CN106362311A - 自冷却高楼缓降器及其温升计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自冷却高楼缓降器及其温升计算方法，所述自冷却高楼缓降器包括绳索绕轮机构、行星轮增速机构、摩擦减速机构、风扇冷却机构、离合机构和外壳，将重物或受困人员悬挂于绳索上，带动V轮旋转，通过行星轮增速机构的齿轮系统的传递，将V轮的转速提高，传递给制动轮，使制动轮获得较高转速，与制动轮相连的制动片高速转动，由于离心力的作用与制动外壳的壁面产生很强的摩擦力，该摩擦力对中心柱的力矩与重物或受困人员下落产生的力矩平衡，最终使得重物或受困人员匀速下落。本发明在不借助外力的条件下，使得人或中午从高空均速落下，落地速度达到国家的安全标准，运用在逃生条件下，可以让被困人员匀速地滑落到地面，达到逃生的目的。

Description

自冷却高楼缓降器及其温升计算方法

技术领域

本发明涉及一种消防领域的紧急避险自救装置，具体涉及一种自冷却高楼缓降器及其温升计算方法。

背景技术

高楼火灾一直威胁着居民的生命，为了在高楼发生火灾的时顺利逃生，出现了各种逃生装置，如高楼逃生飞行装置、高楼逃生楼间装置、高楼逃生缓降装置、地面直接承接装置等。高楼逃生飞行装置存在如下缺陷：由于发生火灾的高楼附近人员混乱，气流复杂，各类小型飞行装置难以控制，因此捆绑在身体上的火箭、动力风扇等一直没有得到推广，如果在风较大的天气中，人员在空中的横向移动不能够有效控制的情况下，不能够确保下跳人员的生命安全，会造成人员的二次意外伤害。高楼逃生楼间装置存在如下缺点：美国有些高楼建设逃生用临时电梯用于火灾发生时，方便人员逃生，但是这类装置的投资大，设备维护成本高，一直没有得到推广。高楼缓降装置可以有效地避免上述问题，但是现有的高楼逃生缓降装置在运行过程中会产生大量的热量，影响其运行效果和使用寿命，因此需要设计一款能自冷却的高楼缓降器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自冷却高楼缓降器及其温升计算方法，运行时散热快，稳定运行效果，延长使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种自冷却高楼缓降器，包括：

绳索绕轮机构，其包括行星轮支座、中心柱、V轮、导向滑轮组和绳索，所述行星轮支座相对楼体固定，所述中心柱垂直固接于行星轮支座上，所述V轮通过其上的V轮中心孔间隙套装于中心柱上，所述V轮的外柱面上设有一圈V形槽，所述导向滑轮组固设于行星轮支座的下端，其包括上左滑轮、上右滑轮和下滑轮，所述绳索的一端位于下滑轮的左下方，另一端依次绕经下滑轮的左侧、上左滑轮的右侧、V形槽、上右滑轮的左侧和下滑轮的右侧后位于下滑轮的右下方；

行星轮增速机构，其包括行星轮架、行星轮、中心轮和太阳轮，所述行星轮架固定连接于V轮的一端，所述行星轮为3个，分别固接于行星轮架的3个角端，所述中心轮与中心柱轴接，所述太阳轮为内齿圈，其一端与行星轮支座固定连接，3个所述行星轮分别与中心轮外啮合并分别与太阳轮内啮合；

风扇冷却机构，其包括风扇支架和叶片，所述风扇支架设于中心轮的侧方并与中心柱轴接，多片所述叶片沿风扇支架的周向一圈设置；

外壳，罩设于绳索绕轮机构、行星轮增速机构和风扇冷却机构的外侧，其一端与行星轮支座固定连接。

上述的自冷却高楼缓降器还包括摩擦减速机构，其包括制动片和制动外壳，所述中心轮的远离V轮端设有制动轮，所述制动轮的外柱面上设有径向凹槽，所述制动片嵌装于径向凹槽内，所述制动外壳罩设于制动轮的外侧，且制动外壳与太阳轮的另一端固定连接，所述制动片与制动外壳的内壁面触接。

