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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 自動(dòng)防震課桌椅
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 自動(dòng)防震課桌椅是在地震發(fā)生時(shí)，自動(dòng)將學(xué)生轉(zhuǎn)移到課桌底下，供學(xué)生躲避的裝置。課桌椅采用雙人模式，主要由課桌、椅、懸掛臂、拔銷裝置和地震感應(yīng)裝置等五個(gè)部分組成。 椅子在課桌下與課桌一起形成近封閉的躲避空間，同時(shí)椅腳也能起到支撐的作用，增強(qiáng)了課桌的抗震性能和保護(hù)作用；此外，當(dāng)椅子擺到課桌下后，也可留出充足的逃生通道，方便學(xué)生逃出教室。
- 詳細(xì)介紹：
- 性能指標(biāo) （1）課桌能夠承受混凝土建筑倒塌后的沖擊載荷約為150KN，抗沖壓安全系數(shù)大于3。 （2）地震感應(yīng)裝置能感應(yīng)5級以上的地震。 （3）課桌椅配有自動(dòng)和手動(dòng)觸發(fā)裝置。 （4）整個(gè)裝置對地震的反應(yīng)時(shí)間不超過10秒。 （5）課桌椅為雙人模式，適合身高不超過175cm、體重不超過70kg的中小學(xué)生。設(shè)計(jì)方案 圖4為自動(dòng)防震課桌椅結(jié)構(gòu)示意圖，主要由課桌、椅、懸掛臂、拔銷裝置和地震感應(yīng)裝置等五個(gè)部分組成。課桌采用桁架結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)課桌的抗壓性和抗沖擊性。課桌與椅子之間采用懸掛臂連接，并采用銷將懸掛臂的兩端分別與課桌和椅子連接起來。椅子采用兩活動(dòng)腳支撐，與懸掛臂一起保持椅子平衡，活動(dòng)腳通過固定銷與椅背的腳固定管固定。當(dāng)一定震級的地震發(fā)生時(shí)，地震感應(yīng)裝置觸發(fā)拔銷裝置自動(dòng)抽出椅子腳上的固定銷，活動(dòng)腳在重力的作用下向椅背的腳固定管內(nèi)收縮，座位上的學(xué)生同時(shí)自動(dòng)隨懸掛臂擺動(dòng)平移到課桌下躲避起來。 課桌設(shè)計(jì) 課桌的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，課桌由課桌面板、課桌架和后板組成。課桌架由矩形鐵管焊接而成，采用“桁架”結(jié)構(gòu)取代普通 桌架“橫撐”結(jié)構(gòu)，使課桌具有很強(qiáng)的抗壓和抗沖擊性。而且桌板加厚，使課桌更有抗沖擊力。課桌背后的擋板可以抵擋外來飛濺物體，起到了很好的擋護(hù)作用。課桌地板固定連接，課桌的總體尺寸為116×84×50，可容納兩個(gè)人的躲避空間。 椅子設(shè)計(jì) 椅子的主要結(jié)構(gòu)如圖2和圖4所示，椅子上的座板與椅架之間是普通的彈簧鉸鏈機(jī)構(gòu)，當(dāng)不坐人時(shí)，座板靠彈簧翻起，方便就座。 椅子由椅子靠背板、椅架、座板、滾輪、緩沖彈簧、腳固定管和活動(dòng)腳組成。活動(dòng)腳通過固定銷與腳固定管固定，此時(shí)兩個(gè)活動(dòng)腳支撐椅子，在活動(dòng)腳上有滾輪，活動(dòng)腳與懸掛臂一起保持椅子平衡。 當(dāng)固定銷拔出時(shí)，活動(dòng)腳在重力的作用下收縮到椅背的腳固定管中（如圖4所示的收縮方向），同時(shí)學(xué)生可隨椅子通過懸掛臂擺動(dòng)平移到課桌底下，從而躲避在桌下，防止地震。在椅背腳固定管內(nèi)裝有緩沖彈簧，起到防止下擺動(dòng)作過快，造成學(xué)生受傷的緩沖作用。 懸掛臂設(shè)計(jì) 懸掛臂結(jié)構(gòu)及連接如圖4和圖5所示。課桌與椅子通過懸掛臂連接，懸掛臂的一端通過銷與懸掛支架鉸接，支架與桌架固定；另一端同樣通過銷與椅子鉸接，通過懸掛臂兩端的銷鉸接形成擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)椅子的平移擺動(dòng)（如圖4所示的擺動(dòng)方向）。 拔銷裝置設(shè)計(jì) 拔銷裝置（如圖5）主要有手動(dòng)和自動(dòng)兩種，自動(dòng)拔銷裝置主要由固定銷、拔銷彈簧、絲桿螺母、銷定位塊和拔銷微電機(jī)組成，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地震感應(yīng)裝置觸發(fā)拔銷微電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)絲桿螺母，螺母推動(dòng)銷定位塊向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)銷定位塊向上運(yùn)動(dòng)一段距離后，固定銷一端失去固定，在拔銷彈簧的作用下從固定孔中抽出。 