基本信息
- 项目名称：
- 自动防震课桌椅
- 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A类
- 简介：
- 自动防震课桌椅是在地震发生时，自动将学生转移到课桌底下，供学生躲避的装置。课桌椅采用双人模式，主要由课桌、椅、悬挂臂、拔销装置和地震感应装置等五个部分组成。 椅子在课桌下与课桌一起形成近封闭的躲避空间，同时椅脚也能起到支撑的作用，增强了课桌的抗震性能和保护作用；此外，当椅子摆到课桌下后，也可留出充足的逃生通道，方便学生逃出教室。
- 详细介绍：
- 性能指标 （1）课桌能够承受混凝土建筑倒塌后的冲击载荷约为150KN，抗冲压安全系数大于3。 （2）地震感应装置能感应5级以上的地震。 （3）课桌椅配有自动和手动触发装置。 （4）整个装置对地震的反应时间不超过10秒。 （5）课桌椅为双人模式，适合身高不超过175cm、体重不超过70kg的中小学生。设计方案 图4为自动防震课桌椅结构示意图，主要由课桌、椅、悬挂臂、拔销装置和地震感应装置等五个部分组成。课桌采用桁架结构，以增强课桌的抗压性和抗冲击性。课桌与椅子之间采用悬挂臂连接，并采用销将悬挂臂的两端分别与课桌和椅子连接起来。椅子采用两活动脚支撑，与悬挂臂一起保持椅子平衡，活动脚通过固定销与椅背的脚固定管固定。当一定震级的地震发生时，地震感应装置触发拔销装置自动抽出椅子脚上的固定销，活动脚在重力的作用下向椅背的脚固定管内收缩，座位上的学生同时自动随悬挂臂摆动平移到课桌下躲避起来。 课桌设计 课桌的主要结构如图2所示，课桌由课桌面板、课桌架和后板组成。课桌架由矩形铁管焊接而成，采用“桁架”结构取代普通 桌架“横撑”结构，使课桌具有很强的抗压和抗冲击性。而且桌板加厚，使课桌更有抗冲击力。课桌背后的挡板可以抵挡外来飞溅物体，起到了很好的挡护作用。课桌地板固定连接，课桌的总体尺寸为116×84×50，可容纳两个人的躲避空间。 椅子设计 椅子的主要结构如图2和图4所示，椅子上的座板与椅架之间是普通的弹簧铰链机构，当不坐人时，座板靠弹簧翻起，方便就座。 椅子由椅子靠背板、椅架、座板、滚轮、缓冲弹簧、脚固定管和活动脚组成。活动脚通过固定销与脚固定管固定，此时两个活动脚支撑椅子，在活动脚上有滚轮，活动脚与悬挂臂一起保持椅子平衡。 当固定销拔出时，活动脚在重力的作用下收缩到椅背的脚固定管中（如图4所示的收缩方向），同时学生可随椅子通过悬挂臂摆动平移到课桌底下，从而躲避在桌下，防止地震。在椅背脚固定管内装有缓冲弹簧，起到防止下摆动作过快，造成学生受伤的缓冲作用。 悬挂臂设计 悬挂臂结构及连接如图4和图5所示。课桌与椅子通过悬挂臂连接，悬挂臂的一端通过销与悬挂支架铰接，支架与桌架固定；另一端同样通过销与椅子铰接，通过悬挂臂两端的销铰接形成摆动机构，实现椅子的平移摆动（如图4所示的摆动方向）。 拔销装置设计 拔销装置（如图5）主要有手动和自动两种，自动拔销装置主要由固定销、拔销弹簧、丝杆螺母、销定位块和拔销微电机组成，当地震发生时，地震感应装置触发拔销微电机，电机带动丝杆螺母，螺母推动销定位块向上运动，当销定位块向上运动一段距离后，固定销一端失去固定，在拔销弹簧的作用下从固定孔中抽出。 手动拔销装置主要由两根小拉杆、拔销板和拔销手柄组成，当地震发生时，如果自动装置失灵，向上扳动拔销手柄将拔销板向上抬，拔销板抬拉小拉杆，小拉杆向上拉动销定位块向上运动，实现手动拔销。 地震感应装置设计 地震感应装置主要作用是当达到破坏等级的地震发生时，提供信号，触发拔销装置，从而实现自动拔销。为防止人为影响，该装置在每个教室内只需安装一只，且安装在墙体或天花板上，不受其它震动源的干扰。 自动拔销装置内有微电机，由地震感应装置触发(图3)，地震感应装置由感应器和感应电路组成，一间教室只需在不受正常震源影响的适当位置安装一只感应器，就可以集中控制所有的拔销装置实现自动拔销，电源采用与楼道应急灯类似的应急电源，，且电源线通过钢管连接到每一个课桌椅上，每四套课桌椅配一组电源。