「挑戰盃」遼寧省大學生課外學術科技作品正文
電磁阻尼型帶保險往復式高層緩降器
作者： 張海軍
程凡強張凱
武天暘指導教師： 何雪浤
摘要高層緩降器作為一種便捷、可靠的救生裝置正漸漸的為越來越多的人所接受。目前市面上主要有三種緩降器：空氣阻尼型、液壓阻尼型和摩擦阻尼型。
存在體積過大、利用易燃材料、制動方式單一等缺點。所以一旦機構發生故障，危險無法避免。本作品基於電磁阻尼的原理和棘輪制動的原理，實現了雙重制動系統。
提高了安全係數。同時採用雙向繞線的方法，實現了往復多次使用的功能。
本作品通過對電磁阻尼原理的研究與探索，針對緩降所要解決的根本問題，提出通過電磁耗能將人體重力勢能轉化成熱能等其他形式的能量的緩降原理。並在此基礎上，在變速器內加裝離心意外保護機構，保證緩降人員安全。所提出的雙輪繞線法，實現了往復救援的功能。
本作品的創新點為：
1. 利用電磁阻尼原理產生阻力以平衡人員重力；
2. 使用離心機構在電磁阻尼機構失靈時提供第二重保護，保證人員安全落地；
3. 採用雙輪繞線法可往復使用，實現多次救援。
關鍵詞：高層緩降；電磁阻尼；離心機構
目錄摘要2
目錄3第一章緒論5
1.1. 概述5
1.2. 同類課題設計概況5
第二章作品設計概述6
1. 2.
2.1. 基本設計思路6
2.2. 作品創新點6
2.3. 作品技術關鍵6
2.4. 主要技術指標7
2.5. 材料7
第三章作品科學性詳述8
1. 2.
3. 3.1. 作品主體結構及作用8
1 23 3.1
3.1.1 吊鉤8
3.1.2 繩輪9
3.1.3 變速器10
3.1.4 電磁耗能器10
3.1.5 意外保護機構11
3.2. 作品可靠性分析12
3.2.1. 機械結構可靠性分析12
3.2.2. 電磁耗能器可靠性分析14
3.2.3. 意外保護機構可靠性分析…………………….15
第四章作品先進性簡介16
1. 2.
3. 4.
4.1. 空氣阻力型16
4.2. 液壓阻力型16
4.3. 摩擦制動型17
4.4. 電磁阻尼型18
第五章產品使用說明19
第六章總結與展望20
1. 2.
3. 4.
5. 6.
6.1. 作品優勢20
6.2. 適應範圍20
6.3. 推廣前景20
6.4. 經濟效益**21
參考文獻22
第一章緒論
1.1. 概述
隨著社會的發展，土地使用的緊張程度不斷增加，高層建築不可避免地將成為當今乃至以後人類生活的重要場所，而由於失火或恐怖襲擊等原因，高樓逃生已成為重要的工程問題，與此同時，人們自身的安全意識和對家庭安全方面的要求不斷提高，高層緩降器作為一種便捷、可靠的救生裝置已成為日常生活中必不可少的逃生工具。
1.2. 同類課題設計概況
目前國內外的緩降器主要有空氣阻尼型、液壓阻尼型和摩擦阻尼型。其中空氣阻尼型利用風機葉輪產生阻力，存在體積過大，動作機構暴露在外等缺點。液壓阻尼型則利用阻尼葉在油腔內轉動產生摩擦,，不過因其使用易燃材料，在火場內不安全。
摩擦阻尼型，依靠行星減速機夠及摩擦輪轂內的摩擦制動，存在制動方式單一， 安全係數低的缺點。同時，國內外採用以上三種設計的主流產品基本沒有往復使用的功能。關於以上三種緩降器的詳盡技術資料在第四章有詳細闡述。
第二章作品設計概述
1. 2.
