目前緊急疏散門已擁有較長(zhǎng)的歷史和相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)，但同時(shí)也存在很大的不足，如不夠隱蔽帶來(lái)視覺上的不美感，價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了解決這些矛盾，我們對(duì)門做了細(xì)致的觀察和認(rèn)真的研究，設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作的智能型緊急疏散門。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)思想

雖然目前社會(huì)上擁有各種各樣的智能門，它們也有很完善的功能。可是就現(xiàn)在來(lái)說(shuō)，智能門還是高-檔門的代名詞。并且其主要是由電力作為動(dòng)力的來(lái)源，這在某種程度上來(lái)講在緊急時(shí)刻會(huì)有很大的弊端，因?yàn)榈卣鸹馂?zāi)等災(zāi)害都容易致使電力系統(tǒng)癱瘓。基于這樣的思考我們產(chǎn)生了設(shè)計(jì)一套可以將普通門改裝成緊急疏散門，主要是在緊急時(shí)刻能夠不受前面所講因素的影響順利打開門的裝置。

1.2 控制系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由信號(hào)采集處理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組成。

我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)電源由一節(jié)9v蓄電池供電，以確保在緊急時(shí)刻不會(huì)因?yàn)閿嚯姸斐裳b置不能工作。同時(shí)我們也考慮到了在實(shí)際應(yīng)用中如何能夠有效保證供電，所以我們這款裝置的寬電壓是4.5v-30v，可與目前市場(chǎng)上用的應(yīng)急照明燈連接；也可以獨(dú)立安裝一塊9v疊成電池，只是要注意定期更換電池。傳感器安裝在家里比較敏感的地方，如天花板上。整個(gè)信號(hào)的傳輸都是通過有線連接，確保其抗干擾能力。開鎖機(jī)構(gòu)和開門機(jī)構(gòu)分別是對(duì)鎖槽和門框進(jìn)行改裝而成，都是由機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成。開門機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能提供。

1.3 系統(tǒng)工作原理

1.4 開門機(jī)構(gòu)

（1）開門機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。我們的宗旨是通過簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開門的功能，同時(shí)還不能影響到緊急疏散門的正常使用。怎樣的機(jī)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)這樣的要求呢，請(qǐng)看圖3所示。

我們通過對(duì)經(jīng)常見到的平開門的上梁部分融入發(fā)明原理中的拆分法思想進(jìn)行改裝，一般來(lái)講我們是條件反射式的會(huì)將這兩個(gè)部分歸為一類，事實(shí)上這也正常。但經(jīng)過我們仔細(xì)觀察和研究以及結(jié)合我們的目的得出將上梁柱1和定位橫梁2分開處理的創(chuàng)意式的想法。試想一下，如果讓定位橫梁1動(dòng)起來(lái)，不就可以成為一旋轉(zhuǎn)臂把門推開么。而且還能很好的滿足我們的設(shè)計(jì)理念。

旋轉(zhuǎn)臂2在動(dòng)力機(jī)構(gòu)4的旋轉(zhuǎn)扭力下能以旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方式把門板推開，動(dòng)力機(jī)構(gòu)4主要有一個(gè)定位軸上套一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧構(gòu)成，平時(shí)儲(chǔ)存著彈性勢(shì)能。啟動(dòng)機(jī)構(gòu)3的設(shè)計(jì)是模仿碰鎖的原理，由直流電機(jī)提供瞬間的軸向拉力。這樣設(shè)計(jì)的好處是操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)迅速，且可以重復(fù)使用。

緊急疏散門自鎖的實(shí)施基于兩點(diǎn)原理1門板5為被動(dòng)受力物，2材料在受力后會(huì)發(fā)生形變使它們的接觸部分產(chǎn)生壓力。從而使搖桿2，門板5以及門框上梁1三者形成了三角形結(jié)構(gòu)，并且各節(jié)點(diǎn)鎖死，由于三角形的穩(wěn)定性原理進(jìn)而完成了開門后的自鎖功能。

（2）開門機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。①設(shè)門框的長(zhǎng)度和門板的寬度都是L，門框的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)距外端的距離為X，則要求X>(L-X)，這樣以確保門框的旋轉(zhuǎn)角度小于180°，也就是讓門框始終能支撐著門板而不會(huì)脫離與門板的接觸，為了自鎖功能的進(jìn)一步完成。②為了以如上所述的方式完成自鎖功能，要求旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)材料的剛性要大于門板的剛性。否則要在門板的適當(dāng)位置上加以劈形結(jié)構(gòu)的裝置。③門框的旋轉(zhuǎn)部與門板是線接觸，此線段s≥5mm。

