基于人机工程学的消防梯车结构改进构想

发布时间:2020-03-28 09:20:00

改革开放以来,我国经济水平显著提高,城市高层建筑越来越多。对于高层建筑的应急消防救援工作已成为我国乃至世界各国十分关注的问题。

改革开放以来,我国经济水平显著提高,城市高层建筑越来越多。对于高层建筑的应急消防救援工作已成为我国乃至世界各国十分关注的问题。

对于高层建筑火灾,被困人员会受到环境和个人心理因素的影响,产生紧张和恐惧感。为了解决这一问题,本文提出了一种能够及时、有效地帮助突发性和灾难性火灾事件发生的设备。这种设备不仅机动性高,而且适用人群广,救援效率高,大大改善了现有设备的不足。

在众多的消防救援设备中,最安全、可靠、移动性能最好的应该是消防梯车。与救生直升机相比,消防梯车的机动性能更加灵活。虽然消防梯车有很多优点,但也有缺点。

当梯车进行救援时,人员必须从梯顶一个个移到地面,这是一个非常缓慢的过程。考虑到当时的危险环境,这样的效率很低。

由于梯车的特殊结构,只有能自由移动的人才能使用梯车进行救援。对于一些行动不便的人来说,使用梯车进行救援是很困难的。

针对上述消防梯车存在的不足,提出了改进的思路。改进后的组织需要一个高效的救援流程,适合范围广、安全可靠的人员。在我国消防车的发展过程中,也有相关的研究。

通过对上述消防梯车存在的不足进行分析,决定将原有的梯架结构改进为滑梯结构。滑梯救援机构的工作原理与梯式消防车相似。不同的是,当滑梯救援组织开展救援工作时,人员可以直接滑梯下滑至底部,而不必沿梯缝移动。滑道救援机构的工作原理如下:

图1滑道救援机构示意图由上图可以看出,这种结构不仅可以提高救援效率,而且可以使更多的人使用这种救援机构。

本文所说的第四个滑道,是指滑道机构完全伸出时的顶部,即被救援人员滑落时接触的第一个滑道。第四段滑道的设计过程是基于人为因素的。具体设计过程如下:

W-第四张幻灯片的计算宽度

滑梯高度男性取99%,18-60岁组坐姿时肘部高度与上述滑梯宽度计算标准相同。从表上看,是312mm。同样,根据公式:

H-第四个滑块的计算高度

考虑到安全性和可靠性,滑道壁厚取10mm。

本文设计的滑道理论长度为10m,但当滑道完全伸展时,滑道与滑道之间有1m的重叠。第四张幻灯片的部分如下:

第三节滑道尺寸

考虑装配,第三段滑道的内宽为第四段的外宽,第三段滑道的内高为第四段的外高。第三个滑道的外部宽度应为内部宽度加上两倍壁厚,第三个滑道的外部高度应为内部高度加上壁厚。

根据以上分析,第三个滑道的内部宽度为520mm,外部宽度为540mm,内部高度为370mm,外部高度为380mm。长度是10米。

分析过程同上。根据第三张幻灯片的尺寸,第二张幻灯片的内部宽度为540mm,外部宽度为560mm,内部高度为380mm,外部高度为390mm。长度是10米。

根据第二幻灯片的尺寸,可以得到第一幻灯片的具体尺寸。第一张幻灯片的内部宽度为540mm,外部宽度为560mm,内部高度为390mm,外部高度为400mm。长度是10米。

考虑到滑动过程中人与滑面之间的摩擦关系,只要增大滑面与人之间的摩擦系数,就可以达到减速的效果。

根据摩擦学知识,摩擦系数主要取决于接触的材料和形状。大部分服装材料是棉织物或化纤织物。结果表明,橡胶材料的摩擦系数高于毛织物和化纤织物。将橡胶材料的表面形状改为具有突起结构的表面,可以提高摩擦系数。因此,在滑道表面铺设具有突出结构的橡胶材料,起到减速保护的作用。

虽然在人员滑倒过程中有橡胶减速材料保护,但当人员滑倒到滑道底部时,仍有很大的速度。为了解决这一问题,本文设计了一种滑板底部的防护网装置,该装置由蹦床或蹦床用的弹性布制成。这不仅能保护被救助群众,而且成本低。具体形状如下:

从上图可以看出,防护网的安装是通过拆除两边的横杆来进行的,非常方便。当人们滑到滑梯底部时,两边的消防队员将他们抬出滑梯。

本文设计的滑道救援机构顶部装有平台机构。站台上站着一个消防员。消防队员的作用是维护消防救援工作的秩序。考虑到在火灾现场,获救人员的情绪非常不稳定,处于非常兴奋的状态。没有消防人员的维护,就会出现混乱,容易造成不必要的事故。

