基本信息
- 项目名称：
- 液压控制快速逃生器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 随着地震的频繁发生，人们的生命安全受到很大威胁。尤其是在地震发生时高层建筑中的人们很难快速安全地逃离，从而酿成惨剧。 此液压控制逃生器是由液压齿轮泵、液压管道、调压阀以及机架组成的系统。当人从高空下落，将带动液压泵齿轮的快速转动，使得液压泵产生很高的油压，通过调压阀迅速阻碍齿轮的超速旋转，并达到某一稳定转速。通过这种迅速而又灵敏的调节和控制，使得人能以某一较低的速度下降，保障人身财产的安全。
- 详细介绍：
- 该作品的设计目的是用于高层建筑内人群在发生重大灾害时的快速逃生。整个装置分为液压转换单元、液压控制单元、速度转换单元、以及油路和密封接头部分。速度——液压转换， 速度转换单元将重物下降的直线速度转化为齿轮泵的旋转速度。当主动轮旋转时，轮齿开始退出啮合之初为吸油腔，轮齿开始进入之处为出油腔。吸油腔与压油腔是被齿轮的啮合接触线以及泵体和端盖所隔开。由于进油过程中，在出油口处形成布局真空，回路中的液压油在压力作用下便进入吸油腔，形成齿轮泵的吸油过程。啮合处的轮齿所扫过的面积小于即将进入啮合的轮齿，液压油便被排除压油腔，形成齿轮泵的压油过程。压力——速度控制 在由齿轮泵、进油管、出油管及调压阀组成的液力回路中，通过调节调压阀的开度，改变齿轮泵的进油管、出油管之间的液体压力，从而改变齿轮泵的负载和转矩，进而控制转速的上升和下降。同时，使得从液压泵喷出的油流入输油泵高压油腔内，当喷油泵高压油腔内的油压达到一定值时，高压油克服弹簧的压缩，顶开高压油腔阀门进入低压油腔，高压油压力下降，高压油腔的通道在弹簧压缩下重新关闭，直到油压再次克服弹簧的弹力顶开高压油腔通道为止，如此将高压油的压力限定在一个稳定的范围内。同时，选择不同弹力的弹簧，可以有效调节油压，我们通过反复比较采用了压力较为适中的弹簧。通过以上方法，从而达到有效控制液压的目的。改装自汽车发动机输油泵的液压控制模块，结构简单，体积较小，控制灵敏，成本相对也较低。 本装置通过调节调压阀的开度，在适当的重力输入范围内，通过控制系统控制齿轮泵主轴转速，将人体的下降速度控制在安全的范围内（3-5 m/s）。另外，该装置完全基于系统的自动化稳定调节，避免人身在高度紧张时的手动操作，从而最大限度地保障了用户的人身安全。同时，在超出系统输入载荷时，系统通过自保护装置，停止工作从而实现系统的稳定性、安全性。在控制系统内部，齿轮泵在吸油口和排油口之间形成液压差，利用流体力学相关知识，得出液压差与人体重量、限压阀开度、主轴转速之间的关系，进行承载能力的标定，从而实现自动控制。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 近几年国内国际地震频发，无数同胞在地震中丧生，不少群众是因为无法及时从高层建筑中安全撤离而遭受不幸。随着城市化进程的不断加剧，城市高层建筑也在成指数级增长，在灾难来临时，拥挤的楼道、依赖电力系统的电梯显然无法满足居民的逃生需要，高层建筑紧急逃生问题日益成为公众极为关注的焦点。 此液压控制逃生器是由液压齿轮泵、液压管道、调压阀以及机架组成的系统。当人从高空下落，将带动液压泵齿轮的快速转动，使得液压泵产生很高的油压，迅速阻碍齿轮的超速旋转，并达到某一稳定转速。使人能以较低的速度下降，保障人身财产的安全。 本装置利用液压阀调节流体回路的局部损失，从而改变齿轮泵的负载转矩，达到控制人体匀速安全（3-5 m/s）下降着陆的目的。创新之处在于通过液压来控制速度，不消耗外界能源，自动控制，稳定性好。技术关键在于齿轮泵的设计、调压阀的开度调节和标定、过载自保护、液压油及油管的选择和设计等。
科学性、先进性
- 目前，大多数逃生设备主要依靠手动刹车片产生的摩擦力，控制下降速度。而本装置通过调节调压阀的开度，在适当的重力输入范围内，通过控制系统控制齿轮泵主轴转速，将人体的下降速度控制在安全的范围内（3-5 m/s）。 另外，该装置完全基于系统的自动化稳定调节，避免人身在高度紧张时的手动操作，从而最大限度地保障了用户的人身安全。同时，在超出系统输入载荷时，系统通过自保护装置，停止工作从而实现系统的稳定性、安全性。
获奖情况及鉴定结果
- 在2011年中北大学“刘鼎杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获特等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 未转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本装置不依靠电能等外界能源，它将人体下降时的速度转化为液压系统内的压力，该压力反过来作用于液压齿轮泵，限制其速度，从而达到安全逃生的目的。在地震发生时，用户只需拉住提前安装好的本装置缠绕在轮毂上的钢丝绳，从窗户外缘跳下便可实现匀速安全着陆。随着城市化进程的不断加剧，城市高层建筑也在成指数级增长，在灾难来临时，拥挤的楼道、电梯显然无法满足居民的逃生需要，本装置正是基于广大用户的迫切需要，可以有效解决上述矛盾。另外，本产品设计阶段成本为1000元，预计批量生产成本为400元以下。低廉的价格、可靠的质量以及市场的广泛需求，必将赢得一个明朗的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 目前，市场上有如下三种常用地震逃生器： (1)包角加手控式口。此类专利设法增加钢丝绳与轮之间的包角，使得钢丝绳与钢丝轮之间的摩擦力增加。另外，再利用手控装置，进一步调节下降速度的快慢。此类方案虽然结构简单，但是受摩擦系数影响较大。若包角太大，有可能卡住；若包角太小，则控制有困难且不易操作。利用轮系来增速，增大离心块的离心力来增加摩擦力矩心，从而降低下落的速度。由于其摩擦力的大小由离心块的心力的大小和摩擦状况决定。所以很难保持匀速下降，且受摩擦热及摩擦磨损的影响很难保证恒定的摩擦系数。 (2)间歇冲击式。间歇冲击式是通过间歇撞击能来消耗能量，如利用钟表中的擒纵叉和擒纵轮原理来消耗能量。它要求主动件与从动件之间压力角和摩擦力尽量大，但不能自锁。 (3)液体流动阻尼式：液体流动阻尼式是利用液体流动阻尼把人体势能转化成液体热能，以达到降低速度的目的。其主要特点是由于液体阻尼的大小取决于外负载，所以不论人体质量的大小均能以比较固定的速度下降。另外，目前社会上采用的部分高楼逃生器，还存在一些逃生器使用交流电源，然而发生火灾时有可能停电，从而造成设备无法使用。和机械传动相比，液压传动工作比较平稳、反应快、冲击小、能高速制动、控制简单、方便省力。
