CN105288876B - 永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，包括壳体、传动轴、以及卷筒，所述壳体包括水平设置的外圆筒，在外圆筒的两端分别设有左侧盖和右侧盖；所述传动轴设于外圆筒内，且其轴心线与外圆筒的轴心线重合，该传动轴的左右两端分别从左侧盖和右侧盖伸出，并通过轴承与左侧盖和右侧盖固定连接；所述卷筒套设在传动轴的左端，并与传动轴固定连接，在卷筒上绕设有逃生绳；在壳体内设有磁流变制动部分和摩擦制动部分。本发明结构简单，无需外加能源，着陆距离可控，并且安全性和舒适性好。

Description

永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置

技术领域

本发明涉及一种高空逃生应急设备，尤其涉及一种永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置。

背景技术

近年来，城市的高层建筑越来越多，楼梯或电梯在紧急情况例如火灾或类似情况发生于高层建筑例如公寓、旅店或医院中时不能被使用。为了处理这样的情况，人们设计了各种各样的紧急逃生装置，如中国专利CN 102946946 A公开的“紧急逃生装置”，主要包括引导单元、下降单元、减速单元、回位单元和锁定单元，主要应用于处于高层建筑中的人员在发生火灾时安全逃生。中国专利CN 102049110 A公开的“高楼逃生装置”，它利用离心离合器、逆止器和齿轮等机构或零件组成一个纯机械式的逃生装置，逃生装置根据速度的不同其内部第一齿轮作出不同反应而达到控制速度的目的，主要应用于高楼逃生。中国专利CN 102476769 A公开的“电梯辅助逃生装置”，它主要利用了附加动力源驱动减速齿轮组和缓速油压缸使电梯减速下降直至到达最接近的楼层触碰电梯门停止移动，主要应用于电梯逃生。中国专利CN 103191529 A公开的一种“高楼逃生装置”，主要由绳子、套筒、减速调节螺杆、调节孔、销轴、安全手柄、吊钩、安全带组成，它利用安全手柄与绳子的摩擦力来控制逃生速度，主要应用于高楼逃生。中国专利CN 103736216 A公开了一种“新型高楼逃生装置”，它主要由外壳、中心转轴、滚轮、发条弹簧、弹力绳等组成，逃生人员在逃生个过程中，利用发条弹簧的弹性变形来降低逃生人员的逃生速度，已达到逃生的目的，逃生完后，该逃生装置利用发条弹簧所蓄势能使把手回到原位，该逃生装置主要应用于高楼逃生。

但目前的逃生装置主要采用电力驱动和纯机械驱动两种驱动方式；电力驱动式逃生装置在工作过程中需要消耗电能，在发生诸如地震、火灾或者建筑倒塌等危险情况下，电路发生破坏，动力源发生断电，或者供电不足，这些情况都会导致逃生装置的工作的不可靠或者不能工作，而纯机械式逃生装置所逃生的距离有限或者逃生的距离不可以调节，亦或者对逃生人员的体重的限制比较窄，不能适用各种不同情况下的逃生人员。

磁流变液作为一种新颖的智能材料，其流变特性随外加磁场的变化而急剧变化，在不加磁场时，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，它的结构和性能表现出神奇的特征，即可在瞬间（千分之一秒左右）由液态变成固态，其粘度陡然增大几个数量级以至失去流动性，表现出宾汉塑性体的行为，具有一定的抗剪屈服应力，且随外加磁场强度的增加，材料的屈服应力增加，它的性能可由外加磁场连续调控。

基于此，如何将磁流变液技术应用于逃生装置，以保证逃生人员的安全和着陆时的舒适感，已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决现有逃生装置结构复杂，着陆安全性差，着陆舒适性差，着陆距离固定，并且适应能力差的问题，提供一种永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，结构简单，无需外加能源，着陆距离可控，并且安全性和舒适性好。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，包括壳体、传动轴、以及卷筒，所述壳体包括水平设置的外圆筒，在外圆筒的两端分别设有左侧盖和右侧盖；所述传动轴设于外圆筒内，且其轴心线与外圆筒的轴心线重合，该传动轴的左右两端分别从左侧盖和右侧盖伸出，并通过轴承与左侧盖和右侧盖固定连接；所述卷筒套设在传动轴的左端，并与传动轴固定连接，在卷筒上绕设有逃生绳；其特征在于：在壳体内设有磁流变制动部分和摩擦制动部分；

