單繩楔塊自鎖緩降器

1、單繩楔塊自鎖緩降器n設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)背景n 隨著重點(diǎn)發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化趨勢越來隨著重點(diǎn)發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化趨勢越來越明顯。由于城市建筑用地的日趨緊張，城市住房建筑的越明顯。由于城市建筑用地的日趨緊張，城市住房建筑的高樓化趨勢也明顯加快。然而，發(fā)生于高樓的災(zāi)難并沒有高樓化趨勢也明顯加快。然而，發(fā)生于高樓的災(zāi)難并沒有明顯的下降，火災(zāi)，恐怖襲擊發(fā)生于高樓屢屢見于報(bào)端。明顯的下降，火災(zāi)，恐怖襲擊發(fā)生于高樓屢屢見于報(bào)端。并且，發(fā)生于高樓的災(zāi)難一般都會(huì)造成重大的人員傷亡和并且，發(fā)生于高樓的災(zāi)難一般都會(huì)造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此，高樓災(zāi)難的防災(zāi)、減災(zāi)等相關(guān)問題已經(jīng)經(jīng)濟(jì)損失，因此，高

2、樓災(zāi)難的防災(zāi)、減災(zāi)等相關(guān)問題已經(jīng)引起了相關(guān)部門的高度重視。引起了相關(guān)部門的高度重視。n 雖然高樓化的趨勢在加快，但是用于高樓逃生的相關(guān)雖然高樓化的趨勢在加快，但是用于高樓逃生的相關(guān)逃生緩降器材的配備率卻十分低。其中主要原因是由于當(dāng)逃生緩降器材的配備率卻十分低。其中主要原因是由于當(dāng)前的國內(nèi)上一些逃生緩降器材體積大，耗材多，使用不方前的國內(nèi)上一些逃生緩降器材體積大，耗材多，使用不方便。并且，該類器材的設(shè)備使用率不高，這樣又在一定程便。并且，該類器材的設(shè)備使用率不高，這樣又在一定程度上造成資源浪費(fèi)。度上造成資源浪費(fèi)。 n基本原理基本原理n 本設(shè)計(jì)運(yùn)用的基本原理是自鎖本設(shè)計(jì)運(yùn)用的基本原理是自鎖n 自鎖

3、：自鎖：n 法向支持力法向支持力N與摩擦力與摩擦力f的合力的合力R稱為支持面對物體的全反力。稱為支持面對物體的全反力。n 即摩擦力即摩擦力f達(dá)到最大值達(dá)到最大值fmax時(shí)，這時(shí)的夾角時(shí)，這時(shí)的夾角a也達(dá)到最大值也達(dá)到最大值b,把把b稱為稱為摩擦角。摩擦角。n n 此式表明：摩擦角此式表明：摩擦角b的正切等于靜摩擦因數(shù)。的正切等于靜摩擦因數(shù)。tanFbNn 如果作用于物體的主動(dòng)力的合力如果作用于物體的主動(dòng)力的合力R的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論的作用線在摩擦角之內(nèi)，則無論這個(gè)力怎樣大，總有一個(gè)全反力這個(gè)力怎樣大，總有一個(gè)全反力R與之平衡，物體保持靜止；反之，與之平衡，物體保持靜止；反之，如果主動(dòng)力

4、的合力如果主動(dòng)力的合力R的作用線在磨的作用線在磨擦角之外，則無論這個(gè)力多么小，擦角之外，則無論這個(gè)力多么小，物體也不可能保持平衡。這種與力物體也不可能保持平衡。這種與力大小無關(guān)而與摩擦角有關(guān)的平衡條大小無關(guān)而與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。下的平衡現(xiàn)象稱之自鎖現(xiàn)象。n 本設(shè)計(jì)在繩子的夾持處應(yīng)用了本設(shè)計(jì)在繩子的夾持處應(yīng)用了自鎖的原理，保證在夾持狀態(tài)下繩自鎖的原理，保證在夾持狀態(tài)下繩子不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，使用者能夠在空子不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，使用者能夠在空中停留中停留n裝置結(jié)構(gòu)裝置結(jié)構(gòu)n 大致結(jié)構(gòu)大致結(jié)構(gòu)n 1繩子繩子n 2捆縛及固定器件

