CN87103939A - 地震自动救生床 - Google Patents

Abstract

地震自动救生床是一种平时供人睡眠和休息，地震发生时自动将坐在床沿上的人推倒、降低重心、关闭外壳，抵御低层或高层建筑坍塌打击，发出警报，具有防御火灾和水灾，保障生命安全能力的完全不用电的自动化家具。

Description

本发明属于一种救生设备。

人类对地震的恐惧有时与对癌症不相上下。全世界每年发生破坏性地震近千次。一次7级地震的当量相当于500枚广岛原子弹爆炸。

我国300多个城市一半位于7～7度以上地震区，100万人口以上大城市有70%在此区域。

美国、苏联、日本、中国、印度等工业最发达的国家和人口最多的国家都处于强烈地震的危害区域。

有人错误认为：凡是发生过9度以上地震的地方，将不会在近期重复发生大地震，这已被如四川炉霍地区等多次重复发生的大地震所否定。

为了预报地震，减少生命损失，全世界建立了庞大的科研机构，并支付巨额研究资金，这虽然也取得过极为罕见的预报成功的例子，但90%以上的地震却没有任何预报地突然发生，并造成惨重的生命财产损失。还有一些预报了而未发生的地震，反而由于误报本身给国民经济造成了许多损失。

目前世界上各种形式的“地震报警器”只有当地震发生后才发出报警声，对挽救人们的生命没有多大的实际意义。

地震对建筑物的破坏是极其巨大的。通过对各国近500幅地震灾害照片分析表明，不管是土石结构，砖混结构，木结构及钢筋混凝土结构，框架结构等均难真正地抗击强烈地震的袭击。而抗震好的钢结构等建筑因成本高、耗钢大等，短期内难于普及，更难全部代换数十亿人的全部住房。因此，强烈地震常使城市建筑大面积倒塌，造成巨大伤亡。

对世界各国地震分析还表明，晚上发生地震比白天伤亡率高，凌晨1～4点，正是伤亡率的峰值时刻。例如1976年7月28日唐山凌晨3点42分7.8级地震死亡24万人;墨西哥1985年9月19日早晨7时19分7.8级地震死0.35万人;日本关东1923年9月1日中午8.16级地震死0.1万人（排除火灾造成的死亡）。

这就是说，如果有一种装置能为室内人们提供一有效的避难场所，不仅为醒着的人们，而且为熟睡的人们，还包括婴幼儿、孕妇、老人、伤残人、病人等均提供一种有效的自动化避难场所，那就可以很大部份地把人类从对地震的灾难中解放出来。

-这正是本发明准备达到的目的。

强烈地震突然发生时，人们的行为一般都是下意识的，地震的救生装置只有适应这种下意识行动，才能收到较好的效果。

人类从出生到去世，有三分之一以上时间是在床上度过，人们闭上眼睛也能找到自己的床，而这三分之一时间，正是地震可能对人造成最大危害的时间。

研究证明，地震发生时，最明智的办法是躲在床下而不是跑下楼去，因为，门框可能变形压坏，楼梯可能已塌落，而上面的砖、石、混凝土楼板可能正源源不断的砸落下来。

按普通建筑层高，假设楼板从床面以上H＝2.5m的高度自由落下，又假定床面与楼板是“硬碰硬”，因而碰撞持续时间t＝0.01秒，且混凝土楼板重量按P＝2吨计，则可算出应受到的平均冲击荷载P≈145吨，即

$\mathrm{R\; =\; P\; (\; 1\; +}\frac{1}{t}\sqrt{\frac{\mathrm{2H}}{g}})$

$\mathrm{=2000\; \times \; 9.8\; (\; N\; /\; k\; g\; )\; (\; 1\; +}\frac{1}{\mathrm{0.01}}\sqrt{\frac{\mathrm{2\; \times \; 2.5\; (\; m\; )}}{\mathrm{9.8}}}$

＝1419628（N-牛顿）

折算成吨为

1419628（N）/9.8×10³＝145（吨）

一般床是经受不住这么重的冲击荷载的。为什么有的人能躲在床下幸免呢？看来主要有两个原因：

1、床面上的被褥、弹性床垫等低弹性模数材料将“硬碰硬”变成了“硬碰软”，冲击荷载被其吸收，仅此一项，就可使碰撞力减少数十倍。

2、地震使房屋剧烈摇晃时，承重墙不管是因水平剪力而逐渐粉碎坍塌，还是失去稳定而坍塌，楼板都不大可能在原有高度自由落下，这样，冲击荷载也不易达到145吨。

以上两个原因往往是同时起作用的，如果没有这两个原因，或楼板再重几倍，后果也不堪设想，因此，用普通床防地震也是危险的。

躲在床下防地震还可能遇到以下情况：a）当床不是在底楼而是在楼上时，床将随着楼板的倾斜或塌落而滑离原地，或向下层塌落，躲在床下的人将无法受到床的保护;b）当床是在多层建筑的中间某层时，上面楼层可能压在床上，而床连同下面的楼板又可能落到更下层，躲在床下面的人后果也不堪设想;c）拌随地震而来的次生灾害-火灾往往也是造成大量死亡的重要原因，例如1923年日本关东地震，直接死于震害的不到1000人，而死于火灾的却高达15万人！普通床对火不但无防范作用，反将助火燃烧。

