【《某防火卷帘门的方案设计案例》8700字】

某防火卷帘门的方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22004某防火卷帘门的方案设计案例 198941.1设计方案的提出 2326761.2设计方案的分析与比较 513741.2.1卷轴设计方案分析和比较 5113291.2.2帘板设计方案分析和比较 543071.3设计方案的确定 648901.4防火卷帘门的整体设计 723631.4.1卷轴的具体尺寸设计 7187321.4.2卷轴的定位槽设计 858411.4.3帘板的具体尺寸设计 9266631.4.4帘板定位块的具体尺寸设计 11238761.4.5卷帘门底座具体尺寸设计 11150361.4.6卷帘门导轨的具体尺寸设计 12172411.4.7卡扣尺寸设计 13411.5防火卷帘门的材料设计 13227041.5.1卷帘门轴的失效形式和材料的选用 14105951.5.2帘板的失效形式和材料的选用 16212181.5.3导轨、底座和底座连接件、卡扣的材料选择 17174851.6卷轴热处理的选择 1792871.7卷轴、帘板和底座的重量计算 181.1设计方案的提出卷帘门想要在体积和重量不发生较大改变的前提下有效提升防火性能，仅仅是依靠原先的设计是比较难实现的，于是本设计对防火卷帘门结构方面进行了以下设想：对于卷轴方案一：拟使用和市面上相似的大型滚筒形卷轴，通过在电机侧添加内啮合齿轮，通过齿轮传动或齿链传动提升卷帘板，卷轴外侧切槽以固定帘板。（方案一如图3-1所示）REF_Ref74047105\r\h[16]方案二：拟使用双层型卷轴，内外部由六根均匀支柱连接支柱底部加厚提高耐用性，焊接连接内外部，内部使用六角形凹槽连接和固定齿轮，使用齿轮或齿链传动提升卷帘板，挖槽长槽后用匚形板件焊接形成完整挂载槽以限制和固定帘板位移。（方案一如图3-23-3所示）图3-1方案一设计图样图3-2方案二设计图样图3-2方案二建模图样

对于帘板方案一：在帘板内部增加加固用的铁板，可以增加一定的坚固度，抗冲击性能更好，在外轮廓改动不大的前提下增加石棉、树脂等防火材料的添加量，可以提高耐火性能，侧面增加H形加强板，进一步增加耐用性和抗冲击性能。（方案一如图3-3所示）图3-3帘板方案一实例方案二：在原有卷帘的基础上在表面压出纹路或附着点，使用铝合金材质并且舍弃复合型的结构，以轻便为主要目标。只在表面喷涂阻燃剂，以起到提高防火性能的作用。（方案一如图3-4所示）图3-4帘板方案三示例方案三：放弃复合型的设计，将防火卷帘门的防火部分彻底拆除不用，日常使用普通的钢制卷帘门，在火灾的情况下使用配套的无机布卷帘达到火效果。（方案一如图3-4所示）图3-4无机防火布帘1.2设计方案的分析与比较1.2.1卷轴设计方案分析和比较对于卷轴方案一：结构不够紧凑，工作平稳性较高，传动过程中齿轮传动比大，容易浪费动力，需要另外焊接内啮合齿轮比较麻烦。必须在完整的卷轴多次上切槽削挂附帘板，切槽有轴向和周向两个定位，一个定位出问题就容易让一根卷轴报废无法正确地安装卷帘，多次切槽在很大程度上的削了卷轴的强度，在承载较多帘板的时候卷轴有发生断裂导致安全事故发生的危险。对于卷轴方案二：工作平稳性高不容易发生卡齿的情况，结构紧凑传动比小，动力不容易损失，更加节约电力，结实耐用不容易坏后期维护费用低，一般只有到了许用年限才会更换或维修，一体化的帘板挂槽可以更好附着帘板，没有周向位移发生的可能，轴向加工一步到位加工简单，有六排支柱，内外部连接紧密不容易发生变形。