梯式折叠逃生防盗设计说明书Word文件下载.docx

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5.工作原理及性能分析………………………………………………………………………10

5.1工作原理……………………………………………………………………………….10

5.2性能分析……………………………………………………………………………….11

6.创新点及应用………………………………………………………………………………10

6.1创新点………………………………………………………………………………….11

6.2推广应用与前景………………………………………………………………………..12

7.实物展示……………………………………………………………………………………12

梁世强，高见，童飞，樊丽娟，姜波

韩学政，杜辉

（枣庄学院物理与电子工程系，枣庄277160）

[摘要]梯式折叠逃生防盗窗装置巧妙地采用了似“回”字的翻转结构，纯机械原理，无须任何外接动力源，不仅坚固稳定、美观简约、透光性能强，而且用材甚至比现有的防盗窗还要少。

一旦有火灾等险情发生，室内人员只需迅速打开伸缩锁，与伸缩锁相连接的锁扣结构也同时被打开，轻轻一推，每一层“回”字形即可由上一层结构折叠打开，层层铺展，形成一架逃生天梯。

其操作和控制简便，不需要预先练习，任何工作人员都可以很容易地使用它。

按1.5m×

1.5m防盗窗计算，可向下延伸十多米，能供六层以下逃生使用。

现实中我们可以根据实际窗户的大小及楼层的高度对防盗窗进行调整，使其能够达到实际需求高度。

中间插入和锁扣相连的脚蹬，相当于半个横梯，如遇到特大窗户横梯长度过大时可踩在上面顺利爬下。

在一些街道狭窄救援车无法进入的地方，救援队员可直接利用防盗窗形成的天梯施救，有利于救援活动的展开，节省了最佳救援时间，最大程度上挽救了人们的生命。

本作品以最少的材料，最简单的机械原理，制作成集防盗、逃生于一体的全新理念的安全逃生式防盗窗！

[关键词]梯式折叠逃生防盗窗；

“回”字形；

逃生天梯；

逃生；

防盗；

1研制背景及意义

1.1设计目的

图1传统防盗窗

普通防盗窗

我国有近80%居民楼等高层建筑安装了防盗窗，目前市面上的防盗窗主要有不锈钢防盗窗、隐型防盗窗等。

我们在这些防盗窗上发现，这些防盗窗尽管具有防盗作用，能够保护我们的安全，但随着建筑物高度的增加和日趋密集，建筑的安全隐患也越来越多，一旦发生火灾，人在这种高温浓烟中几十秒内就会窒息，而消防专业人员破拆开一个防盗窗需要2-15分钟，其中，火灾中约80％人员是由于吸入毒性气体而致死！

而且这种火灾等紧急事件一旦发生，电梯不能用，楼梯阻塞，门和楼道不能通行，由于时间、空间等诸多因素的限制，窗户是我们唯一的出口。

但目前高层建筑上的防盗窗不但切断了人员逃生之路，同时也耽误了救援时间。

而且即使被困人员侥幸自己破开了防盗窗，从高楼上跳下也是非常危险的。

安装了防盗窗等于自己堵上了逃生路，不安又难以防盗，这成了许多楼层住户的两难选择。

而大多数可以逃生的防盗窗结构复杂，操作繁琐难以从实验室走向市场。

因此我们设想设计出一种新型的防盗窗，既防盗又便于逃生，而且简洁实用，真正能走进千家万户，梯式折叠逃生防盗窗在这样的环境下应运而生。

1.2设计背景

目前高层建筑及居民阳台、窗口防盗主要采用全覆盖栅栏式防盗窗，这种防盗窗虽然可以起到一定程度的防盗作用，但同时也存在着不足，如透光不足，住户也感到压抑，仿佛置身牢笼；

设计不够美观，材料不够节约；

更为重要的是：

当火灾等紧急事故发生时，若门或楼道不能通行时，防盗窗切断了逃生和救灾通道，因此每年都有发生因防盗窗阻隔而影响逃生和救灾的事故，造成巨大的损失，甚至付出生命代价，如2009年6月17日凌晨2时许，常熟市虞山镇一小区突然失火，本可幸免于难，但由于所有的窗户都安装了非常牢固的防盗窗，一家人就这样把自己囚禁在“铁笼”内，最终吸入过量浓烟致死。

