毕业设计论文-背负式高楼缓降器设计

毕业设计（论文）背负式高楼缓降器摘要目前，随着楼房高度的增加和日趋密集，楼房的安全隐患也越来越多。在发生火灾等危急情形下，高楼上的人们的行之有效的逃生手段却非常少。缓降器是其中一种非常有效的手段，在高楼逃生救援方面普遍采用一般的缓降器，需要使用者有一定的经验才能安全使用，在效率与便捷性、简易性、可靠性上并不理想，不适合各种各样的人群使用。为了解决使用便捷性与效率这一难题，我们设计了一种使用简单并且安全可靠的高楼缓降装置，无须复杂的操作和训练即可使用，只需要将绳索伸出端固定好就可以自主进行缓降，安全快速的逃离火灾现场。关键词：高楼缓降装置 摩擦力 自动限速装置 手动制动装置AbstractNow, along with the increase of building highly concentrated, and increasing safety hazard of the building will be more and more. In a fire emergency circumstances, such as people on buildings of effective means to escape but very little. Huan Jiang Qi is one of a kind of very effective means, in a tall escapes the rescue aspects of widely used Huan Jiang Qi, general requiring users to have certain experience in the safe use efficiency and convenience, and simplicity, reliability not ideal, is not suitable for all kinds of people use. In order to solve using convenience and efficiency in this problem, we designed a kind of simple to use and safe and reliable high-rise slow drop device, beardless complex operation and training can use, only need will rope fixed at good can stretch for slow drop, independent fled the scene of the fire of safely and quickly.Keywords:tall slow drop deviceFrictionAutomatic speed bumpsManual braking equipment目录摘要iiAbstractiii目录11 绪论21.1 设计思路来源22 工作原理32.1 两大主体机构32.1.1 自动限速装置32.1.2 手动制动装置33 方案设计校核53.1 自动限速器的设计53.2 轴的设计63.3 轴承的设计73.4 制动瓦块销钉的设计83.5 刹车装置中凸轮机构的设计113.6 弹簧的设计124 功能特点135 作品外形照146 装配示意图15结论15参考文献17致谢1891 绪 论1.1 设计思路来源随着我们祖国在经济建设方面的长足进步，祖国的建设也已经开始了茁壮成长，随着城市化进程的加快，高层建筑如雨后春笋迅速增多，高层建筑发生火灾、地震等意外灾难时的逃生问题受到了人们的日益重视。群死群伤的事实告诉我们，在火灾或者地震发生的危急时刻。必须注重自救！当灾难发生，正常的疏散通道不能使用时，本装置可以帮助人们迅速、平稳、安全的从高处降落至地面而逃生。在我们周围高楼随处可见。与此同时，曾经的 911、汶川大地震也已经让我们认识到了对于高楼逃生装置的迫切需求，趁此次机会，我们尽自己所能设计， 将我们的心血展示给大众，以帮助专家设计出一份完美的高楼逃生装置，对于这套可能关乎性命的设备，我们不断的增加它的可靠性，灵活性和稳定性，众所周知居民楼、教学楼、学生宿舍等各种常用建筑的安全不可怠慢，一套合理的高楼逃生装置价值绝不能会被低估，而在各栋大楼里能够准备好数量合适逃生装置可以拯救无数的人命，可以拯救珍贵的设备、数据，更加能够让在高楼大厦里工作的人们获得一份安心。