1.2.2帘板设计方案分析和比较对于帘板方案一：使用钢材质不仅提升内部填充剂附着的摩擦力，也能填充更多填充剂，通过增加填充剂的使用，保证无时无刻不有优越的防火性能，侧面增加H形加强板，进一步增加耐用性和抗冲击性能，以及更好防盗能力和抗风能力，在实际使用中可以一定程度上阻止入室盗窃的发生。强度高意味着盗窃人手持工具或小型电动工具需要花费更多的时间钻洞和撬起底板，在强行使用车辆撞击闭合的卷帘门时不容易被突破，发生安全事故时，厂房内部的货物掉落砸到卷帘门上，不容易使卷帘门发生大规模变形。缺点在于极大增大了整体的重量，为安装和维护带来了新的麻烦。REF_Ref74047132\r\h[17]对于帘板方案二：使用普通铝制材料，重量方面可以降低一半左右。缺点在于日常使用中，每一次卷起和放下不可避免产生摩擦，容易碰掉外部的防火材料，使得防火性能变得不可靠。铝材的强度远远不如钢材，在对入室盗窃的防护方面作用不如方案一，重量太轻抗风性能差，火灾发生时不可避免产生内外压力差，重量轻压力可能导致卷帘门晃动，被困人情感上大概率感到不安和对卷帘门产生不信任情绪。材料强度不够又免除了复合型的设计，手持工具和小型电动工具可以很容易地破开足够一人钻入的洞，也容易把帘板整个撬出来。追求轻便舍本逐末，不能有效起到防火隔热和防止入室盗窃的发生。对于帘板方案三：方案三的主要优点在于日常使用时非常方便，就和一般性卷帘没有两样。缺点在于火灾的发生没有预见性，一旦发生突发情况，很难有办法一步到位下放卷帘门和无机防火布，且不能进行双向的防火，防护内部着火就要在外部设置无机防火布，外侧着火就要在内侧设置无机防火布，这个方案相对另外两种方案必须进行两次操作，先找到无机防火布的位置，再放置无机防火布，对于老人小孩来说设置太过麻烦，意外发生产生心理上的压力更可能因此导致更严重的后果。设计理论上可行但是实际操作上很容易发生意外情况，不是所有时候都有知道无机防火布的人在，没办法最大程度上保证安全。1.3设计方案的确定通过上述对各种方案的优缺点的综合分析和讨论。权衡各种方案的利与弊。对于卷轴来说：方案一相对方案二生产较为简便。方案一的卷轴整体负责了卷帘的挂载和传动两项职责，对强度的要求更高，壁厚方面也因此不得不加厚以保证足够的强度来满足挂载和传动两项功能。方案二虽然从侧面上看起来非常复杂，但是完全可以做到分四步加工，内部是六角形钢管，只要承担传动的功能，通过连接件和电机相连，这部分不需要焊接。六组连接柱子可以通过分成三组连接件焊接完成。外部的挂载卷轴部分可以和方案一相结合，改为在外部卷轴上切槽挂载的方式。也可以维持原有设计，用匚形板件焊接形成完整挂载槽，这样没有各截面形状都相同，没有危险截面，有效减少应力集中发生破坏的情况。结论：对于卷轴来说方案二优于方案一。对于帘板：卷轴作为卷帘门的结构主体主要承担着承担帘板重量，配合电机起到抬升和下落的作用。而帘板则主要提供防护功能。一个优质的卷帘门设计方案必须保证产品在对抗火情时必须是安全可靠的。结合三个帘板的方案来看：方案一足够安全但是耗材高，重量大，结构复杂，安装和维护费用高。方案二使用轻便铝材和通过喷涂阻燃剂的方式达到了同时满足减重和一定程度上防火的功能要求，但喷涂防火材料的方式并不可靠，铝材在。由于卷帘门在日常使用中每天都至少有一个来回的卷起和放下，不可避免产生帘板之间的接触和碰撞，非常容易使得该类型卷帘门出现防火材料的脱落，不管换成什么材料都也无法避免内外侧喷涂的防火材料脱落的情况，可靠性不高。