一种高层建筑应急逃生装置研究

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摘要：基于摩擦缓降和电磁阻尼原理，研究并设计制作了一款纯机械式高层建筑应急逃生装置。该装置采用单行程滑道式摩擦缓降原理，通过二级加速齿轮箱提高离心式摩擦减速器的转速，同时利用减速电机高速旋转产生电磁阻尼力矩进行减速制动，实现了摩擦力和电磁阻尼力双保险制动的功能，应急逃生缓降速度可控并能实现紧急制动。最后对样机进行了现场测试。测试结果表明该产品逃生策略新颖，安全性大大提高，纯机械式模块化结构，体积小，操作简便，安全可靠。

关键词：高层建筑；应急；逃生装置；结构；实用性

1高层建筑应急逃生装置研发的意义

随着城市的发展，高层建筑越来越多，从高层建筑火灾案例可以看出，高层建筑的灾害应急疏散逃生是其中亟待解决的关键问题。目前在普通居民高层建筑领域，缺乏能够在紧急状态下适合普通百姓逃生的救生产品。首先，普通消防救援车在高层建筑中有高度限制。据资料显示，世界最先进的消防救援车的救援高度仅为60m，而现在上百米的高层建筑在各大城市已是鳞次栉比，司空见惯。高度超过60m以上建筑的应急救援问题亟待解决。其次，现有的专业救援设备的操作使用较为繁琐复杂，不适于普通的居民家庭。现在市场上常见的各种专业野外救援和高层救援设备，体积庞大，操作较为复杂，很难在普通居民家庭普及。因此研究设计一种操作简单、功能安全可靠，适用于普通百姓家庭使用的高层建筑应急逃生装置具有重要的意义。

2高层建筑应急逃生装置研发的流程

（1）基本思路。高层建筑应急逃生装置是一种体积小、功能安全可靠、方便操作的大众化民用应急自救装置，用于高层建筑发生紧急情况时，将其套在手臂上，另一端固定在窗户、阳台等稳固处，手握逃生器操作手柄即可安全滑下，在逃生的过程中可实现下滑速度可控和紧急制动，从而实现紧急逃生。（2）创新点。①纯机械式结构：逃生装置摒弃传统的机电结合的思路，采用纯机械式结构，在工作过程中不需要借助外界任何能源，仅靠自身的机械结构控制下降速度，使其带着人体安全下滑。②双重保险结构；逃生装置采用摩擦片制动和减速电机反馈制动实现双保险制动，且能实现下降速度在安全范围内可控，可实现随时停止。③模块化结构：装置采用模块化结构，通用性强，体积小，操作简单，男女老幼均可单独使用，便于普及到普通百姓家庭。（3）技术指标。①逃生装置的下滑速度约为1m/s，是根据人体重量不同略有差异，最大负重250kg。②逃生装置零件数量约为零部件数225个。③最终产品尺寸为211.5mm×150mm×373.5mm，总质量约为2.0kg。

