毕业设计(论文)高楼火灾逃生器设计Design of Escape Machine from High-rise for Fire 学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年5月27日 徐州工程学院毕业设计(论文)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AbstractFirstly,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 Hige-rise escape machine for fire Machinery innovation theory Reciprocating Controllable目 录摘要IAbstractI1 绪论11.1 设计背景及意义11.2 国内外研究概况21.3 高楼火灾逃生器的实例31.3.1 内凸轮式高楼火灾逃生器31.3.2 涡轮蜗杆式高楼火灾逃生器41.3.3 钢丝绳防滑逃生装置41.3.4 心摩擦式高楼火灾安全逃生器52 整体方案设计62.1 方案构设62.1.1 方案一62.1.2 方案二92.1.3 方案三112.2 方案的比较与选择123 装置零部件设计133.1 轴的设计133.1.1 轴的概述133.1.2 主动轴的设计143.1.3 从动轴的设计153.2 齿轮的设计163.2.1 齿轮的概述163.2.2 齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度设计163.3 棘轮的设计203.3.1 棘轮的概述203.3.2 棘轮的设计213.4 其他零部件的设计选择223.4.1 标准件的选择223.4.2 安全座椅的选择233.4.3 挂钩的设计244 计算和验证254.1 静力学平衡计算254.2 绕绳的计算264.3 速度计算26结论30致谢31参考文献32321 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，借助本装置逃生人员可以以安全的速度平稳的下落到地面。因而可以在灾难发生的时候保证人的生命安全。符合设计要求。1.2 国内外研究概况在我国，目前主要的救生设备有逃生缓降器，这种设备主要针对普通家庭和个人使用，其构造由调速器、安全带、安全钩、钢丝绳等组成。每次可以承载约100公斤重的单人个体自由滑下，其下滑速度约为每秒1.5米，从二十层楼上降到地面约需40多秒/每人，根据人体重量的不同，略有差异。40秒虽然在平时看似不多，但在火灾逃生分秒必争的情况下还是略显漫长。目前这种逃生缓降器的使用状况不甚理想，其原因除家庭消防意识、经济因素之外，主要是难以适用老幼病残者，多户同时使用可能发生相互缠绕，以及安装问题、定期保养等，难以走进百姓家门。还有一个主要的设备是救生气垫，它主要是一种利用充气产生缓冲效果的高空救生设备。一般采用高强度纤维材料,经缝纫、粘合制成，其气源一般采用高压气瓶。但是救生气垫仅限于高度为3-4层的楼房使用，随着高度的增加，其缓冲效果、作用面积也将大打折扣，同时此装备要求有相当大的窗户作为人们逃生的出路，在一定程度上受到很大的限制。因此应用范围非常有限，当然对于高楼逃生就有很大的危险性。目前国外高楼逃生器主要有以下几种形式：1缓降器式：该类逃生器增加钢丝绳与轮之间的包角，使得钢丝绳与钢丝轮之间的摩擦力增加。另外，再利用手控装置，进一步调节下降速度的快慢。2间歇冲击式：间歇冲击式逃生器是通过间歇撞击能来消耗能量，如利用钟表中的擒纵叉和擒纵轮原理来消耗能量。3液体流动阻尼式：液体流动阻尼式是利用液体流动阻尼把人体势能转化成液体热能，以达降低速度的目的。其主要特点是由于液体阻尼的大小取决于外负载，所以不论人体质量的大小均能以比较恒定的速度下降。另外据新科学家杂志报道，美国国防部高级研究计划署正在研究炮射飞人。此项研究将有特殊的现实用途，诸如在紧急情况下将警员或者消防队员送入高楼的屋顶。一具斜轨将以与地面呈80的姿态安放于目标地点附近，执行任务的人员则坐在椅子中类似于飞机驾驶员的弹射座椅。压缩空气从背负的钢瓶中迅速喷出，座椅即沿滑轨弹射，到达顶端时戛然停住，人体由于惯性飞离并到达屋顶边，安全着陆。方案的关键在于正确计算抛物线轨迹，在国防部高级研究计划署的专利方案中有一台计算机精准控制发射的角度及速度，可在2秒内把人安全送抵5层楼的高度。1.3 高楼火灾逃生器的实例1.3.1 内凸轮式高楼火灾逃生器为了保证机械运动的安全可靠，常常需要对机械运动的速度进行限制，例如对索道滑车、逃生器等进行紧急制动。目前，国内的自动限速器的种类主要包括离心式、间歇冲击式和液体阻尼式。该实用新型的目的是要提供一种内凸轮式自动限速器，该装置不仅结构简单、体积小、无噪声而且生产成本低。该实用新型是这样实现的（见图1）：它包括一固定内凸轮（外径200mm），其特征在于所述的内凸轮型腔内设置有一导轨支架，所述的导轨支架的中部横向设置有滑动芯阀，所述的内凸轮型腔的内周壁由若干个依次连续并沿同一圆周均匀分布的拱形曲面组成，两相邻拱形曲面的交接处至内凸轮中心连线的延长线恰好通过延长方向所对的拱形曲面的顶点，所述的内凸轮型腔内过内凸轮中心点的径向线的长度与滑动芯阀的长度相等，所述的导轨支架体内设置有油腔，所述的滑动芯阀上下侧固定联接有位于油腔内的阻尼片。图1-1 凸轮验证仿真模型 当内凸轮驱动滑动芯阀作往复横向移动时，使得油脂从油腔的一侧自缝隙翻越阻尼片流到油腔的另一侧，再从另一侧翻越阻尼片流回油腔的原侧端，在此过程中产生很大的阻尼，以此来限制内凸轮的速度。将该内凸轮与任何需要限速的回转件联接，即可达到自动限制该回转件转速的目的。优点：体积小，无噪声，成本低，生产安装及维修方便，持久耐用，实用性高。缺点：结构复杂，部件多，制造费工费时，下降速度不稳定，安全系数低。1.3.2 涡轮蜗杆式高楼火灾逃生器原理：利用蜗轮蜗杆的自锁性，蜗杆能带动蜗轮，但蜗轮不能带动蜗杆，使逃生人员在逃生过程中，控制自己的下落；优势：结构简单；具有自锁性，安全性高，制造成本不高；缺点：摩擦磨损大，材料要求高，操作复杂，普通人不易操作。1.3.3 钢丝绳防滑逃生装置图1-2 钢丝绳防滑机构钢丝绳缠绕在回转轴上的楔形槽内。有两个摆架，摆架可分别绕上端固定轴摆动，每个摆架上均转有一个V形滚压轮架，V形滚压轮架可相对于摆架绕小轴摆动，每个V形滚压轮架上均装有两个滚压轮，滚压轮压在钢丝绳的外缘。每个摆架下端还有一个槽滚轮。钢丝绳缠绕方式如图2所示。钢丝绳从左侧槽滚轮的左边向上穿，