CN102294084B

CN102294084B - 一种机械式缓降器

Info

Publication number: CN102294084B
Application number: CN 201110185664
Authority: CN
Inventors: 张超; 丁鑫; 张宇迪; 范红艳; 肖雨; 赵卫军; 奚延辉
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: CN102294084A

Abstract

本发明的目的是为高层住宅楼、写字楼提供一种安全快速、使用便捷、低成本的高空自救器材。它可以通过钢丝绳两端的往复运动实现免回绳的双向逃生。仅依靠机械摩擦进行制动，保证在大楼停电的时候能够正常工作。具有偏心活动块的传动轮系确保钢丝绳与主传动轮之间无相对滑动(传动有效)。缓降器的离心制动***能实现从小孩至成人的匀速下降。

Description

一种机械式缓降器

技术领域：

本发明属于消防领域，涉及一种逃生装置，尤其是一种机械式缓降器。

背景技术：

纵观目前消防逃生器材行业，国内外有很多类高空救生产品，包括逃生伞、防火梯、便携式逃生器等，国外总体来说在这方面研究要超前于国内，国内的研究起步较晚，但近几年来也发展较快。

逃生伞主要组成部分有伞衣、引导伞、伞绳、背带***、开伞部件和伞包等。逃生伞是利用空气阻力，依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器，使人或物从空中安全降落到地面的一种逃生器。适用范围通常为150米以上的高楼，且需要对逃生人员进行专业的培训。

普通防火梯通常采用高强度铝合金型材制成，主要用于中、小城市在无举高车、普通梯子又达不到高度的场所；云梯作为加长型救生梯，主要用于大中型城市的高楼；两者是消防队员登高救人，扑灭火灾时的主要工具；普通防火梯适用范围为15米左右，云梯适用范围为50米左右。两者支撑于消防车，进行协助逃生时需要有消防车停靠的场所。

与前两种逃生器材相比，缓降器使用灵活方便，应用面光，是本发明的研究与设计对象。

与本发明类似的高楼逃生器一般由挂钩、吊带、绳索及速度控制等组成，是一种可使人沿绳缓慢下降的安全营救装置。它可用专用安装器具安装在建筑物窗口、阳台或楼房平顶等处，也可安装在举高消防车上，营救处于高层建筑物火场上的受难人员。按照减速技术分类有电磁式、液压式、齿轮式、螺杆式和机械摩擦式等。

1)液压式

使用液压技术的缓降器，利用帕斯卡定律，将液体的压力转化为机械能，传动力量大，能够很好的完成高楼逃生的任务。在各部件制造中，对密封性、耐久性有很高的技术要求。该类产品体积较大，造价昂贵。

2)齿轮、行星轮式

使用齿轮式的缓降器，利用齿轮啮合，根据各级的传动比差异，降低下落的速度，达到匀速下降。该类产品在设计时需要达到较高的精度，结构复杂且不易维修。

3)螺杆式

跟齿轮式相同，螺杆式缓降器利用传动比实现降速从而安全着地，同样也需要很好的精度。螺杆式缓降器存在易自锁，不能连续传动的问题，实际操作中需要不停的矫正逃生绳。

4)机械摩擦式

机械摩擦式一般通过摩擦制动，达到降速的目的。此类缓降器具有使用灵活便捷，结构较为紧凑，在大楼断电等情况下，此类缓降器能保证其正常的工作与续航能力。但该类型缓降器对传动***的要求很高。目前市场上该类产品价格普遍较高。

目前市场上缓降器分为是单人使用型和反复实用型，单人使用型缓降器一般为便携式，只能提供单人单次逃生，故成本较高，不适用于写字楼等人员密集场所。反复使用型缓降器安装在楼层固定位置，可以供多人反复使用。其中使用型缓降器又分为单向工作式和双向工作式，单向工作式在一人使用后需要将逃生索收回，浪费了宝贵的逃生时间。而双向式可依靠逃生索两端交替上下避免了回绳时间，但设计难度大大增加。

本项目研发团队设计的缓降器，采用机械摩擦式，可双向反复使用，在一定程度上继承了上述优点，同时也克服了一些缺点。

发明内容：

本发明提供了一种机械式缓降器，包括传动***和制动***。

所述传动***中设有传动轮系，包括一个主传动轮、两对辅助导轮、一对引导滑轮、一个偏心活动块及钢丝绳，主动轮设置在中央，与主箱体内的内轴相连，两对辅助导轮和一对引导滑轮均通过壳体上的固定轴分别设置在主动轮的两侧，偏心活动块设置在主动轮下方；钢丝绳穿过偏心活动块与下方导轮间缝隙进入传动***，之后顺势从同侧的引导滑轮和辅助导轮外侧绕向主传动轮，再对称绕回，从活动块与另一导轮缝隙穿出。

