一種校車安全頂窗逃生機構(gòu)的設(shè)計

郭 雄 游愛寧 楊欣邦 黃健濤 李卓人

（廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院，廣東 湛江524094）

0 引言

當(dāng)前校車所用安全逃生頂窗為普通客車安全逃生頂窗，其操作復(fù)雜，所需操縱力大，超過了大部分兒童的智育、身體發(fā)育水平，嚴(yán)重阻礙重大事故下校車兒童的自主逃生。而校車的主要載體為幼兒園、小學(xué)的適齡兒童，他們均處于智育、身體發(fā)育不成熟階段，緊急情況下自主逃生意識薄弱、逃生能力不足的，是事故災(zāi)害的主要受害群體，因此保證車上兒童乘客的安全性逃生是一個很大的挑戰(zhàn)[1]。

據(jù)調(diào)查，校車車內(nèi)除校車司機外，一般僅有1～2名老師，在事故受傷情況下，校車司機與老師難以同時協(xié)助車內(nèi)所有兒童快速并安全逃生，因此，緊急事故下，車內(nèi)兒童的自主逃生是提高逃生效率，減少人員傷亡的重要逃生方式。

以研究出實用化的校車安全逃生頂窗機構(gòu)為目標(biāo)，通過對逃生窗工作環(huán)境和特性進行深入分析，針對其運作特性，利用SolidWorks軟件對逃生機構(gòu)進行三維設(shè)計和仿真裝配，設(shè)計出由旋轉(zhuǎn)操縱手柄，在解鎖逃生安全頂窗的同時，凸輪驅(qū)動推桿[2]，克服安全頂窗密封力，使安全頂窗向外開啟的逃生窗機構(gòu)。預(yù)期能夠基本解決了開啟操作復(fù)雜、操縱力大等問題，在未來具有一定的發(fā)展前景。

1 校車逃生窗機構(gòu)設(shè)計要求

目前校車安全逃生機構(gòu)其操作復(fù)雜，所需操縱力大，超過了大部分校車兒童的智育、身體發(fā)育水平，嚴(yán)重阻礙重大事故下校車兒童的自主逃生，根據(jù)逃生窗環(huán)境及運作要求，校車安全逃生頂窗機構(gòu)需要達到以下創(chuàng)新工作要求[3]：

（1）操作簡單，所需操縱力小；

（2）利用齒輪嚙合的自鎖，保證安全逃生頂窗在非人為操縱狀態(tài)下處于鎖止?fàn)顟B(tài)；

（3）乘客旋轉(zhuǎn)操縱手柄，在解鎖逃生安全頂窗的同時，凸輪驅(qū)動推桿，克服安全頂窗密封力，使安全頂窗向外開啟，避免兒童解鎖安全頂窗后，因安全頂窗密封力過大，無法推開，阻礙緊急狀態(tài)下的自主逃生。

2 逃生頂窗整體結(jié)構(gòu)及工作原理

基于上述要求，本項目設(shè)計的逃生窗將采用旋轉(zhuǎn)操縱手柄，在解鎖逃生安全頂窗的同時，凸輪驅(qū)動推桿，克服安全頂窗密封力，使安全頂窗向外開啟的逃生窗機構(gòu)，順利完成逃生。

圖1為安全逃生頂窗結(jié)構(gòu)的軸側(cè)示意圖。安全逃生頂窗由兩部分1-安全逃生頂窗頂蓋和2-安全逃生頂窗底座組成。1-安全逃生頂窗頂蓋和2-安全逃生頂窗底座通過鉸接機構(gòu)鉸接。

3 關(guān)鍵設(shè)計

3.1 機構(gòu)的基本設(shè)計

圖2和圖3分別是逃生頂窗機構(gòu)開啟180°的俯視圖和安全逃生頂窗底座的局部放大圖。安全逃生頂窗底座上設(shè)置有2.6-支撐座，安全逃生頂窗底座的主要傳動部件安裝在2.6-支撐座上，2.4-螺桿與2.5-手柄、2.3-傳動小齒輪通過花鍵連接，2.4-螺桿通過軸承安裝在2.6-支撐座上，2.1-鎖止軸與2.2-鎖止齒扇組成鎖止機構(gòu)，2.1-鎖止軸與2.2-鎖止齒扇通過花鍵連接。

圖1 安全逃生頂窗結(jié)構(gòu)的軸側(cè)示意圖

安全逃生頂窗底蓋上安裝有頂蓋大齒輪、凸輪軸軸承、頂蓋凸輪軸及凸輪傳動機構(gòu)，凸輪傳動機構(gòu)由鎖止銷上蓋、鎖止銷彈簧、鎖止銷組成，頂蓋大齒輪通過花鍵與頂蓋凸輪軸連接，頂蓋大齒輪通過凸輪軸軸承與安全逃生頂窗頂蓋連接，凸輪傳動機構(gòu)中的鎖止銷上蓋、鎖止銷通過螺紋連接，鎖止銷上套裝有鎖止銷彈簧，鎖止凸輪與頂蓋凸輪軸通過花鍵連接。

圖2 安全逃生頂窗機構(gòu)開啟180的俯視圖

圖3 安全逃生頂窗底座的局部放大圖

3.2 機構(gòu)的關(guān)閉狀態(tài)

如圖4所示，此時安全逃生頂窗處于關(guān)閉狀態(tài)，2.1-鎖止軸上的鎖止條與頂蓋內(nèi)的鎖止塊結(jié)合，1.7-鎖止凸輪未壓縮1.5-鎖止銷彈簧，1.6-鎖止銷未伸出。此時，所受密封力約為500 N。

圖4 安全逃生頂窗處于關(guān)閉狀態(tài)示意圖

3.2 機構(gòu)的開啟狀態(tài)

如圖4、圖5所示，此時安全逃生頂窗處于開啟狀態(tài)，2.1-鎖止軸上的鎖止條與頂蓋內(nèi)的鎖止塊分離，1.7-鎖止凸輪壓縮1.5-鎖止銷彈簧，1.6-鎖止銷伸出作用于底座地板，頂蓋受到反作用力而繞鉸接軸線向外旋轉(zhuǎn)，逃生頂窗開啟。

3.3 機構(gòu)的三維設(shè)計

通過對逃生窗機構(gòu)的設(shè)計分析，針對其工作環(huán)境和運作特性，利用SolidWorks建模軟件對機構(gòu)進行三維設(shè)計和仿真裝配，可知凸輪可通過驅(qū)動推桿，克服安全頂窗密封力，使安全頂窗向外順利開啟，三維圖如圖6所示。

圖5 安全逃生頂窗處于開啟狀態(tài)示意圖

4 結(jié)論

該校車安全頂窗逃生機構(gòu)的設(shè)計能夠較好地完成預(yù)定的工作目標(biāo)，采用蝸輪蝸桿及齒輪嚙合傳動進行開啟，具有較大傳動比[4]，減少了開啟逃生頂窗所需力。執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)造簡單緊湊，加工方便。在設(shè)計中所發(fā)現(xiàn)的問題，也會在后期中進一步進行解決和完善。

圖6 安全逃生頂窗三維建模示意圖