高层建筑消防救生装置总体设计及圆锥齿轮减速器设计

1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 49 页 共 49 页 1.1 课题的研究背景和意义 随着科技的进步、土地资源的稀贵，高楼（一般指七层以上高度的建筑物）的发展极为迅速，数量急剧增加，但随之而来的火灾事故数量也不断攀升，更要紧的是随着建筑物高度的增加1，消防救援工作难度跟着急剧增加，特别是其中的高层和超高层建筑的消防救援更历来是一个世界性难题，直到现在一直没有一个综合性良好的解决方法。这是因为高楼失火后，高楼内部楼道往往被大火和浓烟封堵，难以进入，消防救援主要靠在高楼外面进行，而目前消防部门通常用于灭火的主要装备如消防水罐车等其灭火喷射高度十分有限，对高楼层的火灾则鞭长莫及，而且还不能直接立即

2、实施救援中的救生项目2。相对有效地救援主要是通过云梯消防车、带有登高平台或举高的消防车等大型车载攀升或攀扶设备将人员及或器材送达所需高度实施消防救援，但这些设备绝大多数最高也只能伸展至53米，相当于约十五层楼的高度，而就是这样的消防装备对我国大多数城市来说也还都不是具备的.因为随着举升高度的增加其设备成本急剧上升，许多城市难以承受3。目前世界上最高的消防云梯车为荷兰生产的110米，但也只能达到约三十几层高的高度，而其价格却极为昂贵，目前我国仅杭州市进口了一台，但由于这类消防车超大的重量及体积，其通过性、机动性、灵活性、高位负重能力、营救效率速度及对地面支承环境的适应性等都较差，特别是其极其高昂

3、的价格，显然在未来很长时期之内，中小城市是无法普及的，更致命的是当楼层高度超过其使用高度时无法使用，只能“望楼兴叹”，而现在城市中二、三十层以上高度的高楼已越来越多3。高层建筑消防救援的能力已经成为衡量和检验一个国家、地区或城市消防现代化水平和战斗力的重要标志，这是现代化都市所面临的一项重要课题。特别是美国“9.11”事件再次给世界高层建筑消防安全敲响了警钟。 因此,能“更高”、“更强”、“更省”“更普及”地解决高层建筑消防救生与灭火显而易见将具有重大的经济与社会效益。消防部门急需一种全新的高层建筑消防救生装置，能够基本不受建筑高度限制，较好地解决高层建筑消防救生（也可适当附带灭火）的难题。而

4、且设备结构还要简单，生产成本低，产品实施简便易行，廉价、快捷，特别易于普及使用6。1.1 国外在高层建筑消防救援方面的研究现状有鉴于高层建筑直接救生灭火设备开发与实施的极端困难性，目前国内外高层建筑救生与灭火设备的最新发展有以下趋势：继续研发更高高度的云梯消防车以及开发性能更好、适合救火的直升机，但目前依然实际困难很大。性能更好的设备并商品化的目前尚未见到相关报道。目前多数公司或机构转而集中致力于创新、开发能辅助高层建筑消防救生与灭火的外围相关产品，但一般不能直接进行救生灭火，主要有以下进展趋势：火场机器人。把带有视频头的机器人送到着火地区，特别是可能有毒气等条件恶劣的地方代替消防人员搜索被困

5、者。美国一个叫“安娜·肯达”的搜索机器人，像一条大蛇，它有三米长，共有22个节，顶部的摄像头能转动33个角度，全方位观察特定区域内情景。主要适于火场搜索，能辅助救生，但造价昂贵，不能直接用于高层救生、灭火7,11。超大型超高压灭火喷枪。基德消防公司是美国联合技术公司旗下的分公司，他们的超大口径高压泵，能够在极短时间内，喷射非常大的灭火水流，或是将灭火泡沫喷至约140米的高空。但较难射中室内指定地点，更不能直接救生。未来型灭火机器人。德国一公司设计了一外形很像是甲壳虫的未来型灭火机器人，配备全球定位系统导航，并携带一到数个水箱，在遥控中心的指挥下，“自行”前往火区灭火，使消防人员远离危

6、险。可以爬楼，但对于楼层过高而楼内通道受阻的情况却束手无策，难以直接救生7,14。造价昂贵。遥控搜寻飞机。这种小飞机上的摄像系统，能够透过浓烟和黑夜及高温烈焰，拍摄到现场情况并将信息传到消防指挥中心。但不能直接救生和灭火。2 本课题的研究项目通过分析国内外现有的高层救生方案的弊端，提出了一种适于中国现有城市环境的高层救援方案，此方案可以基本不受建筑高度限制，较好地解决高层建筑消防救生（也可适当附带灭火）的难题。2.1 简析现有的两种高层救援方案的利弊2.1.1 基于电磁发射技术的抛射装置此技术是将灭火装置和救援器材等消防救援装备以较低的速度由高层建筑的窗口发射到内部供给消防队员和被困人员开展灭

