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新型安全碎窗器的設(shè)計

文檔作者：莊盧陽程鴻黃葉浩包豪翔單新波文檔來源：寧波工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月28日
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第29卷第2期
2017年6 月
寧波工程學(xué)院學(xué)報
JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY OF TECHNOLOCY
V01．29 No，2
June．2017
D0I：10．3969~．issn．1008-7109．2017．02．006
新型安全碎窗器的設(shè)計
莊盧陽，程鴻，黃葉浩，包豪翔，單新波
(寧波工程學(xué)院， 浙江寧波315211)
摘 要：現(xiàn)有的公交車雖然均裝有安全錘， 但是由于有很多因素， 比如乘客在突發(fā)情況下未第一反應(yīng)意識到使用安全
錘、或者安全錘配備不齊全及使用不當(dāng)?shù)葐栴}，安全錘并未能真正體現(xiàn)出作用，這樣因鋼化玻璃窗緊閉而導(dǎo)致乘客未能
及時逃生，造成無法挽回的損失。本文設(shè)計的安全碎窗器，固定安裝于玻璃角落，利用純機械機構(gòu)，實現(xiàn)用手輕壓即可破
窗，實現(xiàn)救援逃生之用。通過樣品試驗，與其它安全裝置對比，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：碎窗器；鋼化玻璃；撞擊
中圖分類號：TH16 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008—7109(2017)02—0030—04
Design of New Safety W indow Breaking Machinery
ZHUANG Luyang，CHENG Hong，HUANG Yehao，BAO Haoyang，SHAN Xinbo
(Ningbo University of Technology，Ningbo，Zhejiang，315336，China)
Abstracts：Although the buses are equipped with safety hammers，yet due to factors such as being
unable to realize the use of the hammer in case of an emergency on the part of passengers，
insufi cient supply or improper use of the hammer， etc．， the tool may fail to exercise its due
function， resulting in the irreparable loss as the tempered glass window remains shut and the
passengers may not be able to escape．The paper introduces a new type of safety hammer， fixed
on the glass comer an d using the purely mechanical device that can break the window with only a
gentle press．Compared with other safety devices， it has the advantages of simple structure and
reliable operation．
Keywords：safety hammer，tempered glass，impact
0 背景概況
雖然目前公交車均裝有安全錘，但當(dāng)突發(fā)情況出現(xiàn)時，安全錘并未得到確切的使用，造成乘客難以
及時逃生，造成無法挽回的損失。
2009年成都公交車安全慘案28死76傷。2012年陜西省延安市境內(nèi)凌晨發(fā)生的特大交通事故確
認(rèn)共有36人死亡。2013年6月7日廈門BRT公交車爆炸47死38傷。這些事故車輛均配有安全錘。
但均未得到有效使用。
收稿日期：2017—02—24 修回日期：2017—03—09
基金項目：浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項目(2012R422031)
通信作者：~ (1976-)，男，浙江寧波人，碩士，試驗師，主要從事機械設(shè)計，數(shù)控加工，E-mail：546414@qq．com
31 寧波工程學(xué)院學(xué)報 2017年第2期
封閉式車廂的公交車一般會在車窗旁配備顏色醒目的安全錘，但是通過事故案例分析我們發(fā)現(xiàn)．
安全錘作為公交車所提供的唯一的逃生工具，卻并不能有效地為乘客提供逃生保障，例如：安全錘失
竊、乘客在慌亂擁擠的事故環(huán)境中無法正確使用安全錘、婦女兒童及老年人沒有足夠力量擊碎車窗玻
璃等?。這些因素使得安全錘無法起到幫助乘客逃生的作用，因此設(shè)計一種新型救生錘具有現(xiàn)實意義I21．
本文所研究的安全碎窗器可代替現(xiàn)有的安全錘并可在多種危急情況下?lián)羲檐嚧?。幫助車上人員及
時轉(zhuǎn)移，安全碎窗器的裝置為純機械裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作容易．安全可靠。
