1、河南工业大学 机械创新设计 用于集体宿舍楼发生火灾的紧急避难新型床梯 学院：机 电 学 院 专业：包 装 工 程 班级：包装 1002 班 姓名： 付 强 学号：201048190213 2012 年 12 月 绪论 创新指人类为了满足自身的需要，不断拓展对客观世界及其自身的认知与 行为的过程和结果的活动。具体的讲，创新是指人为了一定的目的，遵循事物 发展的规律，对事物的整体或其中的某些部分进行变革，从而使其得以更新与 发展的活动。 创新是人类生命体内自我更新、自我进化的自然天性。创新是人 类心理特有的天性。创新是人类自身存在与发展的客观要求。创新是人类社会 文明与进步的标志。创新是人类与自然
2、交互作用的必然结果。 我们为何要创新？早在 3000 多年前，我国的商汤王就喊出了响彻环宇的 创新之音“ 苟日新，日日新，又日新”。人类的生存与发展遇到了严峻的挑战： 资源匮乏、人口膨胀、环境污染、疾病丛生；中华民族的生存与发展遇到了严 峻的挑战：人口压力、经济压力、安全压力、资源压力、技术压力、分配压力、 创新压力、文化教育压力、国民素质压力、民主与法制的压力；以创新为特征 的 21 世纪是一个充满竞争的世纪：从生产率看，日本是中国 40 倍，美国是中 国 50 倍，中等发达国家是中国 10 倍；从科技投入看，日本是中国 25 倍，美 国是中国 50 倍；从人均科技投入看，日本是中国 250
3、 倍，美国是中国 300 倍。 98 年全国专利 35960 件，外国人占 61.3% 无论是纵观历史，还是横阅当今，民族之间或国家之间的所有进步和落后 的差异，都是由创新所致。一切竞争归根结底都是创新人才及创新人才所具备 的创新能力的竞争，是创新速度与效率的竞争，而适宜创新人才成长的良好社 会制度安排与环境营造是创新的根本。中国是一个有着五千年悠久历史和灿烂 文明的国家，中华民族从来不缺少创新精神和创造型思维的能力。我们应该有 坚定的信念，特别是我们的年轻人，应该有这种信心、有这种信念，要坚持弘 扬创新精神，要大力培育创新意识，在新的世纪里，我们一定能够重现中华文 明的灿烂辉煌，实现中华民族
4、的伟大复兴！ 作为当代大学生，我们更加需要的就是创新精神，但是创新不是凭空想象， 那是建立在现实基础上的，想要进行创新，我们就要对已经存在的产品进行了 解，只有这样我们才能对其进行改造和创新！ 用于集体宿舍楼发生火灾的紧急避难新型床梯 一、设计目的 虽然科技在迅速发展，但无论何时，突发性灾难都是不可避免的。中国每 年发生突发性灾难包括火灾、雪灾、地震、突发性事故等。中国每年因火灾而 死伤的人数都在几千人。1993 年和 1994 年, 中国分别发生特大火灾 124 起和 151 起 ,火灾死亡人数分别为 433 人和 855 人,出现了 20 世纪 90 年代以来群死群 伤火灾。之所以死亡人数
5、如此高，有很大一部分原因是人们遇到这些灾难不会 处理，大部分人会惊慌失措，然后拥挤哄乱，人们顾着各自逃命，将一些老年 人等活动不方便的人被遗留下来，使死亡人数剧增。 在众多灾难中，火灾是最常见也是最让人扼腕叹息的，人们往往是因为起 火时无法脱身而失去他们宝贵的生命。当发生火灾时，人往往缺乏逃生工具而 束手无策，上海商学院四名大学生就是这样一个悲剧性的例子。结合各种实际 情况，我在原有集体宿舍楼床梯上进行了创新，使其具有逃生避难的功能。梯 子平时用于集体宿舍攀爬床所用，发挥其应有的作用。当火灾发生时，我们可 以利用梯子寻求更多的逃生机会。 于是,我立足防范于未然，在普通梯子的基础上，设计了在突发