7、火救生行动，为实施灭火救援工作提供保障。抛射器结构原理抛射器基于电磁发射技术，基本结构为电磁炮8。图1为抛射器的结构示意图。在导轨炮的两条平行导轨之间设置弹射体，弹射体与重接炮的支撑座固定连接；支承座的两侧设置重接炮的线圈，与重接炮线圈垂直的方向上对称设置两块挡板；两块挡板之间的空间用于装载抛射体。在此结构中，导轨炮水平设置，用于给抛射体一个水平方向上的速度，线圈炮竖直设置，用于给抛射体一个竖直方向上的初速度，在导轨炮和重接炮的配合作用下，抛射体在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做竖直上抛运动，抛射体的运动轨迹是一条抛物线，通过控制水平速度和竖直速度，使抛物线的最高点作为进入高层建筑窗口

8、的入射点。图1 抛射器的结构示意图图中1导轨炮2重接炮线3抛射体1壳体2吊环3支撑轮4铰支架4挡板5支撑座6弹射体5绳盘6绳索此设计虽然成本低，结构简单，可是存在几个很严重的问题：1.实际参加过救援的人员都知道，这类动力发射装置准确性极差，即使建筑物上有门窗等，因挂靠物很高，而且又很小，因此很难命中，楼层越高问题越大，命中率会急剧下降，不知要发射多少次也难以命中，且不谈累计发射成本高低，更要紧的是每次失败都还要收回已发射的绳索长度（接近高楼高度）包括锚勾等一整套装置机构并重新进行安装发射，火场极其宝贵的时间会被大段地浪费，而每一分钟都可能意味着生命的代价。2.由于射击准确度太低，有可能会打到其

9、它窗户或门内，即时射击命中，但由于对窗户或门里面人员情况不明还可能会发生次生危险，不够安全。3. 该设计要求作为空中另一支点的挂靠物强度应保证达到500公斤以上（其实安全余量是不够的），以便一人先上去重新挂靠牢实，但遇到较高楼层，需携带的绳索会很长（意味着绳重量更重），而这类携绳抛绳器负重又非常有限，因此绳索只能很细，承载能力自然降低，一人缘该绳爬高救生其安全性令人担忧，以致实际上当楼很高时往往会无法实施所述的一人先行缘绳上去。就算一人可以先上去，却不能在第一次就立即多人及或重器材一同上去，这也浪费了许多宝贵的救火时间，更要紧的是，失火现场建筑物特别是很高的高楼上被锚定钩住的挂靠物所在距离很远

10、，固定物自身的牢固程度很难看清或很快判定，锚定装置是否已牢靠地抓、挂、勾住固定物还是仅仅挂了固定物的一个边角或其松软不结实之处等也都很难确定，而每座高楼的情况又是千差万别的，在紧急的火场氛围下是很难快速做出无误判断的，而挂靠物的牢靠与否事关待救人员与消防人员的生命安全，如看不清而仅靠现场拍脑袋估计挂靠物的牢度和可靠程度，这对消防救援工作可是一个大忌，要冒很大的风险，用于实战装备还存在很大问题，而作为一项实用技术方案更必须完全可靠和安全才能被消防部门作为一种正常的消防方法接受和使用，发射锚定后先人工试拉拉看强度可否，不行就再重新发射，也正是此意，但人命关天，这试一试可不是简单的拉一拉就能确定的，

11、即使能确证强度不行，这重新收回再发射又可能浪费大量的宝贵营救时间4,9，这也可以说是这一方法的另一个致命伤了。 4.不少实际的高层建筑物立面墙上或救援点附近立面墙上根本没有明显的凹凸物、窗门、阳台等可附着物，墙面大面积几乎全是“光面”，如玻璃幕墙或类似物等，此法则很难实施或要浪费很多周折和时间来解决，更不用说快速准确定点救援了，这在火场救援中也差不多是一个很大的致命伤了，5.采用压缩空气做动力的抛射体其飞行高度有限，何况还要负重，而且楼越高需绳越长，负重也越大，抛射高度自然越低，因此遇到很高的楼层很可能无法实施该方案，这也是一个大大的问题。2.1.2 直升飞机在高层建筑消防救生直升机被越来越广

12、泛地应用到消防领域，如森林火灾的扑救、高层建筑火灾的救援。随着城市中摩天大楼高度的不断增加，利用直升机将消防队员和装备运到发生火灾的高层建筑顶部执行搜索、救援和火灾扑救任务的优势越来越明显，已经引起国际消防界的高度重视。(1) 直升机在高层建筑消防救援中的应用现状直升机最初被广泛用于森林火灾扑救，20世纪60年代末才开始扩大到城市消防领域。1966年11月1日，日本东京成立了第一支空中消防队，标志着直升机真正开始应用于城市建筑物消防救灾。在随后的二十年内，特别是美国的部分大城市在70年代中后期陆续规定高层建筑物顶层需设有供直升机起降的救生平台，为直升机真正广泛地用于高层建筑救援和消防奠定了重要

