第 1 章 緒論

本課題所研究的是用于室外高層建筑火災應急逃生的裝置。通觀市場上現(xiàn)有的各種救援設備，根據(jù)使用場所、使用高度和適宜人群，總體上可將其劃分為兩大類：一類是用于公用建筑的大型逃生設備；另一類是家用的小型逃生設備。表 1.2、1.3 分別列出了各種逃生用品的種類、舉例、使用特點、救援效率及存在的問題[6-7]。目前，救生緩降器的研發(fā)是高層建筑逃生設備的重點研究方向。救生緩降器按照工作原理（速度控制機理）可分為四類：流體阻尼式、摩擦制動式、電磁阻尼式和間歇沖擊式。（1）流體阻尼式救生緩降器流體阻尼式緩降救生器是將利用被困人員下降時的重力勢能，使流體流動時的阻尼轉化為熱能，從而將緩降繩索的速度控制在合理的范圍之內。按照流體介質的不同，可分為液壓阻尼系統(tǒng)和空氣阻尼系統(tǒng)。湖南大學的許鵬，胡仲勛等提出了一種基于摩擦阻尼和流體阻尼相結合共同減速緩降的方案。下降初始階段主要依靠液體阻尼機構來減速，保證啟動平穩(wěn)性；在速度較高時，使用離心摩擦機構增強阻尼效果，保證下降過程的平穩(wěn)性。研究中對高樓逃生器的工作性能進行了仿真分析。采用遺傳算法原理對逃生器離心摩擦機構進行了優(yōu)化設計[9]。

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第 2 章 擒縱式救生緩降器設計與性能分析

2.1 擒縱式救生緩降器設計要求

考慮到高層建筑火災自救逃生領域的具體需求，結合市場現(xiàn)有設備、裝置和產品的技術特點，擒縱式救生緩降器應滿足的設計要求如下：（1）安全性要求：緩降器應設計有間歇運動機構來實現(xiàn)速度調節(jié)，將逃生人員下落的速度控制在安全范圍之內，安全地到達地面；緩降器應設計有防滑結構避免意外失控，打滑等現(xiàn)象發(fā)生。（2）快速性要求：在滿足救生人員安全逃生的前提條件下，救生緩降器的速度調控單元應能以較大的下落速度快速將被困人員送至地面安全區(qū)域。（3）高效性要求：救生緩降器應設計有正反轉換向機構，實現(xiàn)裝置循環(huán)往復使用，提高救援效率。（4）人性化要求：考慮到被困人員逃生時緊張慌亂的心理因素，救生緩降器應設計有啟動單元，在心理準備充分的情況下開啟啟動單元下落逃生。（5）其他設計要求：救生緩降器機械結構要緊湊、質量輕、體積小；使用操作簡單、可靠；無需外加電源供電。擒縱式救生緩降器設計參數(shù)要求，如表 2.1 所示。

2.2 擒縱式救生緩降器整體方案設計

擒縱式救生緩降器以逃生人員的自身重力作為驅動力；被困人員逃生時，旋轉啟動開關，動力傳送到曲柄搖桿機構，使機構運轉，同時與搖桿相連的擒縱爪釋放被鎖住的擒縱輪，主軸轉動，被困人員下降；當槽輪轉過 120°后擒縱爪與擒縱輪發(fā)生碰撞，鎖住主軸的轉動，被困人員停止下降；在飛輪自身轉動慣性的作用下，存儲的能量釋放，通過傳動軸帶動曲柄，擒縱爪再次釋放擒縱輪，被困人員再次下落。以上動作依次循環(huán)最終實現(xiàn)逃生人員安全、勻速下降逃生的目的。擒縱式救生緩降器實現(xiàn)速度控速的機構是擒縱調速機構，其為棘輪機構的一種特殊形式，同屬單向間歇運動的機構。擒縱機構的動作中，“擒”是將主傳動的運動鎖�。辞茏。�；“縱”就是利用儲能系統(tǒng)的能量開啟主傳動使運動和動作持續(xù)進行下去（即放開）。擒縱輪給擒縱叉的力矩（被困人員自身重力產生的驅動力矩）基本穩(wěn)定時，即能使擒縱輪做平均轉速基本恒定的間歇運動。

第 3 章 含間隙曲柄搖桿機構動力學特性研究................29

3.1 含間隙機構動力學建模方法.................... 29
3.2 含間隙機構的轉動副間隙描述.......... 30
3.3 含間隙平面連桿機構的動力學方程............. 33
3.4 含間隙曲柄搖桿機構動力學建模............ 34
第 4 章 含間隙曲柄搖桿機構運動精度概率分析..................53
4.1 機構運動精度概率分析研究............. 53
4.2 含間隙機構運動精度分析.................. 54
第 5 章 擒縱式救生緩降器試驗研究..................67
5.1 擒縱式救生緩降器性能測試試驗平臺 ............ 67
5.2 擒縱式救生緩降器性能測試試驗............ 71
5.3 關鍵傳動件轉動慣量測量實驗.................... 75