上述的自冷却高楼缓降器还包括离合机构，其包括钢球，所述中心轮的远离V轮端设有离合轴部，所述风扇支架的近中心轮端设有离合环部，所述离合轴部同轴插接于离合环部的内侧，所述钢球嵌设于离合轴部的外柱面与离合环部的内壁面之间。

优选的，所述制动轮的外柱面上均布有3～6个所述径向凹槽，每一所述径向凹槽内嵌装一片制动片。

其中，所述行星轮架的3个角端分别设有一行星轮轴，所述行星轮通过垫片和螺钉与行星轮轴固定连接。

本发明实施例还提供一种上述的自冷却高楼缓降器的温升计算方法，按下式计算：

$\mathrm{\Δ}T=\frac{Q}{(m_1{c}_{p1}+m_2{c}_{p2})}=\frac{\mathrm{\η}Mgh}{(m_1{c}_{p1}+m_2{c}_{p2})},$

其中，h为下降高度，M为绳索上缓降物的重量，m₁为制动片重量，m₂为中心轮重量；

Q＝ηMgh为制动片处的热量消耗；

c_p1＝385J/(kg·K)为制动片的比热容；

c_p2＝465J/(kg·K)为中心轮的比热容。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案，可以在不借助外力的条件下，使得人或中午从高空均速落下，落地速度达到国家的安全标准，运用在逃生条件下，可以让被困人员匀速地滑落到地面，达到逃生的目的。本发明自带冷却机构，控制运行过程的温升在一定范围内，提高其运行可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例一的主视图；

图2为实施例一的绕线方式示意图；

图3为实施例一拿掉外壳后的右视图；

图4为实施例一中中心柱与行星轮支座的连接示意图；

图5为实施例一中绳索绕轮机构的结构示意图；

图6为实施例一中行星轮增速机构的结构示意图；

图7为实施例一中摩擦减速机构的结构示意图；

图8为实施例一中风扇冷却机构的结构示意图；

图9为实施例一中行星轮增速机构的结构简图；

图10为实施例一的温升与下降高度的关系曲线图。

附图标记说明：

1、行星轮支座；2、中心柱；3、V轮；300、V形槽；4、导向滑轮组；400、上左滑轮；401、上右滑轮；402、下滑轮；5、绳索；6、行星轮架；7、行星轮；8、中心轮；800、制动轮；9、太阳轮；10、垫片；11、螺钉；12、制动片；13、制动外壳；14、风扇支架；15、叶片；16、钢球；17、外壳。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1、图3所示，一种自冷却高楼缓降器，包括绳索绕轮机构、行星轮增速机构、摩擦减速机构、风扇冷却机构、离合机构和外壳。

如图5所示，所述绳索绕轮机构包括行星轮支座1、中心柱2、V轮3、导向滑轮组4和绳索5，所述行星轮支座1相对楼体固定，所述中心柱2垂直固接于行星轮支座1上(见图4)，所述V轮3通过其上的V轮中心孔间隙套装于中心柱2上，所述V轮3的外柱面上设有一圈V形槽300。

如图2所示，所述导向滑轮组4通过滑轮盖板固设于行星轮支座1的下端，其包括上左滑轮400、上右滑轮401和下滑轮402，所述绳索5的一端位于下滑轮402的左下方，另一端依次绕经下滑轮402的左侧、上左滑轮400的右侧、V形槽300、上右滑轮401的左侧和下滑轮402的右侧后位于下滑轮402的右下方。

如图6所示，所述行星轮增速机构包括行星轮架6、行星轮7、中心轮8和太阳轮9，所述行星轮架6固定连接于V轮3的一端。

所述行星轮架6具有3个角端，且3个角端分别设有一行星轮轴，所述行星轮7为3个，分别通过垫片10和螺钉11对应地与行星轮轴固定连接。

所述中心轮8与中心柱2通过轴承轴接，所述太阳轮9为内齿圈，其一端与行星轮支座1固定连接，3个所述行星轮7分别与中心轮8外啮合并分别与太阳轮9内啮合。

如图7所示，所述摩擦减速机构包括制动片12和制动外壳13，所述中心轮8的远离V轮3端设有制动轮800，所述制动轮800的外柱面上均布有3个径向凹槽，所述制动片12嵌装于径向凹槽内，所述制动外壳13罩设于制动轮800的外侧，且制动外壳13与太阳轮9的另一端固定连接，所述制动片12与制动外壳13的内壁面触接。

