高层救生器 【技术领域】
本发明属于安全救生设备，具体的说是一种在高层建筑发生火灾、地震、爆炸等灾难时使人以安全速度逃生的高层救生器。
背景技术
现代城市的规模越来越大，人口越来越多，导致城市建筑越来越高。当发生火灾、地震、爆炸等灾难时，如何保证人员的生命安全成为重中之重。现有救生手段主要是通过消防救援人员或是依靠外部电力运转的救生设备，受到交通、通讯、地域等限制，消防人员到达现场时间往往被延缓；而且如果楼层高，消防车、升降梯等设备使用高度有限，外部人员无法进入高层救助被困人员，往往无法实施高层救援；发生火灾时电源即被切断，依赖外部电源使用的救生设备无法使用。
因此不用借助任何外部动力，被困人员可以自救的救生设备受到越来越多的关注及研究。目前中低楼层(30米以内)的救生设备比较多，高层楼房(高于30米)的救生设备还没有进入实际使用阶段。
现有设备存在以下缺点：不能提供多人次重复使用、适用高度受限制、维护期及有效使用期短、需进行专业培训、抗风能力差等。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种安全可靠、可多人次重复使用、操作方便、适用高度无限制、抗风能力强、免维护期和有效使用期长的高层救生器。
实现本发明目的的技术解决方案是一种高层救生器，由传动系统、稳速系统、回绳系统、固定系统及双电路控制系统组成。
1.传动系统包括：钢丝绳、钢丝绳卷筒、低速传动轴、变速传动轴承、高速传动轴。
在人体下落时，人体的自重带动钢丝绳下落，钢丝绳下落带动钢丝绳卷筒的转动，钢丝绳卷筒的转动带动低速传动轴转动，通过变速传动轴承，低速传动轴的转动带动高速传动轴进行高速旋转。
2.稳速系统包括：直流发电机和磁粉制动器。
高速传动轴的高速旋转带动直流发电机工作，直流发电机供电给磁粉制动器，磁粉制动器利用产生的激磁电流激化磁粉产生阻力矩，阻力矩控制救生器的高速传动轴的转动速度，达到瞬态平衡，保证高速传动轴的转速稳定。
3.回绳系统包括：回绳摇把、超越式离合器、轴承、钢丝绳卷筒外罩及钢丝绳固定件等。
超越式离合器的内圈与低速传动轴连接，外圈与钢丝绳卷筒连接。超越式离合器使低速传动轴随钢丝绳卷筒进行单向转动，回绳时钢丝绳卷筒与低速传动轴脱开，使钢丝绳轻松卷入卷筒内。
4.固定系统包括：救生器主体支座、导向轮、定滑轮、支架、安全带。
将救生器固定在室内地面或墙面，钢丝绳通过导向轮地导向传送到固定在窗外的定滑轮上，在窗口处将安全带挂钩挂入钢丝绳吊钩内。
5.双电路控制系统包括：控制开关、单向二极管、电阻、接线电路、备用电源、蓄电池、应急灯控制器及应急灯。
控制系统采用双电路进行控制，一个电路系统是由备用电源、蓄电池和磁粉制动器组成的，备用电源供电给磁粉制动器，同时也给蓄电池充电；当外部电源切断时，蓄电池供电给磁粉制动器。另一个电路系统由发电机和磁粉制动器组成。
平时备用电源连接外部电源，并供电给磁粉制动器满载制动，同时对蓄电池进行正常充电备用。当发生紧急事件时，外部电源切断，蓄电池供电给应急灯开启进行照明，同时蓄电池对磁粉制动器供电进行满载制动，保障一个逃生批次的人员全部上到窗外钢丝绳的吊钩上。当逃生人员准备好之后，断开备用电源电路，蓄电池与磁粉制动器电路切断，逃生人员从窗口下落，通过传动系统带动直流发电机工作，直流发电机发电供给磁粉制动器工作，救生器开始工作。
当发生灾难时，逃生人员迅速佩戴好安全带，将安全带挂钩挂在窗外救生器钢丝绳的吊钩上，这时由于蓄电池供电，磁粉制动器是处于满荷载制动状态。当逃生人员上齐后通过控制开关断开备用电源电路，救生器开始工作。依靠人体自重荷载，钢丝绳带动钢丝绳卷筒转动，带动低速传动轴转动，通过变速传动轴承带动高速传动轴进行高速旋转。当高速传动轴旋转到一定速度，直流发电机工作发电，并供电给磁粉制动器，使磁粉制动器产生阻力矩，保证高速传动轴转速不再继续升高，而保持稳速转动，从而使钢丝绳卷筒保持稳速旋转，人体就以安全速度稳速下降。当第一批逃生人员落地后，楼上待救人员摇动回绳摇把将钢丝绳卷回，通过控制开关使备用电源电路工作，然后挂上钢丝绳吊钩重复上述逃生步骤。
