CN101920074A - 一种高楼逃生机及逃生自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高楼逃生机及逃生自动控制方法，属于消防设备技术领域，用于高楼发生火灾时人员自救逃生。高楼逃生机包括离心机构(7)、制动机构(35)、绳索回收机构(36)、微机控制器(11)、机架(1)、蓄电池(26)、上滑轮(5)、下滑轮(6)、安全钩(3)和绳索(4)。高楼逃生机逃生自动控制方法运用微机对逃生过程速度实时监测，根据楼高和逃生人员重量，自动控制磁粉制动器(10)制动点高度和制动力大小，实现快速安全逃生。可广泛应用于办公楼，教室，居民楼等场所。

Description

一种高楼逃生机及逃生自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种高楼逃生机及逃生自动控制方法，属于消防设备技术领域，用于高楼发生火灾时人员自救逃生。

背景技术

高楼逃生机(器)是高楼发生火灾时用于人员逃生自救的装置，通过它人员可以快速逃离火灾现场，安全平稳达到地面，身体不受任何损伤。当高楼发生火灾时，大火在很短时间内扩散至整个房间，烧毁房屋、家具、装潢，至使被困的人受伤甚至死亡。火灾时电梯和楼道不能通行，如若消防人员不能及时赶到，大火威胁到人们的生命，如果设置了相应的逃生装置，人们就可以实现自救，大大减少人员的伤亡。因此，快速安全高楼火灾逃生方法及装置越来越受到人们关注。

目前，国内外已经有了一些成熟的逃生装置：(1)便携式逃生绳，在使用时，绳的一端段固定于支撑物体上，另一端挂在安全带上，人员握紧绳子慢慢下滑，这种逃生器，使用很方便，但是速度调节困难，逃生成功依赖于逃生绳使用技巧，若使用不当，反而会造成人的严重伤害，因此使用对象局限性很大，小孩、老年人、病人都不能使用；(2)防火梯，主要有永久固定于外墙的梯子和临时从窗台放下的绳梯(或折叠梯)两种形式，发生火灾时，人员沿梯子到达地面，产品使用范围广，但存在适用高度低、逃生过程会收到火情影响、逃生速度慢等缺点；(3)各种缓降器，其原理是通过各种手段，增加绳索与装置之间的摩擦力或人为制造升力，降低绳索下降的速度，人员通过绳索或者吊篮缓慢降落至地面，装置安全可靠，但装置体积大，价格成本高，推广应用困难；(4)离心式高楼逃生器，如专利《高楼安全逃生器》(专利号：ZL01255973.3)，该高楼逃生装置巧妙地将人体向下的重力，转化为转速，依次产生转速、离心力、正压力、滑动摩擦力、摩擦阻力矩，减小人下降的加速度，最终使人匀速下降，安全落地，该逃生器结构简单，成本低，但是无法调节人下降的速度，人的体重不同，落地的速度也不一样，下落重量越大，着地的速度越大。

上述四种逃生装置均具有一定适用场合，但是对于十米到百米高楼，存在逃生速度调节困难、快速安全性差、操作技术要求高、快速循环利用性差等不足，不能满足快速安全、结构简单、使用方便、成本低的逃生要求。

发明内容

本发明针对目前高楼逃生装置不足，提供了一种高楼逃生机及逃生自动控制方法。

本发明高楼逃生机采用的技术方案是：包括离心机构、制动机构、绳索回收机构、微机控制器、机架和蓄电池部分；机架上方设有逃生通道板，机架内分别安装离心机构、制动机构、绳索回收机构、微机控制器和蓄电池，机架安装在靠近阳台或者窗台的室外。

本发明高楼逃生机通过离心机构的离心力产生摩擦阻力矩限制人员下降的速度；通过制动机构，控制人着陆时的速度，使人缓慢平稳着陆；通过绳索回收机构，快速回收绳索，实现循环利用；通过微机控制器对下降高度和速度监测，根据楼高和逃生人员的重量自动控制制动器制动高度和制动力大小，控制绳索回收机构驱动电机启停，实现多人快速安全逃生。

