基本信息
- 項目名稱：
- 液壓控制快速逃生器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 隨著地震的頻繁發(fā)生，人們的生命安全受到很大威脅。尤其是在地震發(fā)生時高層建筑中的人們很難快速安全地逃離，從而釀成慘劇。 此液壓控制逃生器是由液壓齒輪泵、液壓管道、調(diào)壓閥以及機架組成的系統(tǒng)。當人從高空下落，將帶動液壓泵齒輪的快速轉(zhuǎn)動，使得液壓泵產(chǎn)生很高的油壓，通過調(diào)壓閥迅速阻礙齒輪的超速旋轉(zhuǎn)，并達到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。通過這種迅速而又靈敏的調(diào)節(jié)和控制，使得人能以某一較低的速度下降，保障人身財產(chǎn)的安全。
- 詳細介紹：
- 該作品的設計目的是用于高層建筑內(nèi)人群在發(fā)生重大災害時的快速逃生。整個裝置分為液壓轉(zhuǎn)換單元、液壓控制單元、速度轉(zhuǎn)換單元、以及油路和密封接頭部分。速度——液壓轉(zhuǎn)換， 速度轉(zhuǎn)換單元將重物下降的直線速度轉(zhuǎn)化為齒輪泵的旋轉(zhuǎn)速度。當主動輪旋轉(zhuǎn)時，輪齒開始退出嚙合之初為吸油腔，輪齒開始進入之處為出油腔。吸油腔與壓油腔是被齒輪的嚙合接觸線以及泵體和端蓋所隔開。由于進油過程中，在出油口處形成布局真空，回路中的液壓油在壓力作用下便進入吸油腔，形成齒輪泵的吸油過程。嚙合處的輪齒所掃過的面積小于即將進入嚙合的輪齒，液壓油便被排除壓油腔，形成齒輪泵的壓油過程。壓力——速度控制 在由齒輪泵、進油管、出油管及調(diào)壓閥組成的液力回路中，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥的開度，改變齒輪泵的進油管、出油管之間的液體壓力，從而改變齒輪泵的負載和轉(zhuǎn)矩，進而控制轉(zhuǎn)速的上升和下降。同時，使得從液壓泵噴出的油流入輸油泵高壓油腔內(nèi)，當噴油泵高壓油腔內(nèi)的油壓達到一定值時，高壓油克服彈簧的壓縮，頂開高壓油腔閥門進入低壓油腔，高壓油壓力下降，高壓油腔的通道在彈簧壓縮下重新關(guān)閉，直到油壓再次克服彈簧的彈力頂開高壓油腔通道為止，如此將高壓油的壓力限定在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。同時，選擇不同彈力的彈簧，可以有效調(diào)節(jié)油壓，我們通過反復比較采用了壓力較為適中的彈簧。通過以上方法，從而達到有效控制液壓的目的。改裝自汽車發(fā)動機輸油泵的液壓控制模塊，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，控制靈敏，成本相對也較低。 本裝置通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥的開度，在適當?shù)闹亓斎敕秶鷥?nèi)，通過控制系統(tǒng)控制齒輪泵主軸轉(zhuǎn)速，將人體的下降速度控制在安全的范圍內(nèi)（3-5 m/s）。另外，該裝置完全基于系統(tǒng)的自動化穩(wěn)定調(diào)節(jié)，避免人身在高度緊張時的手動操作，從而最大限度地保障了用戶的人身安全。同時，在超出系統(tǒng)輸入載荷時，系統(tǒng)通過自保護裝置，停止工作從而實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。在控制系統(tǒng)內(nèi)部，齒輪泵在吸油口和排油口之間形成液壓差，利用流體力學相關(guān)知識，得出液壓差與人體重量、限壓閥開度、主軸轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，進行承載能力的標定，從而實現(xiàn)自動控制。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 近幾年國內(nèi)國際地震頻發(fā)，無數(shù)同胞在地震中喪生，不少群眾是因為無法及時從高層建筑中安全撤離而遭受不幸。隨著城市化進程的不斷加劇，城市高層建筑也在成指數(shù)級增長，在災難來臨時，擁擠的樓道、依賴電力系統(tǒng)的電梯顯然無法滿足居民的逃生需要，高層建筑緊急逃生問題日益成為公眾極為關(guān)注的焦點。 