逃生休閑椅的機構設計與優(yōu)化

王益土，盧孔寶，林世勇

(浙江水利水電專科學校，浙江 杭州 310018)

1 研制背景及意義

經(jīng)濟的快速發(fā)展使人類的生活水平得到了大幅度提升，日常生活中的家用電器等都進入普通家庭，但大功率電氣使用不當，很可能導致火災，使人被困于火海.同時娛樂場所人員密集一旦出現(xiàn)火災，安全通道口無法一時容納大量人員逃生，更有一些情況無法通過安全通道逃生，人員只能被困于火海等待救援，人員長時間在火海中無法救援時會對人員身體及生命造成很大威脅.

當火災或地震災害等突發(fā)性災難發(fā)生時快速逃生已經(jīng)成為了目前社會普遍關注的問題［1］.現(xiàn)有的座椅，多為固定木腳椅，因其所占用的面積和空間較大，結構笨重，致使其不能被用于逃生.如備有大量本休閑逃生座椅，一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況即可通過本座椅轉化成逃生梯，從窗戶等處自救逃生，確保人員生命安全.課題組以全國機械設計大賽為契機，以加強大學生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力、實踐能力的培養(yǎng)為目的［2－3］，采用數(shù)字化設計方法［4－5］設計了逃生休閑椅.

2 產品的總體結構

本產品的特征是在將梯子的功能與座椅的功能相結合，從而實現(xiàn)逃生與休閑的作用，其結構示意見圖1.以下將結合文字和附圖對本產品作進一步描述.首先，打開掛鉤，形成圖2狀態(tài).其次，解開鎖扣，將休閑座椅上端往上提起，形成圖3狀態(tài).第三，將核心構架桿2展開，形成圖4狀態(tài).第四，依靠座椅自身重力，展開形成逃生梯，見圖5.

2.1 關節(jié)的設計

逃生休閑椅的關節(jié)設計結構示意圖見圖6.該結構是通過彈簧對關節(jié)自鎖鉤的作用鎖死關節(jié)，使其能夠承受更大的雙向的橫向載荷.

2.2 掛鉤的設計

逃生休閑椅掛鉤設計原理示意見圖7.

此結構即可掛于墻上，也可掛于橫桿上，并且該結構具有自鎖功能(通過平行四邊形原理，當靠背支撐桿受到座椅自身重力的作用，將作用力傳遞到自鎖鉸鏈上，使其壓緊被鎖物并咬死.

2.3 軟梯的設計

軟梯的制作是設置兩根功能不同的繩，一根用于收緊橫桿，另一根的作用則是本設計用做梯子時，用于支撐，將收緊繩收緊，軟梯即可變做椅子的覆蓋物，增加椅子的舒適程度.并且大幅度增加了梯子的長度.原理示意圖見圖8.

圖8 軟梯原理示意圖

該軟梯設計完全按照國家有關條例設計，尺寸及材料均滿足.查GA137－2007消防梯細則［5］得:本設計的型號是TGL4，本設計的工作長度為4 m，滿足消防梯工作長度4±0.1 m的要求.本設計的梯寬為450 mm，滿足消防梯最小梯寬為250±2 mm的要求.本設計的整體質量為10 kg，滿足消防梯整體質量小于12±0.6 mm的要求.本設計梯蹬間距為280 mm，滿足消防梯間距取280 mm、300 mm、340 mm的要求.本設計也同樣設有防滑裝置，表面涂覆黑色磁漆.此設計在消防梯的各項試驗中，均沒出現(xiàn)任何損壞、可見變形和裂紋.滿足消防梯的性能要求.

2.4 扶手的設計

此設計在當作扶手時可用于調節(jié)椅背的角度，來滿足人們對座椅的各種需求.但當遇到突發(fā)情況時，只需將扶手后推并取出，就可用來充當安全錘，將窗戶破壞，形成新的逃生渠道.原理示意圖見圖9.