（3）對(duì)此機(jī)構(gòu)的反應(yīng)時(shí)間如下計(jì)算。設(shè)：仍然設(shè)門框和門的長(zhǎng)度以及旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置如上，而設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，彈簧的旋轉(zhuǎn)半徑為r（為了便于計(jì)算，假設(shè)彈簧只有一圈），門的旋轉(zhuǎn)角度為120°，門板的質(zhì)量為M，旋轉(zhuǎn)門框的質(zhì)量為m，彈簧儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能為E（假設(shè)門板和門框的質(zhì)量是均勻分布的，忽略系統(tǒng)的摩擦）。

根據(jù)胡克定律：，可求的此時(shí)的彈力為F。（對(duì)這個(gè)機(jī)構(gòu)我們可以把受力點(diǎn)看成是彈簧在門板上的投影點(diǎn)）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=J（門板）+J（門框），J（門板）（門框）對(duì)開啟120°這個(gè)過程利用守恒定律可得可求得轉(zhuǎn)到120°時(shí)的角速度

通過以上公式即可較準(zhǔn)確地求出開門的反應(yīng)時(shí)間t.經(jīng)對(duì)作品的測(cè)試可知t1s（輸入相關(guān)的參數(shù)就能計(jì)算出利用此裝置的開門時(shí)間）這就能充分說(shuō)明此裝置的反應(yīng)相當(dāng)迅速。

1.5 開鎖機(jī)構(gòu)

要強(qiáng)調(diào)的是，我們這里的開鎖方式不是對(duì)鎖經(jīng)行破壞開啟也不是改裝鎖芯。此二者一是讓鎖破壞造成鎖不能再次使用，另一個(gè)則是太過于復(fù)雜（目前社會(huì)上擁有的鎖不計(jì)其數(shù)，鎖的構(gòu)造也是千奇百怪）。為了避其鋒芒，也為了簡(jiǎn)單實(shí)用，更加覺得沒有必要給自己找麻煩。前面介紹過平開門的開啟原理，通過對(duì)這一原理仔細(xì)推敲和結(jié)合具體情況我們選擇對(duì)平時(shí)不太引人注意的鎖槽經(jīng)行改裝。

對(duì)這一改裝做具體說(shuō)明：一般我們都是把鎖槽固定，而通過鎖舌的橫向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)門鎖的開與鎖。而鎖舌尤其是防盜門的鎖舌沒有鑰匙是移動(dòng)不了的。這個(gè)問題就只有通過具有創(chuàng)新的想法能夠有效的解決。

開鎖機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)板6繞定位軸7的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了鎖槽8的橫向移動(dòng)，進(jìn)而使防盜鎖在鎖舍并未移動(dòng)的條件下完成了解鎖過程，解鎖過程的命令來(lái)自于啟動(dòng)機(jī)構(gòu)9（類似于前面的機(jī)構(gòu)3）。

設(shè)計(jì)說(shuō)明如下。

（1）旋轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度和軸直徑須要達(dá)到要求，經(jīng)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸至少要直徑>=8mm強(qiáng)度不低于45號(hào)鋼的強(qiáng)度才能承受兩個(gè)體重約80kg的人的撞擊。

（2）設(shè)計(jì)要求是有上下兩個(gè)鎖點(diǎn)以保證能夠承受足夠大的力。由于我們制作時(shí)很難加工細(xì)小的部位，所以我們的作品只有一個(gè)鎖點(diǎn)。

（3）L2≥ L，4這樣才能保證能夠旋轉(zhuǎn)過90°旋轉(zhuǎn)軸的左端加有兩根加強(qiáng)桿（這也是可以利用防盜鎖的兩級(jí)伸縮功能達(dá)到兩級(jí)保險(xiǎn)）。

（4）L3≥ 鎖舌的長(zhǎng)度，且只能稍大于。

（5）決定了鎖點(diǎn)的受力小大。

本設(shè)計(jì)開鎖方式新穎、實(shí)用，并且不會(huì)破壞鎖。開門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，方式獨(dú)特，充分結(jié)合了緊急疏散門自身的結(jié)構(gòu)特征，能夠適應(yīng)所有內(nèi)開和外開門。幾乎所有的機(jī)構(gòu)都是隱藏在門內(nèi)部的，整潔美觀。可利用現(xiàn)在的各種消防應(yīng)急設(shè)備采集信號(hào)。

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