本发明所述的离心机构包括离心传动主轴、离心块、摩擦皮带和壳体等部分组成。壳体固定安装在机架上，离心传动主轴一端与制动机构连接，另一端与绳索回收机构连接。

本发明所述的制动机构包括磁粉制动器、链传动机构和离心机构主轴组成。磁粉制动器输入轴固定制动器链轮，离心传动主轴一端固定离心链轮，通过链传动将制动机构与离心机构连接起来。磁粉制动器安装在机架上。

本发明所述的绳索回收机构包括套在离心传动主轴上轴套、绕在其上绳索、支撑轴套的轴承和飞轮、链传动机构、电磁离合器、轴承以及直流减速电机等组成。电磁离合器和直流减速电机安装在机架上，飞轮内圈与离心传动主轴固定连接，飞轮外圈与轴套固定连接。当人带动绳索下降时，正转的轴套通过飞轮外圈带动内圈转动，从而带动离心传动主轴转动；反之当直流减速电机通过电磁离合器、链传动机构带动飞轮外圈反转，同样带动轴套反转收回绳索，而飞轮内圈与飞轮外圈空连接，离心机构不影响绳索收回运动。

本发明所述的微机控制器包括单片微机、光电检测传感器及其检测电路、电磁离合器控制驱动电路、直流减速电机控制驱动电路和磁粉制动器控制驱动电路、键盘显示器及接口电路等部分组成。光电检测传感器安装在绳索回收机构的飞轮或者传动链轮侧面，检测转动角度。键盘上设有数字键，通过键盘显示器人机界面设定高楼逃生机的运行参数、逃生人员选择其对应重量级别及启动自动运行。

本发明所述的高楼逃生机采用的逃生自动控制方法是：

(1)微机控制器对通过光电检测传感器检测到的离心传动主轴的转动角度进行处理，计算人员下降的速度和离地面的高度；

(2)随着人下降速度加大，通过绳索、飞轮带动离心机构主轴转动的速度加大，使得离心块产生离心力加大，离心块与壳体之间摩擦阻力矩也加大，直到人重力产生的重力矩与摩擦阻力矩平衡，人匀速下降；

(3)人下降到离地面一定高度的时候，微机控制器根据逃生人员重量确定制动力，自动控制磁粉制动器制动，使人缓慢平稳着陆，着陆速度控制在0.3m/s左右；

(4)当人落地后，磁粉制动器停止工作，人离开绳索后继续拉动绳索0.5m左右，微机控制器通过光电检测传感器检测到此信息后，停顿5s左右控制直流减速电机和电磁离合器工作，通过链传动机构和飞轮带动离心传动主轴上轴套反向转动，回收绳索，直到光电检测传感器检测到回收绳索长度等于人逃生下降的高度停止回收。

本发明所述的高楼逃生机逃生过程自动控制的制动点高度和制动力参数确定方法是：针对安装高楼逃生机的楼层高度，对不同级别，如25kg以下、25～50kg、50～75kg、75～100kg、100kg以上，分别进行不同制动高度和制动力试验，确定着陆速度为0.2-0.4m/s、逃生下降时间最短的制动点高度为3～4m和制动力为10～15Nm参数。

本发明所述的高楼逃生机与其它逃生装置比较，最主要特色是：一方面通过离心机构限制人员下降的速度，另一方面通过制动机构，控制人着陆的速度，使人缓慢平稳着陆。此外通过绳索回收机构，快速回收绳索，实现循环利用。逃生自动控制方法特点是：运用微机控制技术，对逃生过程速度实时监测，根据楼高和逃生人员重量，自动控制磁粉制动器制动点高度和制动力大小，实现快速安全逃生。可广泛应用于办公楼，教室，居民楼等场所，具有非常广阔的应用前景和极大的应用推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的整体结构主图视图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明中轴套和主轴之间的装配示意图。

