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1、J I A N G S UU N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文高楼逃命调速缓降器及测控系统A speed-adjustableslow down equipment for tall building escape withmeasurement and control system学院名称：机械工程学院专业班级：测控 0602同学姓名：姚钦指导老师姓名：张西良指导老师职称：教授2021 年 06 月江 苏 大 学毕业设计 论文 任务书机 械学院 测控 06题目高楼逃命调速缓降器及测控系统课题来源自选起讫日期 2021 年 03 月 15 日至 2021 年 06 月
2、18 日共 14 周指导老师 签名张西良系教研室主任签名课题依据 :针对现有产品的缺陷和不足，设计一种结构简洁、使用便利、性能牢靠价格适中的高楼逃命缓降器；要求: 装置能够奇妙地将人体向下的重力转化为重力矩，依次产生转速、离心力、正压力，增加滑动摩擦力和摩擦阻力矩，实现 降落减速，使降落过程达到动态平稳，而使人安全地降落至地面；为了确保人 员安全、不受伤，当人员即将到达地面时自动制动，进一步降低降落速度，安 全舒服着地；装置可多人重复使用，安装方别、掌握牢靠快捷；任务要求 :1调研报告 1000字左右）2文献综述报告 3000 字左右）3开题报告 4000字左右）4. 专业译文工作 5000
3、汉字左右）5. 总体要求：采纳合适的结构和速度掌握方法，设计高楼逃命缓降器总体结构，并采纳单片机、传感器、执行器和人机接口，设计高楼逃命缓降器测控系统；1） 高楼逃命缓降器总体结构设计；2） 单片机测控系统、传感器信号采集电路、执行器驱动电路设计；3） 单片机测控系统软件设计；6毕业设计说明书 /论文进度方案 :起 讫 日 期工作内 容备注3 / 193.13.143.153.283.294.114.124.254.26 5.95.105.235.24 6.66.76.136.146.18明确任务，收集资料，外文翻译，外出调研；2 周） 外文翻译，文献综述，提出总体方案，提交开题报告，撰写调研
4、报告；2 周） 外文翻译，进行理论讨论；2 周） 总体结构设计；2 周） 硬件设计；2 周） 硬件调试，软件编程；2 周） 系统调试、改进与完善 2 周）编写毕业设计说明书 毕业论文）； 1 周） 资料总结、打印、归档，毕业设计答辩1 周）毕业实习备 注高楼逃命调速缓降器及测控系统专业班级：测控 0602同学姓名：姚钦指导老师：张西良职称：教授摘要高楼火灾逃命问题越来越为公众所关注；当高楼发生火灾时，火势快速扩散，大火封住了房门，威逼人们的生命；这时候，假如设置了相应的逃命装 置，可以实现自救，从而大大削减人员伤亡；针对目前高楼逃命装置速度调剂困难，要求人员的逃命技术高，安全系数低等不足，设计
5、了一种高楼逃命调速缓降器；它分为机械系统和测控系统，机械系统是装置的主体，由离心机构、制动机构、绳索回收机构组成；测控系统对运行的过程进行监测和掌握，核心是单片微机；该装置通过离心机构限制人员下降的速度；通过制动机构，掌握人着陆的速度，使人缓慢平稳着陆；通过绳索回收机构，快速回收绳索，进行循环利 用；运用微机掌握技术，依据楼高和人员的重量，自动掌握制动器制动高度和制动力，对运行过程实时速度监测，当发生高楼火灾时，实现人员快速安全逃命；该装置经过软硬件的调试以及大量的试验后，取得中意的成效；关 键 词 ： 高 楼 逃 生 缓 降 器 调 速 自动 控 制A speed-adjustable sl
6、ow down equipment for tall building escape with measurement and control systemAbstract People pay more and more attention to the problem of Building fire escape now.When building fire happen， the fire spread quickly， and block the door， peoples life are threatened. At that time， if there is a device