根据查阅的大量有关地震的书籍，尚未见各国有专用于地震救生的床，后又利用人造卫星进行国际联机检索，结果在WPI中，也没有见到有抗震生活用具（家具）的专利。

本发明的目的是，在分析强烈地震在最危险的夜间发生时，房屋坍塌，楼板落下，发生火灾、水灾的不同情况，设计了这种平时用于睡眠休息，地震发生时能自动将坐在床沿上的人“掀”倒在床上，随即自动关闭壳罩、降低重心、自动报警，并能抵御上部或下部建筑塌落、房屋倾斜、火灾水灾发生等不同危害的地震自动救生床。该床所有自动控制和报警系统等一律不用任何电能。自控系统执行机构所需的能量均来自人体或某构件的自重，或由地震传感器触发某一根储集了能量的弹簧。

（图1）是救生床的其中一种。该床上部是一个带有紧急入口（113）和弹性衬垫（103）的活动壳体（102），它悬挂或支撑在四根与床身（106）相联的支撑杆（104）上，在支撑杆（104）上部护罩（101）内，或在下部的某个部份设有一种将活动壳体锁合在上方开启位置的机械锁合装置，它可由地震传感-控制器（108）自动解锁触发，也可以由某种手动方式解锁触发;解锁触发后，活动壳体（102）将沿支撑杆（104）分两步向下降落，第一步，快速下降到使坐靠在床头上的人头部不至被击伤的位置（图7）（702）;第二步，靠空气阻尼或一种机械缓速装置（112）使之缓慢地下降到床身（106）近似封闭的位置，并被一种可从内外开启的弹性门闩将其锁死。此时床内外的人可以从设在活动壳（102）或床身不同方向上的多个开孔处出入。床身（106）中供人睡觉的床板（105）是靠某种机械锁合装置支承在上部，地震发生后，地震传感器（108）自动将该锁合装置解锁触发，床板（105）便立即向下跌落一段距离，并被锁合在新的位置上;这样，降低了床的重心，增加了床的稳定，既可使坐在床沿上的人仰身倒在床上，又可防止当地震使床倾斜时，将睡在床上的人摔出床外;同时，当活动外壳（102）关闭后，也使床内有较大的安全空间。床板还将作为当床身严重倾斜后，抵抗侧向压力的构件。另外，也可使下跌的床板挤压设在下面的气囊使气流吹响间隙气笛报警器，便自动长时间地发出报警声，它的作用，是使外面的救援人员容易找到埋在瓦砾堆中的救生床。

该床板（105）也可由手动触发，并且，它既可单独触发，也可与上部活动壳体（102）的降落实行联动触发，联动触发（包括自动触发）时，应使床板（105）先跌落，将坐在床沿上的人摔倒在床上，并降低坐在床沿上者的高度，然后壳体（102）再下降，并逐渐关闭。

在床身底部，有一个能够承受床向下面楼层跌落遭受碰撞冲击的固定壳体（107）它与床身的联结可以是多种多样的，但最好采用类似于活动外壳（102）下部边沿那种弹性构件（103）进行联结。下部壳体的作用不仅是防撞，同时也是防火与防水所需要的。壳体（107）与床身（106）形成的排水量应大于床和床上睡眠者的重量;为此，设在床身上的紧急出入口（114）在平时是以某种既防火又防水、防震的材料，如阻燃性塑料或金属薄板加以封闭，只有当活动外壳上的所有出入口均无法使用时才将其通开。同时上部支撑杆（104）便应做到易于拆卸或采用象收音机拉杆天线那种可以伸缩的结构，使该床能够向上浮起，以便从房屋的窗口等处驶出。这样，这种床便不但有防地震、战争和其它原因（如风灾等）引起的房屋坍塌作用，防火灾的作用，同时还具有一定的防水灾的作用。

为了承受地震发生时上部构件斜向击中床体产生的剪力和弯矩，有四根空心构件（109）与床身（106）和床挡头（115）（116）相联，并共同形成一个抗弯和抗压力系。在床的四条腿（109）上，均设有弹簧（110）等减震装置，用它来吸收地面传来的震动和一部份由房屋坍塌时产生的冲击荷载。床挡头不仅抵抗上部压力，还能抵抗侧向压力。

床腿下部与地板接触的是一种由真空吸盘或一种摩察力很大的材料组成的“脚掌”（111）它使床与地板相对固定，地震到来时，床便不易产生水平滑动，从而有利于安全。

为了将房屋特别是高层楼房坍塌时可能产生的巨大碰撞力减弱和吸收，并尽量使其保护外壳仅承受静压力，除了对壳体形状进行仔细研究，尽量做到高强轻质、价廉，使之在重量和成本都不高的前提下，能承受更大的荷载，例如采用双曲面球形薄壳（图2），椭球壳（图3）或在内部加了加劲板（402）的单曲面长筒壳（图4）等，在双曲面壳底部，还可以用园截面环形壳（502）来作为抗压环（图5），以增加床的侧向抗压能力。