3高层建筑应急逃生装置的结构

高层建筑应急逃生装置主要由钢丝绳轮、传动部分和操作部分构成。与以前已有的技术相比，该发明设计具有突出的实质性特点和显著的进步，主要表现在以下几方面。（1）纯机械式结构。该装置全部由纯机械结构组成，不需要任何外部能源，可靠性大大提高。产品在设计过程中摒弃了传统的机电结合的思路，采用了纯机械式结构。使用时不需要借助外界任何能源，仅靠自身的机械结构即可控制逃生的下降速度，使其带着逃生者安全下滑。装置采用特殊结构的减速电机进行反馈制动和摩擦片制动双保险，使用者可根据外界环境的变化，通过运动连杆机构使本装置随时停止在任意高度位置，最大限度的保障安全。（2）传动机构采用双保险。该装置采用摩擦片制动和减速电机反馈制动实现双保险，且能实现下降速度在安全范围内可控，可实现随时起停。产品的关键技术是设计了一种特殊的传动机构和一个新型结构的摩擦片运动机构。逃生器的传动部分是纯机械式结构，钢丝绳轮经过联轴器联结第一个齿轮部分，经中间齿轮（中间齿轮和减速电机相连，为第二个齿轮部分）传递到第三个齿轮部分，中轴穿过第三个齿轮，中轴中间为一个曲柄连杆机构，连杆另一端为一个直线运动的摩擦块，这样将钢丝轮的转动转换为摩擦块的直线运动以便于控制。逃生器在下降过程中由电机部分和离心式摩擦缓降器自动控制其下落速度。电机部分由两个相同的电机反向连接构成反馈制动，中间连接一个控制电阻。逃生器在工作时其中一个电机产生的电流通过控制电阻后反向传给另一个电机，使其反向转动从而增加反馈制动力。通过改变反馈电阻的阻值可以改变反馈电机产生的反馈力的大小，从而改变逃生器的下降速度。新型的离心式摩擦缓降器是在一个可转动的圆盘上镶入三个活动摩擦块，圆盘通过齿轮与传动部分直接相连，当转动速度达到一定值时，由于离心力的作用，摩擦块会与外壁接触从而产生摩擦制动力来控制逃生器的下降速度。逃生器通过双电机反馈制动和离心式摩擦缓降器两种结构进行下降速度的控制，为本装置的可靠性提供了双保险。在逃生下降过程中如遇外界环境发生变化，制动机构可起作用进行减速并停止下滑。制动机构由两个对称的摩擦块和一个曲柄摩擦块组成，摩擦块与曲柄之间有一定的间隙。右上方与控制电阻相连。手指向下拉动操作杆时，电位器的阻值会变小，通过电机的反馈制动电流就会增大，电机制动力矩增加，下降速度就会进一步减小，此时摩擦块刚好与曲柄接摩擦块触，但未产生摩擦力的作用，继续向下拉动操作杆，两个摩擦块就会将曲柄摩擦块压紧，制止其运动，从而让整个逃生装置紧急停下来。（3）逃生器采用模块化结构，通用性强。该装置采用模块化结构，体积小，操作简单，男女老幼均可单独使用，便于普及到每个普通家庭。该产品是一个模块化结构，根据用户所居住的楼层高度不同，便于拆卸和更换钢丝绳轮。更换钢丝轮的目的在于多次使用，并根据不同的楼层高度更换不同长度的钢丝绳轮。更换时只需将钢丝轮两端的两个卡扣打开，把两个挡片取下，推开两端的联轴器（联轴器后面是弹簧），便可将钢丝轮取下，按相反的步骤即可将更换的钢丝轮装上。此外，应急逃生装置外观小巧美观，平时可放在室内做为装饰，应急时用来逃生。

4高层建筑应急逃生装置的实用性

该发明投入使用可以解决现有高层建筑逃生领域的两大关键问题。（1）解决了高层建筑逃生装置在普通民用家庭中的普及问题。产品做到了体积小、操作简单、易取易用，不论男女老幼均可独立使用。尺寸大小与一个小型灭火器尺寸相仿。体积小，机构紧凑，便于操作，造型美观，重量轻，适合家庭摆放。（2）解决了逃生装置运行的安全性和可操作性问题。设备采用了纯机械式结构，摒弃传统的机电结合的设计思路，在使用时不需要借助外界任何能源，仅靠自身的机械结构控制逃生的下降速度，使其带着人体安全下滑。装置采用特殊结构的减速电机进行反馈制动和摩擦片制动双保险，运动连杆机构可使本装置随时停在任意高度位置，最大限度的保障安全。高层建筑应急逃生装置现已被开发生产和销售，该发明专利产品及其新技术实施后，逃生器的安全性大大提高。逃生者能及时根据周围环境的变化调整下降速度，具有特殊机构的减速电机制动和摩擦缓降器双重保险结构，方便操作，随时进行紧急制动并能停止。该产品是一种新型、安全、高效的高层建筑逃生装置，可保障安全。

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作者：谭辉 殷允东 张义壮 张少嵩 李辉 单位:滨州学院