图4高楼逃生机的微机控制器11组成结构示意图。

图5高楼逃生机逃生自动控制方法流程图。

图中，1.机架；2.逃生门；3.安全钩；4.绳索；5.上滑轮；6.下滑轮；7.离心机构；8.加强筋；9.逃生通道板；10.磁粉制动器；11.微机控制器；12.外墙；13.离心机构链轮；14.制动传动链；15.安装板；16.制动器链轮；17.轴套；18.飞轮；19.光电检测传感器；20.绳索回收传动链；21.传动链轮；22.联接轴；23.电磁离合器；24.电机输出轴；25.直流减速电机；26.蓄电池；27.制动器输出轴；28.离心机构主轴；29.轴承；30.飞轮外圈；31.飞轮内圈；32.轴端挡板。

具体实施方式

如图1～2所示，高楼逃生机安装在靠近阳台或者窗台的外墙12上，包括离心机构7、制动机构35、绳索回收机构36、微机控制器11、机架1、蓄电池26、上滑轮5、下滑轮6、安全钩3和绳索4。

高楼逃生机各部分作用及位置关系描述如下：图1～2中，机架1分为上、下两层，上面一层覆盖逃生通道板9，逃生通道板9远离墙的一端有逃生门2，逃生门2上安装上滑轮5，两侧各有一块加强筋8连接逃生门2和机架1，下面一层覆盖安装板15，其上分别安装有离心机构7、制动机构35、绳索回收机构36、微机控制器11、蓄电池26和下滑轮6；绳索4一端固定在轴套17上，分别穿过下滑轮6和上滑轮5，另一端固定安全钩3，便于逃生人使用；离心机构7的离心传动主轴28通过飞轮外圈30与轴套17连接，随着逃生人员下降，绳索4通过轴套17、飞轮18带动离心传动主轴28转动，产生离心力，并与离心机构外壳产生摩擦阻力矩，限制人员下降的速度；离心机构7的离心传动主轴28一端与制动机构35连接，控制人着陆时的速度，另一端通过飞轮18与绳索回收机构36连接，快速回收绳索；微机控制器11由安装在绳索回收机构36的飞轮18或者传动链轮21侧面的光电检测传感器19检测下降高度和速度，根据楼高和逃生人员的重量自动控制磁粉制动器10制动点高度和制动力大小，控制绳索回收机构36驱动电机25启停；蓄电池26为微机控制器11、电磁离合器23、直流减速电机25和磁粉制动器10供电。

如图1～2所示，高楼逃生机的制动机构35由磁粉制动器10、制动器链轮16、离心机构链轮13、制动传动链14组成；磁粉制动器10安装在机架1上，制动器链轮16安装在磁粉制动器10上，离心机构链轮13安装在离心传动主轴28上。

如图3所示，高楼逃生机的绳索回收机构36由套在离心传动主轴28上轴套17、绕在其上绳索4、支撑轴套17的轴承29和飞轮18、绳索回收传动链20、传动链轮21、电磁离合器23、联接轴22以及直流减速电机25等组成。电磁离合器23和直流减速电机25安装在机架1上，飞轮内圈31与离心传动主轴28通过花键固定连接，飞轮外圈30与轴套17通过螺栓固定连接，轴端挡片32和离心传动主轴28一端固定，为飞轮18定位，轴套17的另一端和离心传动主轴28之间通过轴承29支承。

如图4所示，高楼逃生机的微机控制器11包括单片微机、光电检测传感器19及其检测电路、电磁离合器控制驱动电路、直流减速电机控制驱动电路和磁粉制动器控制驱动电路、键盘显示器及接口电路等部分组成。光电检测传感器19安装在绳索回收机构36的飞轮18或者传动链轮21侧面，检测离心传动主轴28的转动角度。键盘上设有数字键，通过键盘显示器人机界面设定高楼逃生机的运行参数、逃生人员选择其对应重量级别及启动自动运行。