这样，床的侧向压力主要就由活动床板（105），床挡头（115）（116）和壳体共同来承担。

壳体的材料也是极其重要的，它可以由（图6）所示的复合材料制成，其中最外层（601）作为防火及均力之用，它是接受冲击荷载的第一层，可由硬而韧的材料制成，以便将冲击荷载比较均匀地分散开来，并传递到由极低弹性模数材料如矿棉、硅酸铝纤维、橡胶或弹塑性塑料组成的第二层（602）上，使冲击荷载在此层被大部吸收。第三层（603）是刚性层，主要用以承受强大的压力，并能顶住冲击荷载的打击，其材料，可用某种高强度低合金弹簧钢，其结构可由空腹薄壁材料复合制成。最内层（604）是一种软而有弹性的材料如矿棉或某种耐火发泡塑料构成，它主要用以避免人体特别是头部在地震发生时撞击在刚性硬壳（603）上，敷设在底部的固定外壳（107），一般可以不要这层材料（604），而由床板与固定壳内壁之间的报警用大气囊来承担同样任务。

总而言之，地震产生破坏和伤亡的主要因素是建筑构件坍塌时产生的强大碰撞力，而本发明围绕将碰撞力变为静压力的问题，主要采取了上述三条措施，即

1、上部活动壳体和下部壳体第一层设匀压层（601），第二层（602）设弹塑性层，弹性层后面才是刚性层;

2、两壳体与床身结合面设弹性衬垫（103）;

3、四条腿上设弹性减震构件（110），弹性减震构件可由弹簧、弹性塑料、橡胶或气垫等组成;它既吸收床上面塌落物的冲击，又吸收地面来的震动。

为了保障床内人员的安全，在床内四壁均设有类似“沙发”椅那样由弹簧、气垫或泡沫塑料等组成的柔软衬里，所有的衬里元件均应考虑防火问题，如加防火添加剂等。

这样，由上下壳体、抗压床身、床挡头和四根管形构件（109）及床腿等便共同结合成了一个外柔内刚中部空的整体。它象人体那样有低弹性模数的外层，又象贝壳那样有保护内脏的刚性壳;用这种复合结构来抵御地震力的袭击。

为了进一步提高救生床利用率，可以在床挡头或其它部位设置若干沙发椅的靠背，以便人们可以靠在上面谈天、看书、看电视等。

在床上某个平时不易接近，地震后易于接近的地方，如（图18）的（1808）或（图1）活动壳体（102）内部的上方及当床板（105）跌落后，在床身（106）内侧的某个部位，应设一个急救用品仓，内装救生器材、报警器材、药品、水、食物等。

对于一张床，人们不仅把它作为一种必不可少的生活必须品，而且把它作为一件室内装饰品，因此本发明除了首先保证地震救灾的各种技术要求，还在造型和外观上尽量满足室内陈设的生活习惯和美学需要。

基于上述原因，为了兼顾平时作床、地震时自动变为避难室，本发明设置了活动壳罩，为了满足不同人的陈设味口，活动保护壳（罩）的关闭方式可以是多种多样的。如（图7）～（图11）。

（图7）是下降闭合式，地震发生时，活动外壳（701）沿四根支撑杆（704）先快速下降到一个不致击伤坐在床上者头部的位置（702），然后靠缓速机构缓慢下降到完全关闭的位置（703）并被锁合。下降闭合式的主要优点是活动保护壳所处位置能对床上的人产生最为有效的保护，任何原因引起的重物突然掉下来或房屋坍塌均能保护，而且坍塌物的重量将有助于保护壳关闭，因此它的安全指数最高。其造型与普通床接近，易于被人接受。

（图8）是下转动闭合式地震救生床，它有点象一张大沙发椅或一只张开盖的大箱子，活动保护壳（801）平时处于开启位置，地震发生时，床板（806）下跌一段距离，使坐在床沿上的人仰身倒在床上，然后活动保护壳（801）快速关闭到不致击伤坐在床上者头部的位置（802），再靠缓速装置慢速关闭到（803）的位置，并被弹性门闩锁合。这种床的地震传感器（805）最好装在床后侧。这种床优点是可以同时兼作床和沙发椅使用，比较简单，而且安全指数也很高，仅次于（图7）。

（图9）是伸缩闭合式救生床。它的活动保护壳罩平时是如同卷廉门那样卷绕或折合在床端头的柜（901）内，地震发生时，藏在柜内的地震传感器使床板（905）下跌，作用与（图7）（图8）相同，然后活动保护罩（903）沿着床边上两根用以承受房屋坍塌时产生重压的结构件（902）向前滑动关闭，使床上的人免受灾害。活动保护罩（903）与承压件（902）之间设有某种类似导轨或滑道的结构如（906）以便使保护罩（903）不会在剧烈的地震摇撼中从承压件（902）的上部跳出或左右滑出。在活动保护罩运行的终点，也有类似于（图7）（图8）描述的那种机械锁合装置，以防止护罩（902）在坍塌物打击下缩回。护罩关闭后，人可以从床的两侧或端头孔道出入。