所述制动***在主箱体内部，包括制动带、滑动块、活动块连接柱和内轴，滑动块与连接柱之间以螺纹连接，活动块连接柱嵌插在内轴上的孔中，滑动块表面镶嵌制动带。

发明了一种机械式缓降器，具有传动***(图1)和制动***(图2)。传动***中设有传动轮系，包括一个主传动轮、两对辅助导轮(导轮A)、一对引导滑轮(导轮B)、一个偏心活动块及钢丝绳，主动轮设置在中央，与主箱体内的内轴相连，两对辅助导轮和一对引导滑轮均通过壳体上的固定轴分别设置在主动轮的两侧，偏心活动块设置在主动轮下方；钢丝绳穿过偏心活动块与下方导轮间缝隙进入传动***，之后顺势从同侧的引导滑轮和辅助导轮外侧绕向主传动轮，再对称绕回，从活动块与另一导轮缝隙穿出。制动***在主箱体内部，包括制动带、滑动块、活动块连接柱和内轴，滑动块与连接柱之间以螺纹连接，活动块连接柱嵌插在内轴上的孔中，滑动块表面镶嵌制动带。

钢丝绳受悬挂物重力影响，在进入和离开活动块时对其中一侧形成挤压，生成动摩擦并进而产生了主传动轮两端的紧边拉力和松边拉力，在紧边拉力松边拉力的作用下，主传动轮依靠钢丝绳产生的摩擦力转动，进而通过内轴将驱动力矩传递到了箱体内部，滑动块在随内轴转动过程中受离心力作用对箱体内壁产生正压力，进而产生滑动摩擦力。当转速达到某特定值时，摩擦力矩同重力产生的驱动矩动态平衡，达到匀速下降的目的。

通过合理设计尺寸参数，下降速度即可保证人员安全着陆。本发明样品在5米实验高度上，分别完成了8-100Kg重物双向稳定下降，速度为0.4-1.3m/s；50-85KG人双向稳定下降，速度为0.75-1.1m/s。

附图说明：

图1为本发明的传动***原理图；

图2为本发明制动***原理图；

图3为本发明的缓降器结构示意图。

其中：1为后盖；2为主箱体；3为导轮一号；4为端面支柱；5为主传动轮；6为主轴；7为导轮二号；8为活动块；9为前盖；10为轴承；11为离心块；12为离心块连接件；13为制动带。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1、图2、图3，在人的高楼逃生过程中，为达到匀速下降的效果，需要将人体重力及重力矩与其他形式的力及力矩平衡，同时将重力势能转化为其他形式的能量。考虑到该作品主要应用于火灾或地震等紧急状况，为保证其可靠性，采用纯机械式离心制动原理，利用摩擦力平衡人体重力，并最终将人的重力势能转化为摩擦内能。力传递及能量转化过程如图1及图2。

2)传动方案

本作品由传动***及制动***组成，二者依靠主轴联系，传动***及其主要零件如图3。

钢丝绳沿如图方向穿过偏心活动块与导轮间缝隙进入传动***，之后沿图示方向绕过各导向轮及主传动轮，最后由活动块与另一导轮缝隙穿出。钢丝绳受悬挂物重力影响，在进入和离开活动块时对其中一侧形成挤压，生成动摩擦并进而产生了主传动轮两端的紧边拉力和松边拉力，在紧边拉力松边拉力的作用下，主传动轮依靠钢丝绳产生的摩擦力转动。从而将驱动力矩传递到了箱体内部，与离心力产生的摩擦力矩进行动态平衡。

传动***设计时主要考虑以下问题：

1)装置双向性的实现

为实现装置的双向性，主要采用传动装置对称式设计的方法，使得钢丝绳可在传动***中往复运动，从而实现双向性。

2)钢丝绳与主传动轮之间不存在相对滑动

依据带传动不发生相对滑动条件(欧拉条件)，采取以下两种措施确保钢丝绳与主传动轮之间无相对滑动：(1)可摆动的活动块对钢绳松边提供额外拉力，增加了带轮上的张紧力；(2)利用V型槽增加钢丝绳及主传动轮间当量摩擦系数；(3)利用导轮增加主传动轮包角。