所述磁流变制动部分包括内圆筒、转筒、左永磁体、左隔磁环、右永磁体、右隔磁环、左磁轭、右磁轭、左隔磁盘以及右隔磁盘；所述转筒套设于传动轴上并靠近外圆筒的左端，在转筒的中部设有绕转筒一周的凸缘；所述左永磁体、右永磁体、左磁轭以及右磁轭均套设于转筒上，其中，左永磁体和右永磁体分别位于凸缘的两侧，且左永磁体和右永磁体靠近凸缘一端的磁极相同，所述左磁轭位于左永磁体的左侧，右磁轭位于右永磁体的右侧；所述左隔磁环和右隔磁环分别套设在左永磁体和右永磁体上，所述左隔磁盘和右隔磁盘套设在传动轴上，并分别与转筒的左右两端固定连接，且左隔磁盘、左磁轭、左永磁体、左隔磁环、凸缘、右隔磁环、右永磁体、右磁轭以及右隔磁盘紧贴在一起；所述左磁轭、右磁轭、左隔磁盘、右隔磁盘、凸缘、左隔磁环以及右隔磁环的外侧面位于同一圆柱面，从而使左永磁体、右永磁体、左磁轭、右磁轭、左隔磁盘、右隔磁盘、转筒、左隔磁环以及右隔磁环形成一制动圆筒；所述内圆筒套设于制动圆筒上，并能沿其轴向移动，在内圆筒靠近其左端处的内侧设有一凹槽，该凹槽绕内圆筒内壁一周；在内圆筒沿其轴向移动的过程中，所述凹槽始终能与制动圆筒的外侧面形成一封闭的工作腔，在该工作腔内填充有磁流变液；

所述摩擦制动部分包括左摩擦盘、右摩擦盘、移动螺母、弹簧、调节螺杆以及调节螺母；所述传动轴位于右侧盖与转筒之间的部分设有螺纹，所述移动螺母与传动轴通过螺纹配合相连在一起，在移动螺母的右端套设有一环形底板，且所述底板与内圆筒的右端固定连接；所述左摩擦盘与右隔磁盘固定连接，右摩擦盘通过调节螺杆与调节螺母的配合与底板相连，其中，所述调节螺杆的一端与右摩擦盘固定连接，另一端穿过底板后与调节螺母相连；所述弹簧位于右摩擦盘与底板之间，并套设于调节螺杆上。

进一步地，在凹槽的两侧分别设有一油封，所述油封与内圆筒固定连接。

进一步地，在内圆筒外壁的左端对称设有两凸台，在外圆筒与两凸台对应位置设有两限位滑槽。

进一步地，所述转筒内侧沿其轴向设有一键槽，在传动轴上对应键槽设有一键齿，在传动轴靠近左侧盖处设有轴肩，在传动轴上还设有一挡圈，该转筒通过键槽与键齿的配合，以及轴肩与挡圈的配合固定于传动轴上。

进一步地，在右摩擦盘的右侧设有一套筒，所述套筒套设于移动螺母上，并能够沿移动螺母的轴向移动。

进一步地，在右侧盖上，对应调节螺母的位置设有调节孔，通过该调节孔，能够对调节螺母进行调节。

进一步地，所述传动轴上的螺纹呈梯形，对应地，移动螺母上的螺纹槽也呈梯形。

进一步地，在左侧盖和右侧盖的外侧分别设有左端盖和右端盖，所述左端盖和右端盖分别套设在传动轴的左右两端，并与左侧盖和右侧盖固定连接，且将轴承固定于左侧盖和右侧盖内。

进一步地，在传动轴的右端设有一转臂，所述转臂与传动轴可拆卸连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明在软着陆过程中不消耗能量，避免了因灾难而使得电路破坏情况下需要消耗电能才工作的逃生装置不可用的缺点，本发明应用磁流变液作为传动介质产生制动力矩，利用永磁体作为磁源激发磁流变液产生磁流变效应，进而产生制动力矩减速，并通过在逃生的过程中自调节永磁体磁通进入磁流变液工作腔的大小；不需消耗能源。

2、本发明应用螺旋传动技术，在工作过程中，随着逃生人员逐渐着陆，移动螺母轴向移动，磁路磁通面积逐渐增大，进入磁流变液的磁通量也随之增大，磁流变液产生的制动力矩也随之增大。

3、在逃生接近末段处，本发明利用弹簧与摩擦盘进行辅助减速着陆，这进一步保证了逃生人员的安全和着陆时的舒适感，而且着陆后可通过电力驱动或者人力摇动转臂快速回复原位。

