摘要：在实际生活中有时会遇到紧急情况，比如，地震、海啸、洪涝、火灾等等。有些灾害是无法避免的，而有些灾害可以利用有效的办法降低危害。研究一些的有效的逃生方法是现在迫在眉睫的事情。火灾是现实生活中发生率较高，危害性较大的一种灾害。特别是在高楼居住和工作的人，当火灾发生时，电梯往往不能使用，如何才能安全、快速地离开高处到达安全的地面一直以来是人们十分关心的问题。911事件中可以看出，目前高空逃生的技术还没有普及，所以酿成这样的惨剧。
关键词：设计；高楼；逃生；火灾；自救
细数目前高楼逃生装备主要有：逃生伞、逃生梯、防火安全网、高空缓降索等。申请专利不计其数，但是，现实生活中根本就没法普及。它们都有着各种缺陷，比如：造价太高，操作复杂，使用范围有限，安全系数不高。较成熟的逃生梯，它的使用高度在15米以下。逃生伞至少要求楼层在220米以上才能使用。这大大影响了它们的使用范围。本研究的高楼逃生装置是一种适用范围在6~200米的高度范围，这正好弥补了上面两种装置的适用范围。
1高楼逃生装置技术背景
如今大力发展城市建设，高楼大厦越来越多，越来越普及。高层建筑改变了人们的生活居住的工作条件，给人们带来了现代化的享受和种种方便。可是，另一方面，高层建筑的消防安全问题也是没有得到很好解决的一大难题。当火灾发生时，电梯往往不能使用，如何才能安全、快速地离开高处到达安全的地面一直以来是人们十分关心的问题。在此条件下，本研究旨在为人们提供一种安全，可靠，经济，轻便，简单的逃生装置。
2逃生装置发展情况
从911事件中可以看出，高楼逃生装置还是没有很好的普及。目前所有的一些逃生装置有：
1）逃生降落伞。（如图1所示）其特征在于包括附于伞衣下的扁而圆的的三下气囊、壁厚桶形吊篮气囊和系与吊篮上的伞索。气囊内充氦气或氨气，经导管和阀门与一家式或灯式气瓶连接，使用时先将伞下气囊充气，人出窗外后伞下气囊对吊篮气囊充气。此发明的缺点是操作复杂，可靠性差。
图1 逃生伞
2）逃生梯（如图2所示）该装置结构简单，可靠性好，而且可以多人使用。不足之处是，该装置适用范围有限，尽能在地于15米的范围内使用，无法达到高楼逃生的要求。
图2 逃生梯
3）逃生管道。（如图3所示）该装置性能稳定，使用便捷，但是这种装置不便于安装，尤其是较高的楼层，根本无法实现，其主要用于人比较密集的场合，比如，歌舞厅，会议室，教室等公共场合。适合楼层不高的条件。
图 3 逃生管道
4）逃生索。（如图4所示）该逃生索是目前研究最广泛的了，这样的产品也很多，但是仍然有很多问题没有解决。比如：如何做到快速而又不超出人的速度极限；怎样克服使用者在空中的恐惧感；怎样让人们下降速度平缓，而不至于有很大的冲击；普遍造价比较高，很难普及。就目前的产品，没有一款能够解决这所有的问题。
图4装置是一种逃生索，使用的时候，使用人员用安全带将自己与夹具外壳绑定，下降的时候利用手转动法兰盘来控制绳索与夹具之间的摩擦最终实现调速控制。这种装置的缺点是速度非常难控制，可靠性差。主要原因有：
①此装置所用的绳索是绞和的钢丝绳，而用来夹紧钢丝绳的结构是颗钢珠。接触面是点接触，而且绞和的钢丝表面不均匀使得阻力忽大忽小，很难控制身体的平衡。
②加紧装置受到环境影响，可能摩擦系数变化相当的大，速度可能瞬间加速很大，失去控制而撞到高楼外面的一些物体，导致受伤。也有可能阻力变得太大，根本无法滑动。这种急停，急启动的情况，给人带来很大的冲击。在这思维高度紧张的情况下，普通的使用者很难承受这种压力，无法使用。
③此装置性能不稳定，没有双保险功能，如果如果加紧装置出现故障，那将是不堪设想。应该有一个紧急锁死的结构，保证在使用出现故障的时候能够及时停下来，等待救援。
5）逃生滑袋。
这种装置的主要是一个很长的无底的袋子，袋子内表面有比较大的摩擦系数。袋口固定在窗口处，平时不用的时候将其卷起来，便于存放。发生火灾时，将袋子的另一端扔出窗外，在重力的作用下拉直。然后逃难者从窗口的袋口进入，在袋子里面利用手脚与袋壁的摩擦来控制速度。它的优点是，操作简单，便于存放。缺点是，袋子所用的防火材料比较难制造或者太贵。