地震感应器如图3(a)所示，球和球支座组成球铰，可以任意方向摆动，两球之间的连杆可以调节长度，根据可能造成伤害的地震烈度调整好两球之间距离，当设定强度以上的地震发生时，球摆动与接触环接触，感应器触发，KA-1合上，电机得电启动拔销装置，实现拔销动作。 工作原理及性能分析 桌椅采用双人模式，主要由课桌、椅、悬挂臂、拔销装置和地震感应装置五个部分组成。课桌采用桁架结构，课桌与椅子之间采用悬挂臂连接，椅子采用两活动脚支撑，通过固定销与椅背的钢管固定。 当一定强度以上的地震发生时，通过地震感应装置或手动装置触发拔销装置，拔出固定销，活动脚在人的重力作用下向椅背的钢管内收缩，椅子和座位上的学生同时自动随悬挂臂摆动到桌子底下，形成近封闭的躲避空间，从而避免地震的伤害。另外，椅子进入课桌下也可留出充足的逃生通道，方便地震停止后学生离开教室。 技术构思： （1）课桌采用桁架钢结构，有效地增强了课桌的抗压性和抗冲击性。 （2）课桌与椅子采用悬挂臂连接，悬挂臂两端采用销分别与课桌和椅子连接，实现椅子的平移摆动。 （3）椅子采用两活动脚支撑，活动脚通过固定销与椅背的钢管固定，与悬挂臂一起保持椅子平衡。 （4）拔销装置在地震发生时，抽出固定销，活动脚在下摆力的作用下收缩到椅背的钢管中，为了防止下摆动过快，在钢管中安装起缓冲作用的弹簧。 技术特征： （1）课桌框架采用桁架钢结构，结构简单牢固，课桌的抗压能力好，能承担混凝土建筑倒塌后的压力和冲击。 （2）椅子通过悬挂臂与课桌连接，形成平移机构，使椅子可以通过平移的方式自动将学生摆动到桌底，反应时间短，进入桌底后，椅子仍旧正放，学生不需要做专门的躲避动作。 （3）地震感应装置根据地震强度设定，当一定强度以上的地震发生时触发地震报警和拔销装置，结构简单。 （4）地震感应装置可触动地震报警和拔销装置，自动实现躲避动作，学生不需要反映就能尽快地躲到桌子底下，整个装置对地震的反应时间最大不超过10秒。 （5）为保证课桌椅避震的可靠性，设计了手动装置，可靠性双重保证。 本作品的有益效果主要表现在：结构简单牢固、反应迅速、抗震防震、可靠性双重保证。
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
- 学生在校的大部分时间都在课堂上度过，面对破坏巨大的地震，校舍等教学设施是提供学生安全庇护的第一场所。我国震区分布较广，许多校舍达不到抗震要求，目前除了采取抗震加固和重建等措施之外，还有一个重要的措施也不容忽视，那就是从充分利用课桌椅的角度考虑防震问题。 学生在教室内的防震知识的第一条就是迅速蹲到各自的课桌下，所以运用课桌椅防震是重要的避震措施。通过广泛的调查和相关资料分析，目前我国课桌椅设计标准要求并没有考虑防震问题，国内外也没有能够防震的课桌椅投入市场，相关的研究还比较少。一旦有大地震发生，普通课桌椅很难有很好的防震效果。针对上述客观情况，我们设计了自动防震课桌椅，在地震发生的第一时间，自动将学生转移到课桌下躲避，避免校舍倒塌和坠落物对学生造成的伤害，实现对学生的自动保护。 技术方案 自动防震课桌椅采用双人模式，主要由课桌、椅、悬挂臂、拔销装置和地震感应装置五个部分组成，如图4所示。课桌采用桁架结构且与地板固定，课桌与椅子之间采用悬挂臂连接，椅子采用两活动脚支撑，通过固定销与椅背的钢管固定。 其主要功能如下： （1）课桌采用桁架钢结构并与地板固定，有效地增强课桌的抗压和抗冲击性。 （2）课桌与椅子采用悬挂臂连接，实现椅子的平移摆动。 （3）椅子采用两活动脚支撑，与悬挂臂一起保持椅子平衡。
科学性、先进性