第 6 章 擒縱式救生緩降器改進設計與研究

6.1 擒縱式救生緩降器改進設計構想

擒縱式救生緩降器的機械系統(tǒng)由啟動單元、傳動單元、速度控制單元及摩擦壓緊單元四部分組成，傳動單元可實現(xiàn)反向運動鎖死及換向功能。對擒縱式救生緩降器試樣樣機性能測試試驗表明，該救生緩降器可以實現(xiàn)速度控制功能。優(yōu)點：可以實現(xiàn)速度控制功能；機械系統(tǒng)結構相對緊湊；啟動單元旋鈕操作簡單；左右兩側對稱結構使整體平穩(wěn)。缺點：涉及到多種機械傳動，運動傳遞路線長，可靠性降低；擒縱機構中擒縱輪的結構形式需改善；沖擊振動較大。（2） 擒縱式救生緩降器改進設計構想由原動機、傳動機構和無返回力矩擒縱調速器三部分組成的無返回力矩鐘表機構是一種廣泛用于導彈、火箭彈和中大口徑榴彈上的成熟部件。無返回力矩擒縱調速器通過擒縱輪和卡擺的碰撞和傳沖，使機構作周期性的擺動來限制主傳動軸的轉動，達到調速的目的。擒縱式救生緩降器若采用無返回力矩擒縱機構來實現(xiàn)速度控制，將大為簡化機械傳動系統(tǒng)的復雜程度，提高運動可靠性和穩(wěn)定性。

6.2 無返回力矩擒縱機構的設計

無返回力矩擒縱機構也叫作無固有振動系統(tǒng)型擒縱機構，該機構沒有彈性元件，沒有恢復力矩，沒有固定擺動周期，僅依靠擒縱輪對卡擺的來回碰撞使擺產生一無固定周期的振動，其周期主要取決于工作力矩、卡擺與擒縱輪的轉動慣量及擒縱機構的結構特點。無返回力矩擒縱機構由卡擺和擒縱輪兩個零件組成，卡擺有卡瓦式和銷釘式兩種結構形式。擒縱機構的工作原理是通過卡瓦或銷釘對擒縱輪齒的碰撞傳沖來傳遞運動[88]。擒縱式救生緩降器對機械系統(tǒng)工作可靠性有較高的要求，而無返回力矩擒縱機構具有結構簡單、工作可靠、抗干擾能力強的特點，，因此采用無返回力矩擒縱機構作為救生緩降器的速度控制機構。對于無返回力矩擒縱機構的設計要求主要有以下幾點[88]：（1）較小的摩擦損失。在滿足強度要求的條件下，軸頸尺寸與零件質量應盡量小。（2）足夠的作用時間。設計時，應保證卡擺具有較大的轉動慣量以獲得較長的運動周期，且擒縱輪齒數(shù)要多。（3）工作連續(xù)可靠。設計要求卡擺和擒縱輪輪齒無運動干涉�？〝[應比輪齒厚一些，以使輪齒在厚度方向上的與卡擺充分嚙合。（4）足夠的機械強度和剛度。救生緩降器要求結構緊湊，且保證工作時卡擺、擒縱輪均有足夠的機械強度和剛度儲備。

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第 7 章 研究總結和展望

本文在全面分析國內外高層建筑救生緩降裝置研究的基礎上，對采用間歇運動機構的擒縱式救生緩降裝置進行研究，從機械系統(tǒng)設計、系統(tǒng)運動學及動力學分析、運動副間隙對動態(tài)特性和運動精度的影響、樣機加工制作及工作性能試驗測試等方面入手，針對基于擒縱原理的救生緩降器進行了比較全面而系統(tǒng)的研究。主要的研究結果如下：1、基于擒縱原理救生緩降裝置的設計。結合救生緩降器的總體設計要求及各項設計指標參數(shù)，運用模塊化設計思想對擒縱式救生緩降器機械系統(tǒng)的總體方案進行了設計。經過理論計算確定了機械系統(tǒng)的運動及動力參數(shù)，并對逃生繩索的工作可靠性進行了驗證，確保其在隨逃生人員下落過程中不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。運用 Solidworks 三維軟件平臺對擒縱式救生緩降器進行整體機械結構設計，將整體機械系統(tǒng)分為啟動單元、機械傳動單元、速度控制單元和摩擦壓緊單元四部分進行各機構零件建模，利用軟件裝配體功能和干涉檢查功能完成了整體模型的裝配結構設計。

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參考文獻（略）

本文編號：148679