13、基础9,11。由于直升机具有机动灵活的飞行特性，包括起降限制条件少、空中停留盘旋、任意方向前进后退等。因此，在消防救灾行动中，较之消防车，直升机具有无可替代的优点。直升机在高层建筑物火灾的抢救中主要具有5个方面的作用，即救助被困人员、火灾侦查、现场指挥、运载人员和装备以及直接灭火。2009年5月29日，上海政府飞行队暨上海市公安局警务飞行大队成立，上海市配置消防直升机的事宜也已提上日程，而且已经进入机型筛选阶段。在为中国城市飞速发展和城市管理手段日新月异感到自豪的同时。也认识到直升飞机在城市中的运用却有以下几个重要缺陷。(2) 航空环境不够理想一般情况下，城市使用直升机的活动空间在500米以下

14、。而目前，我国空域是由国家空管办委托空军实施管理的，出于战略安全需要，空军对我国600米以下的低空飞行管制还是比较严格的，涉及的限制条件较多、审批环节较多、审批时间较长，而城市高层建筑消防救援最基本的要求就是快速及时，严格繁琐的审批手续是制约直升机进行救援的重要因素之一。即便空军同意执行“制定计划，先飞后报14制度，但对于高楼分布十分广泛的特大型城市而言，也难以事先制定全面的飞行计划，也就是说，不改变现行空管制度，就无法真正发挥直升机快速反应、及时救险的优势13。同时，由于我国通用航空发展滞后，政府和公众对航空安全事故的承受能力普遍较低。可以说，如果航空环境不发生重大改变，哪怕仅仅一起坠机事故

15、就可能大大延缓直升机在城市高层建筑消防救援中的应用进程。(3) 技术问题难以回避直升机虽然有许多无法替代的优势，但并非无所不能。由于高层建筑物火灾抢救在城市有相当的复杂性，因此，直升机所能发挥的作用也会因许多因素影响而受到限制。首先，城市中心高层建筑林立，街道的宽度有限，还有狭窄的里弄，远小于直升机安全操纵的有效空间。其次，高层建筑火灾发生时，大量上升的火灾热气流及燃烧生成的烟雾干扰等都不利于直升机接近起火建筑物，而且各种建筑物附属构造物，如架空线、广告板等设施，不但妨碍直升机救灾，还可能造成直升机发生意外事故。第三，若无法适度击碎建筑物玻璃外墙，则直升机介入火灾抢救的功能就会受到相当限制，但

16、破坏建筑物的玻璃外墙的动作相当困难，一旦建筑物内火势扩大已达到最盛时期，直升机就已失去使用的最佳时机。第四，直升机本身可装载的水量极其有限，如何中继供水以补充消防用水，不仅任务相当艰巨而且会损失救援时间；即便中继供水问题可以解决，由于直升机直接射水灭火，因距离与空间的限制、水损等二次灾害的损失也难以预料。到目前为止，这些影响因素仍然是困扰直升机用于高层建筑消防救援的难题，必须经过相当长的时间来研究解决10,11。(4) 基本飞行条件尚未具备高层建筑都有自身的安全消防体系，同时，由于技术和安全等方面的原因，一般情况下很少直接使用直升机进行高层建筑物消防救援，目前仅在日本、美国等少数国家有应用经验

17、，但这必须与飞行环境和直升机飞行操作水平、消防技术水平和高楼楼顶平台建设等密切配合，显然中国城市还不具备相关条件。主要表现在以下几个方面：目前，我国航空飞行环境尚不理想，在直升机应用方面也仅处于起步阶段，这造成了我国民用直升机管理尚在起步阶段，未形成系统、完善的管理体制、运行机制和保障制度；直升机飞行和后勤保障的专业人才缺乏，特别是飞行员大多是部队转业人员，缺乏在林立的高楼间穿梭执行消防救灾任务的专业技能、以及成熟的救助战术及救助经验；许多区域架空线网密集，高楼两侧和楼顶的广告板较多，高层建筑障碍灯等助航设施管理也存在空白，这些都对直升机飞行构成了极大的安全隐患，但要得到全面治理，并非一朝一夕

18、可以实现8。2.2 本课题提出的设计思路鉴于上文提到的直升飞机在城市高层消防中运用所遇到的弊端，本文设想出的方案为用可携绳的动力飞行器(可以是载人动力伞、伞翼机或无人遥控的）；将第1段该绳索分别卷绕成两个绳团并携带，在飞到高楼顶一侧墙上空附近时先人工或遥控或线控向地面抛下其中一个绳团，然后在飞跨过高楼顶面到达另一墙侧上空附近时再向地面人工或遥控或线控抛下另一绳团，同时一并使第1段绳索与动力飞行器分离，使第1段绳索反扣骑跨在高楼顶面及两墙侧至楼的下面；第1段绳索可以绕成一个或分绕成两个绳团，其需抛脱绳团的绳端或所绕的骨架卷筒上还可附带连接小降落伞，当空中抛绳团时由其自行打开减速。由动力飞行器携带