（图10）是上转动闭合式救生床。在平时，它看上去与普通床几乎完全没有区别，它的活动保护罩（1001）由一对其转动轴在床沿（1006）并折合在床身侧面的刚性板件组成，它好象床的踏脚，也确实能起到踏脚的作用，当地震发生时，地震传感器将机械锁合装置解锁，储能部件便释放能量，使两侧的活动保护罩连同坐在床沿上的人绕轴（1006）向上旋转，与此同时，床板亦下跌一段距离，将人掀倒，两活动保护罩亦在床上方正中锁合成一个能承受压力的近似于“人”字形的支撑点，并通过管形构件（1008）将压力传递到床的两头的床挡头（1007）上，以承受坍塌物的打击。

以上由（图7）～（图10）所示的四种地震救生床活动壳（罩）关闭的基本结构各有优点，它们也可以互取其长并组合成多种复合结构，以取得不同的效果。例如，一种由伸缩闭合式（图9）和上转动闭合式（图10）结合组成的复合闭合式地震救生床如（图11）所示，它的外形，与普通比较豪华的带床头柜的床几乎没有什么区别，当地震发生时，本发明的地震传感器，首先使折合在床身两侧的活动支撑（1102）沿轴（1105）向上转动180°左右，并锁合在该位置（1103），它便构成一类似于（图9）（902）那样的承压构件，并于床两头的挡头形成一闭合的矩形盒，从而能进一步提高受压能力，而且，（1102）转动到一定位置便触发卷绕或折合在床头柜（1101）内的活动保护罩（1106）使之沿着这“盒子”的顶部导轨迅速向外伸出，将床顶封闭。床板可在地震刚发生时即由传感控制器触发下跌，并立即锁合在下跌后的位置。

对于下面将介绍的本发明核心之一-地震传感器，它应具有灵敏度可调，对地震的横波及面波均能输出控制信号;其输出功率应能直接驱动执行机构等性能。还应具有较高的抗干扰能力，当地面有微小晃动时，不会产生误触发。最简单的传感器是在一根与地面垂直的杆件上放一个大质量园球，它灵敏度不可调，有许多缺点。

本发明的传感器结构如（图12）所示，它有一个安装在底座（1212）上，并与底座保持一定高差，其顶部带有曲面（1209）的固定支撑杆（1210），在以支撑杆为轴心的园周范围内，有一个与构件（1206）相联，由压紧螺栓（1205）安装在调节杆（1208）上的重物（1207）该重物的重心与调节杆（1208）相重合，由调节杆（1208）支撑在曲面（1209）上，通过压紧螺栓（1205）和调节杆（1208）可以调整该重物重心的高度，重心越高，灵敏度越高，反之亦然。这样，只要将重物（1207）的重心调到低于曲面（1209）的某个高度，该重物就能稳定的“站”在小曲面（1209）上。这时，即使底座（1212）发生轻微倾斜和摇晃，该重物处于动平衡状态，因此，也不会从小曲面上掉下去。如果地震烈度高于某种程度，重物的支撑杆便会移出曲面掉到底座（1212）上去，重物的质量M乘以其底面到底座的距离h便是该传感器通过柔性拉绳（1202）向外输出的功W

W＝M·h

这种将传感器和控制器集于一身的不用电的自动化装置可以轻而易举地向外输出相当大的功率。例如某解锁装置需要10kg的力向下拉10cm的距离，则只须使本发明中重物（1207）的质量大于10kg（例如20kg），且其底部悬空的高度大于10cm（例如20cm）即可。

该传感器的小曲面（1209）和立在曲面上的调节杆尖端可以上下交换，即下部为尖端，上部为曲面;也可以上下均用曲面构成。

如果既要使本发明传感器向外输出较大的功，又不希望重量过大，则可采用如（图13）的结构，该结构中的传感器（1301）与（图12）无异;不同的是，重物坠落产生的拉力不直接向外输出，而是去触发一种机械储能装置（如弹簧或发条），使该装置向外做功。在（图13）所举的实例中，是利用扭力弹簧（1302）储集能量，地震发生时，传感器（1301）牵引锁合机构（1303）顺时针旋转，于是，原先被扭转的扭力弹簧（1302）将其储集的应变能释放出来，并通过拉绳（1304）向外输出较大的功。复位时，首先提起（1304），然后再提起辅助拉绳（1305）即可。

这种传感器不仅可以用于地震救生床，地震救生椅，还可以用于地震自动断电和当地震停电后自动启闭某种阀门、房门等等许多方面。

下面举一个利用本发明传感器控制地震救生床的实施例。

例如，当地震发生后，需要某一地震自动救生床的翻板装置以100kg·M的扭矩使一床侧板总共向上旋转180°，并且规定，当快速旋转90°后，再慢速旋转到180°。

（图14）便可满足这一工艺要求。图中翻板（1404）在平时将一合符力矩要求的扭力弹簧（1403）扭转储能，并锁合在可以绕轴（1407）旋转的杠杆（1413）的滚轮（1408）上，杠杆（1413）与地震传感器（1414）的柔性牵引绳（1417）相联，该绳平时处于松软状态，地震发生后，传感器（1414）触发，使牵引绳（1417）向下拉，迫使锁合杆（1413）带动其滚轮（1408）向下运动，于时翻板（1404）被解锁，扭力弹簧（1403）储集的应变能便突然释放出来，带动翻板及其负荷向上旋转，当转到90°后，即（1415）的位置，缓速装置便起作用，即：与气缸相联的钢绳（1406）被张紧，迫使扭力弹簧（1403）对气缸做功，从而只得减速运行，减速的程度，由气缸两个端面上的气孔（1410）、（1418）的开度大小来决定，直到翻板（1404）缓慢旋转到180°位置（1416）时为止。