6、灾害发生时 保护自我和他人生命安全的机械一种用于集体宿舍楼发生火灾的紧急避难 新型床梯，并动手制作了其木质实物。 二、国内研究概况 为防止出现与已有产品发生雷同的现象，我在设计前特地开展了一些 搜索调研工作，且并未发现国内市场上有与之相类似的用于逃生避难的床梯。 在设计过程中，我们本着贴近现实、服务现状的宗旨，自始至终遵循着实用性、 可靠性、可推广性的原则进行设计，并发散式地调查了国内许多高校宿舍床与 梯的结构，证实大多数宿舍的床梯规格和式样与我们设计时参考的床梯一致或 只有较小的差别。同时，这些被调查的宿舍的住宿人员数量大部分是 46 位， 这也吻合了我们设计该床梯时多梯相连的理念。所以本产
7、品是贴近生活的，是 可大规模推广的。 三、工作原理 一般梯子结构简单，没有机构上的复杂性，只是一个结构稳定的杆件 物体。本梯子沿用了传统梯子的基本结构，只是在其基本结构上加以变化，使 梯子成为了用于集体宿舍楼发生火灾时可发挥其逃生避难作用的新型床梯。此 床梯经本小组设计后，平时仍可保证宿舍人员上（下）床的正常使用，毫不影 响其安全稳定性；发生火灾时，即可将梯子瞬间取下用于逃生。 梯子与床体用所设计的挂钩连接，用一对六角螺栓加以固定。平时六 角螺栓将梯子与床体固定在一起，人可安全稳定地上（下）床；需要搬动时， 只需用一定的力度（力量要求很小）将六角螺栓拔出，梯子便可被挪动。 一般一个宿舍有多个梯
8、子，当逃生时若单个梯子长度不够，可将多个 梯子首尾相接地连在一起增加长度。在每个梯子底部最后一个踏板上方，两扶 手逐渐向内圆弧形过渡，扶手之间的间距变窄。此时，设置一根截面尺寸稍小 于踏板、且长度大于踏板的横杠穿插过两扶手，用做最后一级踏板和下一级梯 子的钩挂。梯子与梯子之间仍用挂钩连接，同时用前述同样规格的六角螺栓固 定，方便快捷，无需其他任何辅助工具。 外墙处需安装一钩挂装置，本小组对其进行了严格的应力计算，其安 全性可得到保证，并且安装方法简单。发生火灾时，多梯首尾相接后，将首梯 的挂钩钩在外墙的钩挂装置上，仍用六角螺栓固定，人即可顺着梯子爬下，获 得更多的逃生机会。 本小组还在每个梯子
9、的尾部设计安装了一组支撑部件，其端部用橡胶 包裹，既可缓冲压力，也可使梯子与墙壁保持一定的距离，避免了人站在梯子 上因太过贴近墙面而无法落脚的尴尬，保 证了人的生命安全。 四、设计计算 1、 扶手设计 材质：冷拔无缝方形钢管的尺寸钢管（GB3094-82 ） 尺寸规格： 外正方形边长： =25Am 厚度：s=2.5 截面面积 F=2.14 2c 重量：G=1.68/m = =1.86 xJy4cm = =1.49 xWy3 2、 螺栓选择 选用 GB 5780-86 M860 型六角螺栓 材料：低碳钢 保证载荷：F=6590 N 极限情况时，螺栓受到剪切力 =5000N FmaxF 3、 各受
10、力部分的应力计算 （1）扶手 极限情况：六个人在同一梯子同 一排上，一边扶手的拉应力（图 三1） 六个人以每人 80Kg 计算，并且 富余一些重量，则：F=5000N bmax -4F50 23.6 a 375 aS2.1 拉 （2）踏板 一个人踩在踏板上，踏板所能承受的弯曲应力（图三2） a 235 a 7.62 10 .73.54 WM s6- 弯 （3 ） 连接杆（图三3） 极限情况： 情况：各梯子钩挂，六个人 均在同一梯子上且都踩在梯子中间 时，连接杆的弯曲应力计算： -3 smax 6M250 10 5.04 a 235 aW.9 弯 情况：各梯子钩挂，六个人均在同一梯子上且都踩在梯
11、子一侧时，连接杆的 弯曲应力计算： -3 smax 650 2 10 2.08 a 235 a.9 弯 （4）挂钩 极限情况： 情况：各梯连接，两扶手受力分布相同， 首梯挂钩的弯曲应力计算： -3 smax 6250 10 = =4.59 MPa =235 MPaW1.49 弯 情况：各梯连接，一扶手受全部力，首梯挂钩的弯曲应力计算： -3 smax 650 2 10 = =87.9 MPa =235 MPa1.49 弯 （5 ） 外墙处连接床梯挂钩的承重装置的应力计算 （此装置采用材料为 Q235 冷拔无缝方钢，其截面正方形边长 a=8 ）m 水平方向： a 375 a 39.06 6425