手動(dòng)拔銷裝置主要由兩根小拉桿、拔銷板和拔銷手柄組成，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，如果自動(dòng)裝置失靈，向上扳動(dòng)拔銷手柄將拔銷板向上抬，拔銷板抬拉小拉桿，小拉桿向上拉動(dòng)銷定位塊向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)拔銷。 地震感應(yīng)裝置設(shè)計(jì) 地震感應(yīng)裝置主要作用是當(dāng)達(dá)到破壞等級的地震發(fā)生時(shí)，提供信號，觸發(fā)拔銷裝置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拔銷。為防止人為影響，該裝置在每個(gè)教室內(nèi)只需安裝一只，且安裝在墻體或天花板上，不受其它震動(dòng)源的干擾。 自動(dòng)拔銷裝置內(nèi)有微電機(jī)，由地震感應(yīng)裝置觸發(fā)(圖3)，地震感應(yīng)裝置由感應(yīng)器和感應(yīng)電路組成，一間教室只需在不受正常震源影響的適當(dāng)位置安裝一只感應(yīng)器，就可以集中控制所有的拔銷裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拔銷，電源采用與樓道應(yīng)急燈類似的應(yīng)急電源，，且電源線通過鋼管連接到每一個(gè)課桌椅上，每四套課桌椅配一組電源。地震感應(yīng)器如圖3(a)所示，球和球支座組成球鉸，可以任意方向擺動(dòng)，兩球之間的連桿可以調(diào)節(jié)長度，根據(jù)可能造成傷害的地震烈度調(diào)整好兩球之間距離，當(dāng)設(shè)定強(qiáng)度以上的地震發(fā)生時(shí)，球擺動(dòng)與接觸環(huán)接觸，感應(yīng)器觸發(fā)，KA-1合上，電機(jī)得電啟動(dòng)拔銷裝置，實(shí)現(xiàn)拔銷動(dòng)作。 工作原理及性能分析 桌椅采用雙人模式，主要由課桌、椅、懸掛臂、拔銷裝置和地震感應(yīng)裝置五個(gè)部分組成。課桌采用桁架結(jié)構(gòu)，課桌與椅子之間采用懸掛臂連接，椅子采用兩活動(dòng)腳支撐，通過固定銷與椅背的鋼管固定。 當(dāng)一定強(qiáng)度以上的地震發(fā)生時(shí)，通過地震感應(yīng)裝置或手動(dòng)裝置觸發(fā)拔銷裝置，拔出固定銷，活動(dòng)腳在人的重力作用下向椅背的鋼管內(nèi)收縮，椅子和座位上的學(xué)生同時(shí)自動(dòng)隨懸掛臂擺動(dòng)到桌子底下，形成近封閉的躲避空間，從而避免地震的傷害。另外，椅子進(jìn)入課桌下也可留出充足的逃生通道，方便地震停止后學(xué)生離開教室。 技術(shù)構(gòu)思： （1）課桌采用桁架鋼結(jié)構(gòu)，有效地增強(qiáng)了課桌的抗壓性和抗沖擊性。 （2）課桌與椅子采用懸掛臂連接，懸掛臂兩端采用銷分別與課桌和椅子連接，實(shí)現(xiàn)椅子的平移擺動(dòng)。 （3）椅子采用兩活動(dòng)腳支撐，活動(dòng)腳通過固定銷與椅背的鋼管固定，與懸掛臂一起保持椅子平衡。 （4）拔銷裝置在地震發(fā)生時(shí)，抽出固定銷，活動(dòng)腳在下擺力的作用下收縮到椅背的鋼管中，為了防止下擺動(dòng)過快，在鋼管中安裝起緩沖作用的彈簧。 技術(shù)特征： （1）課桌框架采用桁架鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單牢固，課桌的抗壓能力好，能承擔(dān)混凝土建筑倒塌后的壓力和沖擊。 （2）椅子通過懸掛臂與課桌連接，形成平移機(jī)構(gòu)，使椅子可以通過平移的方式自動(dòng)將學(xué)生擺動(dòng)到桌底，反應(yīng)時(shí)間短，進(jìn)入桌底后，椅子仍舊正放，學(xué)生不需要做專門的躲避動(dòng)作。 （3）地震感應(yīng)裝置根據(jù)地震強(qiáng)度設(shè)定，當(dāng)一定強(qiáng)度以上的地震發(fā)生時(shí)觸發(fā)地震報(bào)警和拔銷裝置，結(jié)構(gòu)簡單。 （4）地震感應(yīng)裝置可觸動(dòng)地震報(bào)警和拔銷裝置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)躲避動(dòng)作，學(xué)生不需要反映就能盡快地躲到桌子底下，整個(gè)裝置對地震的反應(yīng)時(shí)間最大不超過10秒。 （5）為保證課桌椅避震的可靠性，設(shè)計(jì)了手動(dòng)裝置，可靠性雙重保證。 本作品的有益效果主要表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)簡單牢固、反應(yīng)迅速、抗震防震、可靠性雙重保證。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 學(xué)生在校的大部分時(shí)間都在課堂上度過，面對破壞巨大的地震，校舍等教學(xué)設(shè)施是提供學(xué)生安全庇護(hù)的第一場所。我國震區(qū)分布較廣，許多校舍達(dá)不到抗震要求，目前除了采取抗震加固和重建等措施之外，還有一個(gè)重要的措施也不容忽視，那就是從充分利用課桌椅的角度考慮防震問題。 學(xué)生在教室內(nèi)的防震知識(shí)的第一條就是迅速蹲到各自的課桌下，所以運(yùn)用課桌椅防震是重要的避震措施。通過廣泛的調(diào)查和相關(guān)資料分析，目前我國課桌椅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求并沒有考慮防震問題，國內(nèi)外也沒有能夠防震的課桌椅投入市場，相關(guān)的研究還比較少。一旦有大地震發(fā)生，普通課桌椅很難有很好的防震效果。針對上述客觀情況，我們設(shè)計(jì)了自動(dòng)防震課桌椅，在地震發(fā)生的第一時(shí)間，自動(dòng)將學(xué)生轉(zhuǎn)移到課桌下躲避，避免校舍倒塌和墜落物對學(xué)生造成的傷害，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的自動(dòng)保護(hù)。 技術(shù)方案 自動(dòng)防震課桌椅采用雙人模式，主要由課桌、椅、懸掛臂、拔銷裝置和地震感應(yīng)裝置五個(gè)部分組成，如圖4所示。課桌采用桁架結(jié)構(gòu)且與地板固定，課桌與椅子之間采用懸掛臂連接，椅子采用兩活動(dòng)腳支撐，通過固定銷與椅背的鋼管固定。 其主要功能如下： （1）課桌采用桁架鋼結(jié)構(gòu)并與地板固定，有效地增強(qiáng)課桌的抗壓和抗沖擊性。 （2）課桌與椅子采用懸掛臂連接，實(shí)現(xiàn)椅子的平移擺動(dòng)。 （3）椅子采用兩活動(dòng)腳支撐，與懸掛臂一起保持椅子平衡。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 自動(dòng)防震課桌椅主要具有以下技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：①課桌框架采用桁架鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單牢固，課桌的抗壓能力好；②椅子通過懸掛臂與課桌連接，形成平移機(jī)構(gòu)，使椅子可以通過平移的方式自動(dòng)將學(xué)生擺動(dòng)到桌底，學(xué)生不需要專門做躲避動(dòng)作；③地震感應(yīng)裝置可觸發(fā)地震報(bào)警和拔銷裝置，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)躲避動(dòng)作，學(xué)生不需要反應(yīng)就能盡快地躲到桌子底下，整個(gè)課桌椅對地震的反應(yīng)時(shí)間最大不超過10秒；④為保證課桌椅避震的可靠性，增設(shè)了手動(dòng)拔銷裝置，可靠性雙重保證。 自動(dòng)防震課桌椅結(jié)構(gòu)新穎、簡單可靠、制作成本較低，在全球易震地區(qū)推廣，經(jīng)濟(jì)可行，社會(huì)效益不可低估。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作品于2010年12月參加浙江工業(yè)大學(xué)團(tuán)委主辦的浙江工業(yè)大學(xué)第二十二屆“運(yùn)河杯”學(xué)生課外科技作品競賽本科組獲二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)物模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物模型 現(xiàn)場演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 自動(dòng)防震課桌椅的課桌框架采用桁架鋼結(jié)構(gòu)，與地板固定安裝，抗壓和抗沖擊能力好，能夠防止建筑物倒塌所帶來的傷害，且一個(gè)教室有十多張課桌，還能支撐起安全逃生的通道。