19、第1段绳索并从空中抛脱下，使其骑跨在高楼顶面及两侧墙面至下面，然后将其一端连在下面的牵引装置上，另一端连接第2段绳索一端，然后由牵引装置牵引第1段绳索，从而使第2段绳索也跟着第1段绳索被牵引而骑跨在高楼顶面及两侧墙面至下面，同样地，再将该第2段绳索的一端与前已使用过的或另设置的牵引装置相连，而另一端连接第3段绳索一端，由牵引装置牵引第2段绳索从而使第3段绳索也跟着被拖拽，同理，继续顺次逐段接力连接并牵引第4段绳索第n.1段绳索直至最后一段.第n段绳索也跟着第n.1段绳索被牵引而骑跨在高楼顶面及两侧墙面至下面，将该第n段绳索的一端与前已使用过的或另设置的牵引装置相连，另一端则连接定滑轮部件，由牵

20、引装置继续牵引使定滑轮部件连同绕经定滑轮的升降绳索一起上升至需要的楼层高度，然后将第n段绳索连接牵引装置一侧的绳段保持固定不动或固连在能与地面保持相对静止的物体上，再由前已使用过的或另设置的牵引装置往复牵引绕经空中定滑轮的升降绳索从而将与升降绳索相连的人及或器材缘绳往复升降进行救援。这种用于高楼消防救援的跨顶锚索缘绳式高楼消防救援装置，主要包括：定滑轮部件；绳索；绕经定滑轮的升降绳索；牵引装置及牵引绳索技术；可携绳的动力飞行器及其使用技术以及绳索携带与抛脱技术；绳索与绳索之间、绳索与牵引装置之间、绳索与人员及或器材之间的相互连接技术及连接所用的器件器具以及它们各自的接头器件器具。值得一提的是：

21、各段绳索按第1段绳索、第2段绳索、第3段绳索第n.1段绳索、第n段绳索依次顺序排列，其承载能力依次顺序递增，其中第n段为各段中承载能力最大也是最后一段绳索；所述的绳段的n值最少可为n=1，即仅有第1段同时也是最后一段绳索。第1段至第n段绳索，其各段长度除应满足骑跨在高楼顶面及两侧墙面至下面的长度以供在楼两侧下边能够一端与牵引装置相连，同时另一端能够连接后续一段绳索一端外，还应留有满足救援现场要求所需的足够长度余量以便于或抛绳或卷绳或放绳或绑扎或安全等需要。绕经定滑轮的升降绳索的两侧绳段下端均可连接牵引装置以更便于升降绳索往复升降，且也可以两侧绳段都与人员及器材相连接。用于牵引各段绳索的牵引装置

22、，可以不是用同一台或几台，也可以使用不同的牵引装置，不仅如此，牵引装置还可以各自包含一个以上转速不同的可牵引卷筒。牵引装置可以是机动的也可以是人力驱动的，可以是单向的也可以是双向正反转的；机动的可包括电动或内燃机作为动力的，这其中还包括含有内燃机发电机组发电来供电给由电动机驱动并带减速器的卷扬机装置；可以是不变速的也可以是有级或无级变速的，变速的还可以是含周转轮系或定轴轮系型减速器，如圆柱或行星齿轮减速器；人力驱动的还可以是人力直接拖拉牵引而不一定是卷绕；特别地，牵引装置（包括升降绳索12的牵引装置）还可以是由汽车如消防车直接连接并拖拽牵引一含有一个及以上滑轮的动滑轮组部件前行，另一与之相配合

23、的也含一个及以上滑轮的定滑轮组部件则固定在地面或能与地面保持相对静止的物体如静止的汽车、建筑物等；需牵引的各段绳索或升降绳索从高处下来绕过定滑轮组部件中的一个滑轮并按公知技术往来穿绕在定滑轮组部件与动滑轮组部件各滑轮及之间，绳尾则固定在定滑轮组部件上或其它与地面相对静止的物体上如静止的汽车等；两滑轮组部件其各自滑轮的转轴结构上可以是在同一轴上，也可以是相互平行的轴上；显然作为其中的特例，也可改由汽车直接连接并牵引绕经定滑轮机构的各段绳索或升降绳索前行，同样，其定滑轮机构固定在与地面保持相对静止的物体上如静止的汽车或建筑物上，如车辆牵引各段绳索或升降绳索需绕建筑物墙角转弯，则可在墙角拐角上加装转

