基本信息
- 项目名称：
- 公交空调车应急逃生系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统是针对目前公交空调车在乘坐舒适的同时，缺乏在发生紧急意外情况时使乘客迅速有效逃离现场的逃生系统现状而设计的。均在现有公交车窗、车门的基础上，增加开启机构构成快捷应急逃生系统。当突发事件发生时，仅需启动紧急开关，即形成逃生通道，实现车门、车窗的快速开启，使司乘人员快速逃生。具有驱动巧妙、开启形式独特，操作简单，响应时间短，逃生空间大，可重复使用，易于推广等特点。
- 详细介绍：
- 公交空调车应急逃生系统 作品内容简介 本系统是针对目前公交空调车在乘坐舒适的同时，缺乏在发生紧急意外情况时使乘客迅速有效逃离现场的逃生系统现状而设计的。 逃生窗设计是在现有空调公交车窗户设计的基础上，通过增加开启机构构成的快捷应急逃生窗，它采用内置外推下落方式，当突发事件发生时，仅需转动锁紧手柄，然后将整个车窗向外推动，车窗随即完成自动向下降落。逃生门设计是在现有空调公交车门驱动系统设计的基础上，增加车门开启机构，突发事件发生时，考虑电路系统不能继续正常工作，以人的力量为动力，来驱动车门开启机构，实现车门的快速开启，动作可靠，结构简单，确保司乘人员快速逃生。 1 研制背景及意义 近几年以来，随着城市规模的扩大，以及城市人口流动的增加，公交车已是各大城市使用最广泛的公共交通工具。为满足人们出行的需要，公交车的数量得到了大幅度的增加，而空调公交车，由于其豪华舒适，备受人们青睐，在国内城市越来越多，部分城市甚至已经看不到普通公交车的影子。公交车乘客安全日益受到关注，公交车在高峰期几乎台台超载，每平方米的空间至少8人，而且其中不乏老弱病残。如此密集的人群，在紧急恶性事故发生时有效逃离的可能性比较低。一旦出现火灾等危险，对乘客的危害十分严重，这种危害出现一般没有先兆，而一旦出现又不可避免地造成现场混乱，从而将危害结果自身放大。 目前的公交车逃生方式有以下几种： （1）车门的应急开关 车门的应急开关设置于车门顶部上方，当紧急情况发生时，旋转该旋钮使驱动车门开启的气缸体内缸体压力与外界平衡，以减少手动开车门时气缸带来的阻力。 存在的问题：通过我们实际考察发现应急开关设置位置高，部分车型隐藏于内部，开盖后才能使用，普通乘客也不知道如何使用应急开关，紧急情况发生时，会造成操作上的困难。即便完成该操作，还需要乘客用手去搬动车门，将门打开。设想当乘车人数较多，车内人多拥挤，车门处已拥满乘客时，已没有了需要打开车门所需的旋转空间，闭合的车门已不能打开，无法有效进行自救。 （2）逃生锤 发生紧急情况时，用逃生锤敲碎车窗玻璃跳窗逃生，但逃生锤的使用也需要技巧和方法，车内一旦发生燃烧紧急情况，敲碎车窗玻璃很不便捷，很多乘客并不清楚逃生锤的位置，调查发现，大量普通公交车逃生锤经常被乘客“顺手牵羊”，丢失现象屡见不鲜。 （3）天窗逃生 车内发生紧急情况，还可以打开车顶天窗的应急开关，然后用力推开天窗，抓着手扶杆，踩着两边的座椅用力一撑，钻出车顶逃生。但车顶的安全窗比较高，紧急情况下，一般要比较高大的男乘客才能将其推开，由于安全窗出口较小，还需要借力支撑，老人、妇女、小孩不适合选择这种方式逃生。 这些逃生装置，总体来说需要乘客的冷静处理和有序撤离，进行配合。 但是事实上，当乘客看到满车的人，熊熊的火，小小的逃生出口，第一直觉是：自己逃出去比较难，产生惊恐和不适举止不可避免。而慌乱在这个时候的人群中是具有传播性和共振性的，从而造成整体混乱，这是现在公交车的逃生系统现状给人的压抑和失望感带来的严重弊端的后果。