新型防盗逃生窗设计

2023年12月29日发(作者：摆子)

第１８卷第４期　２０１１年８月　文章编号：１００９—２２６９（２０１１）０４—００５８—０４　兰州工业高等专科学校学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ＶｏｌＪ　１８　ＮＯ．４　Ａｕｇ．２０１１　新型防盗逃生窗设计　孟　瑞　，冯　希　，李小鹏。　（１．中国地质大学机电学院，湖北武汉４３００７４；２．中国地质大学珠宝学院，湖北荆州４３４０２３）　武汉４３００７４；　３．长江大学计算机科学学院，湖北摘要：利用平行四边形结构的不稳定性，在普通防盗窗的基础上改进设计了一种新型防盗逃生窗．　从美观舒适、防盗、灾难自救时逃生、受力分析等美学和机械角度论述了其优越性和实用性，产品　具有一定的市场推广价值．　关键词：防盗；逃生；灾难自救　中图分类号：ＴＵ８９９　文献标志码：Ａ　当前居民阳台、窗户或公共场所防盗主要采　用全覆盖栅栏式防盗窗．这种防盗窗虽然可以起　到一定程度的防盗作用，但同时存在不足，住户感　到压抑，仿佛置身牢笼；更为重要的是当火灾、地　震、水灾与风灾等紧急事故发生时，门或楼道往往　成为唯一的逃生通道，但门或楼道常因火灾或拥　挤而无法顺利通行，而从窗户逃生这一途径没有　被充分利用起来．原因是一方面窗户多装了防盗　窗，防盗窗阻挡了逃生和救灾通道；另一方面，即　便是没装防盗窗，人也不可能直接从窗台跳下去．　近年来国际、国内发生的楼房火灾事故中，人们因　来不及撤退或烟火封路，无路可逃而葬身火海，造　成巨大的生命及财产损失．细心观察普通防盗窗　后发现两点：１）防盗窗上的横杆如果能连接起来　图１整体结构图　钢绳７、上长轴８．　窗框１固定在墙体外侧，窗框孔（位于窗框下　端两侧）通过焊接固定长轴２，外滑道４通过外滑　道孔（位于外滑道下端）与定长轴２相连，外滑道４　上有外滑道槽，内滑道６通过固定在其上的内滑　就可以成为人们的逃生通道；２）利用平行四边形　结构的不稳定性可以让横杆自由伸展，从而变形　为逃生通道．考虑到人们逃生时的安全性，我们将　通道设计为“梯子”型，以帮助人们快速的逃生．　道销与外滑道槽相配合，使内滑道６能沿外滑道　槽在外滑道４中上下滑动．　连接体３套在定长轴２，并且连接体３能绕其　１　基本组成　防盗逃生窗的整体结构如图１所示．　该逃生窗主要由以下部分组成：窗框１、定长　轴２、连接体３、外滑道４、阶梯栅栏５、内滑道６、粗　收稿日期：２０１１－０５—１０　作者简介：孟瑞（１９８８一），男，山西运城人，本科　做圆周运动，连接体３又与阶梯栅栏５固连，从而　使阶梯栅栏５可以绕定长轴２转动，阶梯栅栏５位　于外滑道４、内滑道６内，在竖直方向上，阶梯栅栏　５与内滑道６可通过钢绳的收放一起相对外滑道４　

第４期　孟瑞等：新型防盗逃生窗设计　・５９・　上下滑动，而在被放倒变成观景小阳台的过程中，　阶梯栅栏５与内滑道６既可以相对外滑道４向下　滑动同时绕下长轴转动．　上部的连接体套着上长轴８，并与阶梯栅栏５　固连，通过上拉钢绳可使内滑道向上滑动直到最　上端，通过钢绳的张紧阶梯栅栏５处于半拉伸状　态，阶梯栅栏５在正常状态下无法收缩．　粗钢绳７通过位于定位槽内的定滑轮分别与　内滑道６、转动手柄固连，转动手柄转动，通过收放　粗钢绳７实现窗户（不包括窗框１）整体的打开和　闭合（即连接体、阶梯栅栏５、上长轴８组成的整体　绕定长轴２转动）．　２　功能实现　２．１普通防盗窗　防盗窗正常使用状态如图２所示．　图２　防盗窗正常使用状态　窗框通过外框牢牢的固定在墙体之外，内滑　道由于粗钢绳的作用紧挨窗框外表面处于图示状　态，阶梯栅栏也由于与之固连的上短轴与内滑道　槽的作用处于图示状态（半拉伸状态），而外滑道　通过其上的孔与定长轴连接，这样窗户就构成一　个相对外部隔离的整体，加上采用材料均属钢制　材料，有不易剪断，不易变形的特点，足可以保障　用户的安全．阶梯栅栏采用对称结构，美观大方．　２．２　灾难自救　在突发灾难时刻，通过转动手柄将窗户放下　如图３所示，位于内外滑道中的阶梯栅栏由于重　力作用而伸长，从而防盗窗变形为“逃生梯”，成为　人们在火灾等突发灾难时的紧急逃生通道．　图３　防盗窗逃生状态　２．３　观景小阳台　该防盗窗（图１）窗框上端有一组定滑轮，其上　绕有粗钢绳，粗钢绳一端绕过定滑轮与内滑道上　端固连，一端固定在转动手柄上，转动手柄安装在　室内，人可以通过控制手柄转动从而控制钢绳的　收放，从而可以控制窗户整体（不包括窗框１）的打　开和闭合（即连接体、阶梯栅栏５、上长轴８组成的　整体可绕定长轴２转动打开一定角度）．钢绳可以　将窗子整体放倒９０。的位置即水平位置，如图４所　示．这样可使窗体不再遮挡视线，供人们愉悦地欣　赏窗外的美景．　图４　升缩钢绳控制开合　３　结构和原理　３．１　阶梯栅栏　阶梯栅栏的连接图如图５所示，两根长连杆　２１由２３铆钉固定在一起，横杆２０中间开有凹槽，　长连杆２１一端通过销钉２２固定在横杆上，另一端　通过可在凹槽中滑动的销钉与另一横杆连接并可　在凹槽内与销钉一起滑动，每对横杆中间及两端　