第一种方案应当吸收和第二种方案的有点结合决定使用轻质的铸铝作为帘板的主要材料。至于方案三过于追求轻便，虽然在日常使用中没有问题，但是一旦发生火情，受灾群众必须能够找到并正确的安装无机防火帘布，在发生危险中对于人的要求太高，不具有一般场所的防火设置应当具有的简易性，只适合一些人员固定的场所，但是通过分开防火功能的设计节省下来的资金必须要投入到人员的安全教育培训和宣传上，与其用于培训和宣传上不如在购入卷帘门时使用简便易用可靠的设计上。结论：帘板方面的设计方案由此可以得出，在吸收方案二优点，改用铸铝作为主要材料后，满足一般日常用途和满足防火防盗性能均优于其余方案的方案一为最优选。最终方案：需要在卷帘门的设计和生产过程中，可以更好地对部件加工。而且与另两个方案相比，结合了另外两个方案的优点，弥补了另外方案的不足。综合考虑，卷轴的方案二和帘板的方案一的结合为最终方案。1.4防火卷帘门的整体设计防火卷帘门主要由卷轴、帘板、座板、导轨和电机等部分组成。在对防火卷帘门的各部件进行尺寸设计和优化之前必须对目前的卷帘门进行分解测量和统计，并且需要根据实际情况进行一定程度的修改。1.4.1卷轴的具体尺寸设计卷轴作为卷帘门的设计主体，其他部件必须以卷轴作为依托进行设计。卷帘门的卷轴的长度是水平方向上的尺寸标杆，而卷轴的长度主要由门洞的大小决定，在生产中可以生产一些较长的卷轴，在安装时进行切割，在设计上需要超出一般情况下的长度进行计算和选材。通常情况下一般的店面宽度为2.5米到3米，而工厂仓库门的长度一般在7到8m，这里将以中小型的使用场合所用的3米为计算标准进行设计计算。根据市场调查，目前比较常用小型的卷轴的半径一般在80mm左右，这里采用一般情况下的160mm作为外直径，其配套的内直径为40mm，外壁厚为5mm，内壁厚和肋板厚15mm，六组连接肋板的长度为宽度为120mm。而工厂使用的卷帘门则因为其特殊的性能要求，卷轴需要进行加大和加厚处理，应当按照市场上一般卷轴的1.5倍设计和计算。（下图3-5为一般场合使用的卷轴具体尺寸设计）图3-5卷轴的具体尺寸设计1.4.2卷轴的定位槽设计卷轴上的定位槽是用于挂载和安装零件，为了防止卷轴在工作时与帘板产生相对滑动而导致磨损和噪声，卷轴定位槽必须进行轴向和周向定位，来保证准确的工作位置。在卷轴的轴向定位上，由于截面突变可能导致由于应力集中导致的形变，对卷轴本身的强度有了更高的要求。及时发现存在的加工过量和裂纹和解决截面突变，使截面统一化。本次设计使用方案可以使截面统一消除截面突变导致的应力集中。至于周向定位的目的则是限制卷轴上帘板发生相对转动，由于轴上定位槽整齐且数目唯一，需要设计的是槽的深度和宽度。为保证卷轴有足够的强度，槽的深度和宽度不能太深，拟定为7×18mm。（如图3-6所示）图3-6一般场合使用的卷轴侧视示意图图3-7卷轴的三维效果图1.4.3帘板的具体尺寸设计帘板作为卷帘门防护和遮蔽功能的具体体现，承担了保护卷帘门一侧不受另一侧的人或物的意外损害，在设计上还同时还必须考虑到帘板的失效形式。帘板的设计主要包括帘板的长度宽度和厚度三个方面。1.帘板的长度帘板的长度取决于卷轴的长度，而卷轴的长度由具体施工的门洞测量数据为主要参考，这一以卷轴的长度3米来进行设计和计算。帘板虽然属于长度精度要求不高的零件，具体生产时要求粗坯要长于设计尺寸以方便后续加工，帘板的零部件需要分布生产，不仅降低了生产成本，提高了生产效率，降低了后期维护价格和运输成本。