研究高楼逃生装置设计方案.doc

研究高楼逃生装置设计方案 1 绪言 1.1 课题的背景及研究意义 随着世界经济的发展，各个城市高楼林立。而高楼火灾、爆炸、地震等事故时有发生，高楼逃生自救就成为了迫切需要解决的问题。一般多功能的高层建筑，内部通道错综复杂，一旦发生火灾，楼内通风口会迅速扩大火势和烟雾，很快就会扩散到各个角落，一旦浓烟覆盖就会寸步难行。进而困在楼上无法脱身。当突如其来的灾难来临时，电梯会因为电力中断而不能用，楼梯又被人群堵死，一般的地面救援装备在高度上可能不够，而且还会因为装备的笨重而不能迅速快捷的实施救援[1]。从而延误抢救时机，有很多人都因此而丢掉了宝贵的生命或则留下终身残疾。因此如何快速而有效的逃离起火大楼成了一个生死攸关的问题。高楼逃生装置就在这样的环境应运而生。 本设计要求在高层建筑发生火灾等其他突发情况时，设计一种可以帮助人们方便，快捷的逃生工具。要求设计的逃生装置在各种结构的建筑物都可以适用，操作简单自动化，可以在一个人可以操作的尺寸和重量的范围内使用和运送,多次重复往返高楼大厦进行施救。因此，它可以最大限度地减少火灾伤亡。通过分析现有的一些高楼逃生装置，虽然大部分设备可以实现高楼逃生此功能，但其复杂的结构原理和操作系统，昂贵的价格和偏低的安全性对高楼逃生自救还是很有限的。一些设备还需要电源控制，但当地震或火灾很可能无电力供应。复杂的操作使得有些人可能有自救装置因为不会使用而葬生。因此，本次设计高楼逃生装置是基于负反馈回路系统设计的一种结构简单、操作方便，并且不需要电力或其他能源驱动的纯机械结构的逃生装置。其原理是当逃脱人员因为重力下落时通过机构转换，产生阻碍逃生人员快速下落的阻力，随着逃生人员下降，阻力能够随之增大，使逃生人员在下降过程中依次经历加速、匀速、减速三个阶段，最终以一个安全的速度到达地面，实现成功自救。该装置仰角人工可调，不用的仰角合适不同的高度范围。当从动轴和绳索之间的摩擦系数以及绳索的直径发生变化时，还可以通过改变该装置的仰角来恢复该装置的正常使用，适应于各种环境。 1.2 国内外研究现状 在我们国家，主要的救生设备是缓降逃生器和空气救生垫。 缓降逃生器[2]主要用于普通家庭和个人，它是由调速器，安全带，安全钩，绳索等组成。可携带100公斤左右个人自由单向滑动，以每秒1.5米左右的速度下降。从建筑物的30楼逃生，需要花费超过60秒的时间，根据体重的不同，稍微有所差异。虽然平时60秒看似不起眼，但在分秒必争的灾难逃生的现场下或稍显较长。现在使用这种逃生缓降器的情况并不理想，除了家庭消防意识弱，经济因素的原因。还因为这种逃生缓降器适用范围不高，老年儿童及病残都不能有效操作使用，可能还会出现多家庭同时使用产生交织安装问题，而且需要定期维护。以上种种因素导致它难以进入普通人们的家庭。 空气救生垫是利用充气膨胀而产生缓冲效果的高空救生设备。大部分都是由高强度纤维材料缝纫、粘合制成。使用时用高压气瓶充气即可，但救生气垫的安全性随着楼层的高度增加而降低。在3-4层建筑物使用效果还是非常可观的，但是随着高度的增加，其缓冲效果和逃生人员落地的准确性都得不到保障。因此空气救生垫应用范围非常有限，对于楼层过高的高楼下跳是非常危险的。本来可能还有生路，这样纵身一跃把唯一的生路都无意间放弃了，如果跳下来没有落在救生垫上，结果肯定会很惨。 目前，国外高楼逃生装置有以下几种形式： 间歇冲击：间歇性冲击式逃生装置是由间歇性的撞击消耗能源[3]。就和一个时钟的擒纵叉和擒纵轮的道理一样，达到消耗能量的目的。 液体流动阻尼：液体流阻尼逃生装置[4]是根据液体流经小孔时会产生稳定阻尼来降低速度的原理。其主要特点是由于液体阻尼器的尺寸依赖于外部负载，所以不管体重大小都能使用，而且效果良好。 此外，据《新科学家》杂志报道，美国国防部高级研究计划局正在研究弹射飞人。该研究的现实用途非常特殊，可以在紧急情况下可以把将警方或消防人员发送到高楼，从而迅速完成各项任务的。一种斜轨是以一个与地面斜坡成80的姿态靠近目标位置，执行任务的人员坐在椅子上——类似于飞行员驾驶舱的弹射座椅。压缩气瓶中的空气从中迅速排出，则沿滑轨弹射座椅，到达滑轨顶部的时停止，身体由于惯性飞到屋顶，安全到达指定位置。正确计算抛物线轨迹是此方案成功与否的关键。因此如果有一台能够精准控制发射角度和速度的电脑，此方案必定可行。据报道，确实有这样一台电脑能够两秒内把人安全送到5楼。 1.3 高楼逃生装置的类型 确保安全可靠的机械运动是必要的，而限制机械运动的速度是确保安全可靠的首要任务。目前，国内有不少自动限速装置的类型，主要包括包括间歇性、离心调速器和液体阻尼。 1.3.1 内凸轮式高楼逃生装置 内凸轮自动限速器，如图1.1,它包括一个外径为200mm的固定内凸轮，其中，把凸轮支架设置在凸轮型腔内