高層建筑消防救生裝置總體設(shè)計(jì)及圓錐齒輪減速器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第1頁(yè)共48頁(yè)1.1課題的研究背景和意義隨著科技的進(jìn)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(lái)的火災(zāi)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(lái)是一個(gè)世界性難題，直到現(xiàn)在一直沒(méi)有一個(gè)綜合性良好的解決方法。這是因?yàn)楦邩鞘Щ鸷?，高樓?nèi)部樓道往往被大火和濃煙封堵，難以進(jìn)入，消防救援主要靠在高樓外面進(jìn)行，而目前消防部門(mén)通常用于滅火的主要裝備如消防水罐車(chē)等其滅火噴射高度十分有限，對(duì)高樓層的火災(zāi)則鞭長(zhǎng)莫及，而且還不能直接立即實(shí)施救援中的救生項(xiàng)目2。相對(duì)有效地救援主要是通過(guò)云梯消防車(chē)、帶有登高平臺(tái)或舉高的消防車(chē)等大型車(chē)載攀升或攀扶設(shè)備將人員及或器材送達(dá)所需高度實(shí)施消防救援，但這些設(shè)備絕大多數(shù)最高也只能伸展至53米，相當(dāng)于約十五層樓的高度，而就是這樣的消防裝備對(duì)我國(guó)大多數(shù)城市來(lái)說(shuō)也還都不是具備的.因?yàn)殡S著舉升高度的增加其設(shè)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(chē)為荷蘭生產(chǎn)的110米，但也只能達(dá)到約三十幾層高的高度，而其價(jià)格卻極為昂貴，目前我國(guó)僅杭州市進(jìn)口了一臺(tái)，但由于這類(lèi)消防車(chē)超大的重量及體積，其通過(guò)性、機(jī)動(dòng)性、靈活性、高位負(fù)重能力、營(yíng)救效率速度及對(duì)地面支承環(huán)境的適應(yīng)性等都較差，特別是其極其高昂的價(jià)格，顯然在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)期之內(nèi)，中小城市是無(wú)法普及的，更致命的是當(dāng)樓層高度超過(guò)其使用高度時(shí)無(wú)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(lái)越多3。高層建筑消防救援的能力已經(jīng)成為衡量和檢驗(yàn)一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或城市消防現(xiàn)代化水平和戰(zhàn)斗力的重要標(biāo)志，這是現(xiàn)代化都市所面臨的一項(xiàng)重要課題。特別是美國(guó)“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(qiáng)”、“更省”“更普及”地解決高層建筑消防救生與滅火顯而易見(jiàn)將具有重大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。消防部門(mén)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(dāng)附帶滅火）的難題。而且設(shè)備結(jié)構(gòu)還要簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品實(shí)施簡(jiǎn)便易行，廉價(jià)、快捷，特別易于普及使用6。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第2頁(yè)共48頁(yè)1.1國(guó)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(shè)備開(kāi)發(fā)與實(shí)施的極端困難性，目前國(guó)內(nèi)外高層建筑救生與滅火設(shè)備的最新發(fā)展有以下趨勢(shì)：繼續(xù)研發(fā)更高高度的云梯消防車(chē)以及開(kāi)發(fā)性能更好、適合救火的直升機(jī)，但目前依然實(shí)際困難很大。性能更好的設(shè)備并商品化的目前尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。目前多數(shù)公司或機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)而集中致力于創(chuàng)新、開(kāi)發(fā)能輔助高層建筑消防救生與滅火的外圍相關(guān)產(chǎn)品，但一般不能直接進(jìn)行救生滅火，主要有以下進(jìn)展趨勢(shì)：火場(chǎng)機(jī)器人。把帶有視頻頭的機(jī)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(guó)一個(gè)叫“安娜肯達(dá)”的搜索機(jī)器人，像一條大蛇，它有三米長(zhǎng)，共有22個(gè)節(jié)，頂部的攝像頭能轉(zhuǎn)動(dòng)33個(gè)角度，全方位觀察特定區(qū)域內(nèi)情景。主要適于火場(chǎng)搜索，能輔助救生，但造價(jià)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?guó)聯(lián)合技術(shù)公司旗下的分公司，他們的超大口徑高壓泵，能夠在極短時(shí)間內(nèi)，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(nèi)指定地點(diǎn)，更不能直接救生。未來(lái)型滅火機(jī)器人。德國(guó)一公司設(shè)計(jì)了一外形很像是甲殼蟲(chóng)的未來(lái)型滅火機(jī)器人，配備全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航，并攜帶一到數(shù)個(gè)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(yuǎn)離危險(xiǎn)?？梢耘罉?，但對(duì)于樓層過(guò)高而樓內(nèi)通道受阻的情況卻束手無(wú)策，難以直接救生7,14。造價(jià)昂貴。遙控搜尋飛機(jī)。