其次，较长的帘板在承受横向压力时相对分段式帘板具有更好的抗冲击性能，更不容易被破坏。2.帘板的宽度帘板的宽度根据安装卷帘门的高度的不同需要安装的数量也不同，市面上的普通卷帘门单块帘板的宽度在6到8cm之间，考虑到复合型卷帘门的帘板厚度远大于普通单层铁皮卷帘门帘板，太宽的帘板在卷起的时候会不方便，故将卷帘门帘板的宽度设定为5cm。1.帘板的厚度帘板的厚度主要根据卷帘门的使用情况设计，宽度较宽的导轨可以容纳更厚的帘板，较厚的帘板可以填充更多防火材料，但随之而来的运动噪声也会比较大，适当宽度配合的导轨可以有效降低滑动过程中产生的噪声和滑动碰撞。帘板为保证足够的强度内部需要加装两层1mm厚的钢板，填充石棉等防火材料。合计厚度要控制在2cm左右，设计时按照2cm设计。具体尺寸如下页图3-8所示图3-8卷帘板的具体尺寸设计1.4.4帘板定位块的具体尺寸设计帘板定位块起到帘板组装的载体，由于复合型帘板由多部分组合而成，需要在定位块上打孔安装帘板，最后用1mm厚的铁皮包裹而成。因此定位块的宽度应当比帘板设计厚度少2mm，即48mm。定位块没有特殊要求仅需要结实耐用耐腐蚀。故材料选择为25号钢，不做热处理，具体设计和尺寸如图3-9所示：图3-9定位块具体尺寸设计1.4.5卷帘门底座具体尺寸设计卷帘门的底座作为和地面接触的部分，无法避免会沾染灰尘和液体，所以对抗腐蚀性有一定的要求，其次在卷帘门落地时需要降低噪音。结合这些要求做出了底部为空心钢管外部覆盖耐火橡胶以满足缓冲和降噪的设计。底座连接件为对称结构，采用可锻铸铁挖槽成型。底座使用可锻铸铁采用分段式加工，连接部分焊接而成，底部椭圆形部分使用钢管压制成型。成型后包裹一层耐火橡胶做缓冲和抗腐蚀的效果。具体尺寸如图3-10所示：图3-10卷帘门底座及连接块的具体尺寸设计图3-11底座与帘板装配效果图同时，为减轻重量应当在连接块上每隔25cm打一个通孔以减轻最后一个帘板整体的重量，示意图如图3-12所示：图3-12连接打打孔效果图1.4.6卷帘门导轨的具体尺寸设计导轨是卷帘门在下落和上升时水平方向上的限制单元，也被也称为滑轨，直线导轨和线性滑轨，导轨由于其安装特点必须耐用，且需要弯折成型，故选用可锻铸铁，后期做喷漆防锈。在设计上导轨需要一定厚度，除自身厚度和容纳定位块外伸部分外，还要给卡扣留下一部分空间。具体设计数据如图3-13所示：图3-13导轨的具体尺寸设计图3-14导轨三维效果图导轨上每隔8cm都需要开洞以降低耗材和减轻重量，同时两种孔也用于和卡扣配合来正确地安装到墙壁上。1.4.7卡扣尺寸设计卡扣是导轨安装的必备零件，一个设计合理的卡扣应当具有强度高、不易生锈、配合度高、适配性良好等特点，表面应光滑，不得有毛刺、裂纹、尖角、夹层等缺陷，根据导轨的尺寸设计出了相配合的卡扣，具体尺寸如图3-15所示：图3-16卡扣的具体尺寸设计图3-17卡扣的三维效果图1.5防火卷帘门的材料设计1.5.1卷帘门轴的失效形式和材料的选用卷轴是卷帘门的主体，其材料选择尤其重要，在设计时应考虑其失效形式以保证设计的轴不出现设计失误。轴的失效形式如下表（表3-1）所示：REF_Ref74047183\r\h[18]表3-1轴的失效形式和原因轴的失效形式导致轴失效的原因容易失效的种类弯曲负载导致的弯曲、因计算失误导致的弯曲、因意外事故导致的弯曲。悬臂轴失稳因冲击、振动和轴自身设原因承受轴向压力负载的轴重心偏置加工导致的壁厚偏置。使得轴在运行时，特别是高速运行时，将会发生严重的。