5、捆縛及固定器件n 3外殼外殼n 4楔塊自鎖器件楔塊自鎖器件n 5手動(dòng)控速器件手動(dòng)控速器件n 6超速報(bào)警裝置超速報(bào)警裝置n 使用者通過操作控速器件使用者通過操作控速器件4來控制自身的下降（使用者懸掛于來控制自身的下降（使用者懸掛于外殼外殼3之下，與之同時(shí)下降）之下，與之同時(shí)下降）21356n 楔塊自鎖器件與手動(dòng)控速器件楔塊自鎖器件與手動(dòng)控速器件n 右圖為楔塊自鎖器件以及手動(dòng)控速器件的大致結(jié)構(gòu)。右圖為楔塊自鎖器件以及手動(dòng)控速器件的大致結(jié)構(gòu)。n 該部分裝置實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能：該部分裝置實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能：n a.空中停留空中停留n b.下降下降n 空中空中2停留：停留：n 由于導(dǎo)塊與楔塊的接觸面傾角由于導(dǎo)塊與楔

6、塊的接觸面傾角滿足自鎖條件：滿足自鎖條件：n tann 因此保證了使用者不對杠桿施力時(shí)，繩子不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，使用者因此保證了使用者不對杠桿施力時(shí)，繩子不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，使用者能在空中停留。能在空中停留。n 下降：下降：n 需要下降時(shí)通過對杠桿施力，提升楔塊高度，增加楔塊開度而減需要下降時(shí)通過對杠桿施力，提升楔塊高度，增加楔塊開度而減小摩擦，實(shí)現(xiàn)安全下降。小摩擦，實(shí)現(xiàn)安全下降。安裝鎖套處杠桿外蓋板楔形塊導(dǎo)塊繩子安裝測速儀處n 超速報(bào)警裝置超速報(bào)警裝置n 本裝置大致如下圖本裝置大致如下圖n 軸軸1與圖與圖3中的下側(cè)滑輪聯(lián)軸中的下側(cè)滑輪聯(lián)軸n 當(dāng)使用者以安全速度（當(dāng)使用者以安全速度（3米每秒）下降時(shí)，滑輪

7、轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)報(bào)警米每秒）下降時(shí)，滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)報(bào)警裝置內(nèi)盤裝置內(nèi)盤2轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)金屬塊轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)金屬塊4將到一個(gè)很大的向心加速度（約為將到一個(gè)很大的向心加速度（約為重力加速度的重力加速度的4倍）而接觸外殼倍）而接觸外殼3，使電路接通，報(bào)警器，使電路接通，報(bào)警器5工作。工作。n 當(dāng)使用者受到報(bào)警，松開杠桿后，繩子被鎖死，滑輪速度下降，當(dāng)使用者受到報(bào)警，松開杠桿后，繩子被鎖死，滑輪速度下降，滑動(dòng)金屬塊滑動(dòng)金屬塊4在彈簧作用下復(fù)位，電路斷開，報(bào)警器停止工作。在彈簧作用下復(fù)位，電路斷開，報(bào)警器停止工作。n 電源電源6使用紐扣電池，報(bào)警器使用紐扣電池，報(bào)警器5發(fā)光并產(chǎn)生聲音（結(jié)構(gòu)類似于發(fā)光并產(chǎn)生聲音（結(jié)構(gòu)類

8、似于電子賀卡）。電子賀卡）。123461軸 2內(nèi)盤3外殼 4滑動(dòng)金屬塊5報(bào)警器 6電源5n 捆縛及固定器件捆縛及固定器件n 我們嘗試使用類似于腰帶的，可以迅速調(diào)節(jié)松緊并固定的穿戴我們嘗試使用類似于腰帶的，可以迅速調(diào)節(jié)松緊并固定的穿戴工具。該穿戴工具將有效提高使用者逃生速度。工具。該穿戴工具將有效提高使用者逃生速度。n強(qiáng)度校核及尺寸確定強(qiáng)度校核及尺寸確定n 救生繩的校核：救生繩的校核：n 救生繩采用市場上出售的登山繩，直徑為救生繩采用市場上出售的登山繩，直徑為814mm，承重為，承重為1000kg及以上。假定下降者最大的加速度為及以上。假定下降者最大的加速度為g，繩子承受的力為，繩子承受的力為G

