逃生休闲椅的机构设计与优化

2011-11-28王益土卢孔宝林世勇

浙江水利水电学院学报 2011年4期

王益土，卢孔宝，林世勇

(浙江水利水电专科学校，浙江杭州 310018)

1 研制背景及意义

经济的快速发展使人类的生活水平得到了大幅度提升，日常生活中的家用电器等都进入普通家庭，但大功率电气使用不当，很可能导致火灾，使人被困于火海.同时娱乐场所人员密集一旦出现火灾，安全通道口无法一时容纳大量人员逃生，更有一些情况无法通过安全通道逃生，人员只能被困于火海等待救援，人员长时间在火海中无法救援时会对人员身体及生命造成很大威胁.

当火灾或地震灾害等突发性灾难发生时快速逃生已经成为了目前社会普遍关注的问题［1］.现有的座椅，多为固定木脚椅，因其所占用的面积和空间较大，结构笨重，致使其不能被用于逃生.如备有大量本休闲逃生座椅，一旦出现突发状况即可通过本座椅转化成逃生梯，从窗户等处自救逃生，确保人员生命安全.课题组以全国机械设计大赛为契机，以加强大学生创新精神、创新能力、实践能力的培养为目的［2－3］，采用数字化设计方法［4－5］设计了逃生休闲椅.

2 产品的总体结构

本产品的特征是在将梯子的功能与座椅的功能相结合，从而实现逃生与休闲的作用，其结构示意见图1.以下将结合文字和附图对本产品作进一步描述.首先，打开挂钩，形成图2状态.其次，解开锁扣，将休闲座椅上端往上提起，形成图3状态.第三，将核心构架杆2展开，形成图4状态.第四，依靠座椅自身重力，展开形成逃生梯，见图5.

2.1 关节的设计

逃生休闲椅的关节设计结构示意图见图6.该结构是通过弹簧对关节自锁钩的作用锁死关节，使其能够承受更大的双向的横向载荷.

2.2 挂钩的设计

逃生休闲椅挂钩设计原理示意见图7.

此结构即可挂于墙上，也可挂于横杆上，并且该结构具有自锁功能(通过平行四边形原理，当靠背支撑杆受到座椅自身重力的作用，将作用力传递到自锁铰链上，使其压紧被锁物并咬死.

2.3 软梯的设计

软梯的制作是设置两根功能不同的绳，一根用于收紧横杆，另一根的作用则是本设计用做梯子时，用于支撑，将收紧绳收紧，软梯即可变做椅子的覆盖物，增加椅子的舒适程度.并且大幅度增加了梯子的长度.原理示意图见图8.

图8 软梯原理示意图

该软梯设计完全按照国家有关条例设计，尺寸及材料均满足.查GA137－2007消防梯细则［5］得:本设计的型号是TGL4，本设计的工作长度为4 m，满足消防梯工作长度4±0.1 m的要求.本设计的梯宽为450 mm，满足消防梯最小梯宽为250±2 mm的要求.本设计的整体质量为10 kg，满足消防梯整体质量小于12±0.6 mm的要求.本设计梯蹬间距为280 mm，满足消防梯间距取280 mm、300 mm、340 mm的要求.本设计也同样设有防滑装置，表面涂覆黑色磁漆.此设计在消防梯的各项试验中，均没出现任何损坏、可见变形和裂纹.满足消防梯的性能要求.

2.4 扶手的设计

此设计在当作扶手时可用于调节椅背的角度，来满足人们对座椅的各种需求.但当遇到突发情况时，只需将扶手后推并取出，就可用来充当安全锤，将窗户破坏，形成新的逃生渠道.原理示意图见图9.

图9 软梯原理示意图

3 关键部位的优化

3.1 挂钩的优化

挂钩的设计过程，项目组经历了两次优化过过程.图10左图设计虽然具有一定的固定能力，但不容易取下，并且约束不够，不能使梯子稳定的咬死在墙上.而且功能有局限，不适用于栏杆.针对以上问题，项目组设计了图10中图的结构，但是该设计虽然已经具备了自锁功能，并且适用于墙体与栏杆.但结构复杂，在作为座椅时，存在安全隐患，而且不够美观.

图10 挂钩的优化

通过项目组的改进，设计了图10右图结构的挂钩，该设计同样具备自锁功能，并且适用于墙体与栏杆.在作为座椅时，又可将其折叠，使座椅变得更加美观.

3.2 椅架部分的优化

椅架部分项目组经历过一次改进优化.图11左图为最初的椅架设计方案，该设计无角度调节的功能，在使用过多次后，易造成滑块中的销钉孔变形，导致销钉很难从滑块中拔出.并且在使用完后不易重装.

最终，项目组对椅架部分进行了优化后，结构如图11右图.该设计设有扶手可以用来调节椅背角度，并且该扶手，还可用来当作安全锤，在必要的时候可以用来破坏玻璃，开辟新的逃生途径.而且附有软梯设计，可大大增加逃生长度.

3.3 关节的优化

图12(a)为最初的设计方案，但该方案加工难度大，不易成型，不够美观.并且力矩不够大，不能承受的较大的横向载荷.通过改进后，示意图见12(b)，将关节和杆分开加工后再装配，减小了加工难度，使结构更加紧凑，使其能够承受更大的横向载荷.

图11 椅架部分优化图

图12 关节优化图

4 产品的技术特点与应用

图13和图14为本产品的实物实物图以及逃生梯效果图，本产品已取得实用新型专利，专利号为ZL2010201689485，本产品的主要优点:(1)在制造方面，本产品结构简捷，成本不高，所以在市场具有一定的推广价值.(2)本产品还附有软梯设计，梯子长度可达18 m左右.这大大增加了逃生范围.(3)本产品使用简便，宜于操作，在危险情况下，能够实现迅速逃生功能.主要创新点:(1)当身处险境时，本产品可以实现快速逃生功能.(2)本产品结合了椅子的休闲功能和梯子的逃生功能，是一种新型的创意家具.(3)休闲座椅设有一对具有自锁功能的挂钩，增加了逃生的安全性.(4)软梯绳索具备快速收线和放线功能.确保了安全、及时和有效.