442 高楼火灾逃生器设计

摘要

本文从开始介绍了高楼逃生装置的背景和研究意义，并对现有的一些高楼逃生装置进 行了分析和对比，发现大多数的装置有成本高、机构复杂、安全系数低等一些不足之处。 本设计根据机械创新理论，设计出一种基于负反馈闭环系统的高楼逃生装置，该装置具有 成本低、操作简单、安全系数高、纯机械无电气结构等优点，最后通过对设计机构的零部 件进行计算，得出整个机构的图形，在多次试验和计算之后，确定了不论是小孩还是老人 都能从高楼平安降落到地面，达到了本次设计的目的。

关键词 高楼火灾逃生器；机械创新理论；往复；可控

Abstract

Firstly,this paper describes the background and significance of tall building escape device.And some of the existing tall building escape devices are analyzed and compared， most of the devices are costly, complex organization, the safety factor and low number of shortcomings are found. The design applied theory of inventive problem solving. To design a negative feedback loop system based on tall building escape device. The device has many advantages such as low cost, simple operation, high safety factor, purely mechanical no electrical structure. Finally, the components of the calculated design agency .The graphics get in the whole body ,after many tests and analysis, determining whether children or the elderly can safely descend to the ground from high buildings. the purpose of this design has achieved.

Keywords Hige­rise escape machine for fire Machinery innovation theory Reciprocating Controllable

目 录

摘要............................................................................................................................................I Abstract......................................................................................................................................I 1 绪论 (1)

1.1 设计背景及意义 (1)

1.2 国内外研究概况 (2)

1.3 高楼火灾逃生器的实例 (3)

1.3.1 内凸轮式高楼火灾逃生器 (3)

1.3.2 涡轮蜗杆式高楼火灾逃生器 (4)

1.3.3 钢丝绳防滑逃生装置 (4)

1.3.4 心摩擦式高楼火灾安全逃生器 (5)

2 整体方案设计 (6)

2.1 方案构设 (6)

2.1.1 方案一 (6)

2.1.2 方案二 (9)

2.1.3 方案三 (11)

2.2 方案的比较与选择 (12)

3 装置零部件设计 (13)

3.1 轴的设计 (13)

3.1.1 轴的概述 (13)

3.1.2 主动轴的设计 (14)

3.1.3 从动轴的设计 (15)

3.2 齿轮的设计 (16)

3.2.1 齿轮的概述 (16)

3.2.2 齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度设计 (16)

3.3 棘轮的设计 (20)

3.3.1 棘轮的概述 (20)

3.3.2 棘轮的设计 (21)

3.4 其他零部件的设计选择 (22)

3.4.1 标准件的选择 (22)

3.4.2 安全座椅的选择 (23)

3.4.3 挂钩的设计 (24)

4 计算和验证 (25)

4.1 静力学平衡计算 (25)

4.2 绕绳的计算 (26)

4.3 速度计算 (26)

结论 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

1 绪论

1.1 设计背景及意义

随着建筑高度的增加和日趋密集，建筑的安全隐患也越来越多，即使在发达 国家的高楼遇有火灾、爆炸等事件时，由于时间、空间等诸多因素的限制，人员 自救逃生也是一个急待解决的重要问题。高楼火灾的有效救援和应急逃生，已经 成为人们高度关注的社会问题。高层建筑一般功能较多，内部通道和外部环境情 况复杂，一旦发生火灾，由于烟囱效应，火势和浓烟就会迅速扩大，很短时间内 蔓延到内部楼梯和走廊，封锁正常的疏散通道，至使楼上被困人员无法逃生。所 以逃生人员自救是一个亟待解决的重要问题。 高楼突然失火或其他灾难发生时 , 电梯不能用,楼梯阻塞,而一般地面救援装备的举高和投射能力又远远的落后于 高层建筑的高度发展而且装备体积庞大受道路交通， 建筑周边环境等方面的影响 因而延误救援时机，这样的情况每年都有发生 ,也有很多人因无法逃生而遇难, 所以怎样快速有效的逃离火灾建筑成了决定生死的问题， 而高楼逃生装置在这样 的环境下应运而生。 然而在人们将越来越多的精力和时间都投入到对安全问题保 障研究的同时,却忽略了最基础的一种手段 ,在人们越来越多的用到各种高科技 和现代手法进行安全保障的同时,却忽略意外事件的发生,是不可以借助外力和 各种现代手段解决的 ,要靠最基础和最简单的方式 ,也就是机械传动的方式才 是最安全和稳定的。

本课题要求针对高层建筑实际情况，设计一种在发生火灾情况下，能帮助人 方便、快捷的逃生的工具。要求设计出的逃生器能适合各种结构的建筑物，运行 实现自动化，并且要求操作方便，可以折叠，体积和重量在一个人可以操作的限 度范围内。可以多次往返高层建筑进行营救。从而能最大限度的减少火灾中的人 员伤亡。通过分析比较现有的一些高楼逃生器，大多数装置虽然能达到高楼逃生 这一功能，但其结构原理复杂，操作繁琐，安全性差，生产成本高，部分装置还 需要电力控制，局限性大(发生地震或火灾时很有可能断电，也不允许操作人员 进行复杂的操作)。所以本设计采用一种基于负反馈闭环系统的高楼逃生装置， 装置结构简单，操作简便，且无需电力或其他能源驱动，纯机械结构。其原理是 利用逃生人员的重力，通过机构的转换，产生阻止逃生人员快速下落的阻力，随 着下降中绕绳层数的减少，包角增大，阻力增大，使逃生人员依次有加速、匀速、 减速下降的过程，最终以安全速度到达地面。装置的仰角大小可以人为调节。当 从动轴与安全绳的粗糙度、 安全绳的直径发生改变时可以通过改变仰角的大小使 装置仍然可以正常使用，适应了各种环境。通过计算，结果达到预期要求，借助