24、向定滑轮，其定滑轮座结构制成近似墙拐角的直角以便贴、骑在墙拐角上，绕定滑轮的绳两边的拉力会使其自动紧贴、骑在墙角上。定滑轮部件中的轮架尺寸应能遮挡或罩住定滑轮而只朝下露出或空出升降绳索部分，使运动的定滑轮及绕经定滑轮的绳索不与墙立面接触。2.3 本方案的独特之处由于绳索反扣骑跨住整个高楼，即把该整个高楼作为救援索道在高楼高处空中的另一“挂靠物”和“支撑点”，彻底解决了现有技术方案一直未解决好的如何在高楼高处空中寻找稳定、安全可靠的“挂靠物”或“支撑点”等关键性难题，特别是同时采用了独特的绳索按承载能力分段顺序递增并逐段连接接力不断增强技术，并以其楼顶面作为绳索的“滑动支撑面”，使绳索由“最细”

25、的第1段接力直至过渡转换到“最粗”其承载能力达到满足救援现场所需的最后一段.第n段绳索；正是因为采用了逐段接力过渡，才可以容许第1段绳索承载能力很小、很细（意味着很轻），从而也才可以自然地采用负重很小、仅仅只需携送第1段一段轻的“细”绳，因而动力飞行器价格可以更低廉也随之更安全。由此特别是将上述几种新技术的同时综合运用使本技术方案突破了人们容易出现的思维定势和偏见，较好地解决了人们长期以来一直渴望解决的问题，明显克服了上述现有技术的一些大的缺陷或不足，解决了一系列主要问题，并由此产生了一系列明显的（有些是预料不到的）有益效果，主要有： 1.由于采用绳索反扣住大楼，绳索的“挂靠物”不是某个牢靠性

26、难以判定的“点”，而是整个高楼，彻底解决了如何寻找救援绳索在空中的另一“支点”难题和“挂靠物”是否牢靠的难题，安全性得到了完全彻底的保障；2.它不需要大楼各处或待救援点附近必须有可挂靠物，即对无明显挂靠物或即使有但挂靠物牢靠与否现场难以判定的高楼同样有效，更不需要大楼自带或预先安装好的任何装置或机构；3.它瞄准的不是挂靠物的 “点”，而只是救援点竖直线的楼顶上空，即它把对准“点”，变成了对准“线”，且对准的不是挂靠物的“点”（挂靠物往往偏离救援点）而是直接的救援点所在的“线”，即只需对准救助点竖直线上的楼顶上空抛脱放绳到楼两面即可，而且这其中许多种动力飞行器飞行方向还可控制，这自然更加自由和可

27、控，定位准确率大大提高，进行定点救援更加容易、更加精准、快速、便利；4.绳索是按承载能力分段并逐段递增进行连接接力拖拽过渡转换来不断增加后续绳索的承载能力，故第1段绳索可以很细很轻，也正因为第一段绳索可以很细，也就自然可以采用负重很有限的小型动力携绳飞行器，从而价格可以很低、易普及且安全性也随之跟着提高，而最后一段的第n段绳索又可以按需要过渡到很粗、承载能力很大，理论上没有限制，可以完全满足承载能力要求，无需按现有技术那样需先试试强度可靠与否再决定一人先上去重新设法挂靠固定牢实等的多次周折，而可以直接多人及或重器材同时往复升降，其安全性得到了完全保障，大大减少了时间的浪费； 5.即使楼很高，绳

28、索需很长，但因是分段接力，第1段绳索因可不载人而仍然可以选的很细，重量自然不会增加太多，也即飞行器负重不会增加太多，加之还可以使用上述负重能力相对更强的许多种动力飞行器，其救援高度可以比以压缩空气或弹簧力等作为发射动力的更高，不会出现因楼太高而无法实施救援的可能，真正做到完全不受高楼高度的限制；6.因只需一次就能成功，避免了上述现有技术在多种情况下因重复发射、操作而导致的宝贵的营救时间的大量浪费，这在火场救援也是极其重要的；7.不会造成因向挂靠点高速发射抛射物而造成窗、门内人员可能的二次伤害。2.4 方案具体实施方式图2是本的跨顶锚索缘索式高楼消防救援装置示意图。图2 跨顶锚索缘索式高楼消防救

29、援装置示意图图中1.第1段绳索，2.绳团，3.骨架卷筒，4.小降落伞， 5.动力飞行器， 6.某一牵引装置，7. 绳筒，8.第n段绳索，9.卷盘，10.定滑轮部件，11.定滑轮，12.升降绳索，13.轮架。高楼需救援时（也包括与高楼有关的非火灾的升降救援，如高楼解困、救生、反恐等），可由机动车辆装载本救援装置到达现场，其中救援装置的车辆运载采用公知的技术（显然如采用能载人的动力飞行器5时也可直接驾驶并携带其中的第1段绳索1等到达现场）；采用公知的可携绳的动力飞行器5（大都已商品化）与技术以及采用公知的携绳与抛脱绳技术；可携绳的动力飞行器5可以是载人动力伞、伞翼机或无人遥控的；可以是载人直升机也