这种由地震传感器解锁触发，释放储能元件能量，并由气体或机械缓速装置减速，以带动活动外壳（罩）关闭的方法，具有可靠、简单、对被救人员安全，价格低廉等一系列优点。

利用本发明这种方法，结合（图14）举出的实例，不难设计出多种地震自动救生床。

本发明自动报警器也是不用电的。它们都直接或间接地由地震传感器触发报警。其发音元件可以由储集应变能的弹性元件驱动，也可以由压缩空气驱动，现以后者为例，说明如下：

压缩空气由安置在床板下的大气囊来产生。该气囊（1501）平时处于鼓胀状态，这就相当于自动充好了气。软管（1502）将气囊与脉冲气流发生器（1508）相联并将连续气流变成间隙脉冲气流，该气流通过气笛（1404）发出声音，气笛能保证以极小的耗气量发出高频率的尖锐哨声，哨声通过由具有指数曲线的号筒（1507）和（1506）的反射后，传播出来。小反射筒（1507）和大反射筒（1506）是靠不影响高频传播的联结件（1503）相联结，该喇叭可安装在床上的某个供人进出的孔道旁。当地震发生后，自动下跌的床板使气囊受到挤压，便通过气笛间隙地发出报警声。由于气囊很大而间隙发声的气笛耗气量极小，故可以使报警时间长达数十小时，这样，即使床上是尚不懂事的婴幼儿，当该床被埋在瓦砾堆中后，也容易被外面的救援者找到。

当一幢平房或层高较低的楼房坍塌后，本发明能较容易地顶住坍塌物的打击，但对较高层的建筑，例如八层楼房、十五层楼房的建筑坍塌后又将怎样呢？

从理论上讲，不管上面有多高的楼房，只要相应地增大吸收冲击荷载的能力并加大抗压构件的强度，就可以承受相应的高层建筑的重压。问题是，这种床的体积、重量和成本是否会高到令人生畏的程度？

高层建筑坍塌后，地震安全床将会受到多大的荷载？这个问题极为复杂。因为楼层坍塌的先后秩序、落下的角度、床周围是否有堆积物，以及落在床面上坍塌物的面积和该面积以上构件的堆积情况，构件的散落情况等，均是一些变化很大的未知量;还有，楼房自身的重量和不同建筑结构、地质情况、地震的具体参数等也会使地震床受到的载荷有极大不同。

介于以上因素，这里仅对比较普遍，最为常见，因而最具有普遍意义的情况作一简单分析。

目前最广泛采用的楼房，是以砖墙承重，并以空心混凝土预制板作楼板。它们比滑模结构、大钢模板结构和钢结构楼层的价格便宜，耗钢量低，抗震性能也差，因此也最易坍塌。

对地震救生床来说，最“理想”的坍塌方式是：床面以上那层楼板首先掉下来，这就相当于在保护壳上又加了一层壳，更上面的楼板掉下来后，对床的危害就小得多。但楼房的倒塌往往不是这样，地震时，高层建筑因上部的挠度大于下部，因此上部往往首先因剧烈晃动而坍塌，坍塌之前，承重墙或填充墙便已纷纷剥离坠落，导致楼面下塌，下塌楼板的平面不可能与下一层楼板的平面同时接触，而是有先有后，这就对下一层施加了偏心荷载，从而加速了下一层的崩溃……这样恶性循环，直到地震停止，如果震动时间足够长，则整幢大楼就将全部坍塌。

如果十层楼中各层均有地震床，则最上面的床受力最小，并象置身在一个震动筛上那样，随着楼板而逐层往下塌落。

假设出现了最坏的情况-十层砖混结构楼房全部坍塌，则最下层的床面上将受到多大的压力？分析表明，显然不会受到整幢楼房的压力，并且，也极难受到整个房间投影面积以上十层楼的压力（图16）（1602）;当然，也不至于仅受到床平面以内那部份十层楼房的压力，而是会受到介于床平面和房间平面之间那部份重量的压力，这是因为：

1、在一个房间内，床周围不可能没有墙和其它家具或坍塌物，实际上，房间上面的预制楼板（通常称之为“小空板”）正是支撑在这房间四周的墙上，床的活动外壳关闭后，其高度很低，因此，靠这些东西很容易减缓大面积坍塌物“第一次打击”的速度和动量，床的减震装置和四根高高的支撑杆（图1）（104）也将发挥作用;

2、床不可能恰好处于楼板的重心位置;即使在重心位置，楼板也会因震动失去平衡而倾斜地压在床上，这样，坍塌物的重量不可能象（图16）那样，由床单独承担，而将与地面和其它坍塌物形成的许多支点共同承担;

