王益土，盧孔寶，林世勇

(浙江水利水電?？茖W(xué)校，浙江 杭州 310018)

1 研制背景及意義

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使人類的生活水平得到了大幅度提升，日常生活中的家用電器等都進(jìn)入普通家庭，但大功率電氣使用不當(dāng)，很可能導(dǎo)致火災(zāi)，使人被困于火海.同時(shí)娛樂(lè)場(chǎng)所人員密集一旦出現(xiàn)火災(zāi)，安全通道口無(wú)法一時(shí)容納大量人員逃生，更有一些情況無(wú)法通過(guò)安全通道逃生，人員只能被困于火海等待救援，人員長(zhǎng)時(shí)間在火海中無(wú)法救援時(shí)會(huì)對(duì)人員身體及生命造成很大威脅.

當(dāng)火災(zāi)或地震災(zāi)害等突發(fā)性災(zāi)難發(fā)生時(shí)快速逃生已經(jīng)成為了目前社會(huì)普遍關(guān)注的問(wèn)題［1］.現(xiàn)有的座椅，多為固定木腳椅，因其所占用的面積和空間較大，結(jié)構(gòu)笨重，致使其不能被用于逃生.如備有大量本休閑逃生座椅，一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況即可通過(guò)本座椅轉(zhuǎn)化成逃生梯，從窗戶等處自救逃生，確保人員生命安全.課題組以全國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大賽為契機(jī)，以加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)為目的［2－3］，采用數(shù)字化設(shè)計(jì)方法［4－5］設(shè)計(jì)了逃生休閑椅.

2 產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)

本產(chǎn)品的特征是在將梯子的功能與座椅的功能相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)逃生與休閑的作用，其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1.以下將結(jié)合文字和附圖對(duì)本產(chǎn)品作進(jìn)一步描述.首先，打開掛鉤，形成圖2狀態(tài).其次，解開鎖扣，將休閑座椅上端往上提起，形成圖3狀態(tài).第三，將核心構(gòu)架桿2展開，形成圖4狀態(tài).第四，依靠座椅自身重力，展開形成逃生梯，見(jiàn)圖5.

2.1 關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)

逃生休閑椅的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6.該結(jié)構(gòu)是通過(guò)彈簧對(duì)關(guān)節(jié)自鎖鉤的作用鎖死關(guān)節(jié)，使其能夠承受更大的雙向的橫向載荷.

2.2 掛鉤的設(shè)計(jì)

逃生休閑椅掛鉤設(shè)計(jì)原理示意見(jiàn)圖7.

此結(jié)構(gòu)即可掛于墻上，也可掛于橫桿上，并且該結(jié)構(gòu)具有自鎖功能(通過(guò)平行四邊形原理，當(dāng)靠背支撐桿受到座椅自身重力的作用，將作用力傳遞到自鎖鉸鏈上，使其壓緊被鎖物并咬死.

2.3 軟梯的設(shè)計(jì)

軟梯的制作是設(shè)置兩根功能不同的繩，一根用于收緊橫桿，另一根的作用則是本設(shè)計(jì)用做梯子時(shí)，用于支撐，將收緊繩收緊，軟梯即可變做椅子的覆蓋物，增加椅子的舒適程度.并且大幅度增加了梯子的長(zhǎng)度.原理示意圖見(jiàn)圖8.

圖8 軟梯原理示意圖

該軟梯設(shè)計(jì)完全按照國(guó)家有關(guān)條例設(shè)計(jì)，尺寸及材料均滿足.查GA137－2007消防梯細(xì)則［5］得:本設(shè)計(jì)的型號(hào)是TGL4，本設(shè)計(jì)的工作長(zhǎng)度為4 m，滿足消防梯工作長(zhǎng)度4±0.1 m的要求.本設(shè)計(jì)的梯寬為450 mm，滿足消防梯最小梯寬為250±2 mm的要求.本設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量為10 kg，滿足消防梯整體質(zhì)量小于12±0.6 mm的要求.本設(shè)計(jì)梯蹬間距為280 mm，滿足消防梯間距取280 mm、300 mm、340 mm的要求.本設(shè)計(jì)也同樣設(shè)有防滑裝置，表面涂覆黑色磁漆.此設(shè)計(jì)在消防梯的各項(xiàng)試驗(yàn)中，均沒(méi)出現(xiàn)任何損壞、可見(jiàn)變形和裂紋.滿足消防梯的性能要求.

2.4 扶手的設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)在當(dāng)作扶手時(shí)可用于調(diào)節(jié)椅背的角度，來(lái)滿足人們對(duì)座椅的各種需求.但當(dāng)遇到突發(fā)情況時(shí)，只需將扶手后推并取出，就可用來(lái)充當(dāng)安全錘，將窗戶破壞，形成新的逃生渠道.原理示意圖見(jiàn)圖9.