平台机构的尺寸设计也参照了中国成人体型标准。平台机构的高度根据男性18-25岁年龄组的9,9%和站立时的肘部高度确定。参照标准表可知,高度为1140毫米,平台机构高度设定为1200毫米。考虑到装配问题,平台机构的宽度和长度被确定为第四个滑块的宽度520 mm。为了安全起见,平台机构的壁厚设置为20 mm。平台机构具体示意图如下:

如图4所示,平台机构的底部设有可搭接在阳台或窗户上的结构。当平台机构与建筑物重叠时,消防人员应向里面打开围栏,避免堵塞救援。此外,消防人员手持消防斧头,在旁边放置灭火器,可以帮助消防人员排除障碍物,扑灭救援现场的火灾,使救援工作更加顺利。

根据前面设计的滑道消防救援机构,消防车外形图如下:

滑道救援机构的波动装置由安装在第一滑道底部的液压缸完成。液压缸的动力来自消防车的发动机。在轧制调试过程中,为避免轧制角度超过允许的最大角度,轧制装置设有过载保护功能,提醒操作人员。

机构的传动由卷扬机和钢丝绳完成。绞车安装在现场,动力由发动机液压提供。同样,传动装置还设有滑道超伸保护措施。

在消防车车体上安装了底座机构,其作用是实现滑块机构的转动功能。滑道救援机构采用全回转方式,可正反向工作。这样可以使滑道自由定位,提高火灾现场的救援效率。为防止风力对消防救援现场的干扰,在旋转装置上安装了防护设备。

为了使滑道救援机构在火灾现场更稳定地工作,在消防车车体后部安装了支腿机构。消防车在救援现场停车时,支腿机构伸出地面,固定在指定位置。

考虑到消防车波动装置的安全性能、负载限制和供电能力,本文设计的滑动机构材料应具有重量轻、强度高、高温工况下力学性能好的特点。参考相关资料,将滑道机构材料定义为7A04号铝合金。铝合金是一种高强度合金,主要用于承载构件和高负荷零件,在高温下保持良好的力学性能。材料的机械性能如下:

本文设计的滑道救援机构由四个滑道组成,工作高度范围为40°~65°。滑动机构的机械检查只考虑最危险的情况,即当滑动处于极限角和完全伸展状态时。

滑道机构的应力模型如下图所示:

应用材料力学转换模型的知识,将滑道救援机构的应力模型转换为下图:

滑道救援机构的轴向图、剪力图和弯矩图如下:

由上图可以看出,滑块各截面的轴向力是一个固定值,而第一个滑块的截面面积最小,因此将滑块的第一个截面定义为危险截面。弯矩在滑块的中间

当断面达到最大值时,中间断面视为危险断面。

因此,本文设计的滑梯救援机构在允许工作时是安全的。

所设计的滑梯救援机构总伸出37m,最大工作高度30m,最大工作高度65°。可搭载一名获救人员,获救人员滑行时间约3-4秒。

本文设计的滑道救援机构主要是针对城市高层建筑突发火灾事件,在火灾救援现场方便、安全地开展救援工作。

被困在高层火灾中的人们处于极度紧张和多动症的状态。针对这种情况,根据人机工程学的思想,将原有的梯车结构改进为滑动机构,不仅可以提高火灾现场的救援效率,而且可以扩大人口。

在尺寸设计上,充分考虑了人体工程学的思想,按国家标准设计了机构的所有尺寸。改进后的结构使高层建筑的救援过程更加完善合理。在机构校核和辅助机构设计过程中,将机械设计与人机工程学相结合,实现了以人为本的设计原则。最后,在滑道整体工作参数的计算过程中,利用相关软件进行分析,使数据更加可靠。人员沿滑道的滑动时间按最危险情况计算,即滑道完全伸展时,滑道高度为45时的滑动时间,可按牛顿第一运动定律计算。

本文设计的滑动机构在国内尚处于理论研究阶段。由于受到相关问题的制约,目前组织还没有具体的物理测试,但未来还需要做很多物理测试。相信在不久的将来,滑道救援组织将为城市消防工作尽一份力。

针对现有消防救援机构存在的不足,提出了滑道救援机构的改进方案。强调以下两个改进:

在滑梯救援组织火灾现场救援过程中,被救援人员由消防人员统一安排,直接滑梯下至地面,避免了以往消防梯车的移动过程。

消防梯车只适用于行动方便的人群,对老人和其他行动不便的人群非常不便。