空心轴挠度过大负载过大，超过轴的许用限度。简支梁性的轴折断设计不足、材料问题、热处理问题、加工应力、冲击负载过大等。所有轴卷帘门的卷轴作为承载卷帘的主体，本次设计的是不承载轴向压力具有简支梁性的空心轴，因轴长度较长，也需要考虑其弯曲失效的可能性。综合以上，卷轴材料应当选择具有较高强度的材料。轴常用的碳素结构钢的屈服强度τr和A值如下表（3-2）所示：REF_Ref74047212\r\h[19]表3-2常用碳素结构钢的屈服强度轴常用的材料Q235、20号钢Q275、35号钢45号钢40Cr、35SiMn、8SiMnMo、3Cr13[τr]/MPa12～2520～3525～4535～55A149～126135～112126～103112～97以20号钢为例，20号的意思是钢号，表示平均含碳量为0.20%的钢材。各种类型的钢材在几乎所有的生产中都用到，其用量是非常大的。优质的碳素结构钢不仅可以用于铁道、桥梁和各类建筑中，还能用于制造承受静载荷的各种金属构件以及一些一般的焊接件。碳素结构钢具有较高的强度、较好的塑性和切削加工性能，具有一定的焊接性能，小型的零件可以使用淬火强化，用来制造对强度要求较高的，如齿轮、轴、链轮、键、螺栓、螺母等零件。如上表（表－）所示在屈服强度方面其中Q235当15-20号钢，Q275号钢相当35-40号钢。根据调查可得现在对强度有一定要求的卷轴一般会使用45号钢或40Cr等优质合金钢，同时在满足设计基准和使用条件的情况下，应当选择更为经济的材料，各类合金钢的价格如下表（表3-3）所示。表3-3常用合金钢的价格合金钢名称40Cr42CrMo50Mn2v35SiMn38SiMnMo3Cr1345钢价格（元/吨）3000+3800+4400+3000～50005000+3800+2000+通过调查分析45钢虽然力学性能不如相对40Cr，40Cr、35SiM38SiMnMo、3Cr13等合金钢。但价格更加经济实惠，大批量使用可以节省资金。由于40C的价格比45钢贵一半左右，所以出于经济性的考虑能用45钢的就不用40Cr。45号钢和同类型钢材最经济实惠，综合上述原因将卷轴的主材料选择为45号钢。1.5.2帘板的失效形式和材料的选用帘板的失效形式主要有以下三类情况人为使用工具故意损坏人为损坏是指人的故意或者过失行为对物体的损坏，卷帘门作为防护用的器材，对抗人为损坏不可避免。在设计上增加了两条加固板以加整体强度，强度高可使盗窃人员在手持工具或小型电动工具的情况下需要花费更多的时间，也不容易使卷帘门发生大规模变形。车辆意外撞击和掉落物碰撞在日常生活，驾驶车辆难免有因疲劳驾驶倒是误踩油门的情况，撞击关闭的卷帘门要保证能起到极大降低车辆速度的目的。同时厂房内部的货物掉落砸到卷帘门上也十分常见，在叉车运送货物时，工人一次装载过高或摆放不正确，也可能因急停导致高处货物掉落，为防止因为货物撞击几次就出现影响使用的变形或破损，对卷帘门帘板有较高的强度要求。雨水/酸雨和湿润空气产生的自然锈蚀为防止雨水/酸雨和水蒸气对防火卷帘门表面产生破坏，裹皮外部必须经过喷漆处理，这也是帘板设计方案选择中排除了方案二的原因之一。卷帘门帘板由于结构较为复杂，内部无法清理，必须要有良好的抗腐蚀性能。REF_Ref74047352\r\h[20]由于重量的原因，帘板的主材料需要使用选择铝合金，铝合金相对优质钢有以下有点如表3-4所示：表3-4铝材相对钢材的基本特性和主要特点基本特性主要特点质量轻纯铝的密度为2.7×10³kg/m³，仅为铁的一半。