課桌通過懸掛臂與椅子連接，形成平移機(jī)構(gòu)，使椅子可以通過平移的方式自動(dòng)將學(xué)生轉(zhuǎn)移到課桌底下，學(xué)生不需要專門的躲避動(dòng)作。地震感應(yīng)裝置根據(jù)設(shè)定的地震安全等級工作，一旦超過設(shè)定的強(qiáng)度等級，則觸動(dòng)地震報(bào)警和自動(dòng)課桌椅動(dòng)作，將學(xué)生自動(dòng)轉(zhuǎn)移到課桌底下躲避。整個(gè)裝置對地震的反應(yīng)時(shí)間最大不超過10秒，學(xué)生不需要做出過多的反應(yīng)，同時(shí)也避免了學(xué)生由于地震引起的恐慌奔逃而造成的意外傷害。為保證課桌椅避震的可靠性，增設(shè)了手動(dòng)裝置，可靠性雙重保證。另外，由于椅子轉(zhuǎn)移到課桌底下，椅背與課桌一起組成一個(gè)相對封閉的空間，能更好的保護(hù)學(xué)生免受地震傷害，且椅子在課桌底下，課桌之間留下了足夠的逃生通道，更有利于學(xué)生震后及時(shí)撤離危險(xiǎn)的教學(xué)樓。
同類課題研究水平概述
- 我國位于世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受太平洋板塊、印度洋板塊和菲律賓海板塊的擠壓，因此是全球大陸地震活動(dòng)水平最高的地區(qū)之一。從1950至今，我國發(fā)生的大地震近20次，最近的汶川地震更震驚了世人，玉樹和盈江地震又讓我們面對同樣的悲痛。而充滿生機(jī)和活力的校園人員集中，容易成為地震的重災(zāi)區(qū)。面對破壞巨大的地震，房屋的重建和進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)等措施能一定程度上防止建筑物的倒塌傷害，而目前將震區(qū)的所有校舍都拆除重建或補(bǔ)強(qiáng)也不符合中國現(xiàn)實(shí)國情。通過防震知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們知道在教室內(nèi)避震的第一條就是迅速抱頭、閉眼、蹲到各自的課桌下，所以運(yùn)用課桌椅防震是不容忽視的重要的避震措施，比通過重建和改建建筑物防震更經(jīng)濟(jì)可行。 GB/I3976-2002是我國制定的學(xué)生課桌椅標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要針對學(xué)生的身高和體型制定，沒有考慮到我國地震活動(dòng)水平高、地區(qū)分布廣等問題，所以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的課桌椅材料和結(jié)構(gòu)都不具有抗震性能要求。由于近年地震災(zāi)害步頻發(fā)，教學(xué)設(shè)施防震受到了較廣泛的關(guān)注，防震課桌椅近年也有一些專利，但這些專利都只考慮了課桌的強(qiáng)度和桌下的空間，能保證學(xué)生躲避到課桌下的安全性。但這些防震措施都忽略了二個(gè)重要的問題：① 學(xué)生需要第一時(shí)間對是否地震及地震的烈度做出判斷，才能做出相應(yīng)的反應(yīng)，即使學(xué)生是經(jīng)過十分良好的訓(xùn)練，也需要一個(gè)反應(yīng)時(shí)間，此時(shí)地震的墜落物有可能已經(jīng)造成傷害；② 教學(xué)樓是人員集中的場所，一旦引起恐慌，向外疏散時(shí)十分容易造成意外傷害。由于上述兩個(gè)問題，單純增加課桌的強(qiáng)度和桌下的空間并不能很好的保證學(xué)生的安全，存在很大的不足。另外，有一些防震桌椅和防震床專利，主要是針對家用產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價(jià)格昂貴，特別是最近提得較多的防震床，實(shí)用性較差，難以在地震易發(fā)生地區(qū)和學(xué)校推廣。綜上所述，新型的防震課桌椅的研究和推廣具有現(xiàn)實(shí)意義。防震課桌椅的設(shè)計(jì)，應(yīng)該朝著結(jié)構(gòu)簡單可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、減少學(xué)生反應(yīng)時(shí)間和可以廣泛普及的方向進(jìn)行。基于上述設(shè)想和要求，自動(dòng)防震課桌椅應(yīng)運(yùn)而生。
