单绳楔块自锁缓降器

1、单绳楔块自锁缓降器n设计背景设计背景n 随着重点发达地区经济的快速发展，城市化趋势越来随着重点发达地区经济的快速发展，城市化趋势越来越明显。由于城市建筑用地的日趋紧张，城市住房建筑的越明显。由于城市建筑用地的日趋紧张，城市住房建筑的高楼化趋势也明显加快。然而，发生于高楼的灾难并没有高楼化趋势也明显加快。然而，发生于高楼的灾难并没有明显的下降，火灾，恐怖袭击发生于高楼屡屡见于报端。明显的下降，火灾，恐怖袭击发生于高楼屡屡见于报端。并且，发生于高楼的灾难一般都会造成重大的人员伤亡和并且，发生于高楼的灾难一般都会造成重大的人员伤亡和经济损失，因此，高楼灾难的防灾、减灾等相关问题已经经济损失，因此，高

2、楼灾难的防灾、减灾等相关问题已经引起了相关部门的高度重视。引起了相关部门的高度重视。n 虽然高楼化的趋势在加快，但是用于高楼逃生的相关虽然高楼化的趋势在加快，但是用于高楼逃生的相关逃生缓降器材的配备率却十分低。其中主要原因是由于当逃生缓降器材的配备率却十分低。其中主要原因是由于当前的国内上一些逃生缓降器材体积大，耗材多，使用不方前的国内上一些逃生缓降器材体积大，耗材多，使用不方便。并且，该类器材的设备使用率不高，这样又在一定程便。并且，该类器材的设备使用率不高，这样又在一定程度上造成资源浪费。度上造成资源浪费。 n基本原理基本原理n 本设计运用的基本原理是自锁本设计运用的基本原理是自锁n 自锁

3、：自锁：n 法向支持力法向支持力N与摩擦力与摩擦力f的合力的合力R称为支持面对物体的全反力。称为支持面对物体的全反力。n 即摩擦力即摩擦力f达到最大值达到最大值fmax时，这时的夹角时，这时的夹角a也达到最大值也达到最大值b,把把b称为称为摩擦角。摩擦角。n n 此式表明：摩擦角此式表明：摩擦角b的正切等于静摩擦因数。的正切等于静摩擦因数。tanFbNn 如果作用于物体的主动力的合力如果作用于物体的主动力的合力R的作用线在摩擦角之内，则无论的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力这个力怎样大，总有一个全反力R与之平衡，物体保持静止；反之，与之平衡，物体保持静止；反之，如果主动力

4、的合力如果主动力的合力R的作用线在磨的作用线在磨擦角之外，则无论这个力多么小，擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。这种与力物体也不可能保持平衡。这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。物体在这种条件件称为自锁条件。物体在这种条件下的平衡现象称之自锁现象。下的平衡现象称之自锁现象。n 本设计在绳子的夹持处应用了本设计在绳子的夹持处应用了自锁的原理，保证在夹持状态下绳自锁的原理，保证在夹持状态下绳子不会发生移动，使用者能够在空子不会发生移动，使用者能够在空中停留中停留n装置结构装置结构n 大致结构大致结构n 1绳子绳子n 2捆缚及固定器件

5、捆缚及固定器件n 3外壳外壳n 4楔块自锁器件楔块自锁器件n 5手动控速器件手动控速器件n 6超速报警装置超速报警装置n 使用者通过操作控速器件使用者通过操作控速器件4来控制自身的下降（使用者悬挂于来控制自身的下降（使用者悬挂于外壳外壳3之下，与之同时下降）之下，与之同时下降）21356n 楔块自锁器件与手动控速器件楔块自锁器件与手动控速器件n 右图为楔块自锁器件以及手动控速器件的大致结构。右图为楔块自锁器件以及手动控速器件的大致结构。n 该部分装置实现两项功能：该部分装置实现两项功能：n a.空中停留空中停留n b.下降下降n 空中空中2停留：停留：n 由于导块与楔块的接触面倾角由于导块与楔

6、块的接触面倾角满足自锁条件：满足自锁条件：n tann 因此保证了使用者不对杠杆施力时，绳子不会发生移动，使用者因此保证了使用者不对杠杆施力时，绳子不会发生移动，使用者能在空中停留。能在空中停留。n 下降：下降：n 需要下降时通过对杠杆施力，提升楔块高度，增加楔块开度而减需要下降时通过对杠杆施力，提升楔块高度，增加楔块开度而减小摩擦，实现安全下降。小摩擦，实现安全下降。安装锁套处杠杆外盖板楔形块导块绳子安装测速仪处n 超速报警装置超速报警装置n 本装置大致如下图本装置大致如下图n 轴轴1与图与图3中的下侧滑轮联轴中的下侧滑轮联轴n 当使用者以安全速度（当使用者以安全速度（3米每秒）下降时，滑轮