7、 which can achieve self-rescue， thus greatly reducing the casualty.Aiming at the building escape devises have problems with speed-unadjustable， high skills required ， and low safety coefficient ， we developed a speed-adjustable slow down equipment for tall building escape. It is divided into mechani
8、cal system and controlsystem. Mechanical system is the subject of the device ， includes centrifugal mechanism ， brake mechanism ， and rope recycle mechanism. The control system forreal-time monitoring and control， has core with a single chip microcomputer.Thisdevicelimitsthespeedwhenpeopledropthroug
9、hcentrifugalmechanism； it controlsthe speedof landing， makepeople landsmoothlyandslowly ， throughthe braking mechanism； it recycle the rope rapidly for recycling， through the rope recycle mechanism ； Using microcomputer control technology， it controls the brake height and brakepowerautomaticallyacco
10、rdingtothebuildingheightandtheweight of thepeople ， also it monitors the real-time speed in operation process. When there is a fire， peoplecansafethemselvesquicklyandsafely.Aftersoftwaredebugging ， hardware tests ， and a large number of experiments， we achieved satisfactory results.Keywords ：Tall es
11、cape Slow down equipmentSpeed adjustableAutomatic control目录第一章 绪论 11.1 讨论目的和意义 11.2 国内外产品现状 11.3 设计思路 3其次章总体方案设计 42.1 功能要求 42.2 技术方案论证 4第三章机械系统设计 93.1 整体设计 93.2 机架设计 103.3 离心机构设计 103.4 绳收回机构设计 183.5 制动机构设计 21第四章掌握系统设计 244.1 掌握方案 244.2 掌握器硬件结构设计 254.3 掌握器电路设计 254.4 掌握程序设计 28第五章调试与试验 345.1 调试及试验方法 345
12、.2 掌握系统调试 345.3 机械系统调试 365.4 逃命器试验 37第六章总结与展望 396.1 总结 396.2 展望 39致谢 40参考文献 41附录 A机械设计图纸清单43附录 B程序工程文件清单45ii / 19第一章 绪论1.1 讨论目的和意义随着社会经济的进展，居民楼、办公楼越建越高，人民群众对生活工作环境的安全保证日益重视，迫切期望有一个安全的生活、工作空间；然而，生活中有时候会遇到意外情形，当高楼发生火灾时，大火能在一分钟内快速扩散至整个房间，大火封锁了房间的门，电梯和楼道也不能通行，而且消防人员仍不能准时赶到，大火威逼到人们的生命；一些人在等待救援的过程中难以忍耐大火和
