基于火災(zāi)救生椅的設(shè)計與應(yīng)用

何理瑞，盧孔寶

(浙江水利水電學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，浙江杭州 310018)

0 引言

目前，高層建筑消防硬件設(shè)施的局限性，火災(zāi)及應(yīng)急救援存在一定的難度，所以居住或者在高層建筑辦公的人員，在應(yīng)急情況下如何在第一時間進(jìn)行自救，是當(dāng)前研究的一個重要課題.高層建筑萬一發(fā)生火災(zāi)，人員的疏散存在極大的困難.同時高樓火災(zāi)中老人與小孩的逃生也是一大難點(diǎn).消防部門曾做過一個試驗:在有煙的情況下，讓一名身強(qiáng)力壯的消防隊員從第33層跑到第1層，用了35 min.而一旦失火，大火最快30 s就可以從第1層到達(dá)第33層［1］.如果是一名身體素質(zhì)一般的人員或老人、小孩，所需時間肯定會更長，也就是說，一旦高層失火擋住逃生通道，除了等待救援，自行逃生的可能性幾乎為零.高層建筑火災(zāi)，死亡人數(shù)也是觸目驚心的.本文所涉及的救生椅就是為了解決在緊急情況下能夠自行逃生而所做的創(chuàng)新設(shè)計.

1 救生椅結(jié)構(gòu)設(shè)計［2］

1.1 總體結(jié)構(gòu)

該救生椅結(jié)構(gòu)(見圖1).

圖1 救生椅結(jié)構(gòu)圖

圖中所示部件，①—椅背伸長結(jié)構(gòu);②—展臂;③—椅子;④—椅墊;⑤—椅面板;⑥—伸縮式吊籃;⑦—掛鉤;⑧—吊籃底板;⑨—壓盤;⑩—螺栓;○11—花型閥柄;○12—鎖扣;○13—護(hù)欄繩;○14—下降減速器;○15—下降繩組成.椅背伸長結(jié)構(gòu)、展臂、椅子、壓盤、緊固螺栓組成固定裝置.鎖扣、起降器、下降繩組成下降裝置.

1.2 起降器結(jié)構(gòu)

具有保護(hù)裝置的起降器主要包括:①—把手;②—調(diào)節(jié)扣;③—擋板;④—二號滑輪;⑤—復(fù)位彈簧;⑥—連接桿;⑦—號滑輪;⑧—穩(wěn)壓板等部件組成(見圖2).其功能特點(diǎn)有:

圖2 起降器結(jié)構(gòu)圖

(1)下降器功能:將繩索八字形穿過一號滑輪、二號滑輪，當(dāng)操作者按動把手①、在外力作用下復(fù)位彈簧⑤開始動作拉動穩(wěn)壓板⑧，此時穩(wěn)壓板下端與繩索之間的位置會發(fā)生變化，依靠相應(yīng)摩擦力起到控制繩索穿過一號滑輪④、二號滑輪⑦的速度.在按動把手①的時候除復(fù)位彈簧⑤有動作之外，把手①會帶動把手①與穩(wěn)壓板⑧之間連接桿⑥發(fā)生動作，來使該裝置具有穩(wěn)定可靠的效果，確保繩索在穩(wěn)壓板下端與二號滑輪之間有位置變化.當(dāng)操作者處于緊張狀態(tài)用力按住把手①時，此時穩(wěn)壓板⑧的下端與二號滑輪之間的距離小于繩索的直徑使整個下降動作鎖死.達(dá)到一定的安全效果.當(dāng)操作者用力操作失誤導(dǎo)致手與把手①完全脫開狀態(tài)時，復(fù)位彈簧⑤完全復(fù)位，同時使得把手①與穩(wěn)壓板⑧之間的連接桿⑥動作，最終將穩(wěn)壓板⑥的上端與二號滑輪之間位置關(guān)系小于繩索直徑同樣也可使得下降動作鎖死.起到安全保護(hù)的目的.