2 工作原理2.1 两大主体机构2.1.1 自动限速装置自动限速装置在有负载时，卷筒开始转动，使摩擦瓦片产生离心力；当到达一定速度后，摩擦瓦片就会与限速鼓摩擦产生阻尼力矩，使卷筒的角加速度逐渐减小至零，整套装置匀速下降，从而实现了限速缓降的功能。（1） 逃生人员下降逃生而带动绳索运动，是滚筒圆周滚动，带动与滚筒一体的限速装置一起运动。（2） 通过限速装置的圆周运动，使得限速刹车片做快速的离心运动从而使它与箱体上的摩擦片产生摩擦，产生足够的摩擦阻力，达到限制滚筒转速的目的。（3） 同时考虑到逃生人员下降逃生时的安全问题，通过控制刹车片的质量和限速装置的结构，让滚筒的转速维持在一个安全可靠的范围，即使逃生人员的下降速度范围在安全范围内（V3m/s）.（4） 配合两个滚轮的运动特性，设计两个对称布置的限速装置，使其工作平稳性增强，从而确保了逃生人员下降过程中安全限速效果。2.1.2 手动制动装置手动制动时，通过拉转动把手，带动把手套筒旋转，凸轮套筒与把手套筒的斜面相配合，两个斜面相互转动会产生凸轮的效果，产生相对位移。则把手套筒的转动时会使凸轮套筒向左移动，同时带动其上的绕绳圆盘左移，使两个绕绳盘侧面橡胶接触，产生摩擦力，从而实现手动刹车的目的。（1） 逃生人员在下降和过程中可能出现的各种可能性，需要制动的时机可能不同，即在制动时逃生人员下降的速度不唯一，从而设计控制制动装置的手动控制装置为手动拉杆，可根据时机的下降情况手动调节制动的程度。（2） 逃生人员在下降逃生时，如遇到突发的不稳定因素，可通过对制动装置的操作，及时进行调整并进行应对处理，使整个逃生过程不会出现意外情况，也确保了逃生人员逃生过程的安全性。3 方案设计校核3.1 自动限速器的设计绳上的拉力G 与限速器提供的摩擦力 F 产生力矩，并在某一时刻达到平衡，有2FR=Gr 卷 F限速器提供的摩擦力R摩擦挡板的半径G绳上的拉力r绳子绕在卷筒上形成的圆的半径对摩擦片和挡板进行受力分析：Fr= F 向心向m V2/r =F Fr f =FFr挡板对摩擦片的压力F 向摩擦片由旋转产生的向心力m3 个摩擦片的总质量r 心摩擦片质心到回转中心的距离V摩擦片的线速度f摩擦片与挡板之间的动摩擦系数综合，可得心卷2 (m V2/r m g) fR=Gr 整理可得V=G r 卷/(2 f R) +m g r 心/m实际计算取G=800N，r 卷=35mm，r 心=60mm，m=2.5kg， f=0.7，R=78mm，带入式，得V=2.52m/s取绳子直径d=5mm，长L=30m。假设每层卷 10 圈绳子，当绳子卷满 8 层时，总绳长 l=2*3.14*10*(37.5+72.5)*8/2mm=27.632m 当绳子卷满 9 层时，总绳长l=2*3.14*10*(37.5+77.5)*9/2mm=32.499m 故绳子要卷 9 层，此时绳子卷成的圆半径为 77.5mm，此时V=3.74m/s3.2 轴的设计（1）选取轴的材料轴无特殊要求，因而选用调质处理 45 钢，6b=640MP（2） 轴的直径选取初选轴的直径 d1=30mm（3） 轴的转速。扭矩T2Rn=V取Vmax=4msRmin=33mm n=V2R=1176r/min T=2Fr=2*400*15=12000N*mmT1=T2=600N*mm（4） 轴的强度验算画出弯矩图26e=M /W=22000/0.1*(33)3=6.12MP 6-1b =60MP因 6ee由 表10-5 查 得X=0.56Y=2.08 P=0.56*400+2.08*200=640计算轴承的寿命Lh=106/60n(ftCr/fpP)=232205(h)计算结果符合使用条件 即轴承的选取合格3.4 制动瓦块销钉的设计根据计算我们已知整块制动瓦的面积为5334.1429毫米，厚15毫米，体积为80012.1435立方毫米，橡胶块面积为1162.6443平方毫米，体积17439.6645立方毫米,重20.0556g，在取下橡胶块之后的体积为62.572.479立方毫米，重量为491.193g,总重达m=511.2486g;G=5N;取安全系数为2；因为根据估算，从十楼下落时销栓受力更大，我们不讨论从七楼下降时的情况， 则有以下数据：M6销栓面积A=r2=3.14*0.0062/4=2.826*105；Vmax=3.96msF离max=m/v块*r2=445.3997N鉴于我们不知道何时最危险所以我们分四种情况讨论：情况1如下则有：F总x=Fxf=0F总y=F离GF2+Fy=0M(F)=F离*26.92G*26.92F2*26.92f*54.64=0 f=uF2=0.5*F2综 上 可 得 : F2=243.13N