公交車逃生車窗及控制裝置

PAGE21PAGE1作品申報書作品名稱：公交車逃生車窗及控制裝置作品全稱公交車逃生車窗及控制裝置作品分類（A）A．機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術（包括計算機、電信、通訊、電子等）C．數理（包括數學、物理、地球與空間科學等）D．生命科學（包括生物、農學、藥學、醫(yī)學、健康、衛(wèi)生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設計、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點，技術關鍵和主要技術指標作品設計目的：有資料顯示,現在路面上大多空調公交車的窗都是固定的無法打開的，這種車猶如全封閉的“悶罐”。而與其配套的逃生設備卻還不夠完善，最常見的方法例如用錘子擊碎窗戶。當發(fā)生緊急事故的時候，驚慌失措的乘客失去決策能力和冷靜搜索能力，這將導致無法完成找到錘子擊碎窗戶這一動作。然而，“悶罐”車僅僅依靠車門的疏散是遠遠不夠的。因此，這種設計是導致公交車事故傷亡慘重的一個重要原因。而另一方面，公共交通的管理者對于濫用逃生設施的處罰也十分嚴厲，要追究濫用者危害公共安全罪的法律責任，面對這種情形時，逃生者往往進退維谷，延誤逃生時機。鑒于此，此項目將致力研究一種具有穩(wěn)定性、及時性、引導性且原理簡單的空調式公共汽車逃生設備——自動開啟逃生窗戶。該設備可應用在各種公交汽車以及空調火車上，為突發(fā)事件來臨時乘客的及時疏散逃生提供便利與保障，盡最大可能為乘客爭取寶貴的逃生時間?；舅悸罚罕咀髌返奶剿餮芯渴腔诠卉嚿习l(fā)生突發(fā)事件需要乘客緊急疏散逃生的背景下，通過對機械原理、傳感器原理、自動控制原理以及心理學的運用，研制出一種在對公共汽車正常行駛不產生負面影響的前提下，幫助乘客在緊急情況下及時疏散的逃生窗戶。從總體上可分為窗戶機械結構的研究與設計、觸發(fā)裝置的研究與設計、自動控制電路的研究與設計三個部分。實現方案：本作品由三部分組成,第一部分為窗體；第二部分為車窗緊固鎖；第三部分為自動控制電路。展示如下：1、窗體（由玻璃窗、連桿機構、玻璃固定框以及整窗固定框組成）1）窗體實體圖圖1.1.1：開啟狀態(tài)圖1.1.2：側視圖圖1.1.3：開啟過程圖1.1.4：關閉狀態(tài)2）窗體機構簡圖圖1.2.1：窗體機構簡圖如簡圖1.2.1所示，窗體采用的是平行四桿機構來實現窗的開啟與閉合。采用該機構的原因是可以使窗體平穩(wěn)的運動并且關閉時與車能夠很好的貼合在一起，不僅大大節(jié)約占用車的空間而且在密封性上也有保證。3)玻璃固定框圖1.3.1：玻璃固定框該零件的作用主要是固定玻璃以及實現機構運動，在結構的設計上借鑒了一般窗戶與窗框之間鑲嵌的結構，目的是為了提高窗體的密封性能。4）整窗固定框圖1.3.2：整窗固定框右側部分為整窗固定框，該零件是用于將整套系統(tǒng)與車整合起來，是根據現有的公車車型來設計的。該零件與車體連接性能將直接影響整套系統(tǒng)的性能。5）窗體材料分析公車的運行環(huán)境比較惡劣，這將決定了車上部件的材料必須具有耐磨、耐腐蝕、高強度等性能。綜合比較各種材料，該系統(tǒng)主要部件選用的是不銹鋼材料加工制成。不銹鋼具有耐磨、耐腐蝕等特點符合該系統(tǒng)的要求。最終選用型號202不銹鋼。材料參數如下：表1：不銹鋼202材料參數6）連桿零件的設計與校核分析可得連桿受到拉應力作用，其最大值出現在窗體下落的最低點。由結構圖可知有4個連桿。設每個連桿受到的最大拉力為、窗體重力為、窗體質量為M、桿長為l、下落最低點速度為v、產生慣性力為f、重力加速度為g。則有由能量守恒定律有則可得連桿橫截面積其中取安全系數n=10，不銹鋼許用應力取則可得初選桿件截面尺寸為28x9即A=，由上述條件可求得桿件所受最大拉應力故該桿件安全。7）各零件工程圖圖1.7.1整窗固定框圖1.7.2連桿1圖1.7.3連桿22緊固鎖1）緊固鎖示意圖：圖2.1.1：電磁控制示意圖圖2.1.2：自動、手動示意圖2）功能：采用雙鎖鎖定結構，在整體固定窗上部和下部分別裝了兩個電磁鎖。兩鎖同接一個電源。同時用整體固定窗上部安裝的旋鈕來手動控制兩鎖的開合，達到兩鎖同步開合的效果。A、自動控制：沒接通電源時，鎖舌處于初始位置（即下止點），車窗關閉。