近几年以来，各地公交车冒烟起火的事件频繁发生，2009年6月5日，成都市公交车燃烧事故（死亡27人，伤74人，只有7人逃生）充分说明，公交安全的紧迫性和逃生隐患的严重性亟待解决。 本项目就是针对目前公交空调车在乘坐舒适的同时，缺乏在发生紧急意外情况时使乘客迅速有效逃离现场的逃生系统现状而设计的。 2 设计方案 2.1 逃生窗设计 目前空调公交车的窗户多为封闭式设计，即使有推拉的窗户，空间也很小，难以逃生。 我们的构思是在不改变现公交车车窗结构的基础上，通过添加开启驱动机构，在发生紧急情况时，可以在第一时间快速地打开车窗，使乘客能够及早地逃离车厢。故将窗体作为一个独立的部分，与窗框的主体进行可动连接。此时，需要着重考虑两方面问题：一是开启方式；二是锁紧与密封。 开启方式： 在车体固定窗体框架的立梁上设计可用于使窗体移动和固定的轨道槽，通过轨道槽的形状设计，使窗体沿着要求的轨迹运动。逃生窗开启机构由两部分组成，上部主要是带有框架的车窗，下部是车窗下部的车体，两部分通过铰链连接，车窗框架的上方两侧设计有2个用于使窗体运动驱动机构。通过车内控制装置解除对驱动机构的约束，使其沿轨道槽自由下滑，窗体下部联动的车体部分沿定轴向外翻转，最终机构展成供乘客逃生的阶梯，由于机构行程大，形成了较大的逃生空间。 锁紧装置： 整个逃生窗开启机构是折叠在固定窗体的侧梁里，通过锁紧机构使其锁紧，用一个手柄驱动锁紧机构，手柄安装在窗梁中上部，将其旋转一定角度即可开启，操作方便，占用空间较小。 2.2 逃生门设计 突发事件发生时，电路系统不能继续正常工作，所以本设计旨在利用纯机械机构来实现车门的快速开启，保证司乘人员快速逃生。 通过在公交车们上方设置一拉柄，用手将拉柄拉下时，车门即可开启。此机构是借助人的力量驱动，故省力、操作简单可靠。 方案设计时还考虑了机构应具有增力效果，这样可更有效地将车门打开。为便于该系统对现有公交车的改造和应用，经过对诸多方案的对比和论证，最终我们采用的是在驱动车门的气缸体上，加连杆驱动机构，在突发事件发生时，通过机构先将气缸体内气体排放掉，再利用该机构替代缸体内气体驱动，推动活塞杆向外移动，完成开启车门，这样充分利用了现有设备和工作原理，占用空间小，工作可靠，成本低，操作简单。 3 工作原理及理论计算 （1）应急逃生窗 工作原理： 应急逃生窗使用动作分解如下图（图3-1）所示。图a所示:车窗与车体正常连接状态，车窗与车体是通过锁紧机构固联在一起的，滑块机构处于初始位置由控制装置约束，铰链无法转动和移动，同时下部转轴也无法转动，并保持其密封性。 图b所示:一旦发生紧急情况，旋转安装在窗侧梁中部的应急开关，控制机构解除对滑块的锁紧约束，乘客用手向外轻推窗体（图中力F），此时机构完全处于开启状态。 图c所示:在窗体及各部分重力作用下，开启机构自行运动，向外展开，窗体上部两侧安装滑块机构开始沿轨道槽下滑，转动并朝外下滑，同时下部两侧安装的圆柱销轴向外旋转，整体发生绕转轴的折叠。 图d所示:窗体向外翻转并展平，整个机构最终呈水平V字形台阶状，并处于死点位置，构成乘客安全逃生阶梯。 理论计算是在前期现场实际调研所获得的应用数据基础上，进行了结构规划，在忠实于现有车型结构尺寸基础上，进行机构设计。锁紧机构设计侧重其自锁性计算和使用方便。 图3-1 逃生窗原理图 图3-2 逃生窗过程示意图 （2）应急逃生门 问题的关键是用什么样的机构来驱动车门，这一直是我们讨论时间最长，方案论证最多的话题。