火灾逃生窗的设计

覃智广 陈洪容 阳彦雄

摘要：本设计主要设计发生火灾时的应急逃生窗，当火灾发生时利用自动或半自动或机械化的方式，打开隐藏于窗框内的伸缩梯，可以向下伸到下一层楼，使用户安全逃出窗外。该设计具有手动控制也能实现自动控制，同时电路还具有报警装置，能起到报警及防盗作用。

关键词：逃生窗;自动控制;报警

一、研究的背景及意义

近年来，高层建筑火灾时有发生，而在高层的人员逃生措施缺乏，造成导致人员重大伤亡。当火灾发生时，高层住户通过大门、楼梯逃生的通道往往已经被封死，而目前市场还没有从窗子逃生的设计装置，基于此情况，急需一款火灾应急逃生窗给高层楼房火灾中的人们带来生的希望。

二、 装置的设计

本装置外形结构示意图如图1示。

该款逃生窗提供三种逃生方式：

（1）自动方式

当火灾发生，电力未受到影响，室内温度上升或烟浓度达到某种程度时，由热传感器或烟雾浓度监测装置将信号传给控制电路，报警器立即报警，报警信息还可以通过手机等无线方式传给相关部门，装置同时控制电机带动螺纹转动通过传动机构使伸缩梯伸出窗框，以达到逃生的目的。

（2）半自动方式

当火灾发生时，电力未受到影响，热传感器及烟浓度监测装置均被破坏，用户可以控制按钮接通电源，手动控制伸缩梯从窗框中伸出，以达到逃生的目的。

（3）手动方式

若发生火灾时，电力已经受到损坏，无法实现自动、半自动方式伸出伸缩梯。可以采用手动摇动齿轮，使螺纹转动来实现将伸缩梯伸出窗框，以达到逃生的目的。

三、 相关参数计算

（1）原始数据及受力计算：

假设人体重量m1=150kg，梯子重量m2=50kg，用户逃到伸缩梯时间T=1s，用户起跳速度v1=5m/s，住户到达梯子速度v2=4m/s。

根据冲击载荷：（m1+m2）v2-m1v1=F冲T

（150+50）×4-150×5=F沖×1

F冲=50N

承受的力：

F=F冲+G人+G梯

=50+1500+500

=2050N

根据实际情况，承受力可能会增加，取F=2700N

（2）传动及支撑管的选取：

材料选取铁素体不锈钢，牌号：1Cr17，通用钢种σ≥206MPa，σ≥451MPa，δ≥22%，硬度≤183HBS。

传动及支撑管大小取σb=400MPa，则σs/σb= 0.75

∴σs=300 MPa

∵σs= F/A0

A0= F/σs= 2700/300 =9 mm2

∴A0 =πR2-πr2= 9 mm2

可得Amin= 9 mm2

主支撑力的三根管分别取

最大管d1=50mm，孔D1=42mm

次大管d2=40mm，孔D2=22mm

最小管d3=20mm

（4）传动螺纹管的三根管分别取

最大管50m，螺孔M40mm

次大管螺杆M40mm，螺孔M20mm

最小管螺杆M20

（5）电动机的驱动

驱动速度v，驱动出来的时间t、距离s

Tmin≤10s，s=200mm，单线螺纹，螺距为P=2.0

驱动速度： v=s/t=200/10=20 m/s

电动机转速： N=s/p=200/2=100 r

n= N/t=100/10=10 r/s=600 r/min

电动机功率：

∵  P =F·vw

∴  vw =πD1·n

= 3.14×40×10

= 1256 mm/s =1.256 m/s

∴  P =500×1.256 =628 w

Pmin =628 w

按实际选取时，根据不同情况，选取合适的电动机功率。

四、 系统的主要创新点

（1）将伸缩梯与窗户有机结合，使其成为火灾发生时的有利逃生工具。

（2）将自动化、半自动化、手动操作有机结合，提高装置可靠性。

（3）将火灾和防盗的报警系统的信息传给相关部门相连，使其能快速作出应急反应。

（4）将扶梯隐藏于窗框内，不影响建筑美观。

五、应用前景分析

此作品制作成本较低、结构简单、安全可靠、易于安装，主要用于火灾此紧急情况的逃生，逃生的同时还具有防盗功能，够让被困人员根据不同情况采取逃生措施，具有广泛的应用前景。

参考文献

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[ 2 ] 吴宗泽.机械设计师手册.北京：机械工业出版社，2008.7.

[ 3 ]  张英会，刘辉航，王德成.弹簧手册（第二版）.北京：机械工业出版社.2008.7.

[ 4 ]  王甫茂，李正峰.机械制造基础.上海：上海交通大学出版社，2007.8.