13、浓烟的熏烤，挑选跳楼；仍有些人蜷缩在角落里，很快被大火吞噬；这时候，假如设置了相应的逃命装置可以实现自救，将大大削减人员的伤亡；高楼火灾的逃命要能够实现逃命快速安全，可多人逃命，操作便利；为此，讨论高楼火灾逃命问题，具有特别重要的意义；1.2 国内外产品和技术现状及进展趋势1. 便携式逃命绳如图 1-1 所示，使用时一端固定于支撑物体上，人员握紧绳子另一端下滑；缺点：速度调剂困难，逃命技术要求高；a） b）8 / 192. 防火梯图 1-1 便携式逃命绳如图 1-2 所示，主要有永久固定于外墙的和暂时从窗台放下的绳梯或折叠梯）两种形式，发生火灾时人员沿梯子到达地面；缺点：使用高度太低；a） b
14、）3. 各种缓降器图 1-2 防火梯如图 1-3 所示，原理是通过各种手段，增加绳索与装置之间的摩擦力或人为制造升力，降低绳索下降的速度，人员通过绳索或者吊篮缓慢降落至地面；缺点：装置体积大，价格高；a） b）4. 离心式高楼逃命器图 1-3 逃命缓降器如专利高楼安全逃命器 专利号： ZL012 55973.3 ），如图 1-4 所示， 该高楼逃命装置奇妙地将人体向下的重力，转化为转速，依次产生转速、离心力、正压力、滑动摩擦力、摩擦阻力矩，减小人下降的加速度，最终使人匀速下降，安全落地；该逃命器结构简洁，成本低，但是无法调剂人下降的速度， 人的体重不同，落地的速度也不一样，下落重量越大，着地的
15、速度越大；图 1-4 离心式高楼逃命器1.3 设计主要内容依据对现有产品的分析和比较，设计一种逃命快速、着陆平稳、操作便利和可循环利用的高楼逃命调速缓降器；要求装置能够奇妙地将人体向下的重力转化转速，依次产生离心力、正压力、滑动摩擦力和摩擦阻力矩，实现降落减速，使降落过程达到动态平稳，而使人安全地降落至地面；为了让人员以低速缓慢降落确保人员安全，不受伤，设计制动装置，当人员即将到达地面时自动制动，进一步降低降落速度，安全舒服着地；考虑到装置可多人循环利用，设计了绳索自动回收机构；为确保装置的自动稳固运行以及下降的速度自动调剂，设计微机掌握系统，系统有良好的人机交互界面以及稳固性；其次章 总体方
16、案设计2.1 功能要求1）装置用于高楼发生火灾时的自救逃命；要求装置能够快速便利安装于窗户或阳台，当发生火灾时，人员穿上安全带，连接在装置的挂钩上，人员顺着绳索缓降至地面；2）人员开头下滑时，在离心机构的作用下，以肯定的速度下降，当接近地面时，制动机构自动制动，使人员平稳着陆，实现快捷安全逃命；3）当第一个人降落至地面后，绳索即快速自动回收，其他人员可以循环利用；2.2 技术方案论证逃命气构的原理从能量方面来说，就是要将逃命者的机械能转化为其他形式的能量，如机械能转化为电能 电磁感应效应），机械能转化为内能流体阻力、离心机构）；方案一：一种电磁感应式高楼逃命缓降装置本装置的原理：依据电磁感应效
17、应，利用转动线圈在恒定磁场下产生感应电荷感应电动势，通过感应电流的导体又与恒定磁场相互作用产生与原旋转方向相反的电磁制动转矩，并且线圈速度越大其产生的电磁转矩也越大，从而最终线圈达到一个恒定的速度；具体方案：如图 2-1 所示，在一个套筒中安装一对圆拱形的磁铁，在这对磁铁中穿插着绕有钢丝绳的转轴，在转轴上安装转子线圈，当人往下降落时带 动转轴，且开头速度越来越大，到最终速度恒定匀速下落；本方案优点：本装置的反应较快，从起落到匀速时间间隔较短，精确、平稳，相对于其他方案重量较轻，结构简洁，通过调剂磁场强度仍可以调剂最终的下降速度；本方案缺点：转子线圈较难制作，且线圈产生的热量不简洁排出，当发热严
18、峻时会烧坏线圈，对磁场的分布、磁场强度要求较高，下降的速度与人重量有关，速度调剂困难，对线圈转子的刚度要求高；图 2-1 方案一原理示意图方案二：运用流体阻力来掌握人的下落本系统的原理：由于流体不会对与它相对静止的物体施加摩擦力，但要对在其中运动的物体施加阻力；一般来说，在流体的粘滞性较大，运动物体较小，较慢的情形下，阻力正比于v，和粘滞性 v 分别是运动速度， S 横截面积），在相反的情形下，阻力正比于和 S，但与粘滞性无关，通常在空气中坠落、行驶或翱翔属于后一种情形；具体方案：如图 2-2 所示，该减速装置运用流利力学原理，在轴上焊接上几块流线外形的挡板，依据情形将之完全或者部分浸泡在液体