30、可以是无人遥控或线控的；可以是动力抛绳器、火箭包括可遥控或线控的且其动力可以是压缩空气或火药或燃料式。所述绳索包括升降绳索的材料可以是金属的也可以是非金属的，绳结构上可以是单股或多股的丝绳，如各种钢丝绳、各种化纤绳、塑料绳、棉麻绳，如尼龙、锦纶、氨纶、丙纶、白棕等丝绳或它们之间的混合丝绳，结构上也可以是金属链条或金属环链。将救援现场需使用的各段绳索先按第1段绳索1、第2段绳索、第3段绳索第n.1段绳索、第n段绳索8顺序依次排列，其承载能力拉的承载能力，依次顺序递增，其中第n段是各绳段中承载能力最大、自然也是满足救援现场使用的最后一段绳索。 为节省火场救援时间，其中第1段绳索1最好事先根据抛投方

31、式绕成一个绳团2或分绕成两个绳团，并最好绕在骨架卷筒3上，以便于携带或抛脱或放绳,且其需抛投的绳团或所绕的骨架卷筒3上还可附带连接小降落伞4（可采用公知的简单连接方法如直接绑扎或勾住并适当折叠等即可，如类似市售的带小降落伞的爆竹那种），当空中抛绳时由其自行打开减速，以防止砸伤地面人员，使之更安全。同样，为节省救援现场时间，其余各绳段最好也能在被牵引前事先按第2段、第3段、第4段第n.1段、第n段顺次相接连接好，并最好也整齐地卷绕在可自由放绳的绳筒7上，附图中的某一牵引装置6特指牵引装置不一定是用同一台的，也即可以使用不同的牵引装置。先由动力飞行器5携带并抛脱相对后续各段绳索承载能力最小的第1段

32、绳索1,抛脱可以这样进行，按上述方法所述将第1段绳索1分别卷绕成两个绳团并一同携带在动力飞行器5上，在飞到高楼顶一侧墙上空附近时先人工或遥控或线控向地面抛下其中一绳团，然后在飞跨过高楼顶面到达另一墙侧上空附近时再向地面人工或遥控或线控抛下另一绳团并同时使绳索与动力飞行器5一并分离（抛脱的同时可自然地一并使第1段绳索1与动力飞行器5分离），使第1段绳索1呈类似倒u形反扣骑跨在高楼顶面及两墙侧至楼的下面；当然也可将第1段绳索1卷绕成一个绳团2并将其一端固定在下面，由携绳动力飞行器5边携带该绳团2边使其自由放绳，待飞跨过高楼顶到到达高楼另一墙侧上空附近后再人工或遥控或线控向地面抛下因自由放绳而余下的

33、该绳团或不抛脱下而直接随动力飞行器5继续飞行并继续自由放绳直至与动力飞行器5一同降落至地面，当然也可改该绳团2放在楼下面并自由放线而由动力飞行器5仅拖拽着绳一端飞跨过楼顶至降落，地面上的绳团2则自由放绳，其间飞行方向如可遥控或线控则更好。显然，为后续救援时能比较接近救援点，便于缘绳索救援，上述中动力飞行器5在抛脱绳或发射绳时，应尽可能对准待救援点所在位置的竖直线。最终使这第1段绳索1呈类似倒u形反扣骑跨在高楼顶面及两侧墙面至下面，这时即可将其一端连在下面的牵引装置上，另一端连接第2段绳索一端，然后由牵引装置牵引第1段绳索1，从而使第2段绳索也跟着第1段绳索被拖拽而骑跨在高楼顶面及两侧墙面至下面

34、，同样地，再将该第2段绳索的一端与前已使用过的或另设置的牵引装置相连，而另一端连接第3段绳索一端，由牵引装置牵引第2段绳索从而使第3段绳索也跟着被拖拽，同理，继续顺次逐段接力连接并拖拽第4段绳索第n.1段绳索直至最后一段.第n段绳索8也跟着第n.1段绳索被牵引而骑跨在高楼顶面及两侧墙面至下面，将该第n段绳索8的一端与前已使用过的或另设置的牵引装置相连，另一端则连接定滑轮部件10，由牵引装置继续牵引使定滑轮部件10连同绕经定滑轮11的升降绳索12一起上升至需要的楼层高度即可，然后将第n段绳索8连接牵引装置侧的绳段保持固定不动或固连在能与地面保持相对静止的物体上，然后由前已使用过的或另设置的牵引装

35、置往复牵引绕经空中定滑轮11的升降绳索12从而将与升降绳索12相连的人及或器材缘绳往复升降进行救援。n的数值既是绳段的顺序代号，同时又是绳索分段的总段数，n越少也就意味着绳的段数越少，也即意味着需空拖接力绳索的次数越少，浪费的时间也就越少，故应尽量减少n的值，以加快救援速度，为此，只要承载能力达到救援现场对绳索所需的要求的即可考虑作为最后一段.第n段绳索8，自然也是各绳段中承载能力最大的；绳索的n值最少可为n=1，即仅有第1段并自然也是最后一段，也即该第1段绳索1已经达到能满足救援现场所需的承载能力要求，这当然最好，但第1段绳索1承载能力大小的选择与动力飞行器5的负重能力和楼高长度有关，动力飞

