CN115282510B - 一种高楼逃生电子控速缓降装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高楼逃生电子控速缓降装置，包括：绳索和阻尼缓降控制器；该阻尼缓降控制器包括：电动阻尼机构、测速发电模块、控制模块和电源模块，其中，控制模块实时采集绳索下降速度，并控制电控阻尼机构对绳索的阻尼力，以实现对不同体重的下降速度准确控制，从而解决了现有逃生器速度控制不准的问题，具有速度控制准确、多人同时逃生、安装使用方便、下降速度可调、安全可靠、机械工艺简单，市场前景好，便于推广应用。

Description

一种高楼逃生电子控速缓降装置

技术领域

本发明涉及消防器材技术领域，具体涉及到一种高楼逃生电子控速缓降装置，可广泛地应用在高层建筑发生火灾时逃生使用。

背景技术

随着城市高层建筑越来越多，虽然改善了城市用地和住宅资源紧张的问题，但也带来了一定的安全隐患，一旦高楼发生火灾，如果不能很好地解决高空逃生问题，则后果不堪设想。逃生绳是一种常见的高空逃生装置，但现有逃生绳或缓降逃生器全部采用机械式缓降装置，存在问题是速度控制不准确，不同体重的人下降速度不一样，对于老人、孩子或生活不能自理的病人使用不方便，另外，在使用过程中还可能出现卡死或失效等现象，存在一定的使用安全隐患问题。

因此，现有的逃生装置有待改进。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种高楼逃生电子控速缓降装置，以期能根据实时采集的绳索下降速度控制对逃生绳的阻尼力，从而能实现逃生器按照设定的速度恒速下降，以克服现有机械式逃生器对不同体重的人存在的速度控制不准确等问题。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种高楼逃生电子控速缓降装置的特点在于，包括：绳索和阻尼缓降控制器；所述阻尼缓降控制器包括：电动阻尼机构、测速发电模块、控制模块和电源模块；

所述阻尼缓降控制器在重力作用下从绳索上降落时，所述电动阻尼机构控制所述阻尼缓降控制器与绳索之间的实时下降速度；所述绳索带动所述测速发电模块中的转轮同步转动，使得所述测速发电模块输出的电压、频率与所述实时下降速度成正比；所述控制模块获取所述测速发电模块输出的电压、频率并转换为实时下降速度值，与所设定的目标下降速度值进行比较，从而控制所述电动阻尼机构对绳索的阻尼力，以使得实时下降速度达到目标下降速度；

所述测速发电模块为所述电源模块提供一种输入电源，所述电源模块为所述电动阻尼机构、控制模块提供工作电源。

本发明所述的高楼逃生电子控速缓降装置的特点也在于，所述电动阻尼机构包括壳体，在所述壳体内腔顶部设置有一个竖向丝杆，在所述壳体内腔中设置有用于驱动所述竖向丝杆的驱动机构；

在所述竖向丝杆上螺纹连接有一压簧螺母；且在所述壳体内腔中设置有对所述压簧螺母的滑动进行导向的导向结构；

在所述壳体内腔的底部设置有能竖向滑动的压板，所述绳索位于所述壳体内腔的底壁与所述压板之间；

所述竖向丝杆上套装有弹簧，且所述弹簧的上、下两端弹性抵压在压簧螺母和压板上；

在所述压板的上表面设置有导向座，用于对所述竖向丝杆和导向结构进行限位。

在所述竖向丝杆的导向座一侧通过拔叉转轴设置有手动阻尼拔叉，用于手动控制所述电动阻尼机构对所述绳索的阻尼力。

所述电源模块是采用普通干电池、锂充电电池和交流发电机三电源供电，其中，所述交流发电机输出的电压经整流、滤波、稳压后给超级电容充电，而后选择最高一路电压所对应的普通干电池、锂充电电池或超级电容为高楼逃生电子控速缓降装置供电。

所述控制模块是按如下步骤控制所述电动阻尼机构对绳索的阻尼力：

步骤1、设目标下降速度值为Vs，允许的速度控制误差为ε，设驱动机构由步进电机实现，假定步进电机正转为增大阻力，反转为减小阻力；设定所述电动阻尼机构经n次调整将阻尼力从最小阻尼力F_min增大到最大阻尼力F_max时对应的步进电机执行总步数为N_total，则每次调整步进电机执行的步数为N＝N_total/n，其中，n＞100；定义△t为延时时间，△t≥0；

