述。

圖3 吊籃折疊過程示意圖

根據使用場所的不同，可折疊吊籃的升降機構有2種：一是用于建筑工地上的施工，選用傳統(tǒng)的電動爬升式提升機，以滿足吊籃的垂直升降運動；二是用于高樓火災逃生的應急搶險，僅需滿足吊籃的垂直下降，可選用無須電力控制的純機械緩降器，緩降器可預先安裝在吊籃升降機構固定板上。

3 可折疊吊籃的結構受力分析

可折疊吊籃整體受兩個豎直向上的拉力Ft1、Ft2和吊籃總載重mg的作用，根據其受力特點可以得出，前后側面中的8根交叉斜桿和上面的橫桿均為零力桿，即不受力。吊籃整體受力分析如圖4所示。

圖4 吊籃整體受力分析圖

其中，左右兩側的吊繩對吊籃的拉力分別為

式中，mg為吊籃的總載重。

吊籃底板為結構的危險部位，下面校核左右兩塊底板連接軸的強度。以承載5人左右的逃生裝置常用吊籃尺寸為例，假定吊籃總重量m=200kg，左右底板長度均為L=600mm，兩底板連接處凸臺厚度h=50mm。以左底板為例進行受力分析，如圖5所示。

圖5 左底板受力分析圖

其中，左底板上表面所受載荷可以近似為均布載荷，于是得

由力矩平衡方程

∑M(O)=0 （3）

求解可得兩底板連接處下表面所受拉力為

拉力F2由左、右底板的連接軸承擔。下面對連接軸進行受力分析，如圖6所示。（取該軸的橫截面積為A=80mm2，材料45鋼的許用切應力取為[τ]=145MPa。）

圖6 左右底板連接軸受力分析圖

連接軸上共有8處集中受剪切力作用，其剪切力大小相等，取其中一處進行計算。由受力分析可得其中一處的剪切力為

求得切應力為

即軸的強度符合要求。

綜上分析，該吊籃的可靠性符合要求。

4 可折疊吊籃的應用

吊籃主要應用于輪船、建筑物或構筑物外窗和外墻清洗、維修等作業(yè)，它具有結構簡單、使用方便等優(yōu)點。近年來，隨著高層和超高層建筑外立面檢查和維修作業(yè)的增多，市場對吊籃的需求量越來越大，但與此同時，對吊籃的要求也越來越高。為此，本文提出的可折疊吊籃，可使吊籃在搬運和閑置時折疊起來，以滿足用戶的特殊要求。

根據吊籃能夠同時轉移多人的特點，把吊籃應用于高樓逃生裝置，滿足了多人同時逃生的要求，能夠大大提高逃生的效率，并且可以增強逃生裝置的可靠性和安全性。本文所述可折疊吊籃的設計，很好地解決了現有吊籃體積龐大、無法收縮、存放和搬運困難等問題，且應急狀況下組裝更加便捷。該可折疊吊籃應用于家用高樓逃生具有廣闊的前景。

5 結 語

該可折疊吊籃采用仿馬扎交叉斜桿原理，有效解決了現有吊籃體積龐大、無法收縮、存放和搬運不便的問題，可用于建筑工地的施工和應急狀況下的高樓逃生，具有結構穩(wěn)定，操作靈活和可靠性高等優(yōu)點。

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（編輯 賈澤輝）

［基金項目］江南大學國家級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目(201410295051)

［中圖分類號］TU976+.42

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)05-0038-03

［收稿日期］2015-04-14

The design and application of a novel collapsible basket