2009年9月14日清晨5时20分，李沧区一家茶叶商铺起火，大火很快把屋内的一对母女困在二楼，由于逃生路被密封的防盗窗阻隔，楼下众多茶叶商户眼睁睁地看着母女俩呛死在浓烟中……我们从种种灾难中得出了血的教训:

现有的防盗窗防盗却不防火，在火灾等灾难发生时会严重降低并影响受困人员的逃生几率和逃生效率。

更加激励我们设计新型防盗窗的必然性和紧迫性。

1.3市场形势

现今市场上的防盗窗主要有以下几种形式：

1）不锈钢防盗窗。

这种防盗窗是目前大家普遍使用的一种防盗窗，这种防盗窗安装在室外，不易拆卸，适用于底层和顶层的用户。

2）锌钢防盗窗。

这种防盗窗是近年来科技发展的结果，确保三十年不生锈，并且它改变了不锈钢防盗窗颜色单一的问题，这种防盗窗有两种形式：

一种是固定式的，和不锈钢防盗窗作用相同，另一种是拉伸式的，象普通窗帘那样拉向两边，中间有锁可以锁住，可以装在玻璃的里面，这种防护窗特别适用于那些不能在窗外安装防盗窗的。

3）隐型防盗窗。

这种防盗窗是用钢丝绳代替不锈钢管，并配备防盗报警系统。

这种防盗窗不适合顶层和底层用户。

主要用于那些不能在窗外装防盗窗的用户。

尽管形形色色防盗窗具有防盗作用，能够保护我们的安全。

而且目前防盗窗也已遍布大大小小的建筑，但随着建筑高度的增加和日趋密集，建筑的安全隐患也越来越多，即使在发达国家的高楼遇有火灾、爆炸等事件时，由于时间、空间等诸多因素的限制在火灾等事故发生时，电梯不能用，楼梯阻塞，门和楼道不能通行，窗户是我们唯一的出口。

但人员既飞不上去也跳不下来,而且防盗窗高层建筑上的防盗窗还切断了人员逃生之路，同时也耽误了救援时间。

在人们将越来越多的精力和时间都投入到对安全问题保障研究的同时,却忽略了最基础的一种手段，在人们越来越多的用到各种高科技和现代手法进行安全保障的同时,却忽略意外事件的发生,是不可以借助外力和各种现代手段的,要靠最基础和最简单的方式,也就是机械的方式才是最安全和稳定的。

目前国内外高楼逃生器主要有以下几种形式：

（1）包角加手控式：

该类逃生器增加钢丝绳与轮之间的包角，使得钢丝绳与钢丝轮之间的摩擦力增加。

另外，再利用手控装置，进一步调节下降速度的快慢。

（2）间歇冲击式：

间歇冲击式逃生器是通过间歇撞击能来消耗能量，如利用钟表中的擒纵叉和擒纵轮原理来消耗能量。

（3）液体流动阻尼式：

液体流动阻尼式是利用液体流动阻尼把人体势能转化成液体热能，不论人体质量的大小均能以比较恒定的速度下降。

虽然逃生工具在市面上层出不穷，登山用的缓降器用于火灾救生，一次只能逃生一个人；

逃生软梯又不适合老人和小孩使用；

逃生滑套要靠人体和滑套摩擦产生的阻力达到缓降的目的，容易伤人，体重轻的人和小孩均不能使用；

集体逃生装置动辄100多万元一套，普通居民楼无法推广。

现有逃生器基本都需要考虑人体重量以及需要预先练习的缺点，在很多人口密集的居民小区、大型宾馆，对于高空逃生装置的安装都还是个空缺。

1.4设计意义

我们的梯式折叠逃生防盗窗在平时就是起到普通防盗窗防盗的作用，而在火灾等险情发生时，就可以立刻变为挽救人们生命的逃生天梯。

而且在一些街道狭窄救援车无法进入的地方救援队员可直接利用防盗窗形成的天梯展开救援活动。

在解决一般的低层用户逃生使用需求外，向高楼层用户推广，使大多数用户设施具备紧急逃生功能，在完成现有产品的防盗功能的同时，在灾害发生时最大程度地挽救用户的生命和财产。

