随着地震的频繁发生,人们的生命安全受到很大威胁。尤其是在地震发生时高层建筑中的人们很难快速安全地逃离,从而酿成惨剧。 此液压控制逃生器是由液压齿轮泵、液压管道、调压阀以及机架组成的系统。当人从高空下落,将带动液压泵齿轮的快速转动,使得液压泵产生很高的油压,通过调压阀迅速阻碍齿轮的超速旋转,并达到某一稳定转速。通过这种迅速而又灵敏的调节和控制,使得人能以某一较低的速度下降,保障人身财产的安全。
该作品的设计目的是用于高层建筑内人群在发生重大灾害时的快速逃生。整个装置分为液压转换单元、液压控制单元、速度转换单元、以及油路和密封接头部分。速度——液压转换, 速度转换单元将重物下降的直线速度转化为齿轮泵的旋转速度。当主动轮旋转时,轮齿开始退出啮合之初为吸油腔,轮齿开始进入之处为出油腔。吸油腔与压油腔是被齿轮的啮合接触线以及泵体和端盖所隔开。由于进油过程中,在出油口处形成布局真空,回路中的液压油在压力作用下便进入吸油腔,形成齿轮泵的吸油过程。啮合处的轮齿所扫过的面积小于即将进入啮合的轮齿,液压油便被排除压油腔,形成齿轮泵的压油过程。压力——速度控制 在由齿轮泵、进油管、出油管及调压阀组成的液力回路中,通过调节调压阀的开度,改变齿轮泵的进油管、出油管之间的液体压力,从而改变齿轮泵的负载和转矩,进而控制转速的上升和下降。同时,使得从液压泵喷出的油流入输油泵高压油腔内,当喷油泵高压油腔内的油压达到一定值时,高压油克服弹簧的压缩,顶开高压油腔阀门进入低压油腔,高压油压力下降,高压油腔的通道在弹簧压缩下重新关闭,直到油压再次克服弹簧的弹力顶开高压油腔通道为止,如此将高压油的压力限定在一个稳定的范围内。同时,选择不同弹力的弹簧,可以有效调节油压,我们通过反复比较采用了压力较为适中的弹簧。通过以上方法,从而达到有效控制液压的目的。改装自汽车发动机输油泵的液压控制模块,结构简单,体积较小,控制灵敏,成本相对也较低。 本装置通过调节调压阀的开度,在适当的重力输入范围内,通过控制系统控制齿轮泵主轴转速,将人体的下降速度控制在安全的范围内(3-5 m/s)。另外,该装置完全基于系统的自动化稳定调节,避免人身在高度紧张时的手动操作,从而最大限度地保障了用户的人身安全。同时,在超出系统输入载荷时,系统通过自保护装置,停止工作从而实现系统的稳定性、安全性。在控制系统内部,齿轮泵在吸油口和排油口之间形成液压差,利用流体力学相关知识,得出液压差与人体重量、限压阀开度、主轴转速之间的关系,进行承载能力的标定,从而实现自动控制。
第十二届“挑战杯”作品 三等奖
在2011年中北大学“刘鼎杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获特等奖