12、 a0 SF b拉 与水平呈 角：。 a 375 a 5.31 640 a35 SF b2 压 五、使用方法 1、 取下用于固定梯子的六角螺栓，抱住梯子竖直往上抬，梯子就从床体卸下， 并用同样方法依次将其他床的梯子拿下； 2、 利用钩挂装置将梯子首尾相连，用所取下的原有六角螺栓固定； 3、 将梯子挂到逃生出口的钩挂装置上（如窗台外、阳台等） ，用六角螺栓固定； 4、 确保梯子挂稳后，人可顺着梯子依次爬下远离灾源。 六、功能特点及主要创新点 1、 本产品的主要创意在于：结合现状将普通的床梯改为可逃生避难的新型梯 子，既不影响平时上下床的使用功能，又可用于逃生避难，一梯双用，省力又 省心。 2、
13、床端部的挂钩可挂于窗、阳台外所设置的可承受较大力的可靠钩挂装置上， 使逃生通道变得更加广泛。 3、 多梯相连，可大大增加梯子的长度，扩大逃生者的避难范围，延长了救援 时间（如待在梯子上悬于空中等待救援） ，增加了遇难人生还的可能性。 4、 如若多层人员同时逃生，高层逃下者可借用所挂床梯逃到低层，再借用低 层所挂床梯往下逃，以直接到达地面。 七、参考文献 1 机械原理与机械设计 张策 北京：机械工业出版社，2004 2 机械工程材料 许德珠，朱起凡，吕烨北京：高等教育出版社， 2001 3 携带式轮椅的创新设计 徐正会，吴家锃 中国台湾，2008 4 折叠式轮椅的研发 徐正会，黎淳弘 中国台湾，
14、2004 5 连杆结构设计华大年，华继宏，吕静平 上海：上海科技出版社， 1995 6 机械基础 朱红雨 北京：中国传媒大学出版社，2008 7 机械设计 吴克坚，于晓红，钱瑞明 北京:高等教育出版社，2003 8 现代设计理论与方法 张鄂 北京：科学出版社，2007 9 现代设计方法 赵松年，佟杰新，卢秀春 北京：机械工业出版社， 1999 10 数控加工工艺 韩鸿鸾，刘德成 北京：中国电力出版社，2008 心得体会 我是学机械的，对机械设计有着特殊的情感，尤其是创新设计！创新的思 维对我们每一个想搞机械设计的人来说更是必需的，然而何为机械创新设计呢？ 我们知道在机械系统中，无论是确定技术原
15、理、技术过 程或者确定机器系统的功能结构、工作原理、结构布局以至具体零件的尺寸、 形状、制造方法等等，都有个求解的问题。所谓求解，就是寻求消除不足之处， 达到希望的结果或性能。而创造性设计方法就是提出新方案，探求新解法，它 是提高设计质量，开发创新产品的重要基础。机械创新设计不断为机械生产提 供更简单有效的生产方法，提高劳动生产率，减少无谓的损耗。机械创新设计 是一个永远不过时的课题，创新是不断变化发展的，需要不断去的去经历实践 生产的检验。 从 20 世纪 50 年代开始，中国工业化的进程就是以建立基于机 械制造业的现代工业体系为龙头的，它使当时中国的经济获得迅速的提升。在 继美国与俄罗斯之
16、后 50 年代中国数控机床的研究开发成功、以及精密坐标镗床 与螺纹磨床和 60 年代精密齿轮磨床关键技术的成功开发证明，中资企业有可能 建立实现机械和装备产品创新和技术创新的能力。 经过 28 年改革开放，中国 经济获得空前的快速发展和举世瞩目的成就。但是，在这个时期大多数中资企 业处在创建和改革的时期，还没有来得及进入在新的巿场经济环境条件下创新 的轨道，总体的创新能力与世界先进国家之间的差距明显。 而在当今大规模制 造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程 度，因此机械产品的创新便显得尤为重要。 创新设计的机械产品的技术水平 和应用程度在一定程度上反映了一个国家