7、转动，带动报警米每秒）下降时，滑轮转动，带动报警装置内盘装置内盘2转动，滑动金属块转动，滑动金属块4将到一个很大的向心加速度（约为将到一个很大的向心加速度（约为重力加速度的重力加速度的4倍）而接触外壳倍）而接触外壳3，使电路接通，报警器，使电路接通，报警器5工作。工作。n 当使用者受到报警，松开杠杆后，绳子被锁死，滑轮速度下降，当使用者受到报警，松开杠杆后，绳子被锁死，滑轮速度下降，滑动金属块滑动金属块4在弹簧作用下复位，电路断开，报警器停止工作。在弹簧作用下复位，电路断开，报警器停止工作。n 电源电源6使用纽扣电池，报警器使用纽扣电池，报警器5发光并产生声音（结构类似于发光并产生声音（结构类

8、似于电子贺卡）。电子贺卡）。123461轴 2内盘3外壳 4滑动金属块5报警器 6电源5n 捆缚及固定器件捆缚及固定器件n 我们尝试使用类似于腰带的，可以迅速调节松紧并固定的穿戴我们尝试使用类似于腰带的，可以迅速调节松紧并固定的穿戴工具。该穿戴工具将有效提高使用者逃生速度。工具。该穿戴工具将有效提高使用者逃生速度。n强度校核及尺寸确定强度校核及尺寸确定n 救生绳的校核：救生绳的校核：n 救生绳采用市场上出售的登山绳，直径为救生绳采用市场上出售的登山绳，直径为814mm，承重为，承重为1000kg及以上。假定下降者最大的加速度为及以上。假定下降者最大的加速度为g，绳子承受的力为，绳子承受的力为G

9、，则有：则有：n G-mg=mgn 即即G/g=2m(m为下降者的质量为下降者的质量)n 由于由于m设定的最大值为设定的最大值为200kg，所以绳子完全满足强度要求。，所以绳子完全满足强度要求。n 自锁器件的校核及尺寸确定：自锁器件的校核及尺寸确定：n 首先由登山绳的直径及相关摩擦系数确定楔块的尺寸，取厚度为首先由登山绳的直径及相关摩擦系数确定楔块的尺寸，取厚度为14mm，长，长30mm，下底宽，下底宽10mm，楔度为，楔度为20，满足自锁条件。与，满足自锁条件。与绳子的接触面进行滚花处理。绳子的接触面进行滚花处理。n 轴的尺寸确定轴的尺寸确定：n 假定下降者减速下降的最大加速度为假定下降者减

10、速下降的最大加速度为g，则轴上承载的最大径向，则轴上承载的最大径向力为力为Gmax=2mg，（接近，（接近4000N）。）。45钢剪切强度为钢剪切强度为178MPa，需要，需要的轴半径为的轴半径为r，n 导块尺寸确定：导块尺寸确定：n 由力学的分解与合成可知，导块受到的最大压力为由力学的分解与合成可知，导块受到的最大压力为Nmax=2mg/(*cot20)n 按剪切强度算：按剪切强度算： s=Nmax/178=2*200*9.8/(0.6*cot20*178)=13.36mm2故设计尺寸完故设计尺寸完全符合要求。（按生产工艺及使用方便要求，设计的尺寸取得稍大。）全符合要求。（按生产工艺及使用方

11、便要求，设计的尺寸取得稍大。）n 杠杆的尺寸确定：杠杆的尺寸确定：n 按力学的合成与分解，杠杆受力不超过按力学的合成与分解，杠杆受力不超过2mg，杠杆截面设计成，杠杆截面设计成矩形，同时保证强度和挠度。矩形，同时保证强度和挠度。n 其它尺寸：其它部件为不承重部件，设计尺寸以节约材料和经济实用其它尺寸：其它部件为不承重部件，设计尺寸以节约材料和经济实用为原则。为原则。n本设计创新点与优势本设计创新点与优势n 楔形块自锁原理的应用楔形块自锁原理的应用n 利用楔形块沿滑道上下滑动，能较好地控制楔块与绳子之间的挤利用楔形块沿滑道上下滑动，能较好地控制楔块与绳子之间的挤压力，利用了楔形块的优点。此外，产品中利用了自锁原理，能很好压力，利用了楔形块的优点。此外，产品中利用了自锁原理，能很好的保证减速效果，逃生者在下降过程中，能较好地控制速度，尽量降的保证减速效果，逃生者在下降过程中，能较好地控制速度，尽量降低二次伤害。低二次伤害。n 配有速度报警器配有速度报警器n 该报警器在逃生者下降速度超过安全速