6）气袋式高楼火灾自我救生器【专利申请号：02114086.3】
气袋式高楼火灾自我救生器涉及一种而昂高楼发生火灾时，楼内人员不需要外援即可安全迅速地撤到地面的装置。
该自我救生器有放置并固定于高楼窗台上的支架，与支架相连的上端开口而下端密封的圆柱形气袋和多组圆形救生平台组成。救生平台支架上的滑绳和保持器固定于高楼窗台下方1米多处，撤离人员依靠支架上的扶手和软梯依序从窗台下到课容多人的求生平台上，然后松开保持器，救生平台就沿垂直绷紧的绳下落，气袋内平台下方的空气被压缩，使平台的下落受到阻滞，股救生平台先是加速，然后匀速，最后减速下降到地面，撤离人员从气袋地步的内开门出来，第二批人员利用第二组救生平台又可以开始撤离。与现在的消防云梯、救生索、柔性救生滑到或降落伞等救生工具比较，气袋式高楼火灾自我救生器不论楼层多高，均可将没有经过训练且体质各异的人群安全、迅速地撤离火灾区域。
该逃生器的优点是，可使用的高度较高，可多人一次逃离。缺点是机构较复杂，体积庞大，逃离时易受到地面环境影响。
图 4 逃生索
3 主要研究内容
本研究主要运用了摩擦学原理和运动学原理，核心部分是自锁和连杆机构。旨在实现逃生装置的简单化、经济化、通用化。整体概述本研究的逃生装置的结构和原理。
3.1 高楼逃生装置的结构
该逃生装置（如图5所示）的主要结构有：1，摇杆；2，装置外壳；3弹簧片；4，连杆；5，绳索；6，凸轮自锁机构；7，动滑轮；8，弹簧。
安装结构包括：9锁扣，锁扣与绳索相连，工作的时候挂在挂钩上面，10挂钩，挂钩装订在阳台外面的墙上。
图5 逃生装置结构图
3.2 工作原理
1）该装置主要利用了自锁原理：由结构图可知，摇杆摆在中间时，上下的凸轮自锁机构都工作在自锁状态（如图6所示）。
图 6 固定装置
①向下摇动摇杆，连杆上面的弹簧片顶紧下面的凸轮自锁机构，但是上面的自锁机构还没有打开，仍然处于自锁状态，人和装置不会下滑。
②由于弹簧片有弹性变形，继续向下摆动摇杆，弹簧片收缩，上面的自锁机构的短连杆被拉直，并且将凸轮拉开，解除上面自锁机构的自锁状态。在重力的作用下，人和逃生装置整体向下滑，并把弹簧8拉长，达到向下运动一段距离的作用。
③向上摆动摇杆，先使得上面凸轮自锁机构达到自锁状态，此时是双自锁，不会出现因为上面没有自锁，而下面已经打开的情况出现，具有双保险。
④继续向上摆，由于弹簧片3的变形，在这段空间里下面的短连杆被拉直，并且将凸轮拉开，达到解除下面自锁的情况。
⑤下面自锁解除的时候，由于弹簧8的作用，弹簧收缩，把下面的绳索拉上来一段距离。
以上为一个周期，每个周期都可以实现下降一段距离，如此反复，可快可慢，操作非常简单，安全性好，始终至少会有一个凸轮工作在自锁状态。
2）该装置的使用方法
①发生火灾的时候，逃离人员先用安全带将自己绑在逃生装置的外壳上，然后将带有锁扣的的绳索锁在挂钩上面，准备工作就绪。
②逃离人员爬出阳台，正面对着墙面，左手扶好逃生装置的外壳，右手握住摇杆，脚蹬着前面以防撞墙。
③下滑的时候，用右手不断上下摇动摇杆，使得上下的自锁机构交替地进行开合动作，人和逃生装置整体向下滑。
④如果逃离人员感到惊慌，可以随时停下来休息。
4 结束语
近年来，各种灾难频频发生，国民深受其害。本文主要研究的是这种逃生索的优点，以及其原理。该逃生装置机构简单，性能可靠，操作简单，造价便宜，适合大众使用，希望能得到有效推广。
参考文献：
[1]程琴，史书林.摩擦式高楼逃生器的设计[J].机电产品开发与创新.2013（04）
[2]汪儒生，郭文墨，程士超，尤健，莫程.各国火灾逃生装置概述[J].科技创新导报.2015（05）
[3]周长海，叶福民，周黔贵，薛伟.基于摩擦原理的高楼自助逃生装置的设计[J].机械制造与自动化.2015（03）
论文作者:徐冰辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/2
标签：装置论文; 高楼论文; 火灾论文; 气袋论文; 摇杆论文; 凸轮论文; 机构论文; 《基层建设》2018年第17期论文;