f=121.57N Fy=197.27N Fx=121.57N F=Fx2+Fy2=231.72N 6=F/A=8.19*1066e=2*6=16.38*1066安全情况2如下F总x=Fx+F2F离=0F总y=FyG+f=0M(F)=F离*26.92+G*22.36F2*26.92f*54.64=0 f=uF2=0.5*F2综 上 有 ： F2=222.95N f=111.47N Fy=106.48N Fx=222.45N F=Fx2+Fy2=246.62N 6=F/A=8.73*1066e=2*6=17.45*1066安全情况3如下F总x=Fx+f=0F总y=F离+GF2Fy=0M(F)=F离*26.92+G*26.92F2*26.92f*54.64=0 f=uF2=0.5*F2综上可得: F2=223.54N f=111.77N Fy=226.86N18Fx=111.77N F=Fx2+Fy2=252.90N 6=F/A=8.95*1066e=2*6=17.89*1066安全情况4则如下：F总x=Fx+F2F离=0F总y=Fy+G+f=0M(F)=F离*26.92G*22.36F2*26.92f*54.64=0 f=uF2=0.5*F2综 上 有 ： F2=219.00N f=109.50N Fy=114.50N Fx=226.40N F=Fx2+Fy2=253.71N 6=F/A=8.98*1066e=2*6=17.95*10620 取c=7k=(4c-1)/(4c-4)+0.615/c=27/24+0.615/7=1.2128 d1.6(F2kc/)=1.6*(300*1.2128*7/588.5)=3.32853.5碳素弹簧钢丝：b=1177= 0.5b 故d=3.5 合适D2=dc=24.5D1=D2-d=21D=D2+d=28 节距p:p=(0.280.5)D2=6.8612.25自 由 高 度 ： H0pn+(1.52)d=(6.8612.25)*3+(1.52)*3=25.8343.75 n=Gd/8FC3Smax=80000*3.5*1.2/8*300*734.0816取 Smax=1.2 b=H0/D2=25.8343.75/24.5=1.0541.786K =Gd4/8D 3n=80000*(3.5)4/8*(24.5)3*4=25.51F2Fc=Cu*KF*H0=(0.811)*25.51*(25.8343.75)+527.141116.064 功能特点背包整体结构轻巧简单，易于存放，使用时像书包一样背在身上即可，可自动限速，安全可靠。（1） 逃生人员体重及整个装置的重量，将从提质量设定在 100kg 之内，适合大部分人群的使用标准。（2） 根据人体力学特性，设计装置的结构，使其固定在人体受力情况最为稳定的背部，以背负的方式达到佩带装置的目的。（3） 采用双肩背负以及腰部固紧的双重固定方式，确保逃生人员在下降逃生过程中与装置整体的相对静止，使整个运动状态保持在一个稳定高效的状态，从而达到安全逃生的目的。（4） 本装置可以不需要使用人员的操作，能够自动工作，这样就确保的使用者在逃生时安全，避免了使用者在逃生时慌张等情绪影响逃生效果。（5） 本装置可以根据使用者体重的不同自行改变下降速度，能适用各种各样的人群。（6） 加入手动刹车装置，可以进一步确保人员安全。当需要紧急停止或绳子长度不足时，可以适用手动装置进行安全转移。5 作品外形照6 装配示意图结论本装置是一种能够在短时间内进行工作，使用简单，无需高操作要求的背负式高楼缓降装置。逃生人员背负着本装置下降逃生从而带动绳索运动，绕绳圆盘也跟着转动,使得离心限速块做快速的离心运动从而使耐磨橡胶与限速毂产生摩擦，产生阻尼力矩；当到达一定速度后，阻尼力矩等于重力力矩，达到平衡状态， 使绕绳圆盘的角加速度逐渐减小至零，整套装置匀速下降，从而实现了自动限速缓降的功能。逃生人员在下降和过程中可能出现的各种可能性，需要制动的时机可能不同，即在制动时逃生人员下降的速度不唯一，从而设计控制制动装置的手动控制装置为手动拉杆，手动制动时，通过转动手柄，带动手柄套筒旋转，凸轮套筒与手柄套筒的斜面相配合，当二者相对旋转时，能像凸轮一样把旋转运动转化为直线运动，产生轴向相对位移。手柄套筒的转动会使凸轮套筒向左移动，同时带动其上的绕绳圆盘左移，使两个绕绳盘侧面橡胶接触，产生摩擦力，从而实现手动制动的目的，安全可靠。参考文献1陈宏均主编 机械加工工艺设计员手册M.北京：机械工业出版社，2009 2李兆铨 周明研主编 机械制造技术M.中国水利水电出版社，20003唐增宝 常建娥主编 机械制造