36、行器5通常多从经济性及安全性等方面考虑而选小些的，但小的飞行器负重能力自然会减少，如遇到楼房又比较高，绳长度相应要增加，绳只能更细，绳承载能力自然不能选高，因此仅用该第1段绳索1往往不能满足救援现场的承载能力要求，也即不能直接作为最后一段即第n段绳索8使用；动力飞行器5的负重越小、楼越高，绳索所需的段数与接力次数就越多，这就要综合权衡考虑，但一般对高200米以内的高楼，n为3到4段已经足够，至少从目前国内现有高楼的高度来看，n取值一般不大可能大于6，为此一般可这样处理，对第1段绳索1主要根据动力飞行器5有效负重能力及与楼高有关的绳索长度来考虑，在此条件下尽量选承载能力大些的绳索，而对第n段绳索

37、8则主要根据救援现场所需的能直接安全承载拖拽和锚定住围绕定滑轮进行的人员及或器材升降救援要求来确定，然后再根据所确定的这一头一尾两绳索来分配好其余中间各绳段承载能力增加的幅度及段数，中间各段绳索承载能力增大的幅度主要应考虑要能保证与各自紧相连的前一段绳索在处于拖拽本绳段的状态时不会因本绳段承载能力一下子增加的过多，而导致拖拽力、重力与摩擦力等的大幅增加而致处于拖拽状态的前段绳索超载损坏或断裂，在此条件下可尽量增加本绳段承载能力，以减少所需接力的绳索段数；另外，在考虑设置绳段数时如能注意到只有第n段因与承载人有关其安全余量不得不按规定取很大，而其它各段绳索因只是拖拽不带人的绳索，故安全余量可很小

38、，注意到这一点，可大大减少绳的段数。升降绳索12承载能力的考虑则比较简单，定滑轮11等阻力也不大，无定滑轮11放大一倍载荷的副作用，其承载能力只要能满足救援现场直接安全承载拖拽人员及器材往复升降要求，按公知的安全规定及安全余量要求选用即可。各段绳索，注意其长度除应满足呈类似倒u形反扣住整个高楼的长度以供在楼下两边能够一端与牵引装置相连，同时另一端能够连接后一段绳索一端外，还应留有满足现场要求所需的足够长度余量以便于或抛绳或卷绳或放绳或绑扎或安全等现场各方面的需要。定滑轮部件10由第n段绳索8拖拽上升的高度按救援现场需要确定，一般要高于救援点位置以便于救援，但显然不要超过楼顶，更不要拖拽到楼顶面

39、上，以免升降绳索12时与楼边缘拐角摩擦致升降绳索12滑转不畅和损伤；比较有利的高度是使定滑轮部件10与第n段绳索8的相互连接处能骑在楼顶的拐角上为好，这样第n段绳索能避免与拐角的摩擦以及被强行弯折致受力不好，且因急剧转折使之有点类似自锁的功效，显然这时的第n段绳索8在楼下固定它的力也可减小，绳安全余量及可靠性自然提高，提高了固定的牢靠性。定滑轮部件10上升至需要的楼层高度确定后，即可将第n段绳索连接牵引装置一侧的绳段设法收紧固定住不动，如锚定、连接、挂靠等固连在与地面能保持相对静止不动的物体上，如固连在重物或高楼自身门窗或附近建筑物或其它固定物上等，当然如采用含减速器的卷扬机时，最简单的办法是

40、当第n段绳索8已卷绕一部分在卷筒上时可使牵引装置的卷筒处于刹车状态；第n段绳索8被固定后，所连的定滑轮部件12即被锚定在高空需要的高度位置，然后由定滑轮11所在墙侧下的牵引装置连接并往复牵引绕经定滑轮11的升降绳索12的一侧段一端，从而将与另一侧段相连的人及或器材缘绳往复升降进行消防救援，升降绳索12两侧绳段都可各连一牵引装置以更为方便地进行往复升降卷绕升降绳索12，当然，两侧段都连有人及或器材也是可以的；显然，人员尤其是训练有素的消防人员也可缘升降绳索12自行爬升一定高度或快速滑下。为便于携带和自由放绳以节省火场救援时间，升降绳索12最好事先绕经定滑轮11，升降绳索12两侧段也最好事先整齐卷

41、绕在卷盘9上。为防止运动的升降绳索12及定滑轮11与墙面接触形成摩擦，最好将定滑轮部件10中的轮架13结构尺寸加大到能遮挡或罩住定滑轮11而只朝下露出或空出升降绳索12伸出部分，以使运动的定滑轮11及绕经定滑轮11的升降绳索12不会与墙面接触摩擦上，而改由轮架13来承担与墙面的接触与摩擦。3 本项目主要部件设计内容本课题为高层建筑消防救生装置的设计，要求该装置在高层建筑失火时能以非常经济的办法起到接近消防云梯车在救生时的作用，能够快捷、方便地借助机动绞盘机拉动绳索等方法缘索上去进行人员救助乃至携带物品。主要部件包括减速器，绳索等。3.1 减速器的设计3.1.1 设计任务指标单索救生有效载重量大