2.1. 基本設計思路
該裝置是一種可使人隨鋼絲繩緩慢下降的安全營救裝置，可用專用安裝器具安裝在建築物視窗、陽台或樓房平頂等處，也可安裝在舉高消防車上，營救處於高層建築物火場或遭受恐怖襲擊的受難人員或為高空作業人員提供安全保護。
受困人員通過繩索與本裝置相連，人員下降時，帶動繩輪轉動，繩輪上的軸將轉動傳入變速器，變速器將轉數公升高後輸入電磁耗能器，通過電磁耗能器對能量的消耗作用，最終達到消耗受困人員重力勢能，保證受困人員安全落地的目的。同時本裝置內有意外保護機構，在電磁耗能器意外失靈時可提供第二重保護，保證人員安全。
2.2. 作品創新點
1) 利用電磁阻尼原理產生阻力以平衡人員重力；
2) 使用離心機構在電磁阻尼機構失靈時提供第二重保護，保證人員安全落地；
3) 採用雙輪繞線法可往復使用，實現多次救援。
2.3. 技術關鍵
1) 電磁阻尼機構中轉子線圈的繞線方式：在保證提供足夠扭矩的前提下，盡量將做到體積小，重量輕。
2) 永磁體的選用及排列方式：採用對稱排列，在有限空間內盡量將磁感線約束成一束，保證可產生足夠的安培力。
3) 離心擺桿配重：按照擺桿在齒輪上的位置精確調整配重，保證在齒輪達到轉速時擺桿可以激發意外保護裝置。
4) 意外保護裝置彈簧的選用：在保證離心機構可以觸發的前提下，彈簧可以保證使離心機構和齒輪組恢復觸發前位置，以達到緩降目的。
5) 鋼絲繩的選用：在保證安全的前提下，盡量使用強度高，線徑小的鋼絲繩。
1. 2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4. 主要技術指標
1) 最大負荷：100㎏ （根據配置不同，最大負荷可變）；
2) 每次下降人數：1人（可往復）；
3) 下降高度：使用者提出（即繩索長度）；
4) 總質量（繩索除外）： 12kg；
5) 下降速度：1 m/s （電磁阻尼工作時） ； 小於2 m/s(意外保護機構工作時) ；
6) 使用溫度：-30℃～50℃。
2.5. 材料
45鋼、銅、釹鐵硼磁鐵等。
第三章作品科學性詳述
3.1 作品主體結構及作用
裝置主體結構如圖3—1所示，由吊鉤、揹帶（圖中未表示）、繩輪、變速器、電磁耗能器、意外保護裝置六部分組成。
圖3—1 裝置結構簡圖
3. 3.1.
3. 3.1.
3.1.1. 吊鉤
通過揹帶與人體相連，為主要的連線裝置。如圖3—2所示整個吊鉤裝置由吊鉤、緩衝彈簧、揹帶（圖中未表現）、揹帶粘帶組成（圖中未表現），緩降時主要起緩衝作用以保護人體組織，與意外保護裝置配合動作，起第二重保護作用，揹帶上的粘帶可將揹帶纏緊，保證往復使用揹帶上公升時不會發生互揹帶相纏繞情況。
圖3—2 吊鉤
3.1.2. 繩輪
纏繞繩索、實現往復。由兩個繞繩輪、軸和軸承等部件組成，當險情發生時，通過事先固定在窗戶等位置的掛鉤裝置，將本裝置懸掛在建築物外側（也可直接將本裝置固定在牆體上），將配套的掛鉤設施裝在任乙個繞繩輪的的繩索上，然後跳出窗外，此時繞繩輪上的繩索會帶動繩輪轉動（另一繩輪隨之轉動，但通過事先對繩輪上繩索繞法的調整使之在轉動時不會造成繩索的脫輪），從而帶動軸等傳動裝置將能量傳入變速器，當第一名受困人員落地時，第二名受困人員可使用另一繩輪上的繩索緩降，第二名人員緩降的同時帶動另一繩輪轉動將繩索收入繩輪，如此實現往復多次營救。
3.1.3. 變速器
將轉數公升高後傳入電磁耗能器。變速器為二級齒輪變速裝置，由四個大小可互相配合的齒輪及軸等部件組成，通過變速器，可將軸的轉數提高為輸入轉數的9倍，然後將轉動傳入電磁耗能器。