集防盗、逃生于一体的革命式全新理念的梯式折叠逃生防盗窗，同时也弥补了建筑上逃生装置无法普及的空缺。

2主要功能和性能指标

2.1主要功能

图2防盗窗展开形成的天梯

2.1.1防盗

图3梯式折叠防盗窗实物正面图

梯式折叠逃生防盗窗采用氩弧焊连接，中间用脚蹬填充使得窗体结构稳定坚固，使用双锁扣结构固定在脚蹬上，减小了其晃动，使其更加的稳定坚固。

防攀（无法攀登）、防钻（打碎玻璃也钻不进去）、防撬（一体化设计，连接部分非常坚固），达到很好的防盗效果，从而有效地保证市民的人身财产安全。

2.1.2逃生

一旦有火灾等险情发生，在形势危急的情况下，室内人员只需迅速打开伸缩锁，与伸缩锁相连接的锁扣结构也同时被打开，轻轻一推，每一层“回”字形即可由上一层结构折叠打开，层层铺展，形成一架逃生天梯，室内人员可以很容易地沿梯爬下，脱离险境，很好地保证了人身安全。

2.2性能指标

我们使用的材料是铝合金材料，根据理论数据计算以及模型初步试验测定其具有高强度、硬度，抗拉、抗压、抗腐蚀氧化，长期使用不易变形，具有优良的稳定性。

在逃生时可克服逃生人员的自身重力及人员下降时对梯身的强大冲击力。

模型整体1.5m×

1.5m（长×

宽）,采用2.2×

3.5cm方管与Ф2.5cm圆管搭建，配合2.5×

2.5cm脚蹬。

3设计方案

3.1防盗窗的组成

本作品主要由可旋转回字形框体、排列似蝴蝶型的多个脚蹬（只在窗体过大时添加）、伸缩锁以及与伸缩锁相连的锁扣结构等组成。

图4梯式折叠防盗窗结构示意图

图5实物图

3.2实施办法

3.2.1设计图纸

图6150cm

150cm设计图

图7伸缩锁结构

3.2.2单体结构描述

图8窗体结构示意图

1、伸缩锁；

2、内框；

3、中旋转梁；

4、限位销；

5、外框；

6、中间框；

7、锁梁；

8、中框锁扣；

9、锁梁扣；

10、锁钩；

11、外加固梁；

12、外梁锁扣；

13、中加固梁；

14、中梁锁扣；

15、外旋转梁；

16、内框锁扣。

上面结合附图和具体实施例对本作品作进一步描述：

一种梯式折叠逃生防盗窗，如图7中所示，包括有外框5，外框5上连接有外旋转梁15，外旋转梁15上相对旋转安装有内框2，内框2和外框5均为“U”字形状，内框2位于外框5内部，外框5的立柱上连接有外梁锁扣12和锁梁扣9，内框2的立柱上连接有内框锁扣16，外梁锁扣12与内框锁扣16相对应；

本梯式折叠逃生防盗窗还包括有伸缩锁1，伸缩锁1上连接有锁梁7，锁梁7从锁梁扣9中穿过，锁梁7上固定连接有锁钩10，锁钩10从外梁锁扣12和内框锁扣16中同时穿过。

在本实施例中，所述外旋转梁15上相对旋转安装有中间框6，中间框6位于外框5内部，中间框6上连接有中旋转梁3，所述内框2相对旋转安装在中旋转梁3上，内框2位于中间框6内部；

