高空双向可调速逃生装置

巩彦荣 陆永耕 刘柳键

（上海电机学院 上海 200204）

高空双向可调速逃生装置

巩彦荣 陆永耕 刘柳键

（上海电机学院 上海 200204）

介绍了一种高空逃生装置，具体的说是一种双向可调速的逃生装置，逃生装置可以手动控制逃生装置的速度，可调速范围为人体安全逃生速度。高空双向可调速逃生装置的基本组成结构，其包括大弹力发条、齿轮组，擒纵机构、游丝机构、滑轮、绳索、电机、蓄电池等。整个装置由动力部分、传动部分、控制部分和执行部分组成。

装置；游丝机构；擒纵机构；发条；齿轮组

1 引言

针对高空逃生实际情况，设计一种在发生高空逃生情况下，能帮助人方便、快捷的逃生的工具。高空双向可调速逃生装置能适合各种结构的建筑物，运行实现自动化，并且要求操作方便，体积和重量在一个人可以操作的限度范围内。可以多次往返高层建筑进行营救。从而能最大限度的减少危险中的人员伤亡。通过分析比较现有的一些高空逃生器，大多数装置虽然能达到高楼逃生这一功能，但其结构原理复杂，操作繁琐，安全性差，生产成本高，部分装置还需要电力控制，局限性大（发生地震或火灾时很有可能断电，也不允许操作人员进行复杂的操作）。所以设计采用一种机械结构的逃生装置，装置结构简单，操作简便。其原理是利用逃生人员的重力，通过机构的转换，将重力势能转换为涡卷弹簧的弹性势能，并能保证机械自动返回高空，营救其他人员，最终以安全速度到达地面。装置的仰角大小可以人为调节。当从动轴与安全绳的粗糙度、安全绳的直径发生改变时可以通过改变仰角的大小使装置仍然可以正常使用，适应了各种环境。通过计算，结果达到预期要求，借助本装置逃生人员可以以安全的速度平稳的下落到地面。因而可以在灾难发生的时候保证人的生命安全。

2 高空双向可调速逃生装置结构

此逃生装置呈长方体体。主要由动力部分、传动部分、控制部分和执行部分组成。独特的速度调节器能使逃生速度保持在1.5m/s左右。精心构思发条储能部分使小小的逃生装置能够自动返回危险环境解救其他人，精巧的减速器结构简单，却能起到落地前减速的效果。高空双向可调速逃生装置由摩擦轮、绳索、擒纵机构、游丝机构、棘轮机构、变换动力轴和电机等组成。

外部结构如图1所示。

图1 外部结构图

内部结构如图2所示。

高空双向可调速逃生装置，包括外壳、大弹力发条、齿轮组、擒纵机构、游丝机构、滑轮、绳索、电机、蓄电池。外壳内安装一组齿轮组，每组齿轮组主要由模数相同，齿数按一定配比关系组成。

大弹力发条与轴通过轴孔固定，轴与发条同步转动，轴通过键与号齿轮相配合，组成本储能系统，号齿轮与号齿轮啮合，从而带动号齿轮转动。

大弹力发条将人与装置下降过程中重力势能转换的机械能储存在其中，此过程是通过一对滑轮对绳索的挤压力产生的摩擦力，使得装置在绳索上滑动，大弹力发条储存的能量在装置自动返回过程中释放。通过齿轮之间的啮合实现传动的变速，这样发条转动一周，装置就可以移动很远，发条移动1m，装置就可以移动70m左右，从而达到了高空的逃生效果。绳子与滑轮配合图如图3所示。

图2 内部结构图

图3 绳轮结构图

擒纵机构由擒纵轮与擒纵叉组成，主要完成速度的控制。号齿轮与擒纵轮齿轮啮合，从而擒纵轮可以控制号齿轮的转速，进而控制其他齿轮，也就控制了滑轮的转动速度，因此也就控制了整个装置速度，实现可调速功能。

游丝机构主要由游丝和陀飞轮组成，可以通过调节游丝控制陀飞轮来回转动的频率，从而控制擒纵叉的摆动频率。

速度比是通过3号齿轮、4号齿轮、17号齿轮、22号齿轮和13号齿轮的齿数不同，将下降的速度与距离转化成人体逃生安全速度，与大弹力发条的弹性势能。

棘轮是与轴通过键配合，实现棘轮与轴同步转动，而22号齿轮与轴也通过键配合，故棘轮与22号齿轮同步转动，可以防止装置返回时下滑。

所述的控制棘轮手柄是控制棘轮转动与锁死的，故可控制装置的暂停与运动。

电机一般采用小功率直流电动机，为高空双向可调速装置提供部分动力，其控制依靠单片机。电动机通过电机轴将动力传输到21号齿轮，21号齿轮与19号齿轮啮合，19号齿轮与20号齿轮同步同轴转动，20号齿轮与18号齿轮啮合，从而带动18号齿轮转动，18号齿轮带动17号齿轮，从而带动整个齿轮系转动。

18号齿轮与电机驱动控制杆相连接，组成电动机动力与发条动力相配合的关键。蓄电池是为小功率直流电动机提供动力电源。

项目资助：上海市教委大学生科创资助项目（编号：G2-14DXSCX-014）。

TU998.13

A

1004-7344（2016）15-0305-01

2016-5-10

巩彦荣（1991-），男，甘肃天水人，本科，电气工程及其自动化专业。