此液壓控制逃生器是由液壓齒輪泵、液壓管道、調(diào)壓閥以及機架組成的系統(tǒng)。當人從高空下落，將帶動液壓泵齒輪的快速轉(zhuǎn)動，使得液壓泵產(chǎn)生很高的油壓，迅速阻礙齒輪的超速旋轉(zhuǎn)，并達到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。使人能以較低的速度下降，保障人身財產(chǎn)的安全。 本裝置利用液壓閥調(diào)節(jié)流體回路的局部損失，從而改變齒輪泵的負載轉(zhuǎn)矩，達到控制人體勻速安全（3-5 m/s）下降著陸的目的。創(chuàng)新之處在于通過液壓來控制速度，不消耗外界能源，自動控制，穩(wěn)定性好。技術(shù)關(guān)鍵在于齒輪泵的設計、調(diào)壓閥的開度調(diào)節(jié)和標定、過載自保護、液壓油及油管的選擇和設計等。
科學性、先進性
- 目前，大多數(shù)逃生設備主要依靠手動剎車片產(chǎn)生的摩擦力，控制下降速度。而本裝置通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥的開度，在適當?shù)闹亓斎敕秶鷥?nèi)，通過控制系統(tǒng)控制齒輪泵主軸轉(zhuǎn)速，將人體的下降速度控制在安全的范圍內(nèi)（3-5 m/s）。 另外，該裝置完全基于系統(tǒng)的自動化穩(wěn)定調(diào)節(jié)，避免人身在高度緊張時的手動操作，從而最大限度地保障了用戶的人身安全。同時，在超出系統(tǒng)輸入載荷時，系統(tǒng)通過自保護裝置，停止工作從而實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在2011年中北大學“劉鼎杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽中榮獲特等獎
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 未轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本裝置不依靠電能等外界能源，它將人體下降時的速度轉(zhuǎn)化為液壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力，該壓力反過來作用于液壓齒輪泵，限制其速度，從而達到安全逃生的目的。在地震發(fā)生時，用戶只需拉住提前安裝好的本裝置纏繞在輪轂上的鋼絲繩，從窗戶外緣跳下便可實現(xiàn)勻速安全著陸。隨著城市化進程的不斷加劇，城市高層建筑也在成指數(shù)級增長，在災難來臨時，擁擠的樓道、電梯顯然無法滿足居民的逃生需要，本裝置正是基于廣大用戶的迫切需要，可以有效解決上述矛盾。另外，本產(chǎn)品設計階段成本為1000元，預計批量生產(chǎn)成本為400元以下。低廉的價格、可靠的質(zhì)量以及市場的廣泛需求，必將贏得一個明朗的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 目前，市場上有如下三種常用地震逃生器： (1)包角加手控式口。此類專利設法增加鋼絲繩與輪之間的包角，使得鋼絲繩與鋼絲輪之間的摩擦力增加。另外，再利用手控裝置，進一步調(diào)節(jié)下降速度的快慢。此類方案雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是受摩擦系數(shù)影響較大。若包角太大，有可能卡??；若包角太小，則控制有困難且不易操作。利用輪系來增速，增大離心塊的離心力來增加摩擦力矩心，從而降低下落的速度。由于其摩擦力的大小由離心塊的心力的大小和摩擦狀況決定。所以很難保持勻速下降，且受摩擦熱及摩擦磨損的影響很難保證恒定的摩擦系數(shù)。 (2)間歇沖擊式。間歇沖擊式是通過間歇撞擊能來消耗能量，如利用鐘表中的擒縱叉和擒縱輪原理來消耗能量。它要求主動件與從動件之間壓力角和摩擦力盡量大，但不能自鎖。 (3)液體流動阻尼式：液體流動阻尼式是利用液體流動阻尼把人體勢能轉(zhuǎn)化成液體熱能，以達到降低速度的目的。其主要特點是由于液體阻尼的大小取決于外負載，所以不論人體質(zhì)量的大小均能以比較固定的速度下降。另外，目前社會上采用的部分高樓逃生器，還存在一些逃生器使用交流電源，然而發(fā)生火災時有可能停電，從而造成設備無法使用。和機械傳動相比，液壓傳動工作比較平穩(wěn)、反應快、沖擊小、能高速制動、控制簡單、方便省力。