接通電源，鎖舌快速收縮至上止點，自動逃生車窗開啟；斷開電源，鎖舌由于彈簧的彈力作用向下伸展，鎖住車窗。B、手動控制：白色旋鈕在初始位置時，鎖舌處于下止點，車窗被鎖住。順時針或者逆時針旋轉時（可以兩種方向旋轉，方便旅客），鎖舌可達到上止點，車窗開啟。再向相反方向旋轉時，鎖舌可恢復到原位，鎖住車窗。電子鎖實際參數a、總體尺寸mm：b、鎖舌尺寸mm：c、工作電壓：d、電反應時間T：e、鎖舌材料：合金結構鋼f、拉力值：4磅g、鎖舌硬度：3、系統(tǒng)控制電路（煙霧檢測控制部分）1）煙霧傳感器MQ-2型傳感器的結構圖如圖3.1.1所示，其外觀如3.2.2所示。圖3.1.1：MQ-2型傳感器的結構圖圖3.2.2：MQ-2型傳感器的外觀2）MQ-2型傳感器的特性及主要技術指標(a)回路電壓：(Vc)5~24V(b)取樣電阻：(RL)0.1~20K(c)加熱電壓：(VH)5±0.2V(d)加熱功率：(P)約750mW(e)靈敏度：以甲烷為例R0(air)/RS(0.1%CH4)＞5(f)響應時間：Tres＜10秒(g)恢復時間：Trec＜30秒3）前置放大電路圖圖3.3：前置放大電路圖自動控制電子鎖、聲音報警電路圖圖3.4.1：電子鎖控制電路圖圖3.4.2聲音報警電路圖5）煙霧檢測報警器硬件電路設計圖圖3.5：煙霧檢測報警器硬件電路設計圖6）煙霧檢測控制部分的主要技術指標a傳感器類型：半導體電阻式b檢測范圍：0~100%LELc報警準確度:：±5%LELd報警點設置：達到20%LEL開始報警e報警器工作方式：現場固定安裝，自然擴散進行采樣，長年連續(xù)運行f工作環(huán)境溫度：檢測器-50°C~50°C；報警器0°C~500°Cg工作環(huán)境濕度：≤85%RHh報警方式：煙霧泄漏聲光報警、自診斷故障報警i響應時間：≤30S(11)j輸出信號：可輸出與煙霧濃度對應的0~5VDC標準信號k工作電壓：AC220V±15%，50±lHzl快速重復檢測和延時報警，可區(qū)別煙霧的泄漏和短時間的微量散失，防止誤報。創(chuàng)新點：1)使用手動/自動的打開方式打開安全車窗；2)獨特窗框結構，縮短開啟時間，避免玻璃造成二次傷害；3)由手動/電動兩用鎖鎖定窗體；4)使用溫感（煙霧）傳感自動觸發(fā)裝置，提高系統(tǒng)的準確性和靈敏性；5)具有“觸發(fā)按鈕”可供專員遙距觸發(fā)；6)多端口控制觸發(fā)，確保裝置有效性；7)無需額外提供動力，利用車窗本身的重力打開車窗；8)利用人的潛意識規(guī)律有效縮短逃生時間。技術關鍵點：1）窗體結構與機械機構將成為本設計的關鍵部分之一，窗體的合理設計和機械裝置合理配合才能使自開啟窗能在預定的時間與預定條件下完成預期動作。合理的結構將有利于與車體進行整合。若推廣使用則應對材料與制造費用進行進一步研究提高性價比。該部分也是本設計的難點之一。2）自動控制電路設計到傳感器技術與單片機自動控制技術，該部分的設計直接影響到自開啟車窗檢測的靈敏度，單片機編程算法以及控制電路都將直接影設計動作的反應時間。此部分是重中之重。技術指標：1)自動控制系統(tǒng)檢測緊急情況的靈敏度S。2)該逃生系統(tǒng)的反應時間t（從緊急情況發(fā)生到車窗完全打開的時間）。3)窗體與車體的之間密封性能Q。4)該系統(tǒng)的使用壽命T。作品的科學性先進性（必須說明與現有技術相比、該作品是否具有突出的實質性技術特點和顯著進步。請?zhí)峁┘夹g性分析說明和參考文獻資料）根據資料顯示，目前國內外關于公交車逃生系統(tǒng)的研究還是在初步階段。比較流行的公交車逃生系統(tǒng)主要有：轉動緊急扳手，用人力推開玻璃窗實現逃離。利用逃生錘子擊碎車窗實現逃離。國外還出現了發(fā)生緊急情況時車子側面?zhèn)壬砜梢源蜷_等逃生系統(tǒng)。這些常用逃生系統(tǒng)都有一個共同的缺點:具有非常高的不穩(wěn)定因素，例如：反應時間慢、操作困難等阻礙乘客逃生的弊端。先比之下，本作品有以下各點先進性與創(chuàng)新性：1）快。啟動裝置固定在玻璃上，不用花時間去找，發(fā)生緊急情況，可快速按動按鈕或者通過自動檢測裝置啟動打開玻璃窗，而普通逃生系統(tǒng)例如錘子有很大可能造成缺失或難尋找。因此本系統(tǒng)節(jié)約了大量的時間，在這種情況下，多一秒也許就多逃去一條生命。2）準。一般鋼化玻璃窗戶要擊玻璃的旁邊才容易擊碎，擊中間的話就很難擊碎，這點很少有乘客關注過。