1安全碎窗器的設(shè)計
1．1安全碎窗器的結(jié)構(gòu)
安全破窗器由三部分組成：儲能部分，傳遞部分，擊打部分。儲能部分由一個剛度系數(shù)較大的彈簧
實現(xiàn)。當(dāng)按鈕按壓到一定深度時，彈簧釋放能量，觸發(fā)運動機構(gòu)，內(nèi)部多組彈簧工作，推動撞針，撞擊玻
璃，車窗便會在瞬間破裂。乘客單手輕壓碎窗器，便能實現(xiàn)快速準(zhǔn)確地破窗。
安全碎窗器的結(jié)構(gòu)，如圖l所示。在靜止?fàn)顟B(tài)時，彎的寶塔彈簧l2使傳遞桿1l保持歪斜狀態(tài)．頂
住帶孑L重塊4，壓縮軟彈簧7，使撞針處在縮進碎窗器的狀態(tài)。
1
1按鈕上鄙2主寶塔彈簧3按鈕下部4帶孔重塊5外殼6內(nèi)殼7軟彈簧
8底座9玻璃10撞針11傳遞桿12彎寶塔彈簧
圖1安全碎窗器結(jié)構(gòu)圖
安全碎窗器的工作流程如下：常態(tài)下，利用軟彈簧7的展開作用，使機構(gòu)保持靜止?fàn)顟B(tài)。撞針l0不
接觸玻璃，防止對玻璃的破損；當(dāng)遇到危險狀況時，使用者以一定的力量按壓按鈕l，在按壓初始階段，
在手的按壓下，傳遞桿11一端頂住帶孑L重塊4，另一端頂住撞針10，撞針l0頂住玻璃，壓縮主寶塔彈
簧2，開始蓄能；繼續(xù)按壓，按鈕下部3中央錐孑L與傳遞桿11端部錐面接觸，傳遞桿1l被導(dǎo)正，滑入帶
孔重塊4中央的-'b：fL，使傳遞桿11不能頂住帶孔重塊4，帶孔重塊4的動能被瞬間釋放，使帶孔重塊4
加速，達到一定速度的帶孔重塊4撞擊連接桿l1，在撞針l0尖端產(chǎn)生巨大壓力，從而使玻璃碎裂。
圖2為安全碎窗器裝配示意圖。
圖2 安全碎窗器裝配示意圖
1-2安全碎窗器的設(shè)計原理
車JH鋼化玻璃的基本參數(shù)，如表1所永：
表1車用玻璃性能(參考數(shù)據(jù))
南表l可~q,]131：鋼化玻璃的抗壓強度極限為980 MPa m圖3可知，安全碎窗器有二個T作狀態(tài)，亙
塊撞至傳遞卡十上端距離X 必須小于彈簧壓縮量X，。彈簧壓縮量為X。=1 3II1In，由j：行~_zl,)i-阻在彈簧釋
放時，在按壓力的作用下彈簧也跟著重塊處于移動加速中，移動量為X =10ram，因此簡化運動分析，沒
移動過程
(a)常態(tài) (b)連接桿擺正 (C)重塊撞擊
圖3 安全碎圖器工作的三個狀態(tài)
為提高撞針硬度，其頭部采用硬質(zhì)合金材料，與玻璃接觸的有效截面直徑取d=0．2mm，得而積S=
(0．2／2／1000)2 叮『
由于試驗條件所限，不能測量出從撞針接觸玻璃到玻璃破碎需要的時問，由于玻璃為脆性材料，這
里設(shè)撞針撞擊停止運動為T=0．01 s，通過試驗對比并根據(jù)結(jié)構(gòu)大小，取主 塔彈簧剛度系數(shù)K=2Nlmm ，
重塊質(zhì)量M=0．2Kg，應(yīng)用動量守恒列方程組。 為觸發(fā)時推力， 為重塊速度， 為撞擊力，P為撞山
吊
x[—2KXI—XzM KXl
r---> —_ 了
Fl= KXl
= FIX
F = Mv
設(shè)計的人手推力較小，行程較短，不僅適合一般成人使用，也能被婦女、兒童、老人在狹小的 問使
。此外，設(shè)計的安全碎窗器還具有如下特點：
(1)固定安裝在窗角，可有效避免偷竊事件的發(fā)生，減少了公共財產(chǎn)的損欠，也防止事故發(fā)生時“救
33 寧波工程學(xué)院學(xué)報
命錘”難以尋找 ．
(2)發(fā)生意外時，只需乘客單手輕按破窗器，觸發(fā)機構(gòu)，內(nèi)部多組彈簧丁作，推動撞針，撞擊玻璃，車
窗便會在瞬間破裂。
(3)方便安裝，結(jié)構(gòu)可靠，成本低廉。
(4)應(yīng)用廣泛，可以安裝于多種客運車輛
2 安全碎窗器的破碎試驗
試驗所采用的鋼化平板玻璃長400mm，寬300ram，厚5mm，如圖3所示。底板是普通木質(zhì)地板，在
地板上放有兩個合金等高塊，玻璃放置在上面以減小撞擊時的緩沖。為了便于施力，碎窗器放在玻璃中
央。
為了驗證碎窗器的可靠性，進行了l0次重復(fù)性試驗。結(jié)果都表明，只需向碎窗器逐步施加壓力，便
可比較輕松地觸發(fā)機構(gòu)動作，成功擊碎玻璃，玻璃破碎狀態(tài)如圖3所示。
3 結(jié)束語
圖3安全碎窗器樣品試驗
我們設(shè)計這一裝置，期望在災(zāi)難發(fā)生時乘客利用該裝置及時有效地?fù)羲檐嚧?，幫助車?nèi)人員及時
轉(zhuǎn)移．保障人們的生命和財產(chǎn)的安全
在對本裝置進行試驗時發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部動作時發(fā)出的聲音很悶，鐵塊在彈簧力的作用下快速移動時．其
內(nèi)部的空氣阻力嚴(yán)重影響了破碎的沖擊力，據(jù)此在鐵塊上開了了通氣孑L，有效減輕了空氣阻力帶來的
影響。在體積方面，若參考急停按鈕的操作方式，將其做成旋轉(zhuǎn)展開的方式，體積則能更加的小巧
經(jīng)進一步完善后可以安裝于公交車、轎車、火車等多種交通設(shè)備．L ，應(yīng)用前景十分廣闊。
參考文獻：
[1]鄺治仝公交牟逃生n動安全錘的設(shè)計[J]．廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(『{然科學(xué))，2013(3)：63—66
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[3 J孫恒，陳作模，葛文杰．機械原理[M]．北京：高等教育出版社，2006：27—35．

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