一种基于液压节流原理控速的高层逃生用缓降装置的制作方法

技术特征：

1.一种基于液压节流原理控速的高层逃生用缓降装置，包括壳体(1)和设置于壳体中的绕线轮(2)、第一活塞腔(3)和第二活塞腔(4)，绕线轮上固定有轮轴(7)，轮轴转动设置于壳体中，绕线轮上缠绕有绳索，壳体中设置有用于绳索穿出的绕线通道(10)；第一活塞腔和第二活塞腔位于绕线轮的上方，且其中分别设置有从动活塞(5)、主动活塞(6)；其特征在于：所述第一活塞腔与第二活塞腔通过油管(8)相连通，油管中设置有控制缓降装置下落速度的节流孔(9)；主动活塞的下表面上固定有活塞杆(11)，活塞杆的下端固定有拉杆(12)，拉杆的两端分别铰接有第一连杆(13)和第二连杆(14)；

壳体中设置有相啮合的第一曲柄齿轮(18)和第二曲柄齿轮(19)，第一曲柄齿轮与第一连杆转动连接，第二曲柄齿轮与第二连杆转动连接；轮轴的端部固定有第一齿轮(15)，壳体中设置有与第一齿轮相啮合的第二齿轮(16)，第一曲柄齿轮的内侧固定有与其同轴并与第二齿轮相啮合的第三齿轮(17)。

2.根据权利要求1所述的基于液压节流原理控速的高层逃生用缓降装置，其特征在于：包括左转轴(21)和右转轴(22)，左转轴、右转轴均通过套筒联轴器分别与轮轴(7)的左端和右端相固定，左转轴和右转轴均通过轴承(20)转动设置于壳体(1)上，第一齿轮(15)固定于有转轴的外端。

3.根据权利要求1或2所述的基于液压节流原理控速的高层逃生用缓降装置，其特征在于：所述第一曲柄齿轮(18)、第二曲柄齿轮(19)、第二齿轮(16)和第三齿轮(17)均通过轴承转动地设置于壳体(1)上；壳体上设置有用于绳索穿出的出线孔(25)。

4.一种基于权利要求1所述的基于液压节流原理控速的高层逃生用缓降装置的节流孔计算方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).参数设定；设油管的内径为D，节流孔的直径单位d、横截面积为A，油液经节流孔形成的收缩截面的直径为d₂、横截面积为A₀；设油液通过节流孔之前的压力为p₁，收缩截面处的油液压力为p₂,油液的密度为ρ；

设拉杆的长度为e，第一连杆和第二连杆的长度均为l，第一曲柄齿轮的中心距离第一连杆与其连接点的距离、第二曲柄齿轮的中心距离第二连杆与其连接点的距离均为R；则通过如下公式定义参数b₁、b₂、b₃、S：

$b_1=\sqrt{l^2-e^2}+R$

$b_2=\sqrt{l^2-e^2}-R$

$b_3=\sqrt{l^2-{(R\·sin\mathrm{\θ})}^2}+(R\·cos\mathrm{\θ})$

S＝b₁-b₂

其中，b₁为主动活塞处于上极限位置时拉杆距第一曲柄齿轮或第二曲柄齿轮中心的距离，b₂为活塞处于下极限位置时拉杆距第一曲柄齿轮或第二曲柄齿轮中心的距离，b₃为活塞任意瞬间位置时拉杆距第一曲柄齿轮或第二曲柄齿轮中心的距离，S为活塞行程，θ为第一连杆或第二连杆与水平线之间的夹角；

b).建立伯努利方程，对油液在油管中节流孔的状态进行分析，建立如公式(1)所示的伯努利方程：

$\frac{p_1}{\mathrm{\ρ}}+\frac{v_1^2}{2}=\frac{p_2}{\mathrm{\ρ}}+\frac{v_2^2}{2}+\mathrm{\ξ}\frac{v_2^2}{2}---\left(1\right)$

其中，v₁为油液通过节流孔之前的速度，v₂为收缩截面处油液的速度；

按照实际尺寸来说，由于油管的内径D远大于节流孔的直径d，使得v₁＜＜v₂，略去公式(1)中含有v₁的项，可得：

$v_2=\frac{1}{\sqrt{1+\mathrm{\ξ}}}\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}(p_1-p_2)}=C_v\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{\Δ}p}---\left(2\right)$

其中，C_v为速度系数，Δp＝p₁-p₂；

c).求收缩截面处流量，根据公式(3)求取收缩截面处的流量q：

$q=v_2{A}_0=C_v{C}_{c}A\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{\Δ}p}=C_{d}A\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{\Δ}p}---\left(3\right)$

其中，C_d＝C_vC_c，C_d为小孔流量系数，C_c为收缩系数，其含义如下：

$C_c=\frac{A_0}{A},A_0=\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}_2^2;$

d).计算活塞产生的流量，设利用缓降装置下降的安全速度为v₀，利用绳索下降的速度v₀求取主动活塞运动的平均速度，设为Z，v₀＝0.8～1.2m/s；则活塞运动产生的流量q′为：

q′＝πr²·S·2Z (4)

其中，r为主动活塞的半径，S为活塞行程；

e).求取节流孔的面积，联合公式(3)和(4)即可求取节流孔的面积为：

$A=\frac{q^{\′}}{C_d\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{\Δ}p}}=\frac{2{\mathrm{\πr}}^{2}SZ}{C_d\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{\Δ}p}}$

根据求取的节流孔的面积，即可计算出节流孔的直径大小。

5.根据权利要求4所述的基于液压节流原理控速的高层逃生用缓降装置的节流孔计算方法，其特征在于，所述的C_v取0.97～0.98，C_d取0.7～0.8。

6.根据权利要求4所述的基于液压节流原理控速的高层逃生用缓降装置的节流孔计算方法，其特征在于：所述压力p₁取主动活塞(6)运动至最低端、中间位置时在节流孔之前部位所产生压力的平均值，压力p₂取主动活塞(6)运动至最低端、中间位置时在收缩截面处所产生压力的平均值；v₁取主动活塞(6)运动至最低端、中间位置时在节流孔之前部位所产生流速的平均值，v₂取主动活塞(6)运动至最低端、中间位置时在收缩截面处所产生流速的平均值；

设使用者的重量为mg，油液通过节流孔之前的瞬时压力值p₁′为：

$p_1^{\′}=\frac{\frac{mg\·R_a}{R}cos\mathrm{\θ}}{S_e}---\left(5\right)$

其中，R_a为绕线轮的半径，S_e为活塞的作用面积；

节流孔处油管系统的效率表示为：

$\mathrm{\η}=\frac{p_2}{p_1}=\frac{p_1-\Σ\mathrm{\Δ}p}{p_1}=1-\frac{\Σ\mathrm{\Δ}p}{p_1}---\left(6\right)$

其中，∑Δp为油管中的总压力损失，其通过如下公式进行求取：

$\Σ\mathrm{\Δ}p=\Σ\mathrm{\λ}\frac{l}{d}\frac{{\mathrm{\ρv}}^2}{2}+\Σ\mathrm{\ξ}\frac{{\mathrm{\ρv}}^2}{2}---\left(7\right)$

其中，λ为沿程阻力系数，在湍流状态下，雷诺数取Δ为油管壁的粗糙度，如果为铜管，Δ0.0015～0.01mm。