新型防盜逃生窗設計

2023年12月29日發(作者：擺子)

第１８卷第４期　２０１１年８月　文章編號：１００９—２２６９（２０１１）０４—００５８—０４　蘭州工業高等專科學校學報　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ＶｏｌＪ　１８　ＮＯ．４　Ａｕｇ．２０１１　新型防盜逃生窗設計　孟　瑞　，馮　希　，李小鵬。　（１．中國地質大學機電學院，湖北武漢４３００７４；２．中國地質大學珠寶學院，湖北荊州４３４０２３）　武漢４３００７４；　３．長江大學計算機科學學院，湖北摘要：利用平行四邊形結構的不穩定性，在普通防盜窗的基礎上改進設計了一種新型防盜逃生窗．　從美觀舒適、防盜、災難自救時逃生、受力分析等美學和機械角度論述了其優越性和實用性，產品　具有一定的市場推廣價值．　關鍵詞：防盜；逃生；災難自救　中圖分類號：ＴＵ８９９　文獻標志碼：Ａ　當前居民陽臺、窗戶或公共場所防盜主要采　用全覆蓋柵欄式防盜窗．這種防盜窗雖然可以起　到一定程度的防盜作用，但同時存在不足，住戶感　到壓抑，仿佛置身牢籠；更為重要的是當火災、地　震、水災與風災等緊急事故發生時，門或樓道往往　成為唯一的逃生通道，但門或樓道常因火災或擁　擠而無法順利通行，而從窗戶逃生這一途徑沒有　被充分利用起來．原因是一方面窗戶多裝了防盜　窗，防盜窗阻擋了逃生和救災通道；另一方面，即　便是沒裝防盜窗，人也不可能直接從窗臺跳下去．　近年來國際、國內發生的樓房火災事故中，人們因　來不及撤退或煙火封路，無路可逃而葬身火海，造　成巨大的生命及財產損失．細心觀察普通防盜窗　后發現兩點：１）防盜窗上的橫桿如果能連接起來　圖１整體結構圖　鋼繩７、上長軸８．　窗框１固定在墻體外側，窗框孔（位于窗框下　端兩側）通過焊接固定長軸２，外滑道４通過外滑　道孔（位于外滑道下端）與定長軸２相連，外滑道４　上有外滑道槽，內滑道６通過固定在其上的內滑　就可以成為人們的逃生通道；２）利用平行四邊形　結構的不穩定性可以讓橫桿自由伸展，從而變形　為逃生通道．考慮到人們逃生時的安全性，我們將　通道設計為“梯子”型，以幫助人們快速的逃生．　道銷與外滑道槽相配合，使內滑道６能沿外滑道　槽在外滑道４中上下滑動．　連接體３套在定長軸２，并且連接體３能繞其　１　基本組成　防盜逃生窗的整體結構如圖１所示．　該逃生窗主要由以下部分組成：窗框１、定長　軸２、連接體３、外滑道４、階梯柵欄５、內滑道６、粗　收稿日期：２０１１－０５—１０　作者簡介：孟瑞（１９８８一），男，山西運城人，本科　做圓周運動，連接體３又與階梯柵欄５固連，從而　使階梯柵欄５可以繞定長軸２轉動，階梯柵欄５位　于外滑道４、內滑道６內，在豎直方向上，階梯柵欄　５與內滑道６可通過鋼繩的收放一起相對外滑道４　

第４期　孟瑞等：新型防盜逃生窗設計　?５９?　上下滑動，而在被放倒變成觀景小陽臺的過程中，　階梯柵欄５與內滑道６既可以相對外滑道４向下　滑動同時繞下長軸轉動．　上部的連接體套著上長軸８，并與階梯柵欄５　固連，通過上拉鋼繩可使內滑道向上滑動直到最　上端，通過鋼繩的張緊階梯柵欄５處于半拉伸狀　態，階梯柵欄５在正常狀態下無法收縮．　粗鋼繩７通過位于定位槽內的定滑輪分別與　內滑道６、轉動手柄固連，轉動手柄轉動，通過收放　粗鋼繩７實現窗戶（不包括窗框１）整體的打開和　閉合（即連接體、階梯柵欄５、上長軸８組成的整體　繞定長軸２轉動）．　２　功能實現　２．