19、中，要保证当一 块挡板离开液体的时候另一块挡板恰好或已经进入液体，以增加使用时装置的 平稳性；可以通过转变液体深度来转变接触面积以适应不同体重的人有相同的 最终下落速度；当人体在下落时，由于重力加速度的作用，下落的速度会逐步加快，轴的转速也逐步加快，在接触面积肯定的情形下，速度越大流体对挡板的阻力也越大，速度增大的趋势将逐步减小，最终当重力矩和流体阻力矩相等时，人将匀速下降；本方案优点：该装置简洁掌握最终速度，可以自动调控防止下落速度过大；整个过程比较平稳没有剧烈的振动，延长了装置的使用寿命；没有复杂的掌握设备，保证了安全性和牢靠度；装置的结构较简洁，体积相对较小，因而成本很低；由于所使用的液
20、体种类较多，所以减速成效可以依据需要设计，加上阻力正比于速度的平方，所以减速成效好；本方案缺点：为了防止液体的溢出影响使用成效，该装置要求密封性很高；由于有肯定量的液体，所以质量较大，相对笨重，装拆较麻烦；液体不适合长时间储存在装置里面，需要单独储存等到需要用时再倒进装置，用完后需要回收液体；收绳时装置会产生肯定的阻力，阻碍收绳，循环利用性较差；需要保证装置内部的洁净，防止杂质的存在影响使用成效；图 2-2 方案二原理示意图方案三：运用离心机构产生阻力本系统的原理：说到缓降，就会考虑到摩擦力；又为了实现自动限速，要使人下降的速度越快时所受的摩擦力越大，因而设计离心摩擦机构；具体方案：如图2-3
21、 所示，人下降时带动轴转动，转速越快，离心力越大，将离心力转化为摩擦面上的正压力，产生摩擦阻力，当摩擦阻力矩和人体的重力矩相等时，人匀速下降，实现了自动调速；本方案优点：该装置结构简洁，易于制造安装；可以实现自动限速，人下降的速度越快时，刹车皮所受的离心力越大，刹车皮与刹皮之间的摩擦力越大，掌握速度变化幅度，从而防止了剧烈的冲击；本方案缺点：由于本方案是利用摩擦力来制动，所以说摩擦力要足够大， 这就需要每片刹皮的质量足够大；摩擦力利用率不高；为了保证摩擦力作用距离，要求刹车片有肯定的长度；本方案只可用于单人单次使用，不适合用于多人逃命，循环利用性较差；231654图 2-3 方案三原理示意图1
22、转轴 绕绳）； 2滑块； 3摩擦片； 4导杆； 5离心转化机构综上所述，方案一线圈产生的热量不简洁排出，当发热严峻时会烧坏线圈；方案二中为了防止液体的溢出影响使用成效，该装置要求密封性很高；同时需要保证装置内部的洁净，防止杂质的存在影响使用成效；方案三是单纯的机械结构，但仍存在一些问题；综合上述三种方案的优缺点提出了高楼逃命调速缓降器设计方案：离心减速下降，制动器制动着陆，电机回收绳索；本系统的原理：为了提高摩擦力的利用率将滑块设计成周向，垂直于轴， 从而使摩擦力的利用率达到最高，并将摩擦片设计成圆筒状节省空间；为使人安全平稳着陆，当人接近地面时，制动器制动；为便于重复使用，增加绳索收回机构，
23、同时为防止滑块受到摩擦阻力对电机的反作用，电机通过链条带动飞轮，飞轮带动轴套转动，而主轴几乎不转动；机械系统具体方案确定：离心机构结构示意图如图2-4 所示，钢丝绳一端固定在轴套上，其余部分次序绕在轴套上，只有一个自由端，人员下降带动主轴转动，产生摩擦阻力；主轴的一端动过链轮和制动器传动，当人接近地面 时，制动器制动；当第一个人下降后，通过电机带动轴轴套反转，将绳收回，实现多人重复使用；图 2-4 离心机构示意图测控系统具体方案确定：具体正文内容略J I A N G S UU N I V E R S I T Y本 科 毕 业 论 文附件）高楼逃命调速缓降器及测控系统A speed-adjust
24、ableslow down equipment for tall building escape withmeasurement and control system学院名称：机械工程学院专业班级：测控 0602同学姓名：姚钦指导老师姓名：张西良指导老师职称：教授2021 年 06 月目 录调研报告 1一、2021年 3 月万方数据库 1二、2021年 3 月中华人民共和国国家学问产权局2三、2021年 4 月期刊机电工程技术 3四、2021年 4 月图书馆永磁无刷直流电机掌握技术与应用3五、2021年 4 月实习调研 5文献综述报告 8一、前言 8二、主题 9三、总结 11参考文献 12开题报告 14一、选题的来源、目的和意义 14二、国内外现状及进展趋势 14三、工程讨论目标，主要讨论内容及关键技术15四、实行的讨论方法、技术路线、试验方法16五、讨论方案进度表 17外文翻译 18一、原文 18二、译文 19i / 19具体附件内容略1 / 19