這種小飛機(jī)上的攝像系統(tǒng)，能夠透過(guò)濃煙和黑夜及高溫烈焰，拍攝到現(xiàn)場(chǎng)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(xiàng)目通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的高層救生方案的弊端，提出了一種適于中國(guó)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(dāng)附帶滅火）的難題。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第3頁(yè)共48頁(yè)2.1簡(jiǎn)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(shù)的拋射裝置此技術(shù)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(nèi)部供給消防隊(duì)員和被困人員開(kāi)展滅火救生行動(dòng)，為實(shí)施滅火救援工作提供保障。拋射器結(jié)構(gòu)原理拋射器基于電磁發(fā)射技術(shù)，基本結(jié)構(gòu)為電磁炮8。圖1為拋射器的結(jié)構(gòu)示意圖。在導(dǎo)軌炮的兩條平行導(dǎo)軌之間設(shè)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(cè)設(shè)置重接炮的線(xiàn)圈，與重接炮線(xiàn)圈垂直的方向上對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩塊擋板；兩塊擋板之間的空間用于裝載拋射體。在此結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)軌炮水平設(shè)置，用于給拋射體一個(gè)水平方向上的速度，線(xiàn)圈炮豎直設(shè)置，用于給拋射體一個(gè)豎直方向上的初速度，在導(dǎo)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，拋射體的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條拋物線(xiàn)，通過(guò)控制水平速度和豎直速度，使拋物線(xiàn)的最高點(diǎn)作為進(jìn)入高層建筑窗口的入射點(diǎn)。圖1拋射器的結(jié)構(gòu)示意圖圖中1導(dǎo)軌炮2重接炮線(xiàn)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(pán)6繩索此設(shè)計(jì)雖然成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可是存在幾個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)題：1.實(shí)際參加過(guò)救援的人員都知道，這類(lèi)動(dòng)力發(fā)射裝置準(zhǔn)確性極差，即使建筑物上有門(mén)窗等，因掛靠物很高，而且又很小，因此很難命中，樓層越高問(wèn)題越大，命中率會(huì)急劇下降，不知要發(fā)射多少次也難以命中，且不談累計(jì)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(zhǎng)度（接近高樓高度）包括錨勾等一整套裝置機(jī)構(gòu)并重新進(jìn)行安裝發(fā)射，火場(chǎng)極其寶貴的時(shí)間會(huì)被大段地浪費(fèi)，而每一分鐘都可能本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第4頁(yè)共48頁(yè)意味著生命的代價(jià)。2.由于射擊準(zhǔn)確度太低，有可能會(huì)打到其它窗戶(hù)或門(mén)內(nèi)，即時(shí)射擊命中，但由于對(duì)窗戶(hù)或門(mén)里面人員情況不明還可能會(huì)發(fā)生次生危險(xiǎn)，不夠安全。3.該設(shè)計(jì)要求作為空中另一支點(diǎn)的掛靠物強(qiáng)度應(yīng)保證達(dá)到500公斤以上（其實(shí)安全余量是不夠的），以便一人先上去重新掛靠牢實(shí)，但遇到較高樓層，需攜帶的繩索會(huì)很長(zhǎng)（意味著繩重量更重），而這類(lèi)攜繩拋繩器負(fù)重又非常有限，因此繩索只能很細(xì)，承載能力自然降低，一人緣該繩爬高救生其安全性令人擔(dān)憂(yōu)，以致實(shí)際上當(dāng)樓很高時(shí)往往會(huì)無(wú)法實(shí)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(fèi)了許多寶貴的救火時(shí)間，更要緊的是，失火現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)，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(gè)邊角或其松軟不結(jié)實(shí)之處等也都很難確定，而每座高樓的情況又是千差萬(wàn)別的，在緊急的火場(chǎng)氛圍下是很難快速做出無(wú)誤判斷的，而掛靠物的牢靠與否事關(guān)待救人員與消防人員的生命安全，如看不清而僅靠現(xiàn)場(chǎng)拍腦袋估計(jì)掛靠物的牢度和可靠程度，這對(duì)消防救援工作可是一個(gè)大忌，要冒很大的風(fēng)險(xiǎn)，用于實(shí)戰(zhàn)裝備還存在很大問(wèn)題，而作為一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)方案更必須完全可靠和安全才能被消防部門(mén)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?yán)磸?qiáng)度可否，不行就再重新發(fā)射，也正是此意，但人命關(guān)天，這試一試可不是簡(jiǎn)單的拉一拉就能確定的，即使能確證強(qiáng)度不行，這重新收回再發(fā)射又可能浪費(fèi)大量的寶貴營(yíng)救時(shí)間4,9，這也可以說(shuō)是這一方法的另一個(gè)致命傷了。4.不少實(shí)際的高層建筑物立面墻上或救援點(diǎn)附近立面墻上根本沒(méi)有明顯的凹凸物、窗門(mén)、陽(yáng)臺(tái)等可附著物，墻面大面積幾乎全是“光面”，如玻璃幕墻或類(lèi)似物等，此法則很難實(shí)施或要浪費(fèi)很多周折和時(shí)間來(lái)解決，更不用說(shuō)快速準(zhǔn)確定點(diǎn)救援了，這在火場(chǎng)救援中也差不多是一個(gè)很大的致命傷了，5.采