4、本发明结构简单，使用方便，回复原位时间短，而且着陆距离可通过控制调节螺母来调节；更能够适应不同情况下的着陆。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图。

图2是本发明的工作状态图。

图3是本发明的左视图。

图中：101—外圆筒；102—左侧盖；103—右侧盖；2—传动轴；3—卷筒；4—轴承；5—内圆筒；6—转筒；7—左永磁体；8—右永磁体；9—左磁轭；10—右磁轭；11—左隔磁盘；12—右隔磁盘；13—凸缘；14—左隔磁环；15—右隔磁环；16—磁流变液；17—左摩擦盘；18—右摩擦盘；19—移动螺母；20—弹簧；21—调节螺杆；22—调节螺母；23—底板；24—注油螺塞；25—凸台；26—限位滑槽；27—套筒；28—调节孔；29—左端盖；30—右端盖；31—转臂。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2以及图3，一种永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，包括壳体、传动轴2、以及卷筒3。所述壳体包括水平设置的外圆筒101，在外圆筒101的两端分别设有左侧盖102和右侧盖103；在左侧盖102和右侧盖103底部分别设有水平设置的连接板，在连接板上设有连接孔，从而便于使用时该软着陆装置的安装固定。所述传动轴2设于外圆筒101内，且其轴心线与外圆筒101的轴心线重合，该传动轴2的左右两端分别从左侧盖102和右侧盖103伸出，并通过轴承4与左侧盖102和右侧盖103固定连接；具体实施时，所述轴承4采用圆锥滚子轴承，可承载较大轴向载荷。在左侧盖102和右侧盖103的外侧分别设有左端盖29和右端盖30，所述左端盖29和右端盖30分别套设在传动轴2的左右两端，并与左侧盖102和右侧盖103固定连接，且将轴承4固定于左侧盖102和右侧盖103内。所述卷筒3套设在传动轴2的左端，并与传动轴2固定连接，在卷筒3上绕设有逃生绳。在壳体内设有磁流变制动部分和摩擦制动部分。

所述磁流变制动部分包括内圆筒5、转筒6、左永磁体7、左隔磁环14、右永磁体8、右隔磁环15、左磁轭9、右磁轭10、左隔磁盘11以及右隔磁盘12。所述转筒6套设于传动轴2上并靠近外圆筒101的左端，具体实施时，所述转筒6内侧沿其轴向设有一键槽，在传动轴2上对应键槽设有一键齿，在传动轴2靠近左侧盖102处设有轴肩，在传动轴2上还设有一挡圈，该转筒6通过键槽与键齿的配合，以及轴肩与挡圈的配合固定于传动轴2上；这样，能够有效对转筒6的位置进行固定，并且便于拆装，从而使装配更加方便、快捷。在转筒6的中部设有绕转筒6一周的凸缘13；所述左永磁体7、右永磁体8、左磁轭9以及右磁轭10均套设于转筒6上，其中，左永磁体7和右永磁体8分别位于凸缘13的两侧，且左永磁体7和右永磁体8靠近凸缘13一端的磁极相同，所述左磁轭9位于左永磁体7的左侧，右磁轭10位于右永磁体8的右侧；所述左隔磁环14和右隔磁环15分别套设在左永磁体7和右永磁体8上，所述左隔磁盘11和右隔磁盘12套设在传动轴2上，并（通过螺钉）分别与转筒6的左右两端固定连接，且左隔磁盘11、左磁轭9、左永磁体7、左隔磁环14、凸缘13、右隔磁环15、右永磁体8、右磁轭10以及右隔磁盘12紧贴在一起。安装过程中，所述左磁轭9和右磁轭10通过螺钉分别与左隔磁盘11和右隔磁盘12固定连接；左隔磁盘11和右隔磁盘12通过螺钉与转筒6的两端及左磁轭9和右磁轭10相连。所述左磁轭9、右磁轭10、左隔磁盘11、右隔磁盘12、凸缘13、左隔磁环14以及右隔磁环15的外侧面位于同一圆柱面（且该圆柱面为一连续无间断的圆柱面），从而使左永磁体7、右永磁体8、左磁轭9、右磁轭10、左隔磁盘11、右隔磁盘12、转筒6、左隔磁环14以及右隔磁环15形成一制动圆筒。