经过不断现场调研和分析，最终我们是充分利用了现有驱动机构原理，在驱动车门的气缸体上，加连杆驱动机构，使设计的机构具有独创性，其结构紧凑，工作可靠，操作简单。 工作原理： 机构驱动力：设在车门顶部（即机构驱动箱下面）A处，为一手用拉柄（如图所示）。紧急情况发生时，乘客握住该拉柄只需向下拉即可将门打开。 图3-3 下图中各部分名称说明：1.排气阀，2开阀转杆，3曳引线，4连杆驱动机构，5气缸。 机构运动原理： 发生紧急情况时，乘客向下拉动拉柄（上图所示），启动机构驱动箱内机构（下图示）运动，尾部装有金属头的曳引线3被放于开阀转杆2的槽内，当曳引线被拉动时，它首先驱动开阀转杆2旋转，完成开阀排气动作。随即曳引线尾部金属头从开阀转杆2槽中自动脱开，落到连杆机构中摆杆与连杆铰接处，驱动机构运动，从而带动气缸工作，将车门打开。 图3-4附于气缸体上的连杆驱动机构设计计算： 车门由关闭状态到打开状态，所需气缸行程为60mm，根据所用气缸结构尺寸，空间条件，设计出的连杆驱动机构尺寸如下图（图3-5）。摆杆长AB=150mm，连杆BC=150mm，机架长AC=240mm；机构可获得所需的行程60mm。 图3-5下图（图3-6）为发生紧急情况车门被打开后，连杆驱动机构的状态，即摆杆AB和连杆BC处于共线位置。 图 3-6 4 应急逃生窗与逃生门实物图 （1）应急逃生窗 图4-1 关闭状态 图4-2 下落状态 图4-3 完全打开状态 （2）应急逃生门 5 创新点及推广应用 （1）逃生窗设计： 它采用内置展开下落变形式设计，使用时响应时间短，逃生空间大、结构新颖、操作简单。 （2）逃生门设计： 是以现有车门驱动系统为基础，以气缸体为载体，通过设计连杆驱动机构，替代气缸杆驱动车门打开。利用软驱动与刚性机构的结合，巧妙地实现了先完成放气阀门排气，然后再驱动车门打开的两个顺序动作集成为一体的独创设计，并以人的力量为机构驱动力，具有机构功能巧妙，结构新颖、紧凑，工作可靠，操作方便的特点。很容易在现有车辆上进行改造和加装。 （3）推广应用价值 城市空调公交车以其豪华舒适、密封好，备受人们青睐，在国内城市越来越多，但目前其逃生方式仅是车门应急开启扳手开门逃生、逃生锤敲碎车窗玻璃跳窗逃生、推开天窗逃生等。缺乏快速有效的应急逃生系统，近几年以来，各地公交车起火燃烧等事件频繁发生，乘坐公交安全的紧迫性和逃生隐患的严重性亟待解决。 本系统的设计具有结构新颖、设计巧妙、创意独特，并紧扣社会现实需要，具有很大的推广应用价值。 参考文献 [1] 申永胜．机械原理教程．清华大学出版社，2005 [2] 张春林，曲继方，张美麟．机械创新设计．机械工业出版社，1999
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明的目的和基本思路： 本系统是针对目前公交空调车在乘坐舒适的同时，缺乏在发生紧急意外情况时使乘客迅速有效逃离现场的逃生系统现状而设计的。 系统由应急逃生窗与逃生门组成。逃生窗设计是在现有空调公交车窗户设计的基础上，通过增加开启机构构成快捷应急逃生窗，当突发事件发生时，仅需启动锁紧开关，将车窗向外推动，即形成逃生通道。逃生门设计是在现有空调公交车门结构的基础上，增加车门开启机构，突发事件发生时，考虑电路系统不能继续正常工作，借助机构，实现车门的快速开启，使司乘人员快速逃生。 创新点： 1）驱动巧妙、开启形式独特，易操作，响应时间短，逃生空间大； 2）结构简单，成本低，逃生窗可在车厢内多处设置； 3）开启时不造成窗体自身的损坏，可重复使用； 4）系统是在车现有结构基础上进行设计改造，易于推广应用。 技术关键： 应急逃生系统设计的关键是开启机构打开方式的实现形式、与现有车体结构的一致性、操作的方便性及可靠性。 主要技术指标： 通过进入现场进行实际调研和测量，获得各种公交空调车的实际相关参数，听取公交车司机的建议，查询行业标准，完成、确定了相关设计参数。
