带有机械臂的超高层建筑消防救援系统的研究

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1、分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文带有机械臂的超高层建筑消防救援系统的研究作者姓名：王鹏飞入学年份：2014年9月指导教师：李斌教授学科专业：机械设计及理论申请学位：工学硕士所在单位：机械工程学院论文提交日期：2017年3月论文答辩日期：2017年3月学位授予日期：2017年3月答辩委员会主席：赵春雨答辩委员会组成：赵春雨罗继曼王丹刘士明孟丽霞论文评阅人：硕士研究生学位论文摘要I摘要近年来，越来越多的高层及超高层建筑出现在城市中，随之而来的超高层建筑火灾对人们的生命财产构成了巨大威胁，现有消防装备很难达到100米以上的工作高度，超高层建筑火灾救援

2、已成为一大社会难题。面对超高层建筑严峻的火灾形势，研究出一种能够适用于超高层建筑的消防救援装备势在必行。本文在上一代消防救援系统的基础上提出了一种带有机械臂的超高层建筑消防救援系统(以下简称“消防救援系统”)，该消防救援系统由预埋导轨、救援轿厢、运输轿厢组成，不仅可用于超高层建筑物消防救援工作，同时可以满足超高层建筑外墙维护需求。该消防救援系统可由专用载具运抵火灾现场，并快速安装架设到预埋导轨上沿建筑物外墙垂直运行，抵达施救高度后，通过救援轿厢外侧机械臂实施人员的救援和灭火工作，利用运输轿厢进行被救人员和物品的运输。本文主要做了以下几个方面的研究工作：(1)研究了消防救

3、援系统的总体构造和工作原理，包括主要性能参数、运行形式、驱动方式，其中，轿厢组采用电力驱动，机械臂采用液压驱动。(2)研究机械臂材料、截面形状的选择，运用最优化方法确定机械臂长度尺寸；研究机械臂截面的设计方法，给出危险截面复合应力计算表达式，利用MATLAB绘制危险截面应力与截面参数、机械臂运动状态之间的关系图，结合截面设计实例对危险截面的应力情况进行分析。(3)介绍了机械臂的构造与工作原理，并对机械臂变幅平面内和回转平面内的运动和自由度进行了分析；在回转平面内，建立了机械臂救援吊篮的运动方程，并根据运动方程绘制出了救援吊篮可施救范围。(4)研究机械臂液压系统，运用AD

4、AMS软件对机械臂主要机构进行动力学仿真，并结合解析法得到各执行元件的负载，确定液压元件的基本参数，建立液压系统，绘制液压系统原理图。(5)应用Solidworks软件建立消防救援系统三维几何模型；运用ANSYSWorkbench软件建立轿厢组有限元分析模型，通过静力学分析，得到轿厢组应力云图和变形云图；通过模态分析，得到轿厢组固有频率和振型；研究了轿厢组的减振，将振动产生的不利影响降到最低。本课题的研究为高层和超高层消防救援系统的设计开发开辟了新途径，有助于开发新一代超高层建筑消防救援装备，使高层和超层消防装备在相关研究及技术上取得实质性创新，取得的理论和技术成果不仅

5、仅可以用于外用消防救援系统，同时也可以用于超高层建筑外墙非正常维护工作。关键词：超高层建筑；消防救援系统；机械臂；液压系统；有限元分析。II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractInrecentyears,moreandmoresuperhigh-risebuildingshaveappearedinthecity,andthesuperhigh-risebuildingfirehasposedagreatthreattopeople'slifeandproperty.Theexistingfireequipmenthasbeen

6、difficulttoreachmorethan100metersworkingheight,high-risebuildingfireandrescuehasbecomeamajorproblem.Duetotheseverefiresituationofsuperhigh-risebuildings,ithasbeenimperativetodevelopakindoffireandrescueequipmentforsuperhigh-risebuildings.Basedonthepreviousgenerationoffirerescuesystem,this

7、thesisproposedthesuperhigh-risebuildingfire-rescuesystemwithmanipulator(hereinafterreferredto“thefire-rescuesystem”).Thefire-rescuesystemconsistedofembeddedrail,rescuecarandtransportcar.Thefire-rescuesystemcouldbeusednotonlyforhigh-risebuildingfirerescuework,andtomeetthen