- 自动防震课桌椅主要具有以下技术特点和优势：①课桌框架采用桁架钢结构，结构简单牢固，课桌的抗压能力好；②椅子通过悬挂臂与课桌连接，形成平移机构，使椅子可以通过平移的方式自动将学生摆动到桌底，学生不需要专门做躲避动作；③地震感应装置可触发地震报警和拔销装置，自动实现躲避动作，学生不需要反应就能尽快地躲到桌子底下，整个课桌椅对地震的反应时间最大不超过10秒；④为保证课桌椅避震的可靠性，增设了手动拔销装置，可靠性双重保证。 自动防震课桌椅结构新颖、简单可靠、制作成本较低，在全球易震地区推广，经济可行，社会效益不可低估。
获奖情况及鉴定结果
- 作品于2010年12月参加浙江工业大学团委主办的浙江工业大学第二十二届“运河杯”学生课外科技作品竞赛本科组获二等奖。
作品所处阶段
- 实物模型转化为产品阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物模型 现场演示 图片 录像
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
- 自动防震课桌椅的课桌框架采用桁架钢结构，与地板固定安装，抗压和抗冲击能力好，能够防止建筑物倒塌所带来的伤害，且一个教室有十多张课桌，还能支撑起安全逃生的通道。课桌通过悬挂臂与椅子连接，形成平移机构，使椅子可以通过平移的方式自动将学生转移到课桌底下，学生不需要专门的躲避动作。地震感应装置根据设定的地震安全等级工作，一旦超过设定的强度等级，则触动地震报警和自动课桌椅动作，将学生自动转移到课桌底下躲避。整个装置对地震的反应时间最大不超过10秒，学生不需要做出过多的反应，同时也避免了学生由于地震引起的恐慌奔逃而造成的意外伤害。为保证课桌椅避震的可靠性，增设了手动装置，可靠性双重保证。另外，由于椅子转移到课桌底下，椅背与课桌一起组成一个相对封闭的空间，能更好的保护学生免受地震伤害，且椅子在课桌底下，课桌之间留下了足够的逃生通道，更有利于学生震后及时撤离危险的教学楼。
同类课题研究水平概述
- 我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度洋板块和菲律宾海板块的挤压，因此是全球大陆地震活动水平最高的地区之一。从1950至今，我国发生的大地震近20次，最近的汶川地震更震惊了世人，玉树和盈江地震又让我们面对同样的悲痛。而充满生机和活力的校园人员集中，容易成为地震的重灾区。面对破坏巨大的地震，房屋的重建和进行补强等措施能一定程度上防止建筑物的倒塌伤害，而目前将震区的所有校舍都拆除重建或补强也不符合中国现实国情。通过防震知识的学习，我们知道在教室内避震的第一条就是迅速抱头、闭眼、蹲到各自的课桌下，所以运用课桌椅防震是不容忽视的重要的避震措施，比通过重建和改建建筑物防震更经济可行。 GB/I3976-2002是我国制定的学生课桌椅标准，该标准主要针对学生的身高和体型制定，没有考虑到我国地震活动水平高、地区分布广等问题，所以统一标准的课桌椅材料和结构都不具有抗震性能要求。由于近年地震灾害步频发，教学设施防震受到了较广泛的关注，防震课桌椅近年也有一些专利，但这些专利都只考虑了课桌的强度和桌下的空间，能保证学生躲避到课桌下的安全性。但这些防震措施都忽略了二个重要的问题：① 学生需要第一时间对是否地震及地震的烈度做出判断，才能做出相应的反应，即使学生是经过十分良好的训练，也需要一个反应时间，此时地震的坠落物有可能已经造成伤害；② 教学楼是人员集中的场所，一旦引起恐慌，向外疏散时十分容易造成意外伤害。由于上述两个问题，单纯增加课桌的强度和桌下的空间并不能很好的保证学生的安全，存在很大的不足。另外，有一些防震桌椅和防震床专利，主要是针对家用产品设计的，结构复杂且价格昂贵，特别是最近提得较多的防震床，实用性较差，难以在地震易发生地区和学校推广。综上所述，新型的防震课桌椅的研究和推广具有现实意义。防震课桌椅的设计，应该朝着结构简单可靠、经济实用、减少学生反应时间和可以广泛普及的方向进行。基于上述设想和要求，自动防震课桌椅应运而生。