所述内圆筒5套设于制动圆筒上，并能沿其轴向移动，在内圆筒5靠近其左端处的内侧设有一凹槽，该凹槽绕内圆筒5内壁一周；在凹槽的两侧分别设有一油封，所述油封与内圆筒5固定连接，从而将磁流变液16进行密封，避免泄露。在内圆筒5对应凹槽的位置开有一注液孔，该注液孔通过一注液螺塞24进行封闭，以便于磁流变液16的注入。在内圆筒5沿其轴向移动的过程中，所述凹槽始终能与制动圆筒的外侧面形成一封闭的工作腔，在该工作腔内填充有磁流变液16。在内圆筒5外壁的左端对称设有两凸台25，在外圆筒101与两凸台25对应位置设有两限位滑槽26，所述限位滑槽26的长度方向与外圆筒101的轴向一致；在螺旋传动中，通过凸台25与限位滑槽26的配合限制内圆筒5只能轴向移动，实现磁流变液16制动力矩最大化。在软着陆过程中，当凸缘13正对工作腔时，工作腔中的磁通量达到最大，此时磁流变液16完全固化，并形成最大磁流变阻力，此时，软着陆距离达到最大极限。

所述摩擦制动部分包括左摩擦盘17、右摩擦盘18、移动螺母19、弹簧20、调节螺杆21以及调节螺母22。所述传动轴2位于右侧盖103与转筒6之间的部分设有螺纹，所述移动螺母19与传动轴2通过螺纹配合相连在一起，其中，所述传动轴2上的螺纹呈梯形，对应地，移动螺母19上的螺纹槽也呈梯形，从而使连接稳定性更好。在移动螺母19的右端套设（并固定）有一环形底板23，且所述底板23与内圆筒5的右端固定连接。所述左摩擦盘17与右隔磁盘12（及转筒6）固定连接，右摩擦盘18通过调节螺杆21与调节螺母22的配合与底板23相连，其中，所述调节螺杆21的一端与右摩擦盘18固定连接，另一端穿过底板23后与调节螺母22相连；在右侧盖103上，对应调节螺母22的位置设有调节孔28，通过该调节孔28，能够对调节螺母22进行调节。在右摩擦盘18的右侧设有一套筒27，所述套筒27套设于移动螺母19上，并能够沿移动螺母19的轴向移动；从而使右摩擦盘18的移动稳定性更好。所述弹簧20位于右摩擦盘18与底板23之间，并套设于调节螺杆21上。具体实施时，根据不同的着陆距离，可通过调节螺母22来控制弹簧20的压力达到改变着陆距离的目的；当左摩擦盘17和右摩擦盘18接触时，产生摩擦力进行摩擦制动；当凸缘13正对工作腔时，摩擦制动也到达最大，通常，软着陆人员需在此位置之前着陆逃生。

在传动轴2的右端设有一转臂31，所述转臂31与传动轴2可拆卸连接；具体实施时，所述转臂31通过键连接在传动螺杆上，但转臂31与传动螺杆轴向未固定，可与之分离，在无电源或者电器设备出现故障的情况下，可通过人力摇动转臂31使软着陆装置快速回位；在有电机等驱动设备的情况下，可将传动轴2直接与驱动设备相连，从而使逃生绳及磁流变制动部分和摩擦制动部分回复原位的时间更短。

在工作过程中，着陆人员系上卷筒3中的逃生绳着陆，着陆人员在重力的作用下不断下降，卷筒3带动传动轴2旋转，移动螺母19在螺旋传动的作用下向左摩擦盘17移动，同时与之连接的内圆筒5向也向左移动；在这个过程中左永磁体7和右永磁体8所产生的磁通经转筒6凸缘13进入磁流变液16工作腔中，磁流变液16在磁场的作用下产生磁流变液16效应，进而产生阻碍着陆人员下降的阻力。随着着陆人员的不断下降，转筒6凸缘13与磁流变液16接触的有效面积逐渐增大，进入磁流变液16中的磁通不断增加，磁流变效应不断增强，产生的阻力不断增大，着陆人员着陆速度不断降低。在着陆的末段，左摩擦盘17和右摩擦盘18贴合，在弹簧20的作用下产生辅助的制动阻力，这一辅助摩擦制动进一步保证了着陆人员的安全和着陆时的舒适感。本发明在着陆完成后，在有电源的条件下，可通过电机驱动传动轴2右端使着陆装置快速复位；在没有电源的情况下，可通过人力摇动转臂31快速复位。本发明可应用于高楼建筑逃生、直升机软着陆和消防逃生装置中，本发明的着陆距离可根据不同的楼层高度或者直升机软着陆距离来实时调节；其着陆距离可通过调节螺母22控制左摩擦盘17与右摩擦盘18的距离来实现可控调节。