是轻量化的良好材料。强度好铝的力学性能不如钢铁，但它的比强度高，铝合金的强度比普通钢好，也可以和特殊钢媲美加工容易铝的延展性优良，易于加工出各种复杂型材美观、适于各种表面处理铝及其合金的表面有氧化膜，呈银白色，相当美观。如果经过氧化处理，其表面的氧化膜更牢固，而且还可以用着色和喷涂等方法，制造出各种颜色和光泽的表面耐低温铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性，因此它是理想的低温装置材料铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金，根据是否能进行热处理又分为热处理型合金和非热处理型合金，通过查找资料和市场调查，常见的铝合金门窗一般使用铝硅镁合金。REF_Ref74047464\r\h[23]1.5.3导轨、底座和底座连接件、卡扣的材料选择导轨需要坚固耐用，由于需要弯折成型需要一定的可塑性，故选用不锈钢材质。底座需要频繁和地面接触需要一定的减震能力，使用45钢，使用调质处理，完成后外部包裹一层耐火橡胶。底座连接件只需要足够的强度和韧性所以应用45钢，最终热处理选用淬火+高温回火。卡扣需要有良好的切削性能和热处理性能，所以取用45钢，使用表面淬火+高温回火。REF_Ref74047415\r\h[24]1.6卷轴热处理的选择1、常用热处理方法和目的：（1）正火正火的主要目的是改善钢材韧性。加工方式为将钢材加热到Ac3温度以上30℃〜50，保温一段时间后出炉常温静置冷却。正火时可在冷却中使钢材的结晶晶粒细化，可以增加材料的强度更以明显提高其韧性，降低材料和零件在使用过程中发生开裂的可能性。—些合金钢锻件和铸造件经过正火处理之后，材料的综合力学性能可以大大改善，而且也改善了切削性能，使加工更加容易。（2）退火退火的主要目的是降低材料的硬度改善切削性能。退火时需要将金属缓慢加热到一定温度，然后保持温度不变持续加热，完成后以适宜的速度冷却。降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷的目的。（3）淬火和回火淬火根据淬冷介质的不同分为水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。淬火的主要目的以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。淬火需要将钢材加热到临界温度Ac3或Ac1以上，保温加热一段时间后使晶粒全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变。快速降温使奥氏体向马氏体或贝氏体转变，然后配合以工艺需求的温度及时进行回火处理，通过和回火处理的配合，获得所需的力学性能。回火的目的一般是消除淬火产生的内应力，有些也会为了降低其硬度和强度来提高其延展性和韧性。回火时将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温一段时间后缓慢或快速冷却。查阅资料后决定将卷轴整体进行正火处理以改善其力学性能。除了上述四种热处理方式还考虑过对卷轴内部进行渗碳处理加强其硬度，但是考虑到经济和加工方面的因素，仅进行回火处理卷轴力学性能达标，渗碳处理多此一举，卷轴长度一般都在两米以上渗碳处理加工难度高。最后决定不使用渗碳处理，仅使用正火就可以得到符合要求的卷轴。1.7卷轴、帘板和底座的