中间框6的立柱上连接有中框锁扣8和中梁锁扣14，中框锁扣8与所述外梁锁扣12相对应，中梁锁扣14与所述内框锁扣16相对应；

所述锁梁7上固定连接有多个锁钩10，中框锁扣8和外梁锁扣12中同时有锁钩10穿过，中梁锁扣14和内框锁扣16中同时有锁钩10穿过。

所述外框5的立柱内侧固定连接有外加固梁11，外加固梁11位于外框5与中间框6之间，所述外梁锁扣12固定连接在外加固梁11上；

所述中间框6的立柱内侧固定连接有中加固梁13，中加固梁13位于中间框6与内框2之间，所述中梁锁扣14固定连接在中加固梁13上。

所述外旋转梁15上安装有限位销4，该限位销4位于所述中间框6的立柱内；

所述中旋转梁3上也安装有限位销4，该限位销4位于所述内框2的立柱内。

所述外框5与内框2之间连接有多层中间框6。

3.2.3窗体操作

一旦有火灾等险情发生，室内人员只需迅速打开伸缩锁，与伸缩锁相连接的锁扣结构也同时被打开，轻轻一推，每一层“回”字形即可由上一层结构折叠打开，层层铺展，形成一架逃生天梯。

窗杆左右两侧加入多个脚蹬，相当于半个横梯，如遇到特大窗户横梯长度过大时可踩在上面沿一侧顺利爬下。

3.3设计思路

1）本作品折叠起来是一张牢固的防盗窗，利用锁扣结构固定，中间插入和锁扣相连的脚蹬增加其稳定性。

2）安装脚蹬，解决跨度大问题。

在窗杆左右两侧加入多个脚蹬，相当于半个横梯，如遇到特大窗户横梯长度过大时可踩在上面沿一侧顺利爬下。

3）很美好地利用了防盗窗美观、大方、牢固而又实用的标准，我们设计了可层层展开的回字形折叠结构。

而且安装的多个脚蹬构成的似蝴蝶形结构使窗户外观更加的美观大方。

4）利用锁扣伸缩原理稳固窗体，在平时起到了很好的防盗效果。

5）火灾等险情发生时，原本坚固的防盗窗可以立刻铺展形成逃生天梯。

4理论设计计算

4.1长度计算

按照普通居民窗1.7mx1.7m计算制作成这种梯式折叠逃生防盗窗，在符合美观的基础上，形成八个回字形结构，展开后形成天梯，可达高度为

。

4.2载重计算

该梯式折叠逃生防盗窗使用铝合金材料，性能优良，经分析该窗受力最薄弱点就是横梁圆管，受力如右图所示：

4.2.1刚度分析

图9

静载荷情况下，在距离A点

时，最大挠度为

，E为材料的弹性模量，而I为惯性矩，则最大动挠度为

，由刚度条件知

，

为许用挠度，由此可以求出最大载重

由手册得E=70Gpa，

，D=0.025m，d=0.023m。

[w]的值0.05m，计算的

=2034N。

4.2.2强度分析

静载荷下，屈服应力

=

经计算

，则

=17625N。

综上分析，便可计算出

例如同为铝合金材料规格2.5x3.5cm、厚度1.0mm的方管和直径2.5cm、厚度1.0mm的圆管组合成的防盗窗，最低载约200kg，不发生形变。

5工作原理及性能分析

5.1工作原理

梯式折叠逃生防盗窗有两种工作状态组成一种是一般情况下的闭合状态，另一种就是逃生过程中的展开状态。

闭合状态：

在一般情况下，防盗窗处于闭合状态，防盗窗横向窗锁及与窗锁相连接的锁扣结构将窗体牢牢套住，旋转体采用翻转结构连接，简洁实用，采用“回”字形结构，坚固稳定、美观简约、透光性能强，很好的起到了防盗的作用。

展开状态：

一旦有火灾等险情发生，在形势危急的情况下，室内人员只需迅速打开伸缩锁，与伸缩锁相连接的锁扣结构也同时被打开，轻轻一推，每一层“回”字形即可由上一层结构折叠打开，层层铺展，形成一架逃生天梯，每一层中间锁扣均和脚蹬相连，并且在窗杆左右两侧加入多个脚蹬，相当于半个横梯，如遇到特大窗户横梯长度过大时可踩在上面沿一侧顺利爬下，脱离险境，很好地保证了人身安全，达到逃生的目的。

5.2性能分析

人们在地震中学到了很多生存,逃生的知识,并且发现了很多不合理的地方,例如建筑不合格,消防逃生通道不畅通,紧急情况混乱等等,其中很大的一个方面就包括楼房安装铁笼子防盗网来不及出来而导致悲剧!

