專利名稱：一種高空緩降機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高空緩降機，屬于機電結(jié)合的逃生裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在一些突發(fā)情況下，人們需要從高空(如高樓)快速而安全地降落到地面上。以火災(zāi)為例，近年來，高樓火災(zāi)的發(fā)生率居高不下，造成大量的人員傷亡和財物損失。高樓火災(zāi)由于其特殊性，較易造成嚴重的后果。為了減少人員的傷亡，除了必要的防護措施，一旦發(fā)生，有效的逃生裝置將會起到重要的作用。通過調(diào)查市面上可以看到的和在理論上已存在的高樓逃生機，大致可以分為以下幾種。(1)包角加手控式。該類逃生器增加鋼絲繩與輪之間的包角，使得鋼絲繩與鋼絲輪之間的摩擦力增加。另外，再利用手控裝置，進一步調(diào)節(jié)下降速度的快慢。此法的缺點是需要人手去控制，不適用于老人和小孩。(2)間歇沖擊式。通過間歇撞擊能來消耗能量，如利用鐘表中的擒縱叉和擒縱輪原理來消耗能量。(3)液體流動阻尼式。利用液體流動阻尼把人體勢能轉(zhuǎn)化承液體熱能，以達到降低速度的目的。然而其下降速度會隨人體重增加而增加。(4)摩擦平衡式，僅靠摩擦力與人的重力平衡，而使用的摩擦片的摩擦系數(shù)達到 μ =0.76。此法的缺點是可靠性較低，一旦失效，將造成嚴重后果。(5)與上面類似的還有基于彈簧在受到扭矩時由材料的彈性和結(jié)構(gòu)的特點在工作時發(fā)生變形，產(chǎn)生與扭矩T成正比的摩擦力。通過控制彈簧的中徑，來控制下滑的速度。其確定是工作不穩(wěn)定。由于各種缺陷，以及產(chǎn)品特點與我國國情的不合，這些逃生機都沒有在我國得到推廣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高空緩降機，能夠克服上述的技術(shù)問題，很大程度的保證安全脫險。該一種高空緩降機包括繩筒(1)、收繩裝置O)、增速齒輪組(3)、機械制動裝置 (4)、電磁制動裝置(5)、直流電機(6)、制動軸(7)；繩筒(1)、機械制動裝置(4)、電磁制動裝置(5)、直流電機(6)、制動軸(7)同軸布置，繩筒(1)通過增速齒輪組(3)與制動軸(7) 連接，機械制動裝置G)、電磁制動裝置(5)與制動軸(7)通過鍵連接，直流電機(6)與制動軸(7)通過聯(lián)軸器連接，收繩裝置( 與繩筒(1)通過一對齒輪連接；繩筒(1)上繞有鋼絲繩，繩的一端通過繩扣與繩筒相連；繩筒的左端與齒輪環(huán)通過螺釘相連，繩筒中間有兩個同心的圓柱筒，內(nèi)部的圓柱筒套在繩筒軸上，通過鍵和緊固螺母來實現(xiàn)周向和徑向固定，外部的圓柱筒用于繞鋼絲繩；收繩裝置( 包括一對增速齒輪、搖柄軸和搖柄；搖柄與搖柄軸通過截面為正方形的孔軸相連，端部由軸端擋片和沉頭螺釘固定，搖柄軸使用一對球軸承支撐于機架上；增速齒輪組(3)由兩對齒輪組成，其中一個齒輪內(nèi)部裝有單向超越離合器，使得制動部分在重物下降時工作，而收繩時不隨著繩筒旋轉(zhuǎn)；機械制動裝置當(dāng)制動軸開始旋轉(zhuǎn)時制動器上的蹄塊由于離心力的作用會甩出與固定的外圈摩擦產(chǎn)生制動力矩。本發(fā)明的有益效果(1)可靠性高。有獨立工作的機械和電磁兩個制動器，即使某個制動器意外失靈時另外一個制動器也能獨立完成制動的功能，并且下落速度在安全范圍內(nèi)(2)由于機械和電磁制動系統(tǒng)優(yōu)勢互補，并且在控制電路的調(diào)控下，基本能使得不同體重的使用者都能以恒定的下落速度下降。經(jīng)沙袋試驗結(jié)果顯示，當(dāng)載荷加倍時下落速度增幅小于10%。不像市面上大多數(shù)緩降器的下落速度隨使用者體重增加而增加。因此克服了重者降得快，輕者降得慢的缺點。(3)電磁制動器和控制電路的電源由測速發(fā)電機提供，直接將人下落時的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能，無需蓄電池等外接電源，能很好的適用于火災(zāi)等極端惡劣情況。因而本裝置無需像其他緩降采用蓄電池作為電源的裝置那樣需要定期檢查蓄電池，維護更加方便。(4)下落時使用者無需操作，適合各類人群包括老人和兒童使用。