覃智廣 陳洪容 陽彥雄

摘要：本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的應(yīng)急逃生窗，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)利用自動(dòng)或半自動(dòng)或機(jī)械化的方式，打開隱藏于窗框內(nèi)的伸縮梯，可以向下伸到下一層樓，使用戶安全逃出窗外。該設(shè)計(jì)具有手動(dòng)控制也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，同時(shí)電路還具有報(bào)警裝置，能起到報(bào)警及防盜作用。

關(guān)鍵詞：逃生窗;自動(dòng)控制;報(bào)警

一、研究的背景及意義

近年來，高層建筑火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，而在高層的人員逃生措施缺乏，造成導(dǎo)致人員重大傷亡。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，高層住戶通過大門、樓梯逃生的通道往往已經(jīng)被封死，而目前市場還沒有從窗子逃生的設(shè)計(jì)裝置，基于此情況，急需一款火災(zāi)應(yīng)急逃生窗給高層樓房火災(zāi)中的人們帶來生的希望。

二、 裝置的設(shè)計(jì)

本裝置外形結(jié)構(gòu)示意圖如圖1示。

該款逃生窗提供三種逃生方式：

（1）自動(dòng)方式

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生，電力未受到影響，室內(nèi)溫度上升或煙濃度達(dá)到某種程度時(shí)，由熱傳感器或煙霧濃度監(jiān)測裝置將信號(hào)傳給控制電路，報(bào)警器立即報(bào)警，報(bào)警信息還可以通過手機(jī)等無線方式傳給相關(guān)部門，裝置同時(shí)控制電機(jī)帶動(dòng)螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使伸縮梯伸出窗框，以達(dá)到逃生的目的。

（2）半自動(dòng)方式

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電力未受到影響，熱傳感器及煙濃度監(jiān)測裝置均被破壞，用戶可以控制按鈕接通電源，手動(dòng)控制伸縮梯從窗框中伸出，以達(dá)到逃生的目的。

（3）手動(dòng)方式

若發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電力已經(jīng)受到損壞，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)方式伸出伸縮梯?？梢圆捎檬謩?dòng)搖動(dòng)齒輪，使螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)將伸縮梯伸出窗框，以達(dá)到逃生的目的。

三、 相關(guān)參數(shù)計(jì)算

（1）原始數(shù)據(jù)及受力計(jì)算：

假設(shè)人體重量m1=150kg，梯子重量m2=50kg，用戶逃到伸縮梯時(shí)間T=1s，用戶起跳速度v1=5m/s，住戶到達(dá)梯子速度v2=4m/s。

根據(jù)沖擊載荷：（m1+m2）v2-m1v1=F沖T

（150+50）×4-150×5=F沖×1

F沖=50N

承受的力：

F=F沖+G人+G梯

=50+1500+500

=2050N

根據(jù)實(shí)際情況，承受力可能會(huì)增加，取F=2700N

（2）傳動(dòng)及支撐管的選?。?/p>

材料選取鐵素體不銹鋼，牌號(hào)：1Cr17，通用鋼種σ≥206MPa，σ≥451MPa，δ≥22%，硬度≤183HBS。

傳動(dòng)及支撐管大小取σb=400MPa，則σs/σb= 0.75

∴σs=300 MPa

∵σs= F/A0

A0= F/σs= 2700/300 =9 mm2

∴A0 =πR2-πr2= 9 mm2

可得Amin= 9 mm2

主支撐力的三根管分別取

最大管d1=50mm，孔D1=42mm

次大管d2=40mm，孔D2=22mm

最小管d3=20mm

（4）傳動(dòng)螺紋管的三根管分別取

最大管50m，螺孔M40mm

次大管螺桿M40mm，螺孔M20mm

最小管螺桿M20

（5）電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)速度v，驅(qū)動(dòng)出來的時(shí)間t、距離s

Tmin≤10s，s=200mm，單線螺紋，螺距為P=2.0

驅(qū)動(dòng)速度： v=s/t=200/10=20 m/s

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： N=s/p=200/2=100 r

n= N/t=100/10=10 r/s=600 r/min

電動(dòng)機(jī)功率：

∵ ?P =F·vw

∴ ?vw =πD1·n

= 3.14×40×10

= 1256 mm/s =1.256 m/s

∴ ?P =500×1.256 =628 w

Pmin =628 w

按實(shí)際選取時(shí)，根據(jù)不同情況，選取合適的電動(dòng)機(jī)功率。

四、 系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

（1）將伸縮梯與窗戶有機(jī)結(jié)合，使其成為火災(zāi)發(fā)生時(shí)的有利逃生工具。

（2）將自動(dòng)化、半自動(dòng)化、手動(dòng)操作有機(jī)結(jié)合，提高裝置可靠性。

（3）將火災(zāi)和防盜的報(bào)警系統(tǒng)的信息傳給相關(guān)部門相連，使其能快速作出應(yīng)急反應(yīng)。

（4）將扶梯隱藏于窗框內(nèi)，不影響建筑美觀。

五、應(yīng)用前景分析

此作品制作成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、易于安裝，主要用于火災(zāi)此緊急情況的逃生，逃生的同時(shí)還具有防盜功能，夠讓被困人員根據(jù)不同情況采取逃生措施，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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