１普通防盜窗　防盜窗正常使用狀態如圖２所示．　圖２　防盜窗正常使用狀態　窗框通過外框牢牢的固定在墻體之外，內滑　道由于粗鋼繩的作用緊挨窗框外表面處于圖示狀　態，階梯柵欄也由于與之固連的上短軸與內滑道　槽的作用處于圖示狀態（半拉伸狀態），而外滑道　通過其上的孔與定長軸連接，這樣窗戶就構成一　個相對外部隔離的整體，加上采用材料均屬鋼制　材料，有不易剪斷，不易變形的特點，足可以保障　用戶的安全．階梯柵欄采用對稱結構，美觀大方．　２．２　災難自救　在突發災難時刻，通過轉動手柄將窗戶放下　如圖３所示，位于內外滑道中的階梯柵欄由于重　力作用而伸長，從而防盜窗變形為“逃生梯”，成為　人們在火災等突發災難時的緊急逃生通道．　圖３　防盜窗逃生狀態　２．３　觀景小陽臺　該防盜窗（圖１）窗框上端有一組定滑輪，其上　繞有粗鋼繩，粗鋼繩一端繞過定滑輪與內滑道上　端固連，一端固定在轉動手柄上，轉動手柄安裝在　室內，人可以通過控制手柄轉動從而控制鋼繩的　收放，從而可以控制窗戶整體（不包括窗框１）的打　開和閉合（即連接體、階梯柵欄５、上長軸８組成的　整體可繞定長軸２轉動打開一定角度）．鋼繩可以　將窗子整體放倒９０。的位置即水平位置，如圖４所　示．這樣可使窗體不再遮擋視線，供人們愉悅地欣　賞窗外的美景．　圖４　升縮鋼繩控制開合　３　結構和原理　３．１　階梯柵欄　階梯柵欄的連接圖如圖５所示，兩根長連桿　２１由２３鉚釘固定在一起，橫桿２０中間開有凹槽，　長連桿２１一端通過銷釘２２固定在橫桿上，另一端　通過可在凹槽中滑動的銷釘與另一橫桿連接并可　在凹槽內與銷釘一起滑動，每對橫桿中間及兩端　

?６０?　蘭州工業高等專科學校學報　第１８卷　三處（圖中Ａ、Ｂ、Ｃ三處）焊接起來，通過改變同一　橫桿上兩銷釘在橫桿２０的內槽中的距離，從而使　長連桿２ｌ靠攏或張開，實現階梯柵欄的伸縮，伸長　時可以變形為逃生梯．因為四根長連桿２１等長，又　因其端部均在與銷釘固連，銷釘可在內槽中平行　移動，所以在打開過程中可以實現每對相鄰橫桿　間距離的等距變化．　Ａ　圖５階梯柵　３．２　內外滑道　內滑道如圖６ａ所示，外滑道如圖６ｂ所示．內　滑道上部圓柱銷可在外滑道的空槽內自由滑動，　下部的特殊開口可以固定上長軸，并在打開時使　上長軸連同階梯柵欄一同滑落．放倒成小陽臺的　過程中，在自重的作用下，橫桿收縮，內外滑道相　配合，可以進一步將橫桿距離壓縮，成為小陽臺．　外滑道４的底部有外滑道孔，固定定長軸２，下長　軸焊接在窗框上．　（ａ）內滑道及局部放大　（ｂ）外滑遁　圖６　內外滑道及局部放大　如圖６ａ所示，內滑道上端的局部放大圖，開口　處的小凸臺在窗框未放到９０。時，對上短軸起阻礙　作用，防止其從開口處滑出；當放下窗框與墻體的　角度大于９０。時，由于階梯柵欄重力作用，上短軸　可從開口處輕松滑出．所以小凸臺可保證整體柵　欄滑動的可靠行．　３．３窗框和其他重要部件　窗框固定在外墻上，在它的上部有兩個定位　槽，其內可裝定滑輪．轉動手柄由于市場已有可以　收放鋼繩并定位的類似產品，以及定滑輪和鋼繩　可直接購買．　３．４受力分析　窗子設計為高２　ｍ，寬１．６　ｍ，這與居民窗戶的　尺寸比較接近．考慮到采光的要求，相鄰兩對橫桿　在正常使用下的中心距為０．１２　ｍ，則在窗框內約　有１８對階梯，連接橫桿的長連桿的長度０．５２　ｍ，　防盜窗變為逃生梯時相鄰兩對橫桿間的距離約為　０．５　ｍ，則防盜窗完全伸長后長度就有０．５×１７＝　８．５　ｍ．