如图8所示，所述风扇冷却机构包括风扇支架14和叶片15，所述风扇支架14设于制动轮800的侧方并与中心柱2通过轴承轴接，多片所述叶片15沿风扇支架14的周向一圈设置。

所述离合机构包括钢球16，所述制动轮800的近制动外壳13端设有自制动外壳13伸出的离合轴部，所述风扇支架14的近制动外壳13端设有离合环部，所述离合轴部同轴插接于离合环部的内侧，所述钢球16嵌设于离合轴部的外柱面与离合环部的内壁面之间。

所述外壳17罩设于绳索绕轮机构、行星轮增速机构和风扇冷却机构的外侧，其一端与行星轮支座固定连接。

本发明的工作原理为：将本发明固定在阳台上，可以是窗台或者暖气片等坚固的地方，平时没有危险可以收藏起来，一旦有危险便可拿出使用。将重物或受困人员悬挂于绳索上，带动V轮旋转，通过行星轮增速机构的齿轮系统的传递，将V轮的转速提高，传递给制动轮。经过合理搭配齿轮结构，可以使制动轮获得较高转速，在该转速的带动下，与制动轮相连的制动片高速转动，由于离心力的作用与制动外壳的壁面产生很强的摩擦力，该摩擦力对中心柱的力矩与重物或受困人员下落产生的力矩平衡，最终使得重物或受困人员能够匀速下落。

本实施例中，行星轮增速机构的结构简图如图9所示，中心轮、行星轮和太阳轮的齿数优选为：

Z₁＝9，Z₂＝15，Z₃＝39。

其传动比计算如下：

$\frac{N_1-N_H}{N_3-N_H}=-\frac{Z_2\×Z_3}{Z_1\×Z_2}=-\frac{39}{9},$

$i=\frac{N_1}{N_H}=\frac{16}{3}=\mathrm{5.33.}$

本发明自冷却高楼缓降器的温升按下式计算，温升与下降高度的关系曲线图如图10所示。

$\mathrm{\Δ}T=\frac{Q}{(m_1{c}_{p1}+m_2{c}_{p2})}=\frac{\mathrm{\η}Mgh}{(m_1{c}_{p1}+m_2{c}_{p2})},$

其中，h为下降高度，M为绳索上缓降物的重量，m₁为制动片重量，m₂为中心轮重量；

Q＝ηMgh为制动片处的热量消耗；

c_p1＝385J/(kg·K)为制动片的比热容；

c_p2＝465J/(kg·K)为中心轮的比热容。

本实施例中，优选h＝4.5m，M＝75kg，m₁＝34g，m₂＝0.89kg，则

本实施例制动片的摩擦系数计算如下：

设绳子的回转半径为r，制动轮的回转半径为R，轮系的传动比由上述计算为i＝5.33。

下降高度为h，落地用时间为t，则落地速度可近似为v＝h/t。

则绳索的转速N₁＝v/r*60/2/π。

由传动比得制动轮的转速N₂＝5.33*N₁。

制动轮给壁面的压力：F＝4*m*((N₂*2π/60)^2)*R，式中m为每片制动片的质量。

重物转矩：T₁＝Mgr，M为负载的质量。

制动轮转矩：T₂＝F*μ*(R+δ)，δ为制动片质心到摩擦壁面的径向距离。

为使得重物匀速下降，则T₁*ω₁*η＝T₂*ω₂。

由以上各式：μ＝Mgt²r³η/(605.68*R*(R+δ)*m*h²)，式中M为重物质量，g为重力加速度，t为下落时间，r为绳子回转半径，R为制动轮回转半径，m为每片制动片的质量，h为下降高度，经验证各量纲满足基本物理定律。