9、，則有：則有：n G-mg=mgn 即即G/g=2m(m為下降者的質(zhì)量為下降者的質(zhì)量)n 由于由于m設(shè)定的最大值為設(shè)定的最大值為200kg，所以繩子完全滿足強(qiáng)度要求。，所以繩子完全滿足強(qiáng)度要求。n 自鎖器件的校核及尺寸確定：自鎖器件的校核及尺寸確定：n 首先由登山繩的直徑及相關(guān)摩擦系數(shù)確定楔塊的尺寸，取厚度為首先由登山繩的直徑及相關(guān)摩擦系數(shù)確定楔塊的尺寸，取厚度為14mm，長，長30mm，下底寬，下底寬10mm，楔度為，楔度為20，滿足自鎖條件。與，滿足自鎖條件。與繩子的接觸面進(jìn)行滾花處理。繩子的接觸面進(jìn)行滾花處理。n 軸的尺寸確定軸的尺寸確定：n 假定下降者減速下降的最大加速度為假定下降者減

10、速下降的最大加速度為g，則軸上承載的最大徑向，則軸上承載的最大徑向力為力為Gmax=2mg，（接近，（接近4000N）。）。45鋼剪切強(qiáng)度為鋼剪切強(qiáng)度為178MPa，需要，需要的軸半徑為的軸半徑為r，n 導(dǎo)塊尺寸確定：導(dǎo)塊尺寸確定：n 由力學(xué)的分解與合成可知，導(dǎo)塊受到的最大壓力為由力學(xué)的分解與合成可知，導(dǎo)塊受到的最大壓力為Nmax=2mg/(*cot20)n 按剪切強(qiáng)度算：按剪切強(qiáng)度算： s=Nmax/178=2*200*9.8/(0.6*cot20*178)=13.36mm2故設(shè)計(jì)尺寸完故設(shè)計(jì)尺寸完全符合要求。（按生產(chǎn)工藝及使用方便要求，設(shè)計(jì)的尺寸取得稍大。）全符合要求。（按生產(chǎn)工藝及使用方

11、便要求，設(shè)計(jì)的尺寸取得稍大。）n 杠桿的尺寸確定：杠桿的尺寸確定：n 按力學(xué)的合成與分解，杠桿受力不超過按力學(xué)的合成與分解，杠桿受力不超過2mg，杠桿截面設(shè)計(jì)成，杠桿截面設(shè)計(jì)成矩形，同時(shí)保證強(qiáng)度和撓度。矩形，同時(shí)保證強(qiáng)度和撓度。n 其它尺寸：其它部件為不承重部件，設(shè)計(jì)尺寸以節(jié)約材料和經(jīng)濟(jì)實(shí)用其它尺寸：其它部件為不承重部件，設(shè)計(jì)尺寸以節(jié)約材料和經(jīng)濟(jì)實(shí)用為原則。為原則。n本設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)與優(yōu)勢本設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)與優(yōu)勢n 楔形塊自鎖原理的應(yīng)用楔形塊自鎖原理的應(yīng)用n 利用楔形塊沿滑道上下滑動(dòng)，能較好地控制楔塊與繩子之間的擠利用楔形塊沿滑道上下滑動(dòng)，能較好地控制楔塊與繩子之間的擠壓力，利用了楔形塊的優(yōu)點(diǎn)。此外，產(chǎn)品中利用了自鎖原理，能很好壓力，利用了楔形塊的優(yōu)點(diǎn)。此外，產(chǎn)品中利用了自鎖原理，能很好的保證減速效果，逃生者在下降過程中，能較好地控制速度，盡量降的保證減速效果，逃生者在下降過程中，能較好地控制速度，盡量降低二次傷害。低二次傷害。n 配有速度報(bào)警器配有速度報(bào)警器n 該報(bào)警器在逃生者下降速度超過安全速