基本信息
- 项目名称：
- 基于摩擦学原理的高层建筑双向缓降器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目设计制造了一种高层建筑双向逃生装置，其基本原理是利用钢绳两端交替上下运动实现双向逃生。该装置采用离心摩擦制动，结构简单，具有良好的实用性和经济性。逃生器固定在阳台顶部或侧墙上部，便于安装存放；使用时可迅速转变为工作状态。
- 详细介绍：
- 本团队设计了一种双向缓降器，它通过传动系统和离心制动系统外加偏心块机构，在保证安全着陆的基础上较低成本的实现了逃生的功能；装置尺寸紧凑，在选择安装时灵活方便，更加利于普及和推广。本缓降器由传动轮系、偏心块、离心制动系统、主箱体、钢绳和安全系带等几部分组成，主要采用传动装置对称式设计的方法，使得钢丝绳可在传动系统中往复运动。钢丝绳绕在缓降器的传动轮系上，通过安全系带与人体相连；当自救者乘一个逃生端下降时，受人体重力的影响，钢绳两端产生拉力差；拉力差由传动轮系和主传动轮的摩擦力平衡：传动轮系提供额外的摩擦力，并防止钢绳松脱，主传动轮的静摩擦力通过内轴传到离心制动系统；当转速达到一定数值时，制动模块摩擦阻力矩与重力产生的驱动力矩达到平衡，传动轮系中偏心块机构为松边绳提供额外摩擦力，从而增加了主传动轮上的有效张紧力；传动轮系中的滑轮机构增加了钢绳的包角；利用V型槽增加钢丝绳及主传动轮间当量摩擦系数，保证了钢丝绳与主传动轮间不存在相对滑动。该缓降器具有以下明显优点：1. 钢丝绳往复运动实现了逃生的双向性，有利于多人、快速逃离灾难现场。2. 逃生者固定好安全系带后，下降过程中无需任何操作，逃生人员不需专业培训即可使用。3. 该缓降器纯机械制动，环保可靠，适应性强；离心力获得摩擦阻力实现力矩的平衡，无需动力，结构简单，运动平缓可靠。4. 在同样的承重范围和高度，造价远低于同类缓降器，具有较好的推广价值和市场前景。通过市场调查发现，目前市场尚无相同原理产品出现，同时科技查新报告也显示目前国内尚无类似的专利文献，因此该产品具有非常广的应用前景。
作品图片
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
- 1.作品设计目的：为高层建筑提供可靠、快速、便捷、低成本的逃生设备。 2.基本思路：a.利用钢绳两端交替上下运动实现双向逃生，最大程度节约逃生时间；b.采用离心制动原理，适应儿童到成年人等不同体重的人群；c.采用杠杆原理，利用人的自重在松、紧边绳上均产生适当的拉紧力，保证制动有效。 3.作品创新点：a.结构简单、新颖。采用偏心活动块，离心制动结构等机械结构，逃生过程中不需借助任何外部控制，仅依靠人的重力就实现了人员的迅速逃生； b.安全可靠。具有对称结构，实现双向逃生功能，不需回绳，能够持续逃生；c.安装便捷。逃生器固定在阳台顶部或侧墙上部，便于安装存放，使用时可迅速转变为工作状态；d.成本低，寿命长。制造成本低廉，免维护或简单维护，广泛适用。 4.技术关键：速度-质量曲线模型的建立；传动零件的优化设计及传动轮系效率的测算、系统安全强度校核。 5.主要技术指标：有效载荷8-100Kg；稳定下降速度0.8-1.5m/s；样品重量6.36Kg。
科学性、先进性
- 与现有各种缓降器相比，本项目研发团队所设计的产品的显著特点是：a.技术原理成熟，作品力学模型由离心制动、带传动、杠杆原理等经典力学原理结合而成，理论背景成熟;b.易于制造，目前市面中各种缓降器产品不少都采用了液压式和齿轮式的技术原理，对生产技术要求很高，同时不可避免的带来了生产成本居高不下的劣势，而本项目研发团队设计的产品无疑具有低成本、易于制造的优势；c.在技术上巧妙利用导轮结构，不仅防止了逃生绳脱落滑出轨道的情况的发生，还通过偏心活动块的设计部分对逃生绳产生挤压，进一步起到减速的功能。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2011年3月经教育部科技查新工作站鉴定，由科技查新报告得出：目前在国内公开发表的中文文献及专利中，本项目创新点未见提及。 2.2011年4月由陕西省长江消防器材公司鉴定，本项产品可以广泛用于高层建筑逃生使用，生产出的产品具有广阔市场。 3.2011年4月于我校第十四届“腾飞杯”大学生课外学术科技作品竞赛获特等奖。 4.2011年6月于第八届西安高新 “挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛获特等奖。 5．2011年6月由陕西省机械研究所鉴定，该缓降器运用了巧妙地机械设计，具有重要的社会意义。