3、大面积坍塌物在坍塌前，由于受到各种交变应力的强烈破坏很难完整无损地坍塌，而通常都会发生局部碎裂、折断、剥落等等，因此，坍塌后，其挠度将变大，重量将减小，而且更易在床周围形成堆积物和支点，因而使床的荷载减少。

4、多层楼房坍塌时，由于以上种种原因，加上空心楼板和墙体的解体，所谓“分崩离析”，必然在下部产生大量的“架桥”现象，形成大量缝隙和空间-这就是地震后仍会从瓦砾堆中找到活人的主要原因，而抗震床的外形和弹性结构都将人为地促使在床顶上产生起拱和“架桥”，从而减少荷载。

鉴于以上种种原因，当十层楼房坍塌后，床面承受的负荷不可能象（图16），而会更象（图17）所示的那样。

为了进行一些定性的分析，现假定加在床上的荷载仍然是不可能出现的（图16）那种样子。

已知双人床的面积是3m²，现又假定压在床上各层混凝土楼板面积均为10m²，求十层楼坍塌后，落在该床上的总压力

普通一块混凝土预制楼板的重量约250kg/m²左右，而加上楼板上的墙体、屋面等构件后，平均每m²建筑面积上的自重可达1.2～2吨，这样，对于10m²的面积，十层楼总重就是120T～200T，如果这十层楼上的人和家具等活重以每m²300kg计，则十层楼活重为30吨，这样，面积为10m²的十层楼的自重加活重一共就是230T（图16）。假定这250T荷载全部由与床身相联的四根空心抗弯构件（109）来承担，该构件材质采用20MnVB渗炭钢，其抗拉（压）强度σ_b＝110kg/mm²，由于该构件承受负载的时间很短而次数也很少，不存在长期重载疲劳等问题，因此许用应力可以取得很高，现取为75kg·f/mm²，计算可得230T需要的总切面积为31cm²，假设每根管的外径为100mm，则选用壁厚为2.6mm即可。再假设四根管子的长度均为1M，则其总重仅为24.5kg。

因此，只要能从结构上消除冲击荷载并保证它们不失去稳定，这四根管子就能支撑起投影面积为10m²的10层大楼230T的重压。

当然，本发明实际承重主要是利用上下壳体和四根管子（109）形成的五个支撑点来共同承担。实际的地震情况也要复杂得多，冲击荷载不可能被构件全部吸收等等。但也可以看出，一切并不是想象的那样可怕。

实际上，如果该建筑是比较现代化的框架轻板结构，那么，在上述重量不变的前提下，层高还可以增加三倍左右，即理论上，这四根钢管可以承载30层楼的框架轻板建筑（每层仍为10m²）。

这种建筑自重不是1.2T～2T/m²，而是0.4～0.6T/m²，目前世界上最高的美国113层西尔斯大楼就是这种结构，虽然它高达443米，但却比我国20层的北京饭店和24层的上海国际饭店还要轻，从这些例子可以看出，地震救生床的适应范围是比较宽的。

为了节约用钢和降低成本，在成批生产时，应按上面的楼层层数和用户的不同需要分成若干系列，并将层高体现在产品型号中，例如KZ05-表示允许上面有五层楼，KZ10-表示允许上面有10层楼等等。

对于我国城乡目前大量使用的单层砖混建筑、木结构建筑或多层木结构建筑，救生床的保护壳能承受相当于一层混凝土预制楼板的打击就足够了，按上述型号，就是KZ01型，数量最大，造价也最低。

当然，地震发生时，还可能出现一些难以预料的极端情况，但毕竟只是少数，因此，可以有把握地说，如果再在人们熟睡时，来一次唐山地震那样的突然袭击，本发明将能使死亡和重伤的人数减少80%以上，千千万万个家庭将免受骨肉分离之苦，从而把人类很大一部份地从地震的恐怖中解放出来。

而在没有地震时，本发明又是一种新颖别致的室内用具，它除了每天供人坐、卧、睡眠之外，对任何原因引起的火灾、水灾、房屋坍塌等也有救生作用。从而使人们生活得更加美好。

下面结合附图详述本发明：

（图1）地震救生床原理结构图

〔101〕-上部护罩;〔102〕-活动壳体;

〔103〕-弹性衬垫;〔104〕-支撑杆;

〔105〕-活动壳体;〔106〕-床身;

〔107〕-固定壳体;〔108〕-地震传感器;

〔109〕-抗弯构件;〔110〕-弹簧减震器;

〔111〕-真空吸盘;〔112〕-缓速装置;

〔113，114〕-紧急出入口;〔115，116〕-床挡头。

（图2）双曲面球形薄壳

（图3）椭球壳

（图4）单曲面长筒壳

〔401〕-长筒壳体;〔402〕-加劲板。

（图5）带园截面环形壳的双曲面壳

〔501〕-双曲面壳;〔502〕-园截面环形壳。

（图6）活动壳体和固定壳体的剖视图

〔601〕-防火均力层;〔602〕-低弹性模数减震层;

〔603〕-刚性抗压层;〔604〕-柔性内层。

（图7）活动外壳下降闭合式地震救生床

〔701〕-锁合在开启位置的活动外壳;

