序号： 编码： 2010年“丁颖杯”课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 公交车逃生车窗及控制装置 学院名称： 工程学院 申报者姓名 （集体名称）： 张驹鹏、罗泽欣、卢发安 方壮东、郭 丰 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类科技发明制作B类说 明1.申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3.表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4.序号、编码由竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名张驹鹏性别男出生年月1988.11学院工程学院系别、专业、年级07自动化学历本科学制4入学时间07作品名称公交车逃生车窗及控制装置毕业论文题目水稻种植信息管理系统通讯地址邮政编码510642办公电话13580533649常住地通讯地址华山12105邮政编码住宅电话其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位罗泽欣男21本科工程学院卢发安男22本科工程学院方壮东男22本科工程学院郭 丰男22本科工程学院资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2011年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （部门签章）年 月 日院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、 原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称公交车逃生车窗及控制装置作品分类（A） A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标作品设计目的：有资料显示,现在路面上大多空调公交车的窗都是固定的无法打开的，这种车犹如全封闭的“闷罐”。而与其配套的逃生设备却还不够完善，最常见的方法例如用锤子击碎窗户。当发生紧急事故的时候，惊慌失措的乘客失去决策能力和冷静搜索能力，这将导致无法完成找到锤子击碎窗户这一动作。然而，“闷罐”车仅仅依靠车门的疏散是远远不够的。因此，这种设计是导致公交车事故伤亡惨重的一个重要原因。而另一方面，公共交通的管理者对于滥用逃生设施的处罚也十分严厉，要追究滥用者危害公共安全罪的法律责任，面对这种情形时，逃生者往往进退维谷，延误逃生时机。 鉴于此，此项目将致力研究一种具有稳定性、及时性、引导性且原理简单的空调式公共汽车逃生设备自动开启逃生窗户。该设备可应用在各种公交汽车以及空调火车上，为突发事件来临时乘客的及时疏散逃生提供便利与保障，尽最大可能为乘客争取宝贵的逃生时间。基本思路：本作品的探索研究是基于公交车上发生突发事件需要乘客紧急疏散逃生的背景下，通过对机械原理、传感器原理、自动控制原理以及心理学的运用，研制出一种在对公共汽车正常行驶不产生负面影响的前提下，帮助乘客在紧急情况下及时疏散的逃生窗户。从总体上可分为窗户机械结构的研究与设计、触发装置的研究与设计、自动控制电路的研究与设计三个部分。实现方案：本作品由三部分组成,第一部分为窗体；第二部分为车窗紧固锁；第三部分为自动控制电路。展示如下：1、窗体（由玻璃窗、连杆机构、玻璃固定框以及整窗固定框组成）1）窗体实体图图1.1.1：开启状态图1.1.2：侧视图图1.1.3：开启过程图1.1.4：关闭状态2）窗体机构简图图1.2.1：窗体机构简图 如简图1.2.1所示，窗体采用的是平行四杆机构来实现窗的开启与闭合。 采用该机构的原因是可以使窗体平稳的运动并且关闭时与车能够很好的贴合在一起，不仅大大节约占用车的空间而且在密封性上也有保证。3)玻璃固定框图1.3.1：玻璃固定框 该零件的作用主要是固定玻璃以及实现机构运动，在结构的设计上借鉴了一般窗户与窗框之间镶嵌的结构，目的是为了提高窗体的密封性能。4）整窗固定框图1.3.2：整窗固定框右侧部分为整窗固定框，该零件是用于将整套系统与车整合起来，是根据现有的公车车型来设计的。该零件与车体连接性能将直接影响整套系统的性能。5）窗体材料分析公车的运行环境比较恶劣，这将决定了车上部件的材料必须具有耐磨、耐腐蚀、高强度等性能。