普通居民樓每層高度約為３　ｍ，地面到四層　樓窗臺的高度約為１０　ｍ，足可以滿足三層、四層樓　居民在緊急情況逃生的需要．　窗子從閉合到完全放下，轉過的角度接近１８０　度，所需下放的鋼線的長度約為Ｌ＝３．０　ｍ．　轉動手柄的直徑為１００　ｍｍ，則需滑輪轉過的　圈數為Ｎ＝３０００÷（３．１４×１００）＝９．５圈．　若轉動手柄的轉速為６０　ｒ／ｍｉｎ，即每秒一圈，　則整個過程只需不到１０　ｓ，所以在發生緊急情況時　足可以滿足被困人員想快速逃生的心情．　簡化本裝置的結構，對其在變形為逃生梯的　狀態下的受力情況分析如下：　１）梯桿的受力分析．　梯桿的受力示意圖如圖７所示，假設逃生窗　可同時為２個人逃生（取２人總重量為２　０００　Ｎ，以　Ｐ表示），圖８為ＡＣ段的截面．　圖７　橫桿受力情況　Ｉ．　．Ｉ　１　２　圖８　橫桿橫截面　＝（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：新型防盜逃生窗設計　?６１?　Ｙ＝１０×１０一ｍ＿　ｏｒ：　ｖ／　：７０×１０　Ｘ　１０～／３２１３．８８×１０一　４　結語　該防盜逃生窗利用機械原理設計制作，通過　階梯柵欄自身的重力作用實現自由伸縮，也可以　用手動操作提供整個下放的動力，不需要單獨附　加動力裝置，該防盜窗結構簡單，制作容易且環保　節能．其自由開合、方便災難逃生、觀景視野開闊　等特點滿足了人們對安全、美觀及人性化防盜窗　的多方需求，具有很好的現實推廣價值．　參考文獻：　Ｍｐａ：２１７．８　Ｍｐａ＜［　］／ｓ＝３５０／１．５＝２３３　Ｍｐａ．　２）銷釘的受力分析．　銷釘的內應力主要是剪力，其受力情況如圖９　所示．　圖９銷釘受力分析　彭文生，黃華梁．機械設計［Ｍ］．２版．武漢：華中科技　大學出版社，２０００．　銷釘的內應力主要是剪力（如圖１０所示）　＝ｐ／４／Ｓ＝２０００／（４ｗ×３　Ｘ　１０一　＝　唐增寶，何永然，劉安俊．機械設計課程設計［Ｍ］．２　版．武漢：華中科技大學出版社，１９９９．　１７．６９Ｍｐａ＜［丁］＝２３５　Ｍｐａ．　３）長連桿的受力分析．　ｒ｝ｌ　１ｊ２　３　西北工業大學機械原理及機械零件教研室．機械原　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．互換性與測量技術基礎［Ｍ］．２版．北京：機　械工業出版社，２００７．　哈爾濱工業大學理論力學教研室．理論力學［Ｍ］．６　版．北京：高等教育出版社，２００２．　孫訓方，方孝淑，關來泰．材料力學［Ｍ　Ｊ．４版．北京：　圖１０長連桿的受力分析　高等教育出版社，２００２．　連桿危險截面的面積：　Ｓ＝（１４×４—６×４）×１０一　＝３２×１０一　ｍ　王巍．機械制圖［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００３．　中國農業機械化科學研究院．實用機械設計手冊　［Ｓ］．北京：中國農業機械出版社，１９８５．　機械設計手冊編委會．連接與緊固［Ｓ］．機械設計手　冊：單行本．４版．北京：機械工業出版社，２００７．　危險截面的應力：　＝ｐ／４／Ｓ＝２０００／４／（３２×１０一　）Ｍｐａ＝　１５．６２５　Ｍｐａ＜［　］＝２５５　Ｍｐａ．　機械設計手冊編委會．帶傳動和鏈傳動［ｓ］．機械設　計手冊：單行本．４版．北京：機械工業出版社，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