如图5所示，高楼逃生机采用的逃生自动控制方法是：

(1)微机控制器11对通过光电检测传感器19检测到的离心传动主轴28的转动角度进行处理，计算人员下降的速度和离地面的高度；

(2)随着人下降速度加大，通过绳索4、飞轮18带动离心传动主轴28转动的速度加大，使得离心块产生离心力加大，离心块与壳体之间摩擦阻力矩也加大，直到人重力产生的重力矩与摩擦阻力矩平衡，人匀速下降；

(3)人下降到离地面一定高度的时候，微机控制器11按照人体重量确定制动力，自动控制磁粉制动器10制动，使人缓慢平稳着陆，着陆速度控制在0.2-0.4m/s；

(4)当人落地后，磁粉制动器10停止工作，人离开绳索4后继续拉动绳索0.4-0.6m左右，微机控制器11通过光电检测传感器19检测到此信息后，停顿5s左右控制直流减速电机25和电磁离合器23工作，通过链传动机构、飞轮带动离心传动主轴28上轴套17反向转动，回收绳索，直到光电检测传感器19检测到回收绳索长度等于人逃生下降的高度结束。

本发明所述的高楼逃生机逃生自动控制的制动点高度和制动力参数确定方法是：针对安装高楼逃生机的楼层高度，对不同级别分别进行不同制动高度和制动力试验，确定着陆速度在0.2-0.4m/s、逃生下降时间最短的制动点高度3～4m和制动力10～15Nm两参数。

高楼逃生机使用方法是：高楼逃生机安装于靠近阳台或者窗台的室外，当发生火灾时，根据自身重量级别按下逃生选择按钮，人爬上阳台或者窗台12，到达逃生器机架1，将安全挂钩3和穿在身上的安全带扣接，通过逃生通道和逃生门2，从机架1上跳下，绳索4受到人的重力的作用，带动轴套17转动，通过飞轮18将转矩传递到离心机构7的主轴，带动主轴28转动，则离心机构7产生摩擦阻力矩，降低人的加速度，当人的加速度减为0时，人匀速下降，当人接近地面时，微机控制器11接收到光电检测传感器19的信号，控制磁粉制动器10启动，人再次减速，人缓慢平稳着陆，微机控制器11控制磁粉制动器10停止工作，等待一段时间后，微机控制器11控制电机25启动，当绳索4回收好，微机控制器11控制电机25停止工作，第二个人可以循环利用逃生器装置。

Claims (8)

1.一种高楼逃生机，其特征是，包括离心机构(7)、制动机构(35)、绳索回收机构(36)、微机控制器(11)、机架(1)、蓄电池(26)、上滑轮(5)、下滑轮(6)、安全钩(3)和绳索(4)；

所述机架(1)为一个立方体的八边框架，机架(1)安装在靠近阳台或者窗台的外墙(12)上，在机架(1)的上面一层边框覆盖逃生通道板(9)，逃生通道板(9)远离外墙(12)的一端设有逃生门(2)，逃生门(2)由两个竖直立柱和横梁组成，逃生门(2)的横梁上安装上滑轮(5)，逃生门(2)和机架(1)通过一对加强筋(8)，加强筋(8)的一端连接逃生门(2)立柱的顶端，加强筋(8)的另一端连接机架(1)靠近外墙(12)的一端；

所述机架(1)下面一层边框上覆盖安装板(15)，所述安装板(15)上分别安装离心机构(7)、制动机构(35)、绳索回收机构(36)、微机控制器(11)、蓄电池(26)和下滑轮(6)；

所述制动机构(35)包括磁粉制动器(10)、制动器链轮(16)、离心机构链轮(13)、制动传动链(14)；磁粉制动器(10)安装在机架(1)上，磁粉制动器(10)的制动器输出轴(27)设有制动器链轮(16)；

