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

（上海電機學(xué)院 上海 200204）

介紹了一種高空逃生裝置，具體的說是一種雙向可調(diào)速的逃生裝置，逃生裝置可以手動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，擒縱機構(gòu)、游絲機構(gòu)、滑輪、繩索、電機、蓄電池等。整個裝置由動力部分、傳動部分、控制部分和執(zhí)行部分組成。

裝置；游絲機構(gòu)；擒縱機構(gòu)；發(fā)條；齒輪組

1 引言

針對高空逃生實際情況，設(shè)計一種在發(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，運行實現(xiàn)自動化，并且要求操作方便，體積和重量在一個人可以操作的限度范圍內(nèi)。可以多次往返高層建筑進行營救。從而能最大限度的減少危險中的人員傷亡。通過分析比較現(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)時很有可能斷電，也不允許操作人員進行復(fù)雜的操作）。所以設(shè)計采用一種機械結(jié)構(gòu)的逃生裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。其原理是利用逃生人員的重力，通過機構(gòu)的轉(zhuǎn)換，將重力勢能轉(zhuǎn)換為渦卷彈簧的彈性勢能，并能保證機械自動返回高空，營救其他人員，最終以安全速度到達地面。裝置的仰角大小可以人為調(diào)節(jié)。當(dāng)從動軸與安全繩的粗糙度、安全繩的直徑發(fā)生改變時可以通過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。通過計算，結(jié)果達到預(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)

此逃生裝置呈長方體體。主要由動力部分、傳動部分、控制部分和執(zhí)行部分組成。獨特的速度調(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)條儲能部分使小小的逃生裝置能夠自動返回危險環(huán)境解救其他人，精巧的減速器結(jié)構(gòu)簡單，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、擒縱機構(gòu)、游絲機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、變換動力軸和電機等組成。

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、擒縱機構(gòu)、游絲機構(gòu)、滑輪、繩索、電機、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)條與軸通過軸孔固定，軸與發(fā)條同步轉(zhuǎn)動，軸通過鍵與號齒輪相配合，組成本儲能系統(tǒng)，號齒輪與號齒輪嚙合，從而帶動號齒輪轉(zhuǎn)動。

大彈力發(fā)條將人與裝置下降過程中重力勢能轉(zhuǎn)換的機械能儲存在其中，此過程是通過一對滑輪對繩索的擠壓力產(chǎn)生的摩擦力，使得裝置在繩索上滑動，大彈力發(fā)條儲存的能量在裝置自動返回過程中釋放。通過齒輪之間的嚙合實現(xiàn)傳動的變速，這樣發(fā)條轉(zhuǎn)動一周，裝置就可以移動很遠，發(fā)條移動1m，裝置就可以移動70m左右，從而達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

擒縱機構(gòu)由擒縱輪與擒縱叉組成，主要完成速度的控制。號齒輪與擒縱輪齒輪嚙合，從而擒縱輪可以控制號齒輪的轉(zhuǎn)速，進而控制其他齒輪，也就控制了滑輪的轉(zhuǎn)動速度，因此也就控制了整個裝置速度，實現(xiàn)可調(diào)速功能。

游絲機構(gòu)主要由游絲和陀飛輪組成，可以通過調(diào)節(jié)游絲控制陀飛輪來回轉(zhuǎn)動的頻率，從而控制擒縱叉的擺動頻率。

速度比是通過3號齒輪、4號齒輪、17號齒輪、22號齒輪和13號齒輪的齒數(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)條的彈性勢能。

棘輪是與軸通過鍵配合，實現(xiàn)棘輪與軸同步轉(zhuǎn)動，而22號齒輪與軸也通過鍵配合，故棘輪與22號齒輪同步轉(zhuǎn)動，可以防止裝置返回時下滑。

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

電機一般采用小功率直流電動機，為高空雙向可調(diào)速裝置提供部分動力，其控制依靠單片機。電動機通過電機軸將動力傳輸?shù)?1號齒輪，21號齒輪與19號齒輪嚙合，19號齒輪與20號齒輪同步同軸轉(zhuǎn)動，20號齒輪與18號齒輪嚙合，從而帶動18號齒輪轉(zhuǎn)動，18號齒輪帶動17號齒輪，從而帶動整個齒輪系轉(zhuǎn)動。

18號齒輪與電機驅(qū)動控制桿相連接，組成電動機動力與發(fā)條動力相配合的關(guān)鍵。蓄電池是為小功率直流電動機提供動力電源。

項目資助：上海市教委大學(xué)生科創(chuàng)資助項目（編號：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，電氣工程及其自動化專業(yè)。