17、工业自动化的水平。在我国，社会主 义制度的优越性决定了创新设计的机械产品能够充分发挥其长处。它不仅能为 我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开 发、海洋开发、核能利用等各个新兴领域的发展做出卓越的贡献。 技术创新是企业能够在市场竞争中立于不败的一个重要因素，对企业相当 重要。技术关乎成本、未来利润，同时，新的技术有可能带来一个企业成为一 个新领域的领跑者，但目前大部分的技术创新和大规模的应用技术创新对中国 的大部分企业还相当距离。 机械行业技术创新必须建立在市场需求上来定位。也就是说各个行业新产 品、新技术应在满足用户获取利润最大化要求的同时，达到自身的发展。主要
18、 通过技术要素来开展技术创新工作。 创新设计是在设计中采用新的技术手段、技术原理和非常规的方法进行设 计，以满足市场需求，提高产品的竞争能力。高新技术产品的生产大都具有小 批量、多品种、多规格、生产工艺复杂、工作条件或环境特殊等特点，因而对 一些高新技术机械产品的设计往往不能沿用传统产品设计的老一套方法，需要 有针对性地进行创新性设计。创新性设计强调技术要素、才能要素、方法要素。 创新设计体现了人们依据社会需要，运用科学技术原理，创造性地构思产品的 完整思维过程。 所有的机械创新设计都是在遵守机械设计原则的基础上的升华，机械创新 性原则在机械设计方面起到了规范和指导的作用。但是，机械创新性设计
19、技术 的应用不是凭空的想象，它只有应用于生产和生活中才能充分发挥创新性思维 的社会价值，美化生活。每一项重大的创新设计都对推动了社会发展，尤其是 机械创新设计推动社会的工业化生产的发展。但是，实际上，机械创新设计意 味着艰苦而扎实的工作，而非异想天开所能解决的事。然而，这并不等于说对 人类的创造力要采取消极的态度。有创造力是一件好事，但要记住，创造力并 非凭空妄想，而是一种行为的综合，即以新颖、新奇的方法把几种东西结合起 来。创造力是为创新服务的，而无法代替创新本身。再有就是，要强调创新是 一种艰苦的劳动。对于机械工程来说，创新性思维要应用到生产中，但不是妄 想，要有足够的专业知识积淀，机遇总
20、是青睐有准备的人，拥有创造性的想法， 要转变为机械创新设计成果，不断实践。创新性机械设计要积极地应用到社会 生产中就会有很大的社会效益。 创新设计并非某人的突发奇想。在创新活动中，只有知识广博、信息灵敏、 理论功底深厚、实践经验丰富的人，才易于在多学科、多专业的结合创新中和 跳跃性的创造性思维中求较大的突破。要想未来成为一个机械设计方面的工程 师，我们必须在生活中培养自己创新的意识，努力地学好机械专业知识的同时， 还要多参加社会实践活动，以开阔自己的视野！ 实际上，机械创新设计意味着艰苦而扎实的工作，而非异想天开所能解决的 事。然而，这并不等于说企业对待员工的创造力要采取消极的态度。有创造力 是一件好事，但要记住，创造力并非凭空妄想，而是一种行为的综合，即以新 颖、新奇的方法把几种东西结合起来。创造力是为创新服务的，而无法代替创 新本身。再有就是，要强调创新是一种艰苦的劳动。对于机械工程来说，创新 性思维要应用到生产中，但不是妄想，要有足够的专业知识积淀，机遇总是青 睐有准备的人，拥有创造性的想法，要转变为机械创新设计成果，不断实践。 创新性机械设计要积极地应用到社会生产中就会有很大的社会效益。 创新设计 并非某人的突发奇想。在创新活动中，只有知识广博、信息灵敏、理论功底深 厚、实践经验丰富的人，才易于在多学科、多专业的结合创新中和跳跃性的创 造性思维中求较大的突破。