(5)裝置由各個模塊化部件組成，配置靈活，可根據(jù)使用環(huán)境不同靈活配置各個組成模塊。如低層樓房可配小型繩筒，高層大樓可配大繩筒。根據(jù)使用樓房人口密集程度，如應(yīng)用于人群密集的樓房時，也可更換功率更大的電機和性能更好的制動器適用于多人同時降落達到更快撤離的目的。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明裝置的工作過程具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的實施方式做進一步詳細說明。繩筒(1)上繞有長為120m的鋼絲繩，長度足夠在40層的高樓使用。繩的一端通過繩扣與繩筒相連。繩筒的左端厚5mm，與齒輪環(huán)通過螺釘相連。右端厚2mm。繩筒中間是由兩個同心的圓柱筒。內(nèi)部的圓柱筒套在繩筒軸上，通過鍵和緊固螺母來實現(xiàn)周向和徑向固定。外部的圓柱筒厚2mm，外徑為176mm，用于繞鋼絲繩。收繩裝置( 包括一對增速齒輪、搖柄軸和搖柄組成。增速齒輪傳動比為2. 5 1， 保證能迅速回收鋼絲繩。搖柄與搖柄軸通過截面為正方形的一段長約4cm的孔軸相連，端部由軸端擋片和沉頭螺釘固定。搖柄軸使用一對深溝球軸承支撐于機架上。增速齒輪組(3)由兩對齒輪組成，整體的傳動比是1 11。其中一個齒輪內(nèi)部裝有單向超越離合器，其作用是使制動部分只有在重物下降時才工作，而收繩時不會隨著繩筒旋轉(zhuǎn)。機械制動裝置是由摩擦離合器改裝而成的。當(dāng)制動軸開始旋轉(zhuǎn)時制動器上的蹄塊由于離心力的作用會甩出與固定的外圈摩擦產(chǎn)生制動力矩。制動力矩的計算設(shè)制動力矩為N，測量得制動器半徑為r2 = 0. 05m,三個蹄塊總重HItl = 03kg，制動軸轉(zhuǎn)速為W2，實驗測得蹄塊與外圓摩擦系數(shù)為μ =0.36。根據(jù)物理學(xué)計算后不難得到制動力矩N與轉(zhuǎn)速w的關(guān)系式N = w22r22m0 μ繩筒的半徑= 0.09m，角速度為°由于傳動比為1 11，所以n2 = Iln1 (η
rI
1 Iv， ，λ
為轉(zhuǎn)速)，由 W == llWl。代入上式，得# = (——)2r22moM = 6.72v。
ri如在人以ν = lm/s速度下降時通過上式可求得N = 6. 72N · m。載重為m時，若僅靠機械制動器來制動，則其制動力矩為Μ = = 。如按 50kg的載重計算，制動軸需要提供4. OlN · m的制動力矩。假設(shè)在電磁制動器失效的情況下，4. OlN · m的制動力矩將完全由機械制動器提供，此時人的下落速度降為0.77m/s，?？梢姍C械制動器有獨立完成制動的能力。電磁制動器選用STEK公司的24v直流電磁離合器。額定電壓Mv，實物如圖2_5。 經(jīng)過研究得出制動力矩T與離合器兩端電壓U之間的關(guān)系為T = (U/24) "2*5. 5載重為m時，若僅靠電磁制動器來制動，則其制動力矩為T = 41. 5938*V~2。如按 50kg的載重計算，制動軸需要提供4. OlN · m的制動力矩。假設(shè)在機械制動器失效的情況下，4. OlN · m的制動力矩將完全由電磁制動器提供，此時人的下落速度降約為0. 35m/s?？梢婋姶胖苿悠饔歇毩⑼瓿芍苿拥哪芰Α１狙b置緩降原理為機械制動器、電磁制動器、發(fā)電機阻力矩與人重力平衡從而達到勻速下降。裝置最大設(shè)計承重為100kg，但是由于測試用沙袋便攜性和實驗安全方面的考慮，試驗承重為20kg 40kg。人(沙袋代替)的期望下落速度為0. 3m/s對應(yīng)的的繩筒 (半徑約0. lm) (1)轉(zhuǎn)速為30r/m，制動軸(7)轉(zhuǎn)速為330r/m。使用者身穿特制背心，和繩筒上的鋼絲繩固定，從窗外以零初速度開始下降，帶動繩筒(1)轉(zhuǎn)動，在傳動比為11 1的增速齒輪組(3)的作用下制動軸(7)以繩筒(1)11倍轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同時機械制動器(4)開始工作，產(chǎn)生一定的制動力矩，這個制動力矩和人下落速度平方成正比，此時人繼續(xù)加速下落但加速度逐漸減小(下圖A-C段)(詳見2.4節(jié))。