摩擦生热＝制动轮扭矩*制动轮转角，即摩擦生热Q＝T₂*Φ，Φ为制动轮的转角。

Φ＝ω₂*t，ω₂＝5.33h/(t*r)，所以产热Q＝ηMgh。

所以对于M＝50kg的重物，

r＝28mm，R＝76mm，δ＝5mm，

制动片：体积V＝9.53cm³，每块的质量m＝84.8g，

h＝4.5m，t＝7.3s，g＝9.81m/s，η＝80％，

这样可解得：摩擦系数μ＝0.072。

当重物质量M＝75kg时，t＝4.5s，其余参数没变，此时摩擦系数μ＝0.041。

上述方案，可以在不借助外力的条件下，使得人或中午从高空均速落下，落地速度达到国家的安全标准，运用在逃生条件下，可以让被困人员匀速地滑落到地面，达到逃生的目的。本发明自带冷却机构，控制运行过程的温升在一定范围内，提高其运行可靠性和使用寿命。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自冷却高楼缓降器，其特征在于，包括：

绳索绕轮机构，其包括行星轮支座、中心柱、V轮、导向滑轮组和绳索，所述行星轮支座相对楼体固定，所述中心柱垂直固接于行星轮支座上，所述V轮通过其上的V轮中心孔间隙套装于中心柱上，所述V轮的外柱面上设有一圈V形槽，所述导向滑轮组固设于行星轮支座的下端，其包括上左滑轮、上右滑轮和下滑轮，所述绳索的一端位于下滑轮的左下方，另一端依次绕经下滑轮的左侧、上左滑轮的右侧、V形槽、上右滑轮的左侧和下滑轮的右侧后位于下滑轮的右下方；

行星轮增速机构，其包括行星轮架、行星轮、中心轮和太阳轮，所述行星轮架固定连接于V轮的一端，所述行星轮为3个，分别固接于行星轮架的3个角端，所述中心轮与中心柱轴接，所述太阳轮为内齿圈，其一端与行星轮支座固定连接，3个所述行星轮分别与中心轮外啮合并分别与太阳轮内啮合；

风扇冷却机构，其包括风扇支架和叶片，所述风扇支架设于中心轮的侧方并与中心柱轴接，多片所述叶片沿风扇支架的周向一圈设置；

外壳，罩设于绳索绕轮机构、行星轮增速机构和风扇冷却机构的外侧，其一端与行星轮支座固定连接。

2.根据权利要求1所述的自冷却高楼缓降器，其特征在于，还包括摩擦减速机构，其包括制动片和制动外壳，所述中心轮的远离V轮端设有制动轮，所述制动轮的外柱面上设有径向凹槽，所述制动片嵌装于径向凹槽内，所述制动外壳罩设于制动轮的外侧，且制动外壳与太阳轮的另一端固定连接，所述制动片与制动外壳的内壁面触接。

3.根据权利要求1所述的自冷却高楼缓降器，其特征在于，还包括离合机构，其包括钢球，所述中心轮的远离V轮端设有离合轴部，所述风扇支架的近中心轮端设有离合环部，所述离合轴部同轴插接于离合环部的内侧，所述钢球嵌设于离合轴部的外柱面与离合环部的内壁面之间。

4.根据权利要求2所述的自冷却高楼缓降器，其特征在于，所述制动轮的外柱面上均布有3～6个所述径向凹槽，每一所述径向凹槽内嵌装一片制动片。

5.根据权利要求1所述的自冷却高楼缓降器，其特征在于，所述行星轮架的3个角端分别设有一行星轮轴，所述行星轮通过垫片和螺钉与行星轮轴固定连接。

6.一种如权利要求1～5中任一项所述的自冷却高楼缓降器的温升计算方法，其特征在于，按下式计算：

$\mathrm{\Δ}T=\frac{Q}{(m_1{c}_{p1}+m_2{c}_{p2})}=\frac{\mathrm{\η}Mgh}{(m_1{c}_{p1}+m_2{c}_{p2})},$

其中，h为下降高度，M为绳索上缓降物的重量，m₁为制动片重量，m₂为中心轮重量；

Q＝ηMgh为制动片处的热量消耗；

c_p1＝385J/(kg·K)为制动片的比热容；

c_p2＝465J/(kg·K)为中心轮的比热容。