步骤2：采集实时下降速度值Vc，并计算实时速度偏差△V＝Vs－Vc；

如果△V＜-ε，则步进电机正转N步后，延时△t；

如果△V＞ε，则步进电机反转N步后，延时△t；

转步骤2。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的一种高楼逃生电子控速缓降装置，通过实时测量下降速度，控制对绳索的阻尼力，实现对不同体重的下降速度准确控制，解决了现有逃生器速度控制不准的问题，提高了高楼逃生器的稳定性和安全性，方便各类人群使用，特别是对于老人、孩子和行动不便的病人使用起来非常方便；具有速度控制准确、下降速度可调、方便安装使用，适用于高楼多人同时逃生的优势。

(2)本发明的阻尼缓降控制器采用便携式安装，直接卡扣在钢丝绳上，安装使用方便，可以安装多个阻尼缓降控制器，实现了高层多人同时逃生。

(3)本发明的阻尼缓降控制器在限定的下降速度标准范围内，下降速度可设，满足了不同人群对不同下降速度的要求，在下降过程中，下降速度可调整，使用灵活方便，可以实现从高楼顺利、安全、舒适地逃生。

(4)本发明的高楼逃生电子控速缓降装置，具有较高的可靠性、机械工艺简单，具有较好的市场前景，便于推广应用。

附图说明

图1为本发明的电动缓降高空逃生器内部结构图；

图2为本发明的电动缓降高空逃生器外部结构图；

图3为本发明的阻尼缓降控制器左视图；

图4为本发明的电源模块设计方案图；

图5为本发明的测速发电模块结构图；

图6为本发明的测试发电模块压轮内部结构图；

图7为本发明的电动阻尼机构剖视图；

图8为本发明的电动阻尼机构内部结构图；

图中标号，1-固定板，2-绳索，3阻尼缓降控制器，4-电动阻尼机构，5-手动阻尼拔叉，6-电源模块，7-控制模块，8-测速发电模块，9-门扣，10-安全带，11-铰链，12-阻尼缓降控制器的上盖，13-阻尼缓降控制器的底座，14-压轮，15-压轮支架，16-扭转弹簧，17-联轴器，18-交流发电机，19-压簧螺母，20-转轴齿轮，21-竖向丝杆，22-端面轴承，23-步进电机，24-电机齿轮，25-压簧螺母防转挡杆，26-弹簧，27-压板，28-压板防脱挡板，29-拔叉转轴。

具体实施方式

本实施例中，一种高楼逃生电子控速缓降装置，包括：绳索2和阻尼缓降控制器3；其中，阻尼缓降控制器3包括：电动阻尼机构4、测速发电模块8、控制模块7和电源模块6，如图1所示；

阻尼缓降控制3在重力作用下从绳索2上降落时，电动阻尼机构4控制阻尼缓降控制器3与绳索2之间的实时下降速度；绳索2带动测速发电模块8中的转轮同步转动，使得测速发电模块8输出的电压、频率与实时下降速度成正比；控制模块7获取测速发电模块8输出的电压、频率并转换为实时下降速度值，与所设定的目标下降速度值进行比较，从而控制电动阻尼机构4对绳索2的阻尼力，以使得实时下降速度达到目标下降速度；具体实施中，可以在下降过程中，通过阻尼缓降控制器3上的操作面板，调整设定的绳索下降速度，可以满足不同人对逃生速度的不同需求。

具体的说，控制模块7是按如下步骤控制电动阻尼机构4对绳索2的阻尼力：

Step 1：设目标下降速度值为V_s，允许的速度控制误差为ε，设驱动机构由步进电机23实现，假定步进电机23正转为增大阻力，反转为减小阻力；设定电动阻尼机构4经n次调整将阻尼力从最小阻尼力F_min增大到最大阻尼力F_max时对应的步进电机23执行总步数为N_total，则每次调整步进电机23执行的步数为N＝N_total/n，其中，n＞100；定义△t为延时时间，△t≥0；本实施例中，Vs＝0.75m/s，ε＝0.01m/s，n＝120，d＝60mm，P＝10，△t＝0.05s。

Step 2：实时采集交流发电机的频率f，根据式(1)计算实时下降速度值V_c：

式(1)中，d为交流发电机转轮直径，单位为mm，P为交流发电机的电极数；

Step 3：计算实时速度偏差△V＝V_s－V_c；

如果△V＜-ε，则步进电机正转N步后，延时△t；

如果△V＞ε，则步进电机反转N步后，延时△t；

转Step 2。

具体实施中，阻尼缓降控制器3的上盖12的一端通过铰链11与阻尼缓降控制器3的底座13相连接，阻尼缓降控制器3的上盖12的另一端通过门扣9与阻尼缓降控制器3的底座13固定，阻尼缓降控制器3上安装有安全带10，用于安全固定逃生人员，如图2所示；使用时可以将阻尼缓降控制器3直接卡在绳索2上，并将绳索固定在限位孔中，如图3所示；