(2)起升器功能:起升器動作與下降器動作原理類似，將調(diào)試扣②扣在把手①的相應(yīng)位置上，只要有一個人員將繩索拉住上端，繩索將通過一號滑輪④、二號滑輪⑦隨摩擦力而上升，此時由于調(diào)速扣②與把手①之間相對固定使得穩(wěn)壓板⑧的下端與二號滑輪之間始終保持著固定距離，能起到只要繩索上端施加拉力就能得到上升的效果.

2 關(guān)鍵構(gòu)件取材數(shù)據(jù)計算［3-5］

逃生籃裝載一個成人的重量，受力示意圖(見圖3).假設(shè)在A點(diǎn)受荷載

為18 00 N，AD桿受拉，BC桿受壓.

圖3 受力圖

其中:方型管材許用應(yīng)力［σ］方=120 MPa鋼板許用應(yīng)力［σ］板=240 MPa

AD選取邊長為d的方型管材，BC選取寬度為4 cm、厚度為a的板材，由強(qiáng)度條件:

因此:方型管材取邊長為25 mm，板材厚度取4 mm是安全的.

3 特色及創(chuàng)新

2006年5月國家建設(shè)部發(fā)布了建住房［2006］165號文件《關(guān)于落實新建住房結(jié)構(gòu)比例要求的若干意見》，要求各地自2006年6月1日起，各城市年度新審批、新開工的商品住房總面積中，套型建筑面積90 m2以下住房(含經(jīng)濟(jì)適用住房)面積所占比重，必須達(dá)到70%以上［6］.該意見的實行促使小戶型住宅正逐漸成為城市住宅的主力.要在住房面積緊張的情況下，增加應(yīng)急救援裝備占用空間，在居民心里上不太能夠接受.因此，設(shè)計時考慮了空間的因素，以實用、便捷、不占空間為主要創(chuàng)新思路.椅子是日常生活當(dāng)中不可或缺的家具，救生椅的設(shè)計，運(yùn)用了椅子的功能，并不另外占用住宅空間和面積.

4 實驗驗證及使用方法

4.1 實驗驗證

為了驗證救生椅的可行性和安全性，檢驗實際應(yīng)用情況，制作的樣椅(見圖4、圖5).

圖4 折疊狀態(tài)

圖5 應(yīng)急展開狀態(tài)

4.2 使用方法

當(dāng)高樓發(fā)生火災(zāi)或突發(fā)事件時，被困者可以掀開椅板，將吊籃從椅子下取出，拉伸椅背，并將展臂固定于椅背上;再將椅子通過四個壓盤固定到陽臺或窗戶墻壁上，將繩索固定到展臂上，吊籃通過起降器固定到繩索上;被困者快速進(jìn)入吊籃，并通過控制起降器穩(wěn)定平緩安全的到達(dá)地面;逃生者將起降器上的扣子扣上使起降器處于活動狀態(tài)，樓上的被困者通過副繩再將吊籃和起降器再次送到所在樓層，使逃生吊籃循環(huán)使用.

5 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時代，城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)張，高層住宅從城市中拔地而起，而隨之帶來的火災(zāi)隱患及應(yīng)急救援難度增加.加強(qiáng)應(yīng)急救援工作，拓展應(yīng)急救援能力顯得尤為重要.救生椅的創(chuàng)新設(shè)計以及推廣使用具有十分重要的社會意義.

［1］葉 強(qiáng)，楊誼昌，張國欣，等.液體流動阻尼式高樓逃生器的創(chuàng)新設(shè)計［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2005，24(2):210-212.

［2］陳紅亮，鐘 建 國，盧 孔 寶，等.應(yīng) 急 救 生 椅:中 國，201120012103.1［P］.2011-09-28.

［3］單輝祖.材料力學(xué)教程［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1999.

［4］霍 焱.材料力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，1994.

［5］趙世臣.常用金屬材料手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1987.

［6］彭西苑.小戶型住宅客廳家具的適應(yīng)性設(shè)計思考［J］.現(xiàn)代裝飾:理論，2011(3):6.