本发明有效解决了高层建筑发生火灾、地震、爆炸等灾难时被困人员以安全速度逃生的问题，与现有技术相比具有如下显著优越特点：
一、安全性高
1.本发明利用人体自重荷载带动传动系统运作以及直流发电机发电，正常使用时不需要外部电源。
2.通过直流发电机发电供给磁粉制动器制动，利用电机对制动器的反馈作用可控制高速传动轴的转速，保证传动轴转速稳定，使人体以安全速度稳速下降。
3.采用双磁粉制动器和双直流发电机结构，在一个直流发电机或磁粉制动器出现故障时，另一磁粉制动器或直流发电机也能正常工作，保障救生器安全工作。
4.备用电源平时供电使磁粉制动器满载制动，同时激化磁粉，不致使磁粉发生堆积或卡死现象；还对蓄电池进行正常充电备用。在逃生时，蓄电池提供应急灯照明的作用以及对磁粉制动器的制动作用。
5.由于回绳时超越式离合器使钢丝绳卷筒与低速传动轴脱开，回绳转动轻松，缩短回绳时间，争取时间逃生。
二、多人次重复使用、使用荷载范围大：本发明使用荷载范围大，每次可载1～4人。一个逃生批次安全落地后，楼上待救人员通过回绳摇把将钢丝绳卷回，可重复使用。
三、配备高度无限制：本发明原理是通过人体自重荷载带动直流发电机发电，控制磁粉制动器产生制动力矩，使人体以安全速度下降。根据钢丝绳长短，从几米到几百米的高度内均可安全使用，所以使用高度无限制。
四、操作使用方便、不需专业培训：本发明操作简便，逃生人员只需佩戴好安全带，然后将安全带的挂钩挂入窗外钢丝绳吊钩内，之后跳出窗口，上齐人员后操纵控制开关，逃生人员即以安全速度稳速下降至地面。由于只有穿戴安全带及挂钩的简单操作，逃生人员不需要专业培训就能够正常使用本设备。
五、抗风能力强：本发明由于使用荷载重量大，绳索采用航空不锈钢钢丝绳及不锈钢金属吊钩，风力较大也不致使人体偏离安全降落轨迹，所以受风力影响相对较小。
六、免维护期及有效使用期长：本发明安装固定在室内的墙面或地面，主要材料均采用金属材料制作，密封良好，因此安装好后不需经常维护、检查。平时备用电源给磁粉制动器供电激化磁粉，不致使磁粉堆滞，因此有效使用期长，可在20年内正常使用。
【附图说明】
图1救生器示意图；
图2救生器主体结构剖视图；
图3钢丝绳端头固定方式示意图；
图4双电路控制系统电路示意图。
图中：
1-直流发电机；
2-发电机连接盘；
3-磁粉制动器；
4-救生器主体支座；
5-变速传动轴承；
6-钢丝绳卷筒外罩；
7-钢丝绳卷筒；
8-低速传动轴；
9-回绳摇把；
10-超越式离合器；
11-轴承；
12-钢丝绳卷筒定位盘；
13-紧固螺母；
14-变速传动轴承定位盘；
15-高速传动轴；
16-制动器定位盘；
17-U形环；
18-蓄电池；
19-备用电源；
20-控制开关；
21-单向二极管；
22-电阻；
23-应急灯；
24-应急灯控制器；
25-导向轮；
26-定滑轮；
27-钢丝绳吊钩；
28-钢丝绳。
【具体实施方式】
下面结合说明书附图介绍本发明的具体实施例：
附图1是救生器的示意图，救生器固定在室内墙面或地面上，钢丝绳28的一端与钢丝绳卷筒7固定连接，通过导向轮25之后，另一端通过定滑轮26伸出窗外，端头上有钢丝绳吊钩27，用来固定安全带挂钩。
附图2是救生器主体结构的剖视图，直流发电机1选用盘式电机，与发电机连接盘2固定连接，发电机主轴插入高速传动轴15开口槽中；高速传动轴15高速旋转带动直流发电机1主轴转动发电，转速保持一致。根据主轴转速不同，产生的电压不同。
磁粉制动器3装于救生器主体支座4套筒内，一个与发电机连接盘2连接，另一个与制动器定位盘16连接，制动器的内圈与高速传动轴15连接，内圈随高速传动轴15转动。当直流发电机1给磁粉制动器3通电时，激磁电流对磁粉作用，使磁粉制动器3对高速传动轴15产生阻力矩，控制高速传动轴15的转速。
变速传动轴承5选用传动比1∶8～1∶12的变速传动轴承，采用外圈固定、中圈输入、内圈输出的增速方式。通过低速传动轴8带动中圈转动，使内圈连接的高速传动轴15高速旋转。