测速发电模块8为电源模块6提供一种输入电源，电源模块6为电动阻尼机构4、控制模块7提供工作电源。

本实施例中，电源模块6是采用普通干电池、锂充电电池和交流发电机三电源供电，如图4所示，其中，交流发电机输出的电压经整流、滤波、稳压后给超级电容充电，而后选择最高一路电压所对应的普通干电池、锂充电电池或超级电容为高楼逃生电子控速缓降装置供电。系统自动定期对锂充电电池进行充放电处理，延迟锂充电电池使用寿命，一旦锂充电电池电量不足或失效，会报警提醒，即使普通干电池和锂充电电池都失效，系统也可以使用交流发电机供电，保证系统能正常工作，通过这样设计，确保阻尼缓降控制器3在长时间放置后仍可以正常工作；

本实施例中，测试发电模块8包括：压轮14、压轮支架15、扭转弹簧16、联轴器17和小型发电机18；压轮14通过压轮支架15与阻尼缓降控制器3的上盖12连接，压轮支架15与阻尼缓降控制器3的上盖12连接处的转轴装有扭转弹簧16，扭转弹簧16的一端顶着阻尼缓降控制器3的上盖12，另一端压着压轮支架15；小型发电机18通过联轴器17与压轮14相连接；绳索2卡在阻尼缓降控制器3的底座13和压轮14之间，绳索2下降运动带动压轮14转轮，进而带动小型发电机18发电，如图5、图6所示；

本实施例中，电动阻尼机构4包括壳体，如图7所示，在壳体内腔顶部转动设置有一个竖向丝杆21，在壳体内腔中设置有用于驱动竖向丝杆21的驱动机构，驱动机构由步进电机23实现，通过电机齿轮24与竖向丝杆21的转轴齿轮相连，如图8所示；

在竖向丝杆21上螺纹连接有一压簧螺母19；且在壳体内腔中设置有对压簧螺母19的滑动进行导向的导向结构，即压簧螺母防转挡杆25；

在壳体内腔的底部设置有能竖向滑动的压板27，绳索2位于壳体内腔的底壁与压板27之间；

竖向丝杆21上套装有弹簧26，且弹簧26的上、下两端弹性抵压在压簧螺母19和压板27上；

在压板27的上表面设置有导向座，用于对竖向丝杆21和导向结构进行限位；

如图8所示，在竖向丝杆21的导向座一侧通过拔叉转轴29设置有手动阻尼拔叉5，用于手动控制电动阻尼机构4对绳索2的阻尼力。

具体实施中，绳索2采用防火的航空用钢丝绳，根据最大承重量选择相应的钢丝绳直径，基于宁长不短的原则和楼层高度，选用钢丝绳长度。本实施例中，选用的钢丝绳直径为4.2mm，最大承重量为1000Kg。

本实施例中，一种高楼逃生电子控速缓降装置的使用过程如下：

绳索2通过固定板1安装在建筑物的牢固处，绳索2平时通过转盘收纳在固定板1上，一旦发生火灾或者需要逃生时，将有转盘的一端绳索抛下，将阻尼缓降控制器3卡在绳索2上，人通过安全带10连接到阻尼缓降控制器3上，人带动阻尼缓降控制器3开始下降，测速发电模块8通过绳索2下降运动带动交流发电机18转动，实现供电发电，并实时采集交流电的频率；控制模块计算绳索2实时下降速度值，通过与设定下降速度值比较，控制电动阻尼机构4通过步进电机23控制压板27和绳索2之间的阻尼力，从而实现高楼安全逃生，在下降过程中，使用者可以根据自身情况，调整设定的下降速度，以满足不同人对下降速度的个性化需求。

综上所述，本发明的一种高楼逃生电子控速缓降装置，通过实时采集绳索下降速度，比较与设定的下降速度误差，控制电控阻尼机构对绳索，实现了对不同体重的下降速度准确控制，解决了现有逃生器速度控制不准的问题，具有速度控制准确、多人同时逃生、安装使用方便、下降速度可调、安全可靠、机械工艺简单，市场前景好，便于推广应用。