・６０・　兰州工业高等专科学校学报　第１８卷　三处（图中Ａ、Ｂ、Ｃ三处）焊接起来，通过改变同一　横杆上两销钉在横杆２０的内槽中的距离，从而使　长连杆２ｌ靠拢或张开，实现阶梯栅栏的伸缩，伸长　时可以变形为逃生梯．因为四根长连杆２１等长，又　因其端部均在与销钉固连，销钉可在内槽中平行　移动，所以在打开过程中可以实现每对相邻横杆　间距离的等距变化．　Ａ　图５阶梯栅　３．２　内外滑道　内滑道如图６ａ所示，外滑道如图６ｂ所示．内　滑道上部圆柱销可在外滑道的空槽内自由滑动，　下部的特殊开口可以固定上长轴，并在打开时使　上长轴连同阶梯栅栏一同滑落．放倒成小阳台的　过程中，在自重的作用下，横杆收缩，内外滑道相　配合，可以进一步将横杆距离压缩，成为小阳台．　外滑道４的底部有外滑道孔，固定定长轴２，下长　轴焊接在窗框上．　（ａ）内滑道及局部放大　（ｂ）外滑遁　图６　内外滑道及局部放大　如图６ａ所示，内滑道上端的局部放大图，开口　处的小凸台在窗框未放到９０。时，对上短轴起阻碍　作用，防止其从开口处滑出；当放下窗框与墙体的　角度大于９０。时，由于阶梯栅栏重力作用，上短轴　可从开口处轻松滑出．所以小凸台可保证整体栅　栏滑动的可靠行．　３．３窗框和其他重要部件　窗框固定在外墙上，在它的上部有两个定位　槽，其内可装定滑轮．转动手柄由于市场已有可以　收放钢绳并定位的类似产品，以及定滑轮和钢绳　可直接购买．　３．４受力分析　窗子设计为高２　ｍ，宽１．６　ｍ，这与居民窗户的　尺寸比较接近．考虑到采光的要求，相邻两对横杆　在正常使用下的中心距为０．１２　ｍ，则在窗框内约　有１８对阶梯，连接横杆的长连杆的长度０．５２　ｍ，　防盗窗变为逃生梯时相邻两对横杆间的距离约为　０．５　ｍ，则防盗窗完全伸长后长度就有０．５×１７＝　８．５　ｍ．普通居民楼每层高度约为３　ｍ，地面到四层　楼窗台的高度约为１０　ｍ，足可以满足三层、四层楼　居民在紧急情况逃生的需要．　窗子从闭合到完全放下，转过的角度接近１８０　度，所需下放的钢线的长度约为Ｌ＝３．０　ｍ．　转动手柄的直径为１００　ｍｍ，则需滑轮转过的　圈数为Ｎ＝３０００÷（３．１４×１００）＝９．５圈．　若转动手柄的转速为６０　ｒ／ｍｉｎ，即每秒一圈，　则整个过程只需不到１０　ｓ，所以在发生紧急情况时　足可以满足被困人员想快速逃生的心情．　简化本装置的结构，对其在变形为逃生梯的　状态下的受力情况分析如下：　１）梯杆的受力分析．　梯杆的受力示意图如图７所示，假设逃生窗　可同时为２个人逃生（取２人总重量为２　０００　Ｎ，以　Ｐ表示），图８为ＡＣ段的截面．　图７　横杆受力情况　Ｉ．　．Ｉ　１　２　图８　横杆横截面　＝（１０×２０。一７．６×１７．６　）×１０　／１２　ｍ　＝　３２１３．８８×１０一佗ｍ　．　Ｍ＝Ｐ×Ｌ／４／２＝２０００×０．２８０／４／２＝　