本发明在工作过程中不消耗能量，避免了因灾难而使得电路破坏情况下需要消耗电能才工作的逃生装置不可用的缺点，并且本发明结构简单，使用方便，安装方便，直接通过螺栓将本装置安装在墙上或者安装在直升机上即可，而且着陆距离可通过控制调节螺母22来调节。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，包括壳体、传动轴、以及卷筒，所述壳体包括水平设置的外圆筒，在外圆筒的两端分别设有左侧盖和右侧盖；所述传动轴设于外圆筒内，且其轴心线与外圆筒的轴心线重合，该传动轴的左右两端分别从左侧盖和右侧盖伸出，并通过轴承与左侧盖和右侧盖固定连接；所述卷筒套设在传动轴的左端，并与传动轴固定连接，在卷筒上绕设有逃生绳；其特征在于：在壳体内设有磁流变制动部分和摩擦制动部分；

所述磁流变制动部分包括内圆筒、转筒、左永磁体、左隔磁环、右永磁体、右隔磁环、左磁轭、右磁轭、左隔磁盘以及右隔磁盘；所述转筒套设于传动轴上并靠近外圆筒的左端，在转筒的中部设有绕转筒一周的凸缘；所述左永磁体、右永磁体、左磁轭以及右磁轭均套设于转筒上，其中，左永磁体和右永磁体分别位于凸缘的两侧，且左永磁体和右永磁体靠近凸缘一端的磁极相同，所述左磁轭位于左永磁体的左侧，右磁轭位于右永磁体的右侧；所述左隔磁环和右隔磁环分别套设在左永磁体和右永磁体上，所述左隔磁盘和右隔磁盘套设在传动轴上，并分别与转筒的左右两端固定连接，且左隔磁盘、左磁轭、左永磁体、左隔磁环、凸缘、右隔磁环、右永磁体、右磁轭以及右隔磁盘紧贴在一起；所述左磁轭、右磁轭、左隔磁盘、右隔磁盘、凸缘、左隔磁环以及右隔磁环的外侧面位于同一圆柱面，从而使左永磁体、右永磁体、左磁轭、右磁轭、左隔磁盘、右隔磁盘、转筒、左隔磁环以及右隔磁环形成一制动圆筒；所述内圆筒套设于制动圆筒上，并能沿其轴向移动，在内圆筒靠近其左端处的内侧设有一凹槽，该凹槽绕内圆筒内壁一周；在内圆筒沿其轴向移动的过程中，所述凹槽始终能与制动圆筒的外侧面形成一封闭的工作腔，在该工作腔内填充有磁流变液；

所述摩擦制动部分包括左摩擦盘、右摩擦盘、移动螺母、弹簧、调节螺杆以及调节螺母；所述传动轴位于右侧盖与转筒之间的部分设有螺纹，所述移动螺母与传动轴通过螺纹配合相连在一起，在移动螺母的右端套设有一环形底板，且所述底板与内圆筒的右端固定连接；所述左摩擦盘与右隔磁盘固定连接，右摩擦盘通过调节螺杆与调节螺母的配合与底板相连，其中，所述调节螺杆的一端与右摩擦盘固定连接，另一端穿过底板后与调节螺母相连；所述弹簧位于右摩擦盘与底板之间，并套设于调节螺杆上。

2.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：在凹槽的两侧分别设有一油封，所述油封与内圆筒固定连接。

3.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：在内圆筒外壁的左端对称设有两凸台，在外圆筒与两凸台对应位置设有两限位滑槽。

4.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：所述转筒内侧沿其轴向设有一键槽，在传动轴上对应键槽设有一键齿，在传动轴靠近左侧盖处设有轴肩，在传动轴上还设有一挡圈，该转筒通过键槽与键齿的配合，以及轴肩与挡圈的配合固定于传动轴上。

5.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：在右摩擦盘的右侧设有一套筒，所述套筒套设于移动螺母上，并能够沿移动螺母的轴向移动。

6.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：在右侧盖上，对应调节螺母的位置设有调节孔，通过该调节孔，能够对调节螺母进行调节。

7.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：所述传动轴上的螺纹呈梯形，对应地，移动螺母上的螺纹槽也呈梯形。

8.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：在左侧盖和右侧盖的外侧分别设有左端盖和右端盖，所述左端盖和右端盖分别套设在传动轴的左右两端，并与左侧盖和右侧盖固定连接，且将轴承固定于左侧盖和右侧盖内。

9.根据权利要求1所述的永磁变长度磁流变液与摩擦复合软着陆装置，其特征在于：在传动轴的右端设有一转臂，所述转臂与传动轴可拆卸连接。