一种校车安全顶窗逃生机构的设计

郭 雄 游爱宁 杨欣邦 黄健涛 李卓人

（广东海洋大学寸金学院，广东 湛江524094）

0 引言

当前校车所用安全逃生顶窗为普通客车安全逃生顶窗，其操作复杂，所需操纵力大，超过了大部分儿童的智育、身体发育水平，严重阻碍重大事故下校车儿童的自主逃生。而校车的主要载体为幼儿园、小学的适龄儿童，他们均处于智育、身体发育不成熟阶段，紧急情况下自主逃生意识薄弱、逃生能力不足的，是事故灾害的主要受害群体，因此保证车上儿童乘客的安全性逃生是一个很大的挑战[1]。

据调查，校车车内除校车司机外，一般仅有1～2名老师，在事故受伤情况下，校车司机与老师难以同时协助车内所有儿童快速并安全逃生，因此，紧急事故下，车内儿童的自主逃生是提高逃生效率，减少人员伤亡的重要逃生方式。

以研究出实用化的校车安全逃生顶窗机构为目标，通过对逃生窗工作环境和特性进行深入分析，针对其运作特性，利用SolidWorks软件对逃生机构进行三维设计和仿真装配，设计出由旋转操纵手柄，在解锁逃生安全顶窗的同时，凸轮驱动推杆[2]，克服安全顶窗密封力，使安全顶窗向外开启的逃生窗机构。预期能够基本解决了开启操作复杂、操纵力大等问题，在未来具有一定的发展前景。

1 校车逃生窗机构设计要求

目前校车安全逃生机构其操作复杂，所需操纵力大，超过了大部分校车儿童的智育、身体发育水平，严重阻碍重大事故下校车儿童的自主逃生，根据逃生窗环境及运作要求，校车安全逃生顶窗机构需要达到以下创新工作要求[3]：

（1）操作简单，所需操纵力小；

（2）利用齿轮啮合的自锁，保证安全逃生顶窗在非人为操纵状态下处于锁止状态；

（3）乘客旋转操纵手柄，在解锁逃生安全顶窗的同时，凸轮驱动推杆，克服安全顶窗密封力，使安全顶窗向外开启，避免儿童解锁安全顶窗后，因安全顶窗密封力过大，无法推开，阻碍紧急状态下的自主逃生。

2 逃生顶窗整体结构及工作原理

基于上述要求，本项目设计的逃生窗将采用旋转操纵手柄，在解锁逃生安全顶窗的同时，凸轮驱动推杆，克服安全顶窗密封力，使安全顶窗向外开启的逃生窗机构，顺利完成逃生。

图1为安全逃生顶窗结构的轴侧示意图。安全逃生顶窗由两部分1-安全逃生顶窗顶盖和2-安全逃生顶窗底座组成。1-安全逃生顶窗顶盖和2-安全逃生顶窗底座通过铰接机构铰接。

3 关键设计

3.1 机构的基本设计

图2和图3分别是逃生顶窗机构开启180°的俯视图和安全逃生顶窗底座的局部放大图。安全逃生顶窗底座上设置有2.6-支撑座，安全逃生顶窗底座的主要传动部件安装在2.6-支撑座上，2.4-螺杆与2.5-手柄、2.3-传动小齿轮通过花键连接，2.4-螺杆通过轴承安装在2.6-支撑座上，2.1-锁止轴与2.2-锁止齿扇组成锁止机构，2.1-锁止轴与2.2-锁止齿扇通过花键连接。

图1 安全逃生顶窗结构的轴侧示意图

安全逃生顶窗底盖上安装有顶盖大齿轮、凸轮轴轴承、顶盖凸轮轴及凸轮传动机构，凸轮传动机构由锁止销上盖、锁止销弹簧、锁止销组成，顶盖大齿轮通过花键与顶盖凸轮轴连接，顶盖大齿轮通过凸轮轴轴承与安全逃生顶窗顶盖连接，凸轮传动机构中的锁止销上盖、锁止销通过螺纹连接，锁止销上套装有锁止销弹簧，锁止凸轮与顶盖凸轮轴通过花键连接。

图2 安全逃生顶窗机构开启180的俯视图

图3 安全逃生顶窗底座的局部放大图

3.2 机构的关闭状态

如图4所示，此时安全逃生顶窗处于关闭状态，2.1-锁止轴上的锁止条与顶盖内的锁止块结合，1.7-锁止凸轮未压缩1.5-锁止销弹簧，1.6-锁止销未伸出。此时，所受密封力约为500 N。

图4 安全逃生顶窗处于关闭状态示意图

3.2 机构的开启状态

如图4、图5所示，此时安全逃生顶窗处于开启状态，2.1-锁止轴上的锁止条与顶盖内的锁止块分离，1.7-锁止凸轮压缩1.5-锁止销弹簧，1.6-锁止销伸出作用于底座地板，顶盖受到反作用力而绕铰接轴线向外旋转，逃生顶窗开启。

3.3 机构的三维设计

通过对逃生窗机构的设计分析，针对其工作环境和运作特性，利用SolidWorks建模软件对机构进行三维设计和仿真装配，可知凸轮可通过驱动推杆，克服安全顶窗密封力，使安全顶窗向外顺利开启，三维图如图6所示。

图5 安全逃生顶窗处于开启状态示意图

4 结论

该校车安全顶窗逃生机构的设计能够较好地完成预定的工作目标，采用蜗轮蜗杆及齿轮啮合传动进行开启，具有较大传动比[4]，减少了开启逃生顶窗所需力。执行机构构造简单紧凑，加工方便。在设计中所发现的问题，也会在后期中进一步进行解决和完善。

图6 安全逃生顶窗三维建模示意图