救生緩降器的速度控制機構研究進展分析

劉楊威

摘 要 救生緩降器是高層建筑自救的常用裝備，其中速度控制機構是救生緩降器的核心部件，按照速度控制的工作原理，速度控制機構可大致分為兩類，即阻尼式和電動控制式，本文按照工作原理總結了速度控制機構的發展歷史與現狀，從專利申請的角度對速度控制機構的技術發展趨勢進行了分析，指出了速度控制機構可能的發展方向。

關鍵詞 緩降器;摩擦阻尼;電磁阻尼;液壓阻尼

城市化進程的發展使得高層建筑越來越多，但是高層建筑一旦發生火災往往會引發嚴重的后果，因此高層建筑救援也越來越受到人們重視。自救是應對高層建筑火災的重要方式，目前實施高層建筑自救的裝備有很多，如逃生滑道/滑軌、充氣氣囊、降落傘，救生緩降器等，其中救生緩降器由于結構簡單、操作方便而備受關注。救生緩降器是一種可使人沿繩或隨繩緩慢下降的逃生裝置，一般由掛鉤、繩索、速度控制機構等組成，其中速度控制機構是實現高空緩降的核心部件，目前大量的研究也都是集中在對速度控制機構的研發設計上。

1速度控制機構的控速方式和原理

速度控制機構是為控制下降速度而設置的，按照控制方式可以分為主動控制和被動控制兩種方式，主動控制需要人工操作實現下降速度的控制，被動控制則不需要人工操作即可按照一定的速度緩降。按照速度控制的工作原理，速度控制機構可大致分為兩類，即阻尼式和電動控制式，其中阻尼式速度控制機構的本質在于將人下降時的重力勢能轉換成其他能量，包括摩擦阻尼、電磁阻尼、液壓阻尼等，電動控制式速度控制機構通常是控制電機的轉速實現下降速度的控制。

2速度控制機構的發展歷史與現狀

早在1986年公安部制定的《高層建筑消防管理規則》中便規定了賓館、飯店的各樓層宜配備供住客自救用的安全繩或緩降器、軟體、救生袋等避難救生器具，當時的緩降器多為摩擦阻尼式緩降器，例如，國營五一三廠于1985申請的發明專利高空安全可控緩降裝置（申請號為CN85103639）便是利用繩帶在多孔控制板中的摩擦實現的緩降，日本西部工業株式會社于1986申請的逃生用器具（申請號為CN86106541）是利用可動摩擦板接近于固定摩擦板從而使得摩擦制動力作用于纜索上實現了摩擦緩降。這類利用摩擦阻尼原理的緩降器由于結構簡單、使用方便、成本較低、方便存放等優勢，歷經多年的發展已成為市場上最為常見的緩降器類型，如八字環、離心摩擦式緩降器等。近些年，除了摩擦阻尼以外，還產生了利用別的阻尼方式的速度控制機構，例如，邱振宇[1]等設計了一種基于液壓節流原理控速的高層逃生緩降裝置，其中的速度控制部分主要由兩串聯的液壓缸及其內部配置的活塞、液壓管路以及控速節流孔組成。系統運轉過程中，傳動機構將繞線輪處的回轉運動傳遞至活塞處并將其轉化為往復直線運動，進而作用于內部封閉油液在兩液壓缸之間循環流動，流動過程中經過節流孔處，節流孔通過限制單位時間內通過的液體流量來限制液壓缸運行速度，通過傳動機構進而對整個系統的運行速度進行限制，以達到使用人員減速緩降的目的。陳遠超[2]等設計了一種自適應電磁阻尼式高樓逃生緩降器，該緩降器由主軸及在其上安裝的絞盤、減速器、交流永磁同步電機、控制器、救生繩、支撐架和手搖柄等構成，利用交流永磁同步電機被動發電模式下的電磁轉矩控制調節絞盤轉速，具有制動力調節平滑、無機械磨損、物理原理可靠的優點。這些類型的緩降器雖然各有特點，但是因為體積、成本、使用等方面的原因，沒有成為市場上主流的緩降器。

3速度控制機構的技術發展趨勢

專利申請趨勢可以在一定程度上反應某項技術的技術發展趨勢。筆者根據速度控制機構工作原理的不同，利用專利數據庫分別對其進行了檢索。從申請總量來看，速度控制機構的專利申請數量總體呈遞增趨勢，這說明人們對這類裝置的需求不斷增加，企業和個人對這類裝置的研發也越來越重視，投入也在增加。從不同工作原理的速度控制機構申請量來看，摩擦阻尼裝置的申請量穩中有增，并沒有出現過于明顯的起伏波動，這說明企業和個人對該類型速度控制機構的研發投入保持著冷靜的態度，也反映了該類型裝置的技術發展已經較為成熟，并未出現重大的突破性進展。另外，該類型裝置的申請量長期處于其他類型裝置的申請量之上，這反映了人們對該類型裝置的重視程度長期處于比較高的位置。液壓阻尼裝置、電機控制裝置和電磁阻尼裝置在2015年左右迎來了申請高峰，但是隨后申請量迅速回落，這反映了企業和個人雖然有意研發新類型的速度控制機構，但是可能因為市場認同度不高，后續研發動力不足，因此申請趨勢呈現大起大落的態勢。另外，電機控制裝置近年來的申請量有明顯增加，這說明企業和個人對于主動控制方式的緩降器的研發意愿正在增強。

4速度控制機構的發展展望

摩擦阻尼式的速度控制機構仍將是企業和個人研發的主流，但是摩擦阻尼裝置也有其固定的缺點，例如使用壽命較短、易過熱降低可靠性、摩擦力不夠穩定等等。例如，針對過熱問題，武淑琴[3]等提出了一種自冷卻摩擦式緩降器，中心輪上固定風扇，在獲得較高轉速時，風扇隨之快速轉動，帶走摩擦塊與摩擦轂之間因摩擦而產生的部分熱量，避免因系統溫度過高而影響緩降器的使用性能?？梢?，盡管摩擦阻尼式的速度控制機構技術較為成熟，但是仍不乏對其改進的空間。液壓阻尼裝置具有較高的平穩性和可靠性，并且不存在損耗問題，但是其對阻尼液體和裝置體積有著較高的要求，這也限制了該類裝置的推廣使用，因此在縮小裝置體積的同時不影響其性能是該類裝置所要努力的方向。電磁阻尼裝置以及電機控制裝置由于具有大量的電器元件，都存在工作穩定性在火災發生時很難保證的問題，可靠性較差，并且成本也相對較高，多種工作原理聯合使用的方式或許可以成為一個新的研究方向。

參考文獻

[1] 邱振宇，曲相燕，牟曉蕾.一種基于液壓節流原理控速的高層逃生緩降裝置設計[J].機械工程師，2017（5）：47-49.

[2] 陳遠超，沈孟鋒，費凱，等.自適應電磁阻尼式高樓逃生緩降器設計[J].機械制造，2012（6）：6-8.

[3] 武淑琴，索雙富，黃濤，等.自冷卻摩擦式緩降器能量耗散研究[J]，機械設計，2013（3）：86-88.