〔702〕-开始缓速下降的位置;

〔703〕-锁合在关闭位置的活动外壳;〔704〕-支撑杆。

（图8）活动外壳下转闭合式救生床

〔801〕-锁合在开启位置的外壳;〔802〕-开始缓速关闭的位置;

〔803〕-锁合在关闭位置的外壳;〔804〕-固定外壳;

〔805〕-地震传感器。

（图9）活动外壳伸出闭合式救生床

〔901〕-床端头柜;〔902〕-承压结构件;

〔903〕-伸出的活动保护罩;〔904〕-固定壳体;

〔905〕-活动床板;〔906〕-导轨结构;

〔907〕-地震传感器。

（图10）活动壳上转闭合式救生床

〔1001〕-活动保护罩;〔1002〕-开始缓速关闭的位置;

〔1003〕-锁合在关闭位置的活动罩;〔1004〕-加强板;

〔1005〕-固定外壳;〔1006〕-转动轴;

〔1007〕-床挡头;〔1008〕-管形构件。

（图11）活动壳复合闭合式救生床

〔1101〕-床端头柜;〔1102〕-活动支撑;

〔1103〕-活动支撑向上转动锁合的位置;〔1104〕-固定外壳;

〔1105〕-转动轴;〔1106〕-伸出的活动罩。

（图12）地震传感器

〔1201〕-传力杠杆;〔1202〕-柔性拉绳;

〔1203〕-护罩孔;〔1204〕-调节杆拉环;

〔1205〕-压紧螺栓;〔1206〕-传力构件;

〔1207〕-重物;〔1208〕-调节杆;

〔1209〕-固定杆顶部曲面;〔1210〕-固定支撑杆;

〔1211〕-传感器护罩;〔1212〕-底座。

（图13）带机械储能装置的地震传感器

〔1301〕-普通传感器;〔1302〕-扭力弹簧;

〔1303〕-锁合机构;〔1304〕-输出力矩的拉绳;

〔1305〕-辅助拉绳。

（图14）大功率储能翻板装置

〔1401〕-转动轴;〔1402〕-底座;

〔1403〕-扭力弹簧;〔1404〕-翻板;

〔1405〕-支点;〔1406〕-钢绳;

〔1407〕-锁合杆转轴;〔1408〕-滚轮;

〔1409〕-气缸拉环;〔1410，1418〕-小孔;

〔1411〕-活塞;〔1412〕-气缸销;

〔1413〕-杠杆;〔1414〕-地震传感器;

〔1415〕-开始缓速运动的位置;〔1416〕-运动终止的位置;

〔1417〕-索引绳。

（图15）气体式地震报警器

〔1501〕-气囊;〔1502〕-气管;

〔1503〕-联结件;〔1504〕-气笛;

〔1505〕-接头;〔1506〕-大反射筒;

〔1507〕-小反射筒;〔1508〕-脉冲气流发生器。

（图16）地震救生床承受十层楼坍塌荷载的假想情况之一

〔1601〕-地震救生床;〔1602〕-十层楼的荷载。

（图17）地震救生床承受十层楼坍塌荷载的假想情况之二

（图18）地震救生床实施例

〔1801〕-活动外壳;〔1802〕-转动钩;

〔1803〕-转轴;〔1804〕-拉绳;

〔1805〕-绕线轮;〔1806〕-弹性拉绳;

〔1807〕-加劲板开孔;〔1808〕-救生物资仓;

〔1809〕-支撑杆;〔1810〕-弹簧滚珠;

〔1811〕-活塞杆;〔1812〕-活塞;

〔1813〕-缓冲气缸;〔1814〕-弹性锁合闩;

〔1815〕-锁合钩;〔1816〕-转向滑轮;

〔1817，1826〕-牵引绳;〔1818〕-地震传感器;

〔1819〕-活动床板;〔1820〕-转臂;

〔1821〕-大气囊;〔1822〕-固定保护壳;

〔1823〕-真空吸盘;〔1824〕-减震弹簧;

〔1825〕-报警扬声器;〔1827〕-销钉;

〔1828〕-紧急出入口;〔1829〕-床垫。

本发明的实施例如（图18）。另请参看（图1）（图13）（图14）（图15）的有关说明。

在（图18）中，活动床板（1819）依靠两端的小轮座落在转动臂（1820）上，（1820）受到床板重压将沿顺时针方向旋转，但（1820）另一端滚轮被锁合钩（1815）锁住，因此（1820）无法转动，活动床板（1819）便能承受人体的重压。

当地震发生时，传感器（1818）通过牵引绳（1817）向外输出拉力，该拉力将锁合钩（1815）向（图12）中的左方拉动，于是转动臂（1820）被解锁顺时针旋转，活动床板（1819）便靠自重-也可加上弹簧装置-迅速向下跌落到被气囊（1821）托住的位置。床板跌落后，转臂（1820）靠自身的拉力弹簧恢复原位，被销钉（1827）托住，这样，便限制了活动床板往上方的移动，等于将床板锁在转臂（1820）以下的位置，如果要使床板回到上面，必须从床外或床内人为地使转臂顺时针旋转一段距离。