圖9 軟梯原理示意圖

3 關鍵部位的優(yōu)化

3.1 掛鉤的優(yōu)化

掛鉤的設計過程，項目組經(jīng)歷了兩次優(yōu)化過過程.圖10左圖設計雖然具有一定的固定能力，但不容易取下，并且約束不夠，不能使梯子穩(wěn)定的咬死在墻上.而且功能有局限，不適用于欄桿.針對以上問題，項目組設計了圖10中圖的結構，但是該設計雖然已經(jīng)具備了自鎖功能，并且適用于墻體與欄桿.但結構復雜，在作為座椅時，存在安全隱患，而且不夠美觀.

圖10 掛鉤的優(yōu)化

通過項目組的改進，設計了圖10右圖結構的掛鉤，該設計同樣具備自鎖功能，并且適用于墻體與欄桿.在作為座椅時，又可將其折疊，使座椅變得更加美觀.

3.2 椅架部分的優(yōu)化

椅架部分項目組經(jīng)歷過一次改進優(yōu)化.圖11左圖為最初的椅架設計方案，該設計無角度調節(jié)的功能，在使用過多次后，易造成滑塊中的銷釘孔變形，導致銷釘很難從滑塊中拔出.并且在使用完后不易重裝.

最終，項目組對椅架部分進行了優(yōu)化后，結構如圖11右圖.該設計設有扶手可以用來調節(jié)椅背角度，并且該扶手，還可用來當作安全錘，在必要的時候可以用來破壞玻璃，開辟新的逃生途徑.而且附有軟梯設計，可大大增加逃生長度.

3.3 關節(jié)的優(yōu)化

圖12(a)為最初的設計方案，但該方案加工難度大，不易成型，不夠美觀.并且力矩不夠大，不能承受的較大的橫向載荷.通過改進后，示意圖見12(b)，將關節(jié)和桿分開加工后再裝配，減小了加工難度，使結構更加緊湊，使其能夠承受更大的橫向載荷.

圖11 椅架部分優(yōu)化圖

圖12 關節(jié)優(yōu)化圖

4 產品的技術特點與應用

圖13和圖14為本產品的實物實物圖以及逃生梯效果圖，本產品已取得實用新型專利，專利號為ZL2010201689485，本產品的主要優(yōu)點:(1)在制造方面，本產品結構簡捷，成本不高，所以在市場具有一定的推廣價值.(2)本產品還附有軟梯設計，梯子長度可達18 m左右.這大大增加了逃生范圍.(3)本產品使用簡便，宜于操作，在危險情況下，能夠實現(xiàn)迅速逃生功能.主要創(chuàng)新點:(1)當身處險境時，本產品可以實現(xiàn)快速逃生功能.(2)本產品結合了椅子的休閑功能和梯子的逃生功能，是一種新型的創(chuàng)意家具.(3)休閑座椅設有一對具有自鎖功能的掛鉤，增加了逃生的安全性.(4)軟梯繩索具備快速收線和放線功能.確保了安全、及時和有效.

5 結語

逃生休閑椅充分考慮了實用性以及逃生過程的安全性與便捷性，具備較高的應用價值.通過機構的設計和優(yōu)化，為學生理論聯(lián)系實際，掌握一定的創(chuàng)新設計技能提供了平臺，并進一步提高了學生的創(chuàng)新思維和實際動手能力.

［1］周 韌，胡優(yōu)生.全自動不間斷高樓逃生裝置的研究與應用［J］.信息系統(tǒng)工程，2009(8):70 －75.

［2］陳立德.機械設計基礎［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［3］璞良貴.機械設計［M］.7版.北京:高等教育出版社，2004.

［4］余 俊.機械設計［M］.2版.北京:高等教育出版社，1986.

［5］蔡春源.機械零件設計手冊［M］.2版.北京:冶金工業(yè)出版社，1994.

［6］中華人民共和國公安部.GA137－2007消防梯公共安全標準［S］.北京:中國標準出版社，2007.