科学性、先进性
- 随着城市规模的扩大以及城市人口流动的增加，公交车已是各大城市使用最广泛的公共交通工具。而空调公交车，由于其豪华舒适，密封性好，备受人们青睐。近几年来，各地公交车冒烟起火的事件频繁发生，2009年6月5日，成都市公交车燃烧事故（死亡27人，伤74人，只有7人逃生）充分说明，公交安全的紧迫性和逃生隐患的严重性亟待解决。 目前公交空调车逃生方式及存在的问题： （1）车门的应急旋钮 （2）逃生锤 （3）天窗逃生 这些逃生装置，总体来说需要乘客的冷静处理和有序撤离，且操作复杂、用时长、空间小。一旦出现火灾等危险，对乘客的危害十分严重，近几年各地公交车频发的多起起火事件，产生的教训已经说明了问题。 本系统的开发和设计就是针对目前公交空调车在乘坐舒适的同时，缺乏在发生紧急意外情况时使乘客迅速有效逃离现场的逃生系统现状而设计的。 所设计的公交应急逃生系统具有：驱动巧妙,开启形式独特，易操作，响应时间短，逃生空间大；结构简单，成本低，可重复使用。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 已完成了样品的制作和调试
技术转让方式
- 专利权转让
作品可展示的形式
- 实物、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 城市空调公交车以其豪华舒适、密封好，备受人们青睐，在国内城市越来越多，但目前使用的逃生方式（车门应急开启扳手开门逃生、逃生锤敲碎车窗玻璃跳窗逃生、推开天窗逃生）均缺乏快速、有效安全逃生功能。近几年以来，各地公交车起火燃烧等事件频繁发生，乘坐公交安全的紧迫性和逃生隐患的严重性亟待解决。 本系统设计的执行机构均是在公交车现有结构基础上完成的，易于在现有车辆上进行改造和加装。具有结构简单、新颖、设计巧妙、创意独特，成本低的特点。并紧扣社会现实需要，具有很大的推广应用价值。
同类课题研究水平概述
- 目前在国内公交空调车上设计的逃生方式有如下几种： （1）车门处的应急旋钮 车门的应急旋钮设置于车门顶部上方，当紧急情况发生时，旋转该旋钮,以便放掉驱动车门的气缸体内压力，减少手动开车门时气缸带来的阻力。然后，乘客用手去搬动车门，将门打开。 该应急旋钮设置位置较高，部分车型还隐藏于内部，紧急情况发生时，会造成乘客操作上的困难。完成了该操作，还需乘客用手去搬动车门将其打开。当乘车人数较多，车门处已拥满乘客时，已没有了需要打开车门所需的旋转空间，闭合的车门已不能打开，无法有效进行自救。 （2）逃生锤 当发生紧急情况时，用逃生锤敲碎车窗玻璃跳窗逃生。 公交空调车安装的玻璃是有一定的刚度和强度的，因此逃生锤对车窗玻璃的击打部位是很关键的，对于普通乘客而言是不知道的，使用也需要技巧和方法。车内一旦发生燃烧紧急情况，往往产生操作上的不当，浪费宝贵的逃生时间。 （3）天窗逃生 车内发生紧急情况，打开车顶天窗的应急开关，推开天窗，钻出车顶逃生。 但车顶的安全窗比较高，一般要比较高大的男乘客才能将其推开，安全窗出口较小，还需要借力支撑，老人、妇女、小孩无法逃生。 近几年以来，国内各地公交车冒烟起火事件的频繁发生，已经充分说明，目前设计安装的这些逃生装置,还不能很好地应对紧急意外情况，乘客无法迅速有效地安全逃离现场，逃生系统完善亟待解决。