变速传动轴承5装入救生器主体套筒4中，一端靠变速传动轴承定位盘14定位，变速传动轴承定位盘14与制动器主体套筒4固定连接。变速传动轴承外圈5通过螺钉与制动器主体套筒4固定不动，变速传动轴承内圈与高速传动轴15采用键连接，中圈与低速传动轴8采用螺栓固定连接。当低速传动轴8转动时带动轴承中圈转动，由于轴承外圈固定，则轴承内圈高速转动，带动高速传动轴15高速旋转。当磁粉制动器3对高速传动轴15产生阻力作用并达到平衡时，高速传动轴15转速保持稳定，则轴承中圈转速也保持稳定，即低速传动轴8保持转速稳定，则钢丝绳28下落速度保持稳定。
低速传动轴8通过键与超越式离合器10的内圈连接，超越式离合器10外圈通过键与钢丝绳卷筒7连接，超越式离合器10两侧由轴承11支撑在钢丝绳卷筒7内，当钢丝绳28下落时，带动钢丝绳卷筒7旋转，卷筒7通过超越式离合器10带动低速传动轴8旋转，当低速传动轴8转速稳定后，卷筒7的转速稳定，即钢丝绳28的出绳速度稳定，则人体就以安全稳定速度下降。当人体落地后，楼上人员通过回绳摇把9摇动钢丝绳卷筒7进行反向旋转，使钢丝绳28缠绕到卷筒7内。回绳时，由于超越式离合器是反向旋转，使钢丝绳卷筒7与低速传动轴8脱开，即卷筒7旋转，低速传动轴8不转动。使回绳轻松自如，缩短回绳时间，利于楼上人员逃生。
附图3是钢丝绳28端头固定方式的示意图，钢丝绳一端呈S形穿入卷筒7的三个孔内，此端头用U形环18锁死，然后缠绕在钢丝绳卷筒7内，另一端通过导向轮25导出窗外，通过定滑轮26后，连接上钢丝绳吊钩27，保证安全带挂钩挂入。
附图4是双电路控制系统电路示意图，两个控制电路，一个电路系统是由备用电源19、蓄电池18、应急灯23、应急灯控制器24与磁粉制动器3组成回路；另一个电路系统是由发电机1和磁粉制动器3组成回路。只有在蓄电池18和磁粉制动器3组成的回路断开的情况下，发电机1和磁粉制动器3组成的回路才开始工作。
平时备用电源19与外部电源连接对磁粉制动器3供电，使磁粉制动器3处于满载荷制动状态，同时对蓄电池18进行充电。当发生灾难时外部电源被切断，蓄电池18对磁粉制动器3供电。当救生器使用时，逃生人员上齐后，室内人员打开控制开关20或室外逃生人员拉开控制开关20，使蓄电池18与磁粉制动器3组成的回路断开，直流发电机1与磁粉制动器3组成的回路工作，通过直流发电机1发电控制磁粉制动器3产生阻力矩使救生器传动轴达到稳速。
在蓄电池18和磁粉制动器3组成的电路、以及直流发电机1和磁粉制动器3组成的电路中均串入单向二极管21，使两个电路不产生干扰。
采用双控制开关，一个控制开关在室内，由室内人员进行操作，比较方便快捷；另一个控制开关在室外定滑轮附近，由已经上到吊钩上的逃生人员进行操作。
本发明救生器的直流发电机1及磁粉制动器3均采用双套系统，降低救生器的故障率，并为逃生人员提供二次保护。当一个直流发电机或磁粉制动器出现故障时，另一直流发电机或磁粉制动器也能保证救生器安全工作，使人以安全速度落地。救生器具体使用方法及工作状态：
当发生灾难时，逃生人员迅速佩戴好安全带，将安全带挂钩挂在窗外救生器钢丝绳的吊钩27上(此时由于蓄电池18供电，磁粉制动器3是处于满荷载制动状态)，当逃生人员上齐后拉开控制开关20，蓄电池18和磁粉制动器3组成的回路断开，救生器开始工作。依靠人体自重荷载，钢丝绳28带动钢丝绳卷筒7转动，通过超越式离合器10带动低速传动轴8转动，低速传动轴8带动变速传动轴承5的中圈转动，变速传动轴承5的内圈带动救生器高速传动轴15做高速旋转。当高速传动轴15旋转到一定速度，直流发电机1工作，并供电给磁粉制动器3，使磁粉制动器3产生阻力矩，保证高速传动轴15转速不再继续升高，而保持稳速转动，从而使钢丝绳卷筒7保持稳速旋转，人体就以安全速度稳速下降。当第一批逃生人员落地后，楼上待救人员通过回绳摇把9将钢丝绳28卷回，关闭控制开关20，然后重复上述逃生步骤。
本发明可应用范围很广，不止限于本说明书中所提到的实施方式及领域。对于本技术领域的专业人员来说，对本发明实施例所做出的任何改进或变更都不超出本发明的精神和所附权利要求的保护范围。