圖9 軟梯原理示意圖

3 關(guān)鍵部位的優(yōu)化

3.1 掛鉤的優(yōu)化

掛鉤的設(shè)計(jì)過(guò)程，項(xiàng)目組經(jīng)歷了兩次優(yōu)化過(guò)過(guò)程.圖10左圖設(shè)計(jì)雖然具有一定的固定能力，但不容易取下，并且約束不夠，不能使梯子穩(wěn)定的咬死在墻上.而且功能有局限，不適用于欄桿.針對(duì)以上問(wèn)題，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了圖10中圖的結(jié)構(gòu)，但是該設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)具備了自鎖功能，并且適用于墻體與欄桿.但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在作為座椅時(shí)，存在安全隱患，而且不夠美觀.

圖10 掛鉤的優(yōu)化

通過(guò)項(xiàng)目組的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了圖10右圖結(jié)構(gòu)的掛鉤，該設(shè)計(jì)同樣具備自鎖功能，并且適用于墻體與欄桿.在作為座椅時(shí)，又可將其折疊，使座椅變得更加美觀.

3.2 椅架部分的優(yōu)化

椅架部分項(xiàng)目組經(jīng)歷過(guò)一次改進(jìn)優(yōu)化.圖11左圖為最初的椅架設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)無(wú)角度調(diào)節(jié)的功能，在使用過(guò)多次后，易造成滑塊中的銷釘孔變形，導(dǎo)致銷釘很難從滑塊中拔出.并且在使用完后不易重裝.

最終，項(xiàng)目組對(duì)椅架部分進(jìn)行了優(yōu)化后，結(jié)構(gòu)如圖11右圖.該設(shè)計(jì)設(shè)有扶手可以用來(lái)調(diào)節(jié)椅背角度，并且該扶手，還可用來(lái)當(dāng)作安全錘，在必要的時(shí)候可以用來(lái)破壞玻璃，開辟新的逃生途徑.而且附有軟梯設(shè)計(jì)，可大大增加逃生長(zhǎng)度.

3.3 關(guān)節(jié)的優(yōu)化

圖12(a)為最初的設(shè)計(jì)方案，但該方案加工難度大，不易成型，不夠美觀.并且力矩不夠大，不能承受的較大的橫向載荷.通過(guò)改進(jìn)后，示意圖見(jiàn)12(b)，將關(guān)節(jié)和桿分開加工后再裝配，減小了加工難度，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，使其能夠承受更大的橫向載荷.

圖11 椅架部分優(yōu)化圖

圖12 關(guān)節(jié)優(yōu)化圖

4 產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

圖13和圖14為本產(chǎn)品的實(shí)物實(shí)物圖以及逃生梯效果圖，本產(chǎn)品已取得實(shí)用新型專利，專利號(hào)為ZL2010201689485，本產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn):(1)在制造方面，本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，成本不高，所以在市場(chǎng)具有一定的推廣價(jià)值.(2)本產(chǎn)品還附有軟梯設(shè)計(jì)，梯子長(zhǎng)度可達(dá)18 m左右.這大大增加了逃生范圍.(3)本產(chǎn)品使用簡(jiǎn)便，宜于操作，在危險(xiǎn)情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)迅速逃生功能.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):(1)當(dāng)身處險(xiǎn)境時(shí)，本產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)快速逃生功能.(2)本產(chǎn)品結(jié)合了椅子的休閑功能和梯子的逃生功能，是一種新型的創(chuàng)意家具.(3)休閑座椅設(shè)有一對(duì)具有自鎖功能的掛鉤，增加了逃生的安全性.(4)軟梯繩索具備快速收線和放線功能.確保了安全、及時(shí)和有效.

5 結(jié)語(yǔ)

逃生休閑椅充分考慮了實(shí)用性以及逃生過(guò)程的安全性與便捷性，具備較高的應(yīng)用價(jià)值.通過(guò)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，為學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握一定的創(chuàng)新設(shè)計(jì)技能提供了平臺(tái)，并進(jìn)一步提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)際動(dòng)手能力.

［1］周 韌，胡優(yōu)生.全自動(dòng)不間斷高樓逃生裝置的研究與應(yīng)用［J］.信息系統(tǒng)工程，2009(8):70 －75.

［2］陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［3］璞良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.7版.北京:高等教育出版社，2004.

［4］余 俊.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.2版.北京:高等教育出版社，1986.

［5］蔡春源.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京:冶金工業(yè)出版社，1994.

［6］中華人民共和國(guó)公安部.GA137－2007消防梯公共安全標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.