综合比较各种材料，该系统主要部件选用的是不锈钢材料加工制成。不锈钢具有耐磨、耐腐蚀等特点符合该系统的要求。最终选用型号202不锈钢。材料参数如下：表1：不锈钢202材料参数6）连杆零件的设计与校核分析可得连杆受到拉应力作用，其最大值出现在窗体下落的最低点。由结构图可知有4个连杆。设每个连杆受到的最大拉力为、窗体重力为、窗体质量为M、杆长为l、下落最低点速度为v、产生惯性力为f、重力加速度为g。则有 由能量守恒定律有则可得连杆横截面积其中取安全系数n=10，不锈钢许用应力 取 则可得初选杆件截面尺寸为28x9即A= ，由上述条件可求得杆件所受最大拉应力故该杆件安全。7）各零件工程图图1.7.1整窗固定框 图1.7.2连杆1 图1.7.3 连杆22紧固锁 1）紧固锁示意图：图2.1.1：电磁控制示意图 图2.1.2：自动、手动示意图2）功能：采用双锁锁定结构，在整体固定窗上部和下部分别装了两个电磁锁。两锁同接一个电源。同时用整体固定窗上部安装的旋钮来手动控制两锁的开合，达到两锁同步开合的效果。A、自动控制：没接通电源时，锁舌处于初始位置（即下止点），车窗关闭。接通电源，锁舌快速收缩至上止点，自动逃生车窗开启；断开电源，锁舌由于弹簧的弹力作用向下伸展，锁住车窗。B、手动控制：白色旋钮在初始位置时，锁舌处于下止点，车窗被锁住。顺时针或者逆时针旋转时（可以两种方向旋转，方便旅客），锁舌可达到上止点，车窗开启。再向相反方向旋转时，锁舌可恢复到原位，锁住车窗。 3） 电子锁实际参数a、总体尺寸mm：b、锁舌尺寸mm：c、工作电压：d、电反应时间T：e、锁舌材料：合金结构钢f、拉力值：4磅g、锁舌硬度： 3、系统控制电路（烟雾检测控制部分）1）烟雾传感器MQ-2型传感器的结构图如图3.1.1所示，其外观如3.2.2所示。图3.1.1：MQ-2型传感器的结构图图3.2.2：MQ-2型传感器的外观2）MQ-2型传感器的特性及主要技术指标 (a)回路电压：(Vc) 524V (b)取样电阻：(RL) 0.120K(c)加热电压：(VH)50.2V(d)加热功率：(P)约750mW (e)灵 敏 度：以甲烷为例R0(air)/RS (0.1%CH4)5 (f)响应时间：Tres10秒 (g)恢复时间：Trec30秒 3）前置放大电路图图3.3：前置放大电路图4） 自动控制电子锁、声音报警电路图图3.4.1：电子锁控制电路图图3.4.2声音报警电路图5）烟雾检测报警器硬件电路设计图 图3.5：烟雾检测报警器硬件电路设计图6）烟雾检测控制部分的主要技术指标 a传感器类型：半导体电阻式 b检测范围：0100%LEL c报警准确度:：5%LEL d报警点设置：达到20%LEL开始报警 e报警器工作方式：现场固定安装，自然扩散进行采样，长年连续运行 f工作环境温度：检测器 -50C50C；报警器0C500C g工作环境湿度：85%RH h报警方式：烟雾泄漏声光报警、自诊断故障报警 i响应时间：30S (11) j输出信号：可输出与烟雾浓度对应的05V DC标准信号 k工作电压：AC220V15%，50lHz l快速重复检测和延时报警，可区别烟雾的泄漏和短时间的微量散失，防止误报。创新点：1)使用手动/自动的打开方式打开安全车窗；2)独特窗框结构，缩短开启时间，避免玻璃造成二次伤害；3)由手动/电动两用锁锁定窗体；4)使用温感（烟雾）传感自动触发装置，提高系统的准确性和灵敏性；5)具有“触发按钮”可供专员遥距触发；6)多端口控制触发，确保装置有效性；7)无需额外提供动力，利用车窗本身的重力打开车窗；8)利用人的潜意识规律有效缩短逃生时间。技术关键点：1）窗体结构与机械机构将成为本设计的关键部分之一，窗体的合理设计和机械装置合理配合才能使自开启窗能在预定的时间与预定条件下完成预期动作。合理的结构将有利于与车体进行整合。若推广使用则应对材料与制造费用进行进一步研究提高性价比。该部分也是本设计的难点之一。2）自动控制电路设计到传感器技术与单片机自动控制技术，该部分的设计直接影响到自开启车窗检测的灵敏度，单片机编程算法以及控制电路都将直接影设计动作的反应时间。此部分是重中之重。技术指标：1)自动控制系统检测紧急情况的灵敏度S。2)该逃生系统的反应时间t（从紧急情况发生到车窗完全打开的时间）。3)窗体与车体的之间密封性能Q。4)该系统的使用寿命T。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。