Claims (4)

1.一种高楼逃生电子控速缓降装置，其特征在于，包括：绳索(2)和阻尼缓降控制器(3)；所述阻尼缓降控制器(3)包括：电动阻尼机构(4)、测速发电模块(8)、控制模块(7)和电源模块(6)；

所述测速发电模块(8)包括：压轮(14)、压轮支架(15)、扭转弹簧(16)、联轴器(17)和交流发电机(18)；所述压轮(14)通过压轮支架(15)与阻尼缓降控制器(3)的上盖(12)连接，压轮支架(15)与阻尼缓降控制器(3)的上盖(12)连接处的转轴装有扭转弹簧(16)，所述扭转弹簧(16)的一端顶着阻尼缓降控制器(3)的上盖(12)，另一端压着压轮支架(15)；所述交流发电机(18)通过联轴器(17)与压轮(14)相连接；绳索(2)卡在阻尼缓降控制器(3)的底座(13)和压轮(14)之间，所述绳索(2)下降运动带动压轮(14)转动，进而带动交流发电机(18)发电；

所述电动阻尼机构(4)包括壳体，在所述壳体内腔顶部设置有一个竖向丝杆(21)，在所述壳体内腔中设置有用于驱动所述竖向丝杆(21)的驱动机构；驱动机构由步进电机(23)实现，通过电机齿轮(24)与竖向丝杆(21)的转轴齿轮相连；

在所述竖向丝杆(21)上螺纹连接有一压簧螺母(19)；且在所述壳体内腔中设置有对所述压簧螺母(19)的滑动进行导向的导向结构，即压簧螺母防转挡杆(25)；

在所述壳体内腔的底部设置有能竖向滑动的压板(27)，所述绳索(2)位于所述壳体内腔的底壁与所述压板(27)之间；

所述竖向丝杆(21)上套装有弹簧(26)，且所述弹簧(26)的上、下两端弹性抵压在压簧螺母(19)和压板(27)上；

在所述压板(27)的上表面设置有导向座，用于对所述竖向丝杆(21)和导向结构进行限位；

所述阻尼缓降控制器(3)在重力作用下从绳索(2)上降落时，所述电动阻尼机构(4)控制所述阻尼缓降控制器(3)与绳索(2)之间的实时下降速度；所述绳索(2)带动所述测速发电模块(8)中的压轮同步转动，使得所述测速发电模块(8)输出的电压、频率与所述实时下降速度成正比；所述控制模块(7)获取所述测速发电模块(8)输出的电压、频率并转换为实时下降速度值，与所设定的目标下降速度值进行比较，从而控制所述电动阻尼机构(4)对绳索(2)的阻尼力，以使得实时下降速度达到目标下降速度；

所述测速发电模块(8)为所述电源模块(6)提供一种输入电源，所述电源模块(6)为所述电动阻尼机构(4)、控制模块(7)提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的高楼逃生电子控速缓降装置，其特征在于，在所述竖向丝杆(21)的导向座一侧通过拔叉转轴(29)设置有手动阻尼拔叉(5)，用于手动控制所述电动阻尼机构(4)对所述绳索(2)的阻尼力。

3.根据权利要求1所述的高楼逃生电子控速缓降装置，其特征在于，所述电源模块(6)是采用普通干电池、锂充电电池和交流发电机三电源供电，其中，所述交流发电机输出的电压经整流、滤波、稳压后给超级电容充电，而后选择最高一路电压所对应的普通干电池、锂充电电池或超级电容为高楼逃生电子控速缓降装置供电。

4.根据权利要求1所述的高楼逃生电子控速缓降装置，其特征在于，所述控制模块(7)是按如下步骤控制所述电动阻尼机构(4)对绳索(2)的阻尼力：

步骤1、设目标下降速度值为Vs，允许的速度控制误差为ε，设驱动机构由步进电机实现，假定步进电机正转为增大阻力，反转为减小阻力；设定所述电动阻尼机构(4)经n次调整将阻尼力从最小阻尼力F_min增大到最大阻尼力F_max时对应的步进电机执行总步数为N_total，则每次调整步进电机执行的步数为N＝N_total／n，其中，n＞100；定义△t为延时时间，△t≥0；

步骤2：采集实时下降速度值Vc，并计算实时速度偏差△V＝Vs－Vc；

如果△V＜-ε，则步进电机正转N步后，延时△t；

如果△V＞ε，则步进电机反转N步后，延时△t；

转步骤2。

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