高層建筑消防救生裝置總體設計及圓錐齒輪減速器設計畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設計說明書（論文）第1頁共48頁1.1課題的研究背景和意義隨著科技的進步、土地資源的稀貴，高樓（一般指七層以上高度的建筑物）的發(fā)展極為迅速，數(shù)量急劇增加，但隨之而來的火災事故數(shù)量也不斷攀升，更要緊的是隨著建筑物高度的增加1，消防救援工作難度跟著急劇增加，特別是其中的高層和超高層建筑的消防救援更歷來是一個世界性難題，直到現(xiàn)在一直沒有一個綜合性良好的解決方法。這是因為高樓失火后，高樓內部樓道往往被大火和濃煙封堵，難以進入，消防救援主要靠在高樓外面進行，而目前消防部門通常用于滅火的主要裝備如消防水罐車等其滅火噴射高度十分有限，對高樓層的火災則鞭長莫及，而且還不能直接立即實施救援中的救生項目2。相對有效地救援主要是通過云梯消防車、帶有登高平臺或舉高的消防車等大型車載攀升或攀扶設備將人員及或器材送達所需高度實施消防救援，但這些設備絕大多數(shù)最高也只能伸展至53米，相當于約十五層樓的高度，而就是這樣的消防裝備對我國大多數(shù)城市來說也還都不是具備的.因為隨著舉升高度的增加其設備成本急劇上升，許多城市難以承受3。目前世界上最高的消防云梯車為荷蘭生產的110米，但也只能達到約三十幾層高的高度，而其價格卻極為昂貴，目前我國僅杭州市進口了一臺，但由于這類消防車超大的重量及體積，其通過性、機動性、靈活性、高位負重能力、營救效率速度及對地面支承環(huán)境的適應性等都較差，特別是其極其高昂的價格，顯然在未來很長時期之內，中小城市是無法普及的，更致命的是當樓層高度超過其使用高度時無法使用，只能“望樓興嘆”，而現(xiàn)在城市中二、三十層以上高度的高樓已越來越多3。高層建筑消防救援的能力已經成為衡量和檢驗一個國家、地區(qū)或城市消防現(xiàn)代化水平和戰(zhàn)斗力的重要標志，這是現(xiàn)代化都市所面臨的一項重要課題。特別是美國“9.11”事件再次給世界高層建筑消防安全敲響了警鐘。因此,能“更高”、“更強”、“更省”“更普及”地解決高層建筑消防救生與滅火顯而易見將具有重大的經濟與社會效益。消防部門急需一種全新的高層建筑消防救生裝置，能夠基本不受建筑高度限制，較好地解決高層建筑消防救生（也可適當附帶滅火）的難題。而且設備結構還要簡單，生產成本低，產品實施簡便易行，廉價、快捷，特別易于普及使用6。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第2頁共48頁1.1國外在高層建筑消防救援方面的研究現(xiàn)狀有鑒于高層建筑直接救生滅火設備開發(fā)與實施的極端困難性，目前國內外高層建筑救生與滅火設備的最新發(fā)展有以下趨勢：繼續(xù)研發(fā)更高高度的云梯消防車以及開發(fā)性能更好、適合救火的直升機，但目前依然實際困難很大。性能更好的設備并商品化的目前尚未見到相關報道。目前多數(shù)公司或機構轉而集中致力于創(chuàng)新、開發(fā)能輔助高層建筑消防救生與滅火的外圍相關產品，但一般不能直接進行救生滅火，主要有以下進展趨勢：火場機器人。把帶有視頻頭的機器人送到著火地區(qū)，特別是可能有毒氣等條件惡劣的地方代替消防人員搜索被困者。美國一個叫“安娜肯達”的搜索機器人，像一條大蛇，它有三米長，共有22個節(jié)，頂部的攝像頭能轉動33個角度，全方位觀察特定區(qū)域內情景。主要適于火場搜索，能輔助救生，但造價昂貴，不能直接用于高層救生、滅火7,11。超大型超高壓滅火噴槍?；孪拦臼敲绹?lián)合技術公司旗下的分公司，他們的超大口徑高壓泵，能夠在極短時間內，噴射非常大的滅火水流，或是將滅火泡沫噴至約140米的高空。但較難射中室內指定地點，更不能直接救生。未來型滅火機器人。德國一公司設計了一外形很像是甲殼蟲的未來型滅火機器人，配備全球定位系統(tǒng)導航，并攜帶一到數(shù)個水箱，在遙控中心的指揮下，“自行”前往火區(qū)滅火，使消防人員遠離危險?？梢耘罉?，但對于樓層過高而樓內通道受阻的情況卻束手無策，難以直接救生7,14。造價昂貴。遙控搜尋飛機。