设在床上部的活动保护壳（1801）由转动钩（1802）的转轴（1803）支持在床的支撑杆（1809）上，该支撑杆由空心的管子构成，牵引转动钩旋转的拉绳（1804）便可通过该管子与地震传感器相联。地震发生时，利用活动床板（1819）下跌产生的动力或利用地震传感器（1818）本身输出的动力通过拉绳（1804）向下拉动转钩（1802）使之反时针旋转，并与活动保护壳（1801）脱钩，活动保护壳便沿四根支撑杆迅速下滑，滑动一段距离后，其内顶部被套在每根支撑杆上的缓速装置-缓冲气缸（1813）的活塞杆（1811）托住，该活塞杆平时是靠弹簧滚珠（1810）或永久磁铁保持在预定的位置，保护壳落下后，便迫使该活塞（1812）向下运动，运动的速度，由气缸底部小孔漏气量的大小来决定;如果将磁铁的磁力增加，也可由磁铁取代气缸;磁铁还可设在活动外壳上支撑杆的四周，并且，支撑杆上部由非磁性材料制成，下部由磁性材料制成。以上这些方法构成的缓速装置，均可起到使外壳缓速下降的作用。为了进一步提高可靠性，使迅速下降的外壳不至过重地将人击伤，在活动外壳的外顶部，还设有用弹性拉绳（1806）和安装在支撑杆（1809）上的绕线轮（1805）组成的另一种缓速系统。该弹性拉绳（1806）可由橡胶或金属拉力弹簧构成，它松弛状态的长度比活动外壳迅速下降的距离要短一些，平时绕在绕线轮（1805）上。这样，当活动外壳脱钩坠落时，弹性拉绳被松弛地牵引出来，因而外壳能迅速下降，下降一段距离后，弹性拉绳被张紧和拉长，直到外壳下降到被设在床两头外侧的弹性锁合闩（1814）锁住为止;在拉绳被张紧的时候，外壳下滑的速度便被减缓。

活动外壳的内顶部加劲板上，在人们可能靠床头坐着的上方开有两个较大的孔（1807），它能进一步提高外壳闭合后的空间高度，避免将靠床头坐的人击伤。该加劲板的上部空间（1808）即可作为救生物资的救生仓。

在床腿下部，设有缓冲弹簧（1824）和由弹性阻燃塑料或橡胶构成的真空吸盘（1823）。

当活动床板（1819）下跌后，设在床下部固定保护壳（1822）和床板之间的大气囊（1821）受到床板的挤压，气囊中的气流便通过管道使能够发出间隙报警声的气笛（1825）间隙地长时间报警。

活动外壳闭合后，床内外的人可从外壳上的开口，如（1828）出入。

Claims (10)

1、一种可供睡眠、休息和自动救灾的设备，其特征是，在其下部带有固定壳体的床身的上部，有一个带有缓速关闭装置的活动壳体，将该活动壳体固定在开启位置上的锁合机构与床身内部的活动床板相联，床板的锁合装置又与地震传感器相联，该地震传感器还直接或间接地与地震报警器相联；并且，由上述地震传感器触发锁合机构，使活动壳体通过缓速装置与床身和固定壳体锁合成的整体，系由抗震耐火材料构成；通过大功率储能装置如(图14)和缓速气缸使翻板运动的锁合机构，也与地震传感器呈机械联结。

2、如权利要求1所述的救生设备，其特征是，活动壳体上设有紧急出入口;活动壳体的边缘可以设抗压环。

3、如权利要求1所述的救生设备，其特征是，床身上设有平时用耐火防水材料密封的紧急出入口和能承受较大弯矩的床腿管件。

4、据权利要求1所述的救生设备，其特征是所说活动床板是可向下移动一段距离后再被锁合的床板，它依靠两端的小轮座落在转动臂上，床板下面设有报警气囊或一种机械报警装置。

5、如权利要求1所说的救生设备，其特征在于，固定壳体与床身和活动壳体锁合成的整体，其外层由吸震防火材料，中层由刚性抗压材料，内层由柔性材料组成;床身与固定壳体还由防水结构和材料构成。

6、如权利要求1所说的救生设备，其特征在于，所说地震报警器有一个气囊和与气囊相联的脉冲气流发生器，它输出的间隙气流与气笛相联结，该气笛安设在反射式扬声器的喉部。

7、根据权利要求1所述救生设备，其特征在于，缓速装置的缓速部件主要由气缸，永久磁铁或一种吸收能量的机械结构组成。

8、根据权利要求1、3所述救生设备，其特征在于所说床腿的下部设有减震缓冲弹簧，床腿与地板接触部位设有弹性阻燃材料构成的真空吸盘。

9、根据权利要求1所述救生设备，其特征在于所说地震传感器有一根安装于底座上的固定支撑杆，在它的顶部支撑着一个与底坐保持一定高差的重物;将该重物动量向外输出的构件可直接与外部解锁机构相联，也可通过能被其释放能量的机械储能装置与外部机构相联。

10、根据权利要求1、9所述救生设备，其特征在于所说地震传感器，在与上述重物重心相重合的轴线上，可以安设一根用以调节其重心高低的调节杆，该调节杆支撑在上述固定支撑杆的顶部。

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