這個裝置突破打破玻璃的思維，以打開窗戶的形式讓乘客逃生。3）重復使用。整個裝置做成一個活動窗架，平時是固定在窗框上的，使用時只需按下按鈕或者通過自動檢測裝置啟動,就可以通過機械裝置使玻璃窗自動打開，讓乘客順利逃生。萬一有乘客誤操作按下按鈕開啟了車窗，還可通過手動將車窗復原，不會造成損失。而普通公交逃生窗擊碎之后就無法恢復了，這不符合節(jié)能環(huán)保的理念。4）無風險。傳統(tǒng)的擊打玻璃的方法會造成玻璃破壞和車體的變形，有時碎片會傷及乘客或者路人，而且擊打玻璃會有不確定因素，一旦多次不成功勢必會引起更大的恐慌。該裝置不需破環(huán)玻璃，車窗開啟時是沿著車體向下滑落，不會占道，因此無風險。5）無破壞。傳統(tǒng)的擊打玻璃方法，會造成玻璃的永久損壞，如果乘客不小心砸破玻璃要承擔相應的處罰并且賠償，造成在災難發(fā)生時乘客的猶豫而耽誤逃生時間。該裝置使用開啟玻璃窗的方法逃生，乘客不需承擔相應的責任。參考文獻：［1］陳嘵南等.機械設計基礎[M].科學出版社2008.2.［2］郭為忠，于紅英.機械原理[M].北京：清華大學出版社、北京交通大學出版社,2009.9.［3］黃志剛,朱慧.無障礙公交車內部布局設計與研究[J],《包裝工程》,2010,（18）:1-3.［4］李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京航空航天大學出版社,2005.10.1.［5］彭聃齡.普通心理學[M].北京師范大學出版社,2004.3.1.［6］趙燕.傳感器原理及應用[M].北京大學出版社,2010.2.1.［7］戚大先.機械設計手冊[M].化學工業(yè)出版社，2004.1.作品在何時、何地、何種機構舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定結果作品所處階段（B）A實驗室階段B中試階段C生產階段D（自填）技術轉讓方式作品可展示的形式■實物、產品□模型■圖紙■磁盤■現場演示■圖片■錄像□樣品使用說明及該作品的技術特點和優(yōu)勢，提供該作品的適應范圍及推廣前景的技術性說明及市場分析和經濟效益預測該系統(tǒng)使用方法主要是通過對車體合理改裝將本系統(tǒng)整合在車體上，系統(tǒng)設有多端口觸發(fā)，具體包括手動與自動兩種方式。其中手動觸發(fā)即有獨立按鈕供乘客與專員操作。自動觸發(fā)即由傳感電路與控制電路自動觸發(fā)。該逃生窗系統(tǒng)與傳統(tǒng)的逃生系統(tǒng)不同的是更加符合實際，可以實現更好的逃生效果，因為它采用了自動控制電路觸發(fā)以及窗體的重復利用。該系統(tǒng)符合了以人為本與節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展理念。這就是我們作品的特點與優(yōu)勢。本作品使用于各種密閉式空調車與火車等交通工具，只要通過對車體的簡單改裝就可以把該系統(tǒng)整合進去，所以推廣使用方面是有把握實現的。公交車逃生系統(tǒng)的研究現在正處在一種相對缺乏的階段，而該逃生系統(tǒng)在某種程度上填補了這方面的研究，這將說明本作品市場前景是很樂觀的。專利申報情況□提出專利申報申報號申報日期年月日□已獲專利權批準批準號批準日期年月日■未提出專利申請科研管理部門簽章年月日

C.當前國內外同類課題研究水平概述說明：1.申報者可根據作品類別和情況填寫；2.填寫此欄有助于評審。國外情況：公交車的車窗附近會配備一個緊急扳手，發(fā)生事故需要逃生時，只要轉動扳手，再向外推車窗玻璃，整塊玻璃就會脫落，乘客就可以從窗戶逃生了。為防止乘客誤動扳手，在扳手外加裝一個容易打碎的有機玻璃罩子，只要一打碎玻璃罩子就會自動觸發(fā)警報。北京奧運會閉幕式上，英國表演車輛——雙層公交車的兩側車體外殼可以完全打開，是十分理想的防火安全結構。從工業(yè)技術來看，英國這輛表演車輛經過技術改裝，增加了用車輛主發(fā)動機驅動的液壓泵、液壓工作站，通過長行程液壓缸體驅動車體外殼打開。但公交車如果要增加類似功能，因為要運載大量乘客，公交車內不可能搭載液壓站、大量的滅火裝備，適宜的方法是用壓縮空氣儲能容器驅動汽缸，乘客在強制制動車輛后，用手動閥門將壓縮空氣引入汽缸產生開門動作；如果用一次性的火工器材驅動的汽缸，結構更小巧，相同儲存能量下的系統(tǒng)重量小、體積小，從專業(yè)