救生缓降器的速度控制机构研究进展分析

刘杨威

摘 要 救生缓降器是高层建筑自救的常用装备，其中速度控制机构是救生缓降器的核心部件，按照速度控制的工作原理，速度控制机构可大致分为两类，即阻尼式和电动控制式，本文按照工作原理总结了速度控制机构的发展历史与现状，从专利申请的角度对速度控制机构的技术发展趋势进行了分析，指出了速度控制机构可能的发展方向。

关键词 缓降器;摩擦阻尼;电磁阻尼;液压阻尼

城市化进程的发展使得高层建筑越来越多，但是高层建筑一旦发生火灾往往会引发严重的后果，因此高层建筑救援也越来越受到人们重视。自救是应对高层建筑火灾的重要方式，目前实施高层建筑自救的装备有很多，如逃生滑道/滑轨、充气气囊、降落伞，救生缓降器等，其中救生缓降器由于结构简单、操作方便而备受关注。救生缓降器是一种可使人沿绳或随绳缓慢下降的逃生装置，一般由挂钩、绳索、速度控制机构等组成，其中速度控制机构是实现高空缓降的核心部件，目前大量的研究也都是集中在对速度控制机构的研发设计上。

1速度控制机构的控速方式和原理

速度控制机构是为控制下降速度而设置的，按照控制方式可以分为主动控制和被动控制两种方式，主动控制需要人工操作实现下降速度的控制，被动控制则不需要人工操作即可按照一定的速度缓降。按照速度控制的工作原理，速度控制机构可大致分为两类，即阻尼式和电动控制式，其中阻尼式速度控制机构的本质在于将人下降时的重力势能转换成其他能量，包括摩擦阻尼、电磁阻尼、液压阻尼等，电动控制式速度控制机构通常是控制电机的转速实现下降速度的控制。

2速度控制机构的发展历史与现状

早在1986年公安部制定的《高层建筑消防管理规则》中便规定了宾馆、饭店的各楼层宜配备供住客自救用的安全绳或缓降器、软体、救生袋等避难救生器具，当时的缓降器多为摩擦阻尼式缓降器，例如，国营五一三厂于1985申请的发明专利高空安全可控缓降装置（申请号为CN85103639）便是利用绳带在多孔控制板中的摩擦实现的缓降，日本西部工业株式会社于1986申请的逃生用器具（申请号为CN86106541）是利用可动摩擦板接近于固定摩擦板从而使得摩擦制動力作用于缆索上实现了摩擦缓降。这类利用摩擦阻尼原理的缓降器由于结构简单、使用方便、成本较低、方便存放等优势，历经多年的发展已成为市场上最为常见的缓降器类型，如八字环、离心摩擦式缓降器等。近些年，除了摩擦阻尼以外，还产生了利用别的阻尼方式的速度控制机构，例如，邱振宇[1]等设计了一种基于液压节流原理控速的高层逃生缓降装置，其中的速度控制部分主要由两串联的液压缸及其内部配置的活塞、液压管路以及控速节流孔组成。系统运转过程中，传动机构将绕线轮处的回转运动传递至活塞处并将其转化为往复直线运动，进而作用于内部封闭油液在两液压缸之间循环流动，流动过程中经过节流孔处，节流孔通过限制单位时间内通过的液体流量来限制液压缸运行速度，通过传动机构进而对整个系统的运行速度进行限制，以达到使用人员减速缓降的目的。陈远超[2]等设计了一种自适应电磁阻尼式高楼逃生缓降器，该缓降器由主轴及在其上安装的绞盘、减速器、交流永磁同步电机、控制器、救生绳、支撑架和手摇柄等构成，利用交流永磁同步电机被动发电模式下的电磁转矩控制调节绞盘转速，具有制动力调节平滑、无机械磨损、物理原理可靠的优点。这些类型的缓降器虽然各有特点，但是因为体积、成本、使用等方面的原因，没有成为市场上主流的缓降器。

3速度控制机构的技术发展趋势

专利申请趋势可以在一定程度上反应某项技术的技术发展趋势。笔者根据速度控制机构工作原理的不同，利用专利数据库分别对其进行了检索。从申请总量来看，速度控制机构的专利申请数量总体呈递增趋势，这说明人们对这类装置的需求不断增加，企业和个人对这类装置的研发也越来越重视，投入也在增加。从不同工作原理的速度控制机构申请量来看，摩擦阻尼装置的申请量稳中有增，并没有出现过于明显的起伏波动，这说明企业和个人对该类型速度控制机构的研发投入保持着冷静的态度，也反映了该类型装置的技术发展已经较为成熟，并未出现重大的突破性进展。另外，该类型装置的申请量长期处于其他类型装置的申请量之上，这反映了人们对该类型装置的重视程度长期处于比较高的位置。液压阻尼装置、电机控制装置和电磁阻尼装置在2015年左右迎来了申请高峰，但是随后申请量迅速回落，这反映了企业和个人虽然有意研发新类型的速度控制机构，但是可能因为市场认同度不高，后续研发动力不足，因此申请趋势呈现大起大落的态势。另外，电机控制装置近年来的申请量有明显增加，这说明企业和个人对于主动控制方式的缓降器的研发意愿正在增强。

4速度控制机构的发展展望

摩擦阻尼式的速度控制机构仍将是企业和个人研发的主流，但是摩擦阻尼装置也有其固定的缺点，例如使用寿命较短、易过热降低可靠性、摩擦力不够稳定等等。例如，针对过热问题，武淑琴[3]等提出了一种自冷却摩擦式缓降器，中心轮上固定风扇，在获得较高转速时，风扇随之快速转动，带走摩擦块与摩擦毂之间因摩擦而产生的部分热量，避免因系统温度过高而影响缓降器的使用性能。可见，尽管摩擦阻尼式的速度控制机构技术较为成熟，但是仍不乏对其改进的空间。液压阻尼装置具有较高的平稳性和可靠性，并且不存在损耗问题，但是其对阻尼液体和装置体积有着较高的要求，这也限制了该类装置的推广使用，因此在缩小装置体积的同时不影响其性能是该类装置所要努力的方向。电磁阻尼装置以及电机控制装置由于具有大量的电器元件，都存在工作稳定性在火灾发生时很难保证的问题，可靠性较差，并且成本也相对较高，多种工作原理联合使用的方式或许可以成为一个新的研究方向。

参考文献

[1] 邱振宇，曲相燕，牟晓蕾.一种基于液压节流原理控速的高层逃生缓降装置设计[J].机械工程师，2017（5）：47-49.

[2] 陈远超，沈孟锋，费凯，等.自适应电磁阻尼式高楼逃生缓降器设计[J].机械制造，2012（6）：6-8.

[3] 武淑琴，索双富，黄涛，等.自冷却摩擦式缓降器能量耗散研究[J]，机械设计，2013（3）：86-88.