自動防護(hù)外窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計＊

謝時峰 ， 徐 兵 ， 武新濤 ， 劉 暢 ， 王 碩

（巢湖學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 巢湖 238024）

0 引言

建筑外窗防護(hù)是建筑工程的普遍性問題。一般情況下，建筑外窗需要具有良好的透光性，所以多選用玻璃。由于玻璃為易碎材料，受到外力作用時易發(fā)生碎裂[1-2]，比如：人為的撞擊、惡劣天氣導(dǎo)致的異物撞擊。前者，在室內(nèi)無人居住的情況下，一些不法分子會通過人為的撞擊使建筑外窗發(fā)生碎裂，進(jìn)而實(shí)施盜竊；后者，在多沙塵、多臺風(fēng)地區(qū)，狂風(fēng)的來襲會帶起某些異物使其懸浮在空中，當(dāng)撞擊到建筑外窗時，會導(dǎo)致建筑外窗的碎裂，從而造成經(jīng)濟(jì)損失，若室內(nèi)有行動不便的老人或小孩時，還可能觸及生命安全。因此，建筑外窗的防護(hù)不當(dāng)，不僅會造成人們的財產(chǎn)損失，甚至?xí)ι踩珮?gòu)成威脅。

在建筑工程中，為有效防止安全問題的發(fā)生，大部分施工者往往會通過架設(shè)一些簡單的防護(hù)裝置進(jìn)行外窗防護(hù)[3]，例如：紗窗。此種方式需要將紗窗固定在建筑外窗的外側(cè)，固定完成后不能進(jìn)行隨意地更改，嚴(yán)重影響建筑外窗的美觀。另外，紗窗的四周，即邊角處會有尖銳的凸起部分，易造成安全隱患。

針對這些問題，本文設(shè)計了一種自動防護(hù)建筑外窗的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可根據(jù)使用者的意愿進(jìn)行防護(hù)與否的工作，快捷方便且操作簡單，不僅解決了美觀性問題，其安全性也大大提升。

1 自動防護(hù)外窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介

自動防護(hù)外窗的結(jié)構(gòu)中，包括整體支座、防護(hù)結(jié)構(gòu)、伸縮動力結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)示意圖

整體支座包括外框。防護(hù)裝置包括防護(hù)葉、萬向節(jié)、合頁、葉間軸、葉邊框。防護(hù)葉通過葉間軸和合頁的交替連接，奇數(shù)處的用合頁，偶數(shù)處的用葉間軸。伸縮動力裝置包括電動機(jī)、皮帶、帶輪、帶輪固定軸、聯(lián)軸器、軸承。控制系統(tǒng)包括強(qiáng)制開關(guān)、電路板、限位開關(guān)、壓力傳感器、紅外傳感器[4]。伸縮動力裝置整體位于整個裝置兩側(cè)，壓力傳感器位于外框四個邊角處，但不限于外框的四個邊角，數(shù)量以偶數(shù)分配最佳。紅外傳感器安裝在外框沿厚度方向的內(nèi)側(cè)面并布滿整個平面。

2 自動防護(hù)外窗的結(jié)構(gòu)工作原理

當(dāng)受到撞擊時，壓力傳感器受到外力作用，產(chǎn)生電信號，電路板接收到信號后將發(fā)送啟動信號給電動機(jī)，電動機(jī)正轉(zhuǎn)從而帶動伸縮動力結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，皮帶通過萬向節(jié)帶動防護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，防護(hù)葉下降，若工作過程中紅外傳感器檢測到人體紅外信號，就會產(chǎn)生電信號使伸縮動力結(jié)構(gòu)停止工作。在正常工作的情況下，當(dāng)最下端防護(hù)葉的葉間軸觸碰到下端限位開關(guān)時，限位開關(guān)發(fā)送信號驅(qū)動伸縮動力結(jié)構(gòu)停止運(yùn)作，此時，自動防護(hù)外窗結(jié)構(gòu)處于防護(hù)狀態(tài)。當(dāng)天氣恢復(fù)正常或者需要主動關(guān)閉裝置時，可通過強(qiáng)制開關(guān)發(fā)送電信號給電動機(jī)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，從而帶動伸縮動力結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，皮帶通過萬向節(jié)帶動防護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，防護(hù)葉向上運(yùn)動，當(dāng)最下端防護(hù)葉的葉間軸觸碰到上端的限位開關(guān)時，限位開關(guān)發(fā)送信號驅(qū)動伸縮動力結(jié)構(gòu)停止運(yùn)作，自動防護(hù)外窗的結(jié)構(gòu)關(guān)閉，處于非工作狀態(tài)。

3 自動防護(hù)外窗的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

防護(hù)結(jié)構(gòu)中的防護(hù)葉[5]之間使用合頁和葉間軸交替連接，奇數(shù)處使用合頁，偶數(shù)處使用葉間軸。并且防護(hù)葉在奇數(shù)處連接部分，上下防護(hù)葉分別有一個10°的斜角，確保在裝置關(guān)閉過程中，防護(hù)葉能夠順利收起而不被卡住，每個葉間軸長度比防護(hù)葉長2cm，作用是固定在葉邊框的滑道之中，葉邊框通過螺栓固定在整體支座上，最下端葉間軸的長度比防護(hù)葉長4cm，通過螺栓與萬向節(jié)連接。具體如圖2所示。

圖2 防護(hù)葉間的連接方式示意圖

3.2 伸縮動力結(jié)構(gòu)與防護(hù)結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計

在伸縮動力結(jié)構(gòu)中，軸承通過過盈配合固定在外框上。最上端的帶輪固定軸通過鍵與帶輪連接在一起，與軸承通過軸孔配合連接在一起，另一端通過聯(lián)軸器與電動機(jī)上的軸連接，電動機(jī)通過螺栓固定在外框上，皮帶與帶輪組合，最下端的帶輪固定軸通過鍵與帶輪連接在一起，與軸承通過軸孔配合連接在一起。另外，皮帶與萬向節(jié)的另一端通過螺栓連接，使伸縮動力結(jié)構(gòu)與防護(hù)結(jié)構(gòu)連接，從而使防護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到可上下循環(huán)運(yùn)動的目的。具體如圖3所示。

圖3 動力結(jié)構(gòu)和防護(hù)結(jié)構(gòu)連接方式示意圖

3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計

控制系統(tǒng)中的電路板通過螺釘安裝在外框上，強(qiáng)制開關(guān)與電路板連接，通過螺釘固定在室內(nèi)墻面上。限位開關(guān)通過螺釘固定在葉邊框的上下兩端。壓力傳感器分別安裝在外框左上角和右下角，紅外傳感器安裝在外框沿厚度方向的內(nèi)側(cè)面并布滿整個平面，紅外傳感器的主要作用就是檢測人體信號。在結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程中，如果有用戶將手伸出窗外，或因其他操作將身體的某一部分置于該結(jié)構(gòu)的工作范圍內(nèi)，若不停止結(jié)構(gòu)的運(yùn)行，可能會造成夾傷等其他形式的不必要傷害。

4 結(jié)論

自動防護(hù)外窗的機(jī)構(gòu)，是由整體支座、防護(hù)結(jié)構(gòu)、伸縮動力結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)組合而成，其形狀輪廓可根據(jù)具體的建筑外窗進(jìn)行設(shè)計，其外觀也可自行DIY設(shè)計。在提高建筑外窗安全性的同時，還解決了美觀性的問題。且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，為人們生活安全提供保障。