42、于260公斤。钢索满载升降速度每秒0.9米以上。3.1.2 电动机的选择计算选择电动机功率3,17滚筒所需的有效功率：=1.68kw 传动装置的总效率：总=v×滚3×球×锥×柱×联×筒式中 v带传动效率 v=0.95圆锥滚子轴承效率 滚=0.93圆锥齿轮传动效率 锥=0.95圆柱齿轮传动效率 柱=0.97弹性联轴器的效率 联=0.99传动滚筒效率 筒=0.96传动总效率总=0.93×0.95×0.99×0.994×0.96×0.97=0.736 所需电动机功率 =2.34/0.736=

43、3.18kw 根据装置的实际情况，拟选滚筒直径为300mm 选取电动机的转速滚筒转速 =57.3 r/min 根据工作条件，选择y系列三相异步电动 根据滚筒所需的功率和转速，可选择功率为3kw，同步转速分别为3000r/min和1500r/min两种型号的电动机。见表3.1表3.1电动机数据及传动比方案号电机型号额定功率同步转速满载转速总传动比1y112m.441500140024.4332y132m1.64100096016.754通过比较决定选择第2种方案，电动机型号为y132m1.6，其额定功率为4kw，转速为1400r/min，轴伸直径d=38mm，轴伸长度e=80mm。3.1.3 传

44、动装置的运动及动力参数计算分配传动比总传动比 v带传动比为2.3，取2.5 则减速器传动比为=24.433/3=9.773 对减速器传动比进行分配时，即要照顾两级传动浸油深度相近，又要注意大锥齿轮不能碰着低速轴，试取=3 =10.27/3=3.258 各轴功率、转速和转矩的计算0轴：即电机轴p0=pr=3.18kw n0=1400r/min t0=9550×p0/n0=9550×3.18/1400=21.69 轴：即减速器高速轴 p1= 3.18×0.95=3.02kw n1= n0/i带=1400/2.5=560r/min t1=9550×p1/n1=

45、9550×3.02/560=51.50 轴：即减速器中间轴 p2= p1×锥×滚=3.02×0.93×0.99=2.75kw n2=n1/i1=560/3=186.7r/min t2=9550×p2/n2=9550×2.75/186.7=140.67 轴：即减速器的低速轴p3= p2×柱×滚=2.75×0.95×0.98=2.56kw n3= n2/i2=186.7/3.258=57.3r/min t3=9550×p3/n3=9550×2.56/57.3=426.6

46、7 轴：即传动滚筒轴p4= p3×球=2.56×0.98×0.99=2.48kw n4=n3=46.06r/min t4=9550×p4/n4=9550×2.48/57.3=413.33 将所得数据组合成表3.2表3.2各轴运动及动力参数序号功率p/kw转速n/(r/min)转矩t/nm传动型式传动比效率03.1814021.69带传动2.50.9513.0256051.50圆锥齿轮传动33.25810.9122.75186.7140.67圆柱齿轮传动0.9332.5657.3426.67联轴器0.9742.4857.3413.333.1.4

47、带轮的设计计算确定设计功率pc由表9查得=1.1pc=×p=1.1×3.18=2.50kw 选取v带的型号 根据pc和n0由图3.2确定，因工作点外于a型区，故选a型。 确定带轮基准直径、选择小带轮直径由表9确定=100mm 验算带速vv=7.33m/s 在5.25m/s之上，故合乎要求确定从动轮基准直径=3×80=250mm 查表9得dd2=250mm 实际从动轮转速和实际传动比i不计影响，若算得与预定转速相差5为允许。=2.5 =560r/min 确定中心距a和带的基准长度ld初定中心a0本题目没有给定中心距，故确定0.7(dd2+dd1)2(dd2+dd1)

48、 231660取=480。 确定带的计算基准长度lc按式2+(+)+=1521 取标准ld按表9取=1600。 确定中心距a=+=500+=519.5 调整范围=+0.03=519.5+0.03×1600=567.5 =.0.03=519.5.0.03×1600=495.5 验算包角180°.×60°=161°1200 符合要求 确定带根数zz单根v带所能传递的功率=(+)kw包角系数=1.25()=1.25()=0.9537 由表93.2查得c1=3.78×10.4 c2=9.81×10.3 c3=9.6×10.15c4=4.65×10.5 =17001=148.6rad/s =1c1.c3.c4lg(dd11)=1.233 =c41lg=0.0150 =c41lg=0.0483 kw =(+)=1.236 v带的根数z=2.83 取z=3根 确定单根v带初拉力f0f0=500(.1)+q=134.4n 式中q由表9查得q=0.1kg/m。计算轴压力qq=2f0zsin=2×134.4×3×sin =795n 带轮结构设计如图3，图4图3 小带轮 采用实心结构图4 大带轮 采用孔板结