3.1.4. 電磁耗能器
產生扭矩抵消人員重力電磁耗能器為主要的緩降機構，如圖3—3所示電磁耗能器主要由轉子、定子、散熱風扇（安裝在耗能器尾端）構成，轉子上的線圈採用鼠籠式繞線方法，將銅線繞在其上，定子由兩塊釹鐵硼強磁體組成，n/s極對放。當動力由軸傳入電磁耗能器時，軸帶動轉子旋轉，轉子上的線圈做高速切割磁感線運動，根據法拉利電磁感應定律，線圈內會產生感應電流，由楞次定律，該電流所受安培力方向與旋轉方向相反，兩機構配合產生巨大阻力，從而對軸產生相應的扭矩。根據計算，通過調整線圈匝數和使用相應剩磁的磁體可實現該扭矩與受困人員重力對繩輪扭矩的平衡，使受困人員安全緩慢勻速下降。
通過散熱系統，可保證線圈溫度在不至燒毀的安全範圍內。
圖3—3 電磁耗能器
3.1.5. 意外保護機構
當電磁耗能器失效時，通過機械原理提供保護。意外保護機構，如圖4所示由安裝在齒輪上的離心擺桿（圖3—4中最下方齒輪上的離心擺桿在另一側，被擋住）和安裝在變速器箱體上的棘爪、凸輪、彈簧等機構組成。正常緩降時離心擺桿由於彈簧作用保持原有位置，當意外發生時，由於人員下降速度加快，齒輪旋轉速度加快，通過調整離心擺桿配重，實現當人員下降速度為2m/s時，離心擺桿旋出，推動凸輪，凸輪通過滑動銷與棘爪相連,當凸輪移到外側時，滑動銷會沿棘爪的槽口移動。
這會將棘爪拖入與軸相連的旋轉齒輪。 棘爪鎖入輪齒中，禁止齒輪旋轉。此時，與受困人員相連的吊鉤突然停止運動，吊鉤內彈簧起到緩衝作用，緩衝過程中彈簧向上動作時，吊鉤對鋼繩的壓力瞬時消失，此時，齒輪處壓力消失，通過棘爪與凸輪上的彈簧，使棘爪恢復激發前位置，開啟鎖死機構，使受困人員繼續下降，當速度達到2m/s時，再次鎖死機構，重複上述動作直至人員安全落地。
變速器內兩個大齒輪處分別裝有意外保護機構，保證系統順時針，逆時針兩個方向旋轉時的安全。
圖3—4 意外保護機構
3.2. 作品可靠性分析
3.2.
3.2.1. 機械結構可靠性分析
結構受力相關計算公式如下（所用公式**於資料[2]）：
1) 懸懸臂梁1 端部受力時的轉角：
2) 簡支樑端部受力偶時右端的轉角：
3) 簡支樑端部受力偶時左端的轉角：
4) 簡支梁受力時右端的轉角：
5) 簡支梁受力時左端的轉角：
6) 外伸梁轉角：
7) 簡支梁左端轉角：
8) 懸臂梁受力時撓度公式 ：
9) 簡支梁受力偶時撓度公式（圖3—5圖3—5
10) 在l中點簡支梁受的撓度最大為
11) 簡支梁受力時撓度公式
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公文模式 一 標題 直接註明產品名稱和文書種類，如 cy 116型全彩色有機發光液晶顯示屏設計說明書 二 首頁 包括封面 產品設計圖及說明書目錄等內容，其中封面應註明產品名稱 編號 設計者姓名 職務 協作單位 負責人 設計週期等 產品設計圖一般包括總圖 裝配圖 專用零件工作圖 產品包裝和安全管理圖等...
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概況 本產品是立足於計程車的計價器的相關功能及其一些其他實用的相關功能的設計的，能夠實現起步價 單價 車速 當前消費額 燃油剩餘量 時鐘相關功能之間的切換！功能 本產品的基本功能如下 1 我們可以設定起步價。每公里單價 以及晚間的起步價以及每公里的。2 行進過程中我們可以調整車速同時可以在led上面...
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