當(dāng)速度達到V1時，在直流電機(6)和控制電路(圖中未畫出)的控制下電磁制動器(5)開始工作，產(chǎn)生較大的制動力矩，使人下落速度下降，當(dāng)速度減小到V2時電磁制動器( 停止工作，人的下落速度再次上升，當(dāng)達到V1時電磁制動器( 再次開始工作，重復(fù)以上循環(huán)直至落地。整個裝置的工作原理為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，直流發(fā)電機的輸出電壓U。ut與轉(zhuǎn)速成正比，該電壓既作為供電電壓，又作為反饋信號。具體劃分為一是經(jīng)過穩(wěn)壓電路提供集成運放和開關(guān)電路的電源，二是提供制動器的工作電壓。三是作為電壓比較電路的輸入來控制U。的大小，進而控制繼電器的工作電路。當(dāng)轉(zhuǎn)速很慢時，電路不工作；當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸升高，使穩(wěn)壓電路以及比較電路正常工作，此后，制動器的工作僅取決于轉(zhuǎn)速；當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，高于閾值U2 時，制動器回路閉合，開始工作；轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于閾值仏時，制動器回路斷開，不工作， 隨后轉(zhuǎn)速升高，依次循環(huán)此過程。整個裝置裝在一個長500mm、寬197mm、高360mm的角鋼架中。使用時懸掛在窗臺或其他便于人員下降的地方。通過制作和測試樣機，我們發(fā)現(xiàn)樣機完全能達到預(yù)期的功能，并且通過調(diào)整裝置參數(shù)，下降速度可在0. lm/s 2m/s之間調(diào)整。最后經(jīng)過嚴密調(diào)查與實驗論證，我們將下落速度范圍調(diào)整在0. 25 0. 35m/s。
權(quán)利要求
1. 一種高空緩降機，包括繩筒(1)、收繩裝置( 、增速齒輪組C3)、其特征在于該緩降機還包括機械制動裝置G)、電磁制動裝置(5)、直流電機(6)、制動軸(7)；繩筒(1)、機械制動裝置G)、電磁制動裝置(5)、直流電機(6)、制動軸(7)同軸布置，繩筒(1)通過增速齒輪組( 與制動軸(7)連接，機械制動裝置G)、電磁制動裝置(5)與制動軸(7)通過鍵連接，直流電機(6)與制動軸(7)通過聯(lián)軸器連接，收繩裝置( 與繩筒(1)通過一對齒輪連接；繩筒(1)上繞有鋼絲繩，繩的一端通過繩扣與繩筒相連；繩筒的左端與齒輪環(huán)通過螺釘相連，繩筒中間有兩個同心的圓柱筒，內(nèi)部的圓柱筒套在繩筒軸上，通過鍵和緊固螺母來實現(xiàn)周向和徑向固定，外部的圓柱筒用于繞鋼絲繩；收繩裝置( 包括一對增速齒輪、搖柄軸和搖柄；搖柄與搖柄軸通過截面為正方形的孔軸相連，端部由軸端擋片和沉頭螺釘固定，搖柄軸使用一對球軸承支撐于機架上；增速齒輪組(3)由兩對齒輪組成，其中一個齒輪內(nèi)部裝有單向超越離合器，使得制動部分在重物下降時工作，而收繩時不隨著繩筒旋轉(zhuǎn)；機械制動裝置當(dāng)制動軸開始旋轉(zhuǎn)時制動器上的蹄塊由于離心力的作用會甩出與固定的外圈摩擦產(chǎn)生制動力矩。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高空緩降機，屬于機電結(jié)合的逃生裝置領(lǐng)域。包括繩筒(1)、收繩裝置(2)、增速齒輪組(3)、機械制動裝置(4)、電磁制動裝置(5)、直流電機(6)、制動軸(7)；繩筒(1)、機械制動裝置(4)、電磁制動裝置(5)、直流電機(6)、制動軸(7)同軸布置，繩筒(1)通過增速齒輪組(3)與制動軸(7)連接，機械制動裝置(4)、電磁制動裝置(5)與制動軸(7)通過鍵連接，直流電機(6)與制動軸(7)通過聯(lián)軸器連接，收繩裝置(2)與繩筒(1)通過一對齒輪連接。本發(fā)明的高空緩降機具有結(jié)構(gòu)完備、性能可靠等優(yōu)點，老幼都可以很大程度得保證安全脫險，具有很強的市場推廣價值。
文檔編號A62B1/08GK102441242SQ20101050828
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者劉昱玲, 劉箭言, 姚榮華, 白鑫貝, 郭順宏, 陳品志 申請人:北京理工大學(xué)