這種小飛機上的攝像系統(tǒng)，能夠透過濃煙和黑夜及高溫烈焰，拍攝到現(xiàn)場情況并將信息傳到消防指揮中心。但不能直接救生和滅火。2本課題的研究項目通過分析國內外現(xiàn)有的高層救生方案的弊端，提出了一種適于中國現(xiàn)有城市環(huán)境的高層救援方案，此方案可以基本不受建筑高度限制，較好地解決高層建筑消防救生（也可適當附帶滅火）的難題。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第3頁共48頁2.1簡析現(xiàn)有的兩種高層救援方案的利弊2.1.1基于電磁發(fā)射技術的拋射裝置此技術是將滅火裝置和救援器材等消防救援裝備以較低的速度由高層建筑的窗口發(fā)射到內部供給消防隊員和被困人員開展滅火救生行動，為實施滅火救援工作提供保障。拋射器結構原理拋射器基于電磁發(fā)射技術，基本結構為電磁炮8。圖1為拋射器的結構示意圖。在導軌炮的兩條平行導軌之間設置彈射體，彈射體與重接炮的支撐座固定連接；支承座的兩側設置重接炮的線圈，與重接炮線圈垂直的方向上對稱設置兩塊擋板；兩塊擋板之間的空間用于裝載拋射體。在此結構中，導軌炮水平設置，用于給拋射體一個水平方向上的速度，線圈炮豎直設置，用于給拋射體一個豎直方向上的初速度，在導軌炮和重接炮的配合作用下，拋射體在水平方向上做勻速直線運動，在豎直方向上做豎直上拋運動，拋射體的運動軌跡是一條拋物線，通過控制水平速度和豎直速度，使拋物線的最高點作為進入高層建筑窗口的入射點。圖1拋射器的結構示意圖圖中1導軌炮2重接炮線3拋射體1殼體2吊環(huán)3支撐輪4鉸支架4擋板5支撐座6彈射體5繩盤6繩索此設計雖然成本低，結構簡單，可是存在幾個很嚴重的問題：1.實際參加過救援的人員都知道，這類動力發(fā)射裝置準確性極差，即使建筑物上有門窗等，因掛靠物很高，而且又很小，因此很難命中，樓層越高問題越大，命中率會急劇下降，不知要發(fā)射多少次也難以命中，且不談累計發(fā)射成本高低，更要緊的是每次失敗都還要收回已發(fā)射的繩索長度（接近高樓高度）包括錨勾等一整套裝置機構并重新進行安裝發(fā)射，火場極其寶貴的時間會被大段地浪費，而每一分鐘都可能本科畢業(yè)設計說明書（論文）第4頁共48頁意味著生命的代價。2.由于射擊準確度太低，有可能會打到其它窗戶或門內，即時射擊命中，但由于對窗戶或門里面人員情況不明還可能會發(fā)生次生危險，不夠安全。3.該設計要求作為空中另一支點的掛靠物強度應保證達到500公斤以上（其實安全余量是不夠的），以便一人先上去重新掛靠牢實，但遇到較高樓層，需攜帶的繩索會很長（意味著繩重量更重），而這類攜繩拋繩器負重又非常有限，因此繩索只能很細，承載能力自然降低，一人緣該繩爬高救生其安全性令人擔憂，以致實際上當樓很高時往往會無法實施所述的一人先行緣繩上去。就算一人可以先上去，卻不能在第一次就立即多人及或重器材一同上去，這也浪費了許多寶貴的救火時間，更要緊的是，失火現(xiàn)場建筑物特別是很高的高樓上被錨定鉤住的掛靠物所在距離很遠，固定物自身的牢固程度很難看清或很快判定，錨定裝置是否已牢靠地抓、掛、勾住固定物還是僅僅掛了固定物的一個邊角或其松軟不結實之處等也都很難確定，而每座高樓的情況又是千差萬別的，在緊急的火場氛圍下是很難快速做出無誤判斷的，而掛靠物的牢靠與否事關待救人員與消防人員的生命安全，如看不清而僅靠現(xiàn)場拍腦袋估計掛靠物的牢度和可靠程度，這對消防救援工作可是一個大忌，要冒很大的風險，用于實戰(zhàn)裝備還存在很大問題，而作為一項實用技術方案更必須完全可靠和安全才能被消防部門作為一種正常的消防方法接受和使用，發(fā)射錨定后先人工試拉拉看強度可否，不行就再重新發(fā)射，也正是此意，但人命關天，這試一試可不是簡單的拉一拉就能確定的，即使能確證強度不行，這重新收回再發(fā)射又可能浪費大量的寶貴營救時間4,9，這也可以說是這一方法的另一個致命傷了。4.不少實際的高層建筑物立面墻上或救援點附近立面墻上根本沒有明顯的凹凸物、窗門、陽臺等可附著物，墻面大面積幾乎全是“光面”，如玻璃幕墻或類似物等，此法則很難實施或要浪費很多周折和時間來解決，更不用說快速準確定點救援了，這在火場救援中也差不多是一個很大的致命傷了，5.采