其实这些问题在中等城市已经命令禁止安装铁笼子,他本身影响正常消防救助,影响邻里关系,但是实际情况不装又无法安宁地正常生活。

由此，我们设计了梯式折叠逃生防盗窗已经很好地解决了这个问题

我们设计的防盗窗符合国家城市规划、消防要求。

我们设计了一个打破传统观念的新盗窗——可开启防护窗，不仅可以起到防盗防护的作用，而且不占任何空间，窗户正常使用，方便擦玻璃、作保结、修空调以外还可用于紧急逃生，符合国家消防、城市规划的规定！

此产品可适用塑刚窗、锌钢合金窗、铝合金窗、断桥铝窗等，有‘万能防盗窗’的美称，美观程度极佳，无论采光和改变视觉效果都是影响最低的，价格和铁艺相当，严格讲应该是低点！

梯式折叠逃生防盗窗起到防止小偷入侵和防止老人、小孩坠楼的双重作用。

优点：

A、[逃生]火灾等险情发生时，原本坚固的防盗窗可以立刻铺展形成逃生天梯，挽救人们的生命。

B、[安全]保护小孩高空玩耍的安全，防止物件高空坠落。

C、[防火]高应变能力设计，遇火警之紧急状况，3-5秒钟可进行打开伸缩锁，沿天梯顺利逃生。

D、[美观]单层窗体结构，窗框间留有足够透光缝隙，大大减少了采光和视觉的影响。

E、[防盗]使用伸缩缩结构，与伸缩锁相连接的锁扣固定在脚蹬上，使窗体更加稳定坚固，让美观与安全更具有保障。

高强度奢侈材料是普通铁艺的3-5倍。

6创新点及应用

6.1创新点

本参赛作品有如下创新点：

1装置巧妙采用简单的似“回字形”翻转结构，纯机械原理，用材少，简洁易实现，只需普通防盗窗的价格，制成集防盗、逃生于一体的安全逃生式防盗窗。

2运用了伸缩锁结构，在保证实现其可以展开形成“回字形”天梯的基础上，很好地实现了锁的作用（防盗）。

3回字形折叠的结构符合防盗窗美观、大方又牢固的标准。

4脚蹬很好的解决了跨度大问题，人可以很轻松地爬下；

5火灾等险情发生时，只需打开窗锁，轻轻一推，即可形成一架逃生天梯。

6可根据实际窗户大小及楼层高度对防盗窗进行灵活的设计，使其能够达到实际需求高度。

7街道狭窄救援车无法进入的地方救援队员直接利用防盗窗形成的天梯实施救援。

8美观方面：

加上脚蹬后从外观上看像一只蝴蝶翩翩起舞，逃生时一方面可以增加逃生信念，另一方面，极具有审美效果。

6.2推广应用与前景

（1）本装置结构简洁，用材与现有防盗窗相当，仅需切割电焊等常见制作工艺，如若普及，成批生产只需百元左右的价格，性价比很高；

（2）轻松打开伸缩锁，形成天梯，实现一般逃生天梯的功能，完成室内人员自救的逃生工作；

（3）可应用于各种楼层建筑，亦可根据不同建筑类型、使用性能、用户要求进行调整，如投入大批量生产可进一步降低成本，便于推广普及；

（4）初期投入一般，在向市场大量推广后可迅速占领该领域内较高市场份额，如与建筑领域接轨，作为建筑公司的相关配套产品，可大面积推广，作为市场现有产品的更新换代并最终替代现有产品理想的选择。

7实物展示

图11伸缩锁结构

参考文献

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[2]赵明桥，李铌.和谐城市住区需要新型防盗窗，66-68；

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