火災逃生窗的設計

覃智廣 陳洪容 陽彥雄

摘要：本設計主要設計發生火災時的應急逃生窗，當火災發生時利用自動或半自動或機械化的方式，打開隱藏于窗框內的伸縮梯，可以向下伸到下一層樓，使用戶安全逃出窗外。該設計具有手動控制也能實現自動控制，同時電路還具有報警裝置，能起到報警及防盜作用。

關鍵詞：逃生窗;自動控制;報警

一、研究的背景及意義

近年來，高層建筑火災時有發生，而在高層的人員逃生措施缺乏，造成導致人員重大傷亡。當火災發生時，高層住戶通過大門、樓梯逃生的通道往往已經被封死，而目前市場還沒有從窗子逃生的設計裝置，基于此情況，急需一款火災應急逃生窗給高層樓房火災中的人們帶來生的希望。

二、 裝置的設計

本裝置外形結構示意圖如圖1示。

該款逃生窗提供三種逃生方式：

（1）自動方式

當火災發生，電力未受到影響，室內溫度上升或煙濃度達到某種程度時，由熱傳感器或煙霧濃度監測裝置將信號傳給控制電路，報警器立即報警，報警信息還可以通過手機等無線方式傳給相關部門，裝置同時控制電機帶動螺紋轉動通過傳動機構使伸縮梯伸出窗框，以達到逃生的目的。

（2）半自動方式

當火災發生時，電力未受到影響，熱傳感器及煙濃度監測裝置均被破壞，用戶可以控制按鈕接通電源，手動控制伸縮梯從窗框中伸出，以達到逃生的目的。

（3）手動方式

若發生火災時，電力已經受到損壞，無法實現自動、半自動方式伸出伸縮梯。可以采用手動搖動齒輪，使螺紋轉動來實現將伸縮梯伸出窗框，以達到逃生的目的。

三、 相關參數計算

（1）原始數據及受力計算：

假設人體重量m1=150kg，梯子重量m2=50kg，用戶逃到伸縮梯時間T=1s，用戶起跳速度v1=5m/s，住戶到達梯子速度v2=4m/s。

根據沖擊載荷：（m1+m2）v2-m1v1=F沖T

（150+50）×4-150×5=F沖×1

F沖=50N

承受的力：

F=F沖+G人+G梯

=50+1500+500

=2050N

根據實際情況，承受力可能會增加，取F=2700N

（2）傳動及支撐管的選取：

材料選取鐵素體不銹鋼，牌號：1Cr17，通用鋼種σ≥206MPa，σ≥451MPa，δ≥22%，硬度≤183HBS。

傳動及支撐管大小取σb=400MPa，則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

主支撐力的三根管分別取

最大管d1=50mm，孔D1=42mm

次大管d2=40mm，孔D2=22mm

最小管d3=20mm

（4）傳動螺紋管的三根管分別取

最大管50m，螺孔M40mm

次大管螺桿M40mm，螺孔M20mm

最小管螺桿M20

（5）電動機的驅動

驅動速度v，驅動出來的時間t、距離s

Tmin≤10s，s=200mm，單線螺紋，螺距為P=2.0

驅動速度： v=s/t=200/10=20 m/s

電動機轉速： N=s/p=200/2=100 r

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

電動機功率：

∵ ?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

按實際選取時，根據不同情況，選取合適的電動機功率。

四、 系統的主要創新點

（1）將伸縮梯與窗戶有機結合，使其成為火災發生時的有利逃生工具。

（2）將自動化、半自動化、手動操作有機結合，提高裝置可靠性。

（3）將火災和防盜的報警系統的信息傳給相關部門相連，使其能快速作出應急反應。

（4）將扶梯隱藏于窗框內，不影響建筑美觀。

五、應用前景分析

此作品制作成本較低、結構簡單、安全可靠、易于安裝，主要用于火災此緊急情況的逃生，逃生的同時還具有防盜功能，夠讓被困人員根據不同情況采取逃生措施，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

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