3)合理计算各传动部件传动效率

作品处于工作状态时，其传动轮系中各传动轮在与端面支柱摩擦过程中，会损耗部分能量并逐渐改变钢丝绳内拉力。故应合理计算传动***固有摩擦力及其对松、紧边拉力的影响。

4)钢丝绳锁闭，防止产生脱绳

考虑到钢丝绳所经传动轮较多且在轮系中反复弯曲，易产生钢丝绳脱轮问题。故应合理设计传动轮系尺寸及辅助结构，保证钢丝绳锁闭。

2.3制动方案

为达到逃生者匀速下降的目的，本作品采用离心制动原理将重力势能转化为摩擦内能，以达到动态平衡的效果，获得稳定的下降速度。

当逃生者从高楼上跳下时，重力带动传动***中的主传动轮转动，进而带动内轴转动，滑动块在随内轴转动过程中受离心力作用对箱体内壁产生正压力，进而产生滑动摩擦力。当转速达到某特定值时，摩擦力矩同重力产生的驱动矩动态平衡，达到匀速下降的目的。通过合理设计下降速度即可保证人员安全着陆。

本作品制动***及主要零件如图2-4。

制动***设计时主要考虑以下问题：

1)滑动块重量及质心位置的合理设计，制动带材料的选择

为使滑动块在质量尽量小的情况下产生尽量大的摩擦力，采用以下两种措施：(1)表面覆盖制动带增加滑动块表面摩擦因数；(2)滑动块质心位置尽量外移增加质心线速度(如将块体形状设计为扇形或梯形等)，在同质量条件下产生较大离心力。

2)连接柱的布置及强度校核

为保证滑动块在转动过程中与内轴有良好的定位性，采用双连接柱并排布置，连接柱在工作时受剪切力及弯曲力，其强度需满足一定安全裕度。

3)内轴的强度校核

本作品中内轴具有传递力矩和作为滑动块连接柱径向轨道的作用，其强度应满足一定安全裕度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种机械式缓降器，其特征在于：包括传动***和制动***；

传动***中设有传动轮系，包括一个主传动轮、两对辅助导轮、一对引导滑轮、一个偏心活动块及钢丝绳，主动轮设置在中央，与主箱体内的内轴相连，两对辅助导轮和一对引导滑轮均通过壳体上的固定轴分别设置在主动轮的两侧；偏心活动块设置在主动轮下方，可绕对应固定轴摆动；钢丝绳穿过偏心活动块与引导滑轮间缝隙进入传动***，之后顺势从同侧的引导滑轮和辅助导轮外侧绕向主传动轮，再对称绕回，从偏心活动块与另一导轮缝隙穿出；钢丝绳受逃生者重力影响，从一侧驱动偏心活动块摆动，对另一侧形成挤压，生成动摩擦并进而产生了主传动轮两端的紧边拉力和松边拉力，在紧边拉力松边拉力的作用下，主传动轮依靠钢丝绳产生的摩擦力转动，从而将驱动力矩传递到了制动***；

所述制动***在主箱体内部，包括制动带、离心块、离心块连接柱和内轴；离心块与离心块连接柱之间以螺纹连接，离心块连接柱嵌插在内轴上的孔中，滑动块表面镶嵌制动带；主传动轮和内轴通过键来连接；重力带动传动***中的主传动轮转动，进而带动内轴转动，离心块在随内轴转动过程中受离心力作用对箱体内壁产生正压力，进而产生滑动摩擦力，当转速达到某特定值时，摩擦力矩同传动***传递的驱动力矩动态平衡，从而实现逃生者的匀速下降。

2.如权利要求1所述的机械式缓降器，其特征在于：机械式缓降器的构成部件有后盖、主箱体、导轮一号、端面支柱、主传动轮、主轴、导轮二号、偏心活动块、前盖、轴承、离心块、离心块连接件、制动带、钢丝绳；其中，活动块、导轮一号和导轮二号通过端面支柱被安装在主箱体上，钢丝绳绕过导轮一号和导轮二号后再绕过主传动轮，主传动轮和内轴通过键来连接，从而将传动***和制动***连接起来；

制动带被钉在离心块上，离心块通过离心块连接件被安装在内轴上，离心块与离心块连接件是过盈配合，离心块连接件与内轴是间隙配合，从而可以在内轴转动时实现离心块和离心块连接件的离心运动；内轴组件通过轴承固定在主箱体内，前轴承的位置通过前盖来固定，后轴承的位置通过后盖来固定。

3.如权利要求2所述一种机械式缓降器，其特征在于：所述后盖通过螺栓穿过后盖上的螺栓孔从而将整个机械式缓降器安装到某个需要的地方。