作品所处阶段
- 实物样品完成，已申请专利号
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 模型 图纸 现场演示图片 录像 样品
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
- 使用说明：1．将缓降器安置在阳台顶部或者墙壁外部，保证装置固定在垂直方向；2．将绳索卷盘投向楼外地面以便松开滑降绳索；3．将安全带套于腋下，拉紧安全带扣环至适合松紧位置；4．手抓安全带，从窗口或阳台，面向墙壁跳落，切勿手抓上升滑降绳索；5．着地站稳后，滑降绳索另一端的安全带已升至原来始缓降处，第二个人即可套上安全带按同样方法滑降逃生，依此往复，连续使用。 技术特点及优势：该团队研发的缓降器优势在于纯机械式不需其他能源消耗；双向缓降保证安全性的同时节约时间，增加逃生人数；低成本，易制造。 适用范围、推广前景、市场分析及效益预测：该产品适合作为高层建筑应对火灾等险情备用的低成本快速连续逃生的消防装备。其安全性、经济性、实用性决定了在消防市场中的自我逃生装置中占有一席之地。经过市场分析，该团队研发的缓降器普适性强，经济节能，不受外部因素制约，是一个能够运用于生产实践的产品。同时该产品具有极大地优化性和可塑性，能够为后续投入生产创造发展空间，在该缓降器基础上开发更多功能，效益可观。
同类课题研究水平概述
- 纵观目前消防逃生器材行业，国内外有很多类高空救生产品，包括逃生伞、防火梯、便携式逃生器等，国外总体来说在这方面研究要超前于国内，国内的研究起步较晚，但近几年来也发展较快。 逃生伞主要组成部分有伞衣、引导伞、伞绳、背带系统、开伞部件和伞包等。逃生伞是利用空气阻力，依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器，使人或物从空中安全降落到地面的一种逃生器。适用范围通常为150米以上的高楼，且需要对逃生人员进行专业的培训。普通防火梯通常采用高强度铝合金型材制成，主要用于中、小城市；云梯作为加长型救生梯，主要用于大中型城市的高楼；两者是消防队员登高救人，扑灭火灾时的主要工具；普通防火梯适用范围为15米左右，云梯适用范围为50米左右。两者支撑于消防车，进行协助逃生时需要有消防车停靠的场所。 与本发明类似的高楼逃生器一般按照减速机构分类有电磁式、液压式、齿轮式、螺杆式和机械摩擦式等。 1）液压式使用液压技术的缓降器，利用帕斯卡定律，将液体的压力转化为机械能，传动力量大，能够很好的完成高楼逃生的任务。在各部件制造中，对密封性、耐久性有很高的技术要求。该类产品体积较大，造价昂贵。 2）齿轮、行星轮式使用齿轮式的缓降器，利用齿轮啮合，根据各级的传动比差异，降低下落的速度，达到匀速下降。该类产品在设计时需要达到较高的精度，结构复杂且不易维修。 3）螺杆式跟齿轮式相同，螺杆式缓降器利用传动比实现降速从而安全着地，同样也需要很好的精度。螺杆式缓降器存在易自锁，不能连续传动的问题，实际操作中需要不停的矫正逃生绳。 4）机械摩擦式机械摩擦式一般通过摩擦制动，达到降速的目的。此类缓降器具有使用灵活便捷，结构较为紧凑，在大楼断电等情况下，此类缓降器能保证其正常的工作与续航能力。但该类型缓降器对传动系统的要求很高。目前市场上该类产品价格普遍较高。目前市场上缓降器分为是单人使用型和反复实用型，单人使用型缓降器一般为便携式，只能提供单人单次逃生，故成本较高，不适用于写字楼等人员密集场所。反复使用型缓降器安装在楼层固定位置，可以供多人反复使用。 本项目研发团队设计的缓降器，采用机械摩擦式，可双向反复使用，在一定程度上继承了上述优点，同时也克服了一些缺点。