所述绳索回收机构(36)包括由套在离心传动主轴(28)上轴套(17)、绕在轴套(17)上绳索(4)、支撑轴套(17)的轴承(29)和飞轮(18)、绳索回收传动链(20)、传动链轮(21)、电磁离合器(23)、联接轴(22)和直流减速电机(25)；所述电磁离合器(23)和直流减速电机(25)安装在机架(1)上；所述飞轮(18)的内圈(31)与离心传动主轴(28)通过花键固定连接，所述轴套(17)一端与飞轮(18)的外圈(30)固定连接，所述轴套(17)的另一端和离心传动主轴(28)之间通过轴承(29)支承连接，所述离心传动主轴(28)的轴端设置挡片(32)定位飞轮(18)；所述绳索(4)一端固定在轴套(17)上，依次穿过下滑轮(6)和上滑轮(5)，另一端设有安全钩(3)；

所述离心机构(7)的离心传动主轴(28)一端设有离心机构链轮(13)，离心机构链轮(13)通过制动传动链(14)与制动器链轮(16)；离心机构(7)的离心传动主轴(28)的另一端设有飞轮(18)，绳索回收机构(36)的联接轴(22)设有传动链轮(21)，所述飞轮(18)通过绳索回收传动链(20)与传动链轮(21)连接。

2.根据权利要求1所述的一种高楼逃生机，其特征是，所述微机控制器(11)包括单片微机、光电检测传感器(19)及其检测电路、电磁离合器控制驱动电路、直流减速电机控制驱动电路和磁粉制动器控制驱动电路、键盘显示器及接口电路；光电检测传感器(19)安装在绳索回收机构(36)的飞轮(18)或者传动链轮(21)侧面；键盘上设有数字键。

3.根据权利要求1所述的一种高楼逃生机，其特征是：所述机架(1)由角钢制成，所述逃生门(2)由槽钢制成。

4.根据权利要求1所述的一种高楼逃生机，其特征是，所述飞轮(18)的内圈(31)与离心传动主轴(28)通过花键固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种高楼逃生机，其特征是，所述蓄电池(26)为微机控制器(11)、电磁离合器(23)、直流减速电机(25)和磁粉制动器(10)供电。

6.一种利用权利要求1所述高楼逃生机的逃生自动控制方法，其特征是，具体步骤如下：

A、微机控制器(11)对通过光电检测传感器(19)检测到的离心传动主轴(28)的转动角度进行处理，计算人员下降的速度和离地面的高度；

B、随着人下降速度加大，通过绳索(4)、飞轮(18)带动离心传动主轴(28)转动的速度加大，离心块产生离心力加大，离心块与壳体之间摩擦阻力矩也加大，直到人重力产生的重力矩与摩擦阻力矩平衡，人匀速下降；

C、人下降到离地面一定高度的时候，微机控制器(11)按照人体重量确定制动力，自动控制磁粉制动器(10)制动，使人缓慢平稳着陆，着陆速度控制在0.2-0.4m/s；

D、当人落地后，磁粉制动器(10)停止工作，人离开绳索(4)后继续拉动绳索0.4-0.6m左右，微机控制器(11)通过光电检测传感器(19)检测到此信息后，停顿4-6s控制直流减速电机(25)和电磁离合器(23)工作，通过链传动、飞轮(18)带动离心传动主轴(28)上轴套(17)反向转动，回收绳索，直到光电检测传感器(19)检测到回收绳索长度等于人逃生下降的高度结束。

7.根据权利要求6所述的一种高楼逃生机逃生自动控制方法，其特征是，所述制动点高度和制动力参数确定：针对安装高楼逃生机的楼层高度，对不同级别分别进行不同制动高度和制动力试验，确定着陆速度、逃生下降时间最短的制动点高度和制动力参数。

8.根据权利要求8所述的一种高楼逃生机逃生自动控制方法，其特征是，所述着陆速度为0.2-0.4m/s，逃生下降时间最短的制动点高度为3～4m，制动力为10～15Nm。

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