第４期　７Ｕ　Ｎ・ｍ．　孟瑞等：新型防盗逃生窗设计　・６１・　Ｙ＝１０×１０一ｍ＿　ｏｒ：　ｖ／　：７０×１０　Ｘ　１０～／３２１３．８８×１０一　４　结语　该防盗逃生窗利用机械原理设计制作，通过　阶梯栅栏自身的重力作用实现自由伸缩，也可以　用手动操作提供整个下放的动力，不需要单独附　加动力装置，该防盗窗结构简单，制作容易且环保　节能．其自由开合、方便灾难逃生、观景视野开阔　等特点满足了人们对安全、美观及人性化防盗窗　的多方需求，具有很好的现实推广价值．　参考文献：　Ｍｐａ：２１７．８　Ｍｐａ＜［　］／ｓ＝３５０／１．５＝２３３　Ｍｐａ．　２）销钉的受力分析．　销钉的内应力主要是剪力，其受力情况如图９　所示．　图９销钉受力分析　彭文生，黄华梁．机械设计［Ｍ］．２版．武汉：华中科技　大学出版社，２０００．　销钉的内应力主要是剪力（如图１０所示）　＝ｐ／４／Ｓ＝２０００／（４ｗ×３　Ｘ　１０一　＝　唐增宝，何永然，刘安俊．机械设计课程设计［Ｍ］．２　版．武汉：华中科技大学出版社，１９９９．　１７．６９Ｍｐａ＜［丁］＝２３５　Ｍｐａ．　３）长连杆的受力分析．　ｒ｝ｌ　１ｊ２　３　西北工业大学机械原理及机械零件教研室．机械原　４　５　６　７　８　９　］Ｊ　１ｉ］Ｊ］●　）　ｒ　『：ｒ●Ｌ　理［Ｍ］．６版．北京：高等教育出版社，２００１．　Ａ　Ａ　Ａ—Ａ　王伯平．互换性与测量技术基础［Ｍ］．２版．北京：机　械工业出版社，２００７．　哈尔滨工业大学理论力学教研室．理论力学［Ｍ］．６　版．北京：高等教育出版社，２００２．　孙训方，方孝淑，关来泰．材料力学［Ｍ　Ｊ．４版．北京：　图１０长连杆的受力分析　高等教育出版社，２００２．　连杆危险截面的面积：　Ｓ＝（１４×４—６×４）×１０一　＝３２×１０一　ｍ　王巍．机械制图［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００３．　中国农业机械化科学研究院．实用机械设计手册　［Ｓ］．北京：中国农业机械出版社，１９８５．　机械设计手册编委会．连接与紧固［Ｓ］．机械设计手　册：单行本．４版．北京：机械工业出版社，２００７．　危险截面的应力：　＝ｐ／４／Ｓ＝２０００／４／（３２×１０一　）Ｍｐａ＝　１５．６２５　Ｍｐａ＜［　］＝２５５　Ｍｐａ．　机械设计手册编委会．带传动和链传动［ｓ］．机械设　计手册：单行本．４版．北京：机械工业出版社，２００７．　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ａｎｔｉ－ｔｈｅｆｔ　Ｅｓｃａｐｅ　Ｗｉｎｄｏｗ　ＭＥＮＧ　Ｒｕｉ　，ＦＥＮＧ　Ｘｉ　，ＬＩ　Ｘｉａｏ—ｐｅｎｇ。　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｊｅｗｅｌｒｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ　４３４０２３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　ａｎｔｉ－ｔｈｅｆｔ　ｅｓｃａｐｅ　ｗｉｎｄｏｗ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ａｎｔｉ—ｔｈｅｆｔ　ｗｉｎｄｏｗ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｉｎｓｔａ—　ｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒａｌｌｅｌｏｇｒａｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｆｒｏｍ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｎｔｉ—ｔｈｅｆｔ，ｅｓｃａｐｅ　ｉｎ　ｄｉｓａｓｔｅｒ，ｆｏｒｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ａｎｔｉ—ｔｈｅｆｔ　ｅｓｃａｐｅ　ｗｉｎｄｏｗ　ｈａｓ　ｓｏｍｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｍａｒｋｅｔｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｎｔｉ—ｔｈｅｆｔ；ｅｓｃａｐｅ；ｒｅｓｃｕｅ　ｙｏｕｒｓｅｌｆ　ｉｎ　ｄｉｓａｓｔｅｒ