基于火灾救生椅的设计与应用

何理瑞，卢孔宝

(浙江水利水电学院机械与汽车工程学院，浙江杭州 310018)

0 引言

目前，高层建筑消防硬件设施的局限性，火灾及应急救援存在一定的难度，所以居住或者在高层建筑办公的人员，在应急情况下如何在第一时间进行自救，是当前研究的一个重要课题.高层建筑万一发生火灾，人员的疏散存在极大的困难.同时高楼火灾中老人与小孩的逃生也是一大难点.消防部门曾做过一个试验:在有烟的情况下，让一名身强力壮的消防队员从第33层跑到第1层，用了35 min.而一旦失火，大火最快30 s就可以从第1层到达第33层［1］.如果是一名身体素质一般的人员或老人、小孩，所需时间肯定会更长，也就是说，一旦高层失火挡住逃生通道，除了等待救援，自行逃生的可能性几乎为零.高层建筑火灾，死亡人数也是触目惊心的.本文所涉及的救生椅就是为了解决在紧急情况下能够自行逃生而所做的创新设计.

1 救生椅结构设计［2］

1.1 总体结构

该救生椅结构(见图1).

图1 救生椅结构图

图中所示部件，①—椅背伸长结构;②—展臂;③—椅子;④—椅垫;⑤—椅面板;⑥—伸缩式吊篮;⑦—挂钩;⑧—吊篮底板;⑨—压盘;⑩—螺栓;○11—花型阀柄;○12—锁扣;○13—护栏绳;○14—下降减速器;○15—下降绳组成.椅背伸长结构、展臂、椅子、压盘、紧固螺栓组成固定装置.锁扣、起降器、下降绳组成下降装置.

1.2 起降器结构

具有保护装置的起降器主要包括:①—把手;②—调节扣;③—挡板;④—二号滑轮;⑤—复位弹簧;⑥—连接杆;⑦—号滑轮;⑧—稳压板等部件组成(见图2).其功能特点有:

图2 起降器结构图

(1)下降器功能:将绳索八字形穿过一号滑轮、二号滑轮，当操作者按动把手①、在外力作用下复位弹簧⑤开始动作拉动稳压板⑧，此时稳压板下端与绳索之间的位置会发生变化，依靠相应摩擦力起到控制绳索穿过一号滑轮④、二号滑轮⑦的速度.在按动把手①的时候除复位弹簧⑤有动作之外，把手①会带动把手①与稳压板⑧之间连接杆⑥发生动作，来使该装置具有稳定可靠的效果，确保绳索在稳压板下端与二号滑轮之间有位置变化.当操作者处于紧张状态用力按住把手①时，此时稳压板⑧的下端与二号滑轮之间的距离小于绳索的直径使整个下降动作锁死.达到一定的安全效果.当操作者用力操作失误导致手与把手①完全脱开状态时，复位弹簧⑤完全复位，同时使得把手①与稳压板⑧之间的连接杆⑥动作，最终将稳压板⑥的上端与二号滑轮之间位置关系小于绳索直径同样也可使得下降动作锁死.起到安全保护的目的.

(2)起升器功能:起升器动作与下降器动作原理类似，将调试扣②扣在把手①的相应位置上，只要有一个人员将绳索拉住上端，绳索将通过一号滑轮④、二号滑轮⑦随摩擦力而上升，此时由于调速扣②与把手①之间相对固定使得稳压板⑧的下端与二号滑轮之间始终保持着固定距离，能起到只要绳索上端施加拉力就能得到上升的效果.

2 关键构件取材数据计算［3-5］

逃生篮装载一个成人的重量，受力示意图(见图3).假设在A点受荷载

为18 00 N，AD杆受拉，BC杆受压.

图3 受力图

其中:方型管材许用应力［σ］方=120 MPa钢板许用应力［σ］板=240 MPa

AD选取边长为d的方型管材，BC选取宽度为4 cm、厚度为a的板材，由强度条件:

因此:方型管材取边长为25 mm，板材厚度取4 mm是安全的.

3 特色及创新

2006年5月国家建设部发布了建住房［2006］165号文件《关于落实新建住房结构比例要求的若干意见》，要求各地自2006年6月1日起，各城市年度新审批、新开工的商品住房总面积中，套型建筑面积90 m2以下住房(含经济适用住房)面积所占比重，必须达到70%以上［6］.该意见的实行促使小户型住宅正逐渐成为城市住宅的主力.要在住房面积紧张的情况下，增加应急救援装备占用空间，在居民心里上不太能够接受.因此，设计时考虑了空间的因素，以实用、便捷、不占空间为主要创新思路.椅子是日常生活当中不可或缺的家具，救生椅的设计，运用了椅子的功能，并不另外占用住宅空间和面积.

4 实验验证及使用方法

4.1 实验验证

为了验证救生椅的可行性和安全性，检验实际应用情况，制作的样椅(见图4、图5).

图4 折叠状态

图5 应急展开状态

4.2 使用方法

当高楼发生火灾或突发事件时，被困者可以掀开椅板，将吊篮从椅子下取出，拉伸椅背，并将展臂固定于椅背上;再将椅子通过四个压盘固定到阳台或窗户墙壁上，将绳索固定到展臂上，吊篮通过起降器固定到绳索上;被困者快速进入吊篮，并通过控制起降器稳定平缓安全的到达地面;逃生者将起降器上的扣子扣上使起降器处于活动状态，楼上的被困者通过副绳再将吊篮和起降器再次送到所在楼层，使逃生吊篮循环使用.

5 结语

在经济飞速发展的时代，城市建设规模的扩张，高层住宅从城市中拔地而起，而随之带来的火灾隐患及应急救援难度增加.加强应急救援工作，拓展应急救援能力显得尤为重要.救生椅的创新设计以及推广使用具有十分重要的社会意义.

［1］叶 强，杨谊昌，张国欣，等.液体流动阻尼式高楼逃生器的创新设计［J］.消防科学与技术，2005，24(2):210-212.

［2］陈红亮，钟 建 国，卢 孔 宝，等.应 急 救 生 椅:中 国，201120012103.1［P］.2011-09-28.

［3］单辉祖.材料力学教程［M］.北京:国防工业出版社，1999.

［4］霍 焱.材料力学［M］.北京:高等教育出版社，1994.

［5］赵世臣.常用金属材料手册［M］.北京:冶金工业出版社，1987.

［6］彭西苑.小户型住宅客厅家具的适应性设计思考［J］.现代装饰:理论，2011(3):6.