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新型安全碎窗器的设计

文档作者：庄卢阳程鸿黄叶浩包豪翔单新波文档来源：宁波工程学院		点击数：	更新时间： 2021年07月28日
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第29卷第2期
2017年6 月
宁波工程学院学报
JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY OF TECHNOLOCY
V01．29 No，2
June．2017
D0I：10．3969~．issn．1008-7109．2017．02．006
新型安全碎窗器的设计
庄卢阳，程鸿，黄叶浩，包豪翔，单新波
(宁波工程学院， 浙江宁波315211)
摘 要：现有的公交车虽然均装有安全锤， 但是由于有很多因素， 比如乘客在突发情况下未第一反应意识到使用安全
锤、或者安全锤配备不齐全及使用不当等问题，安全锤并未能真正体现出作用，这样因钢化玻璃窗紧闭而导致乘客未能
及时逃生，造成无法挽回的损失。本文设计的安全碎窗器，固定安装于玻璃角落，利用纯机械机构，实现用手轻压即可破
窗，实现救援逃生之用。通过样品试验，与其它安全装置对比，具有结构简单、工作可靠的优点。
关键词：碎窗器；钢化玻璃；撞击
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1008—7109(2017)02—0030—04
Design of New Safety W indow Breaking Machinery
ZHUANG Luyang，CHENG Hong，HUANG Yehao，BAO Haoyang，SHAN Xinbo
(Ningbo University of Technology，Ningbo，Zhejiang，315336，China)
Abstracts：Although the buses are equipped with safety hammers，yet due to factors such as being
unable to realize the use of the hammer in case of an emergency on the part of passengers，
insufi cient supply or improper use of the hammer， etc．， the tool may fail to exercise its due
function， resulting in the irreparable loss as the tempered glass window remains shut and the
passengers may not be able to escape．The paper introduces a new type of safety hammer， fixed
on the glass comer an d using the purely mechanical device that can break the window with only a
gentle press．Compared with other safety devices， it has the advantages of simple structure and
reliable operation．
Keywords：safety hammer，tempered glass，impact
0 背景概况
虽然目前公交车均装有安全锤，但当突发情况出现时，安全锤并未得到确切的使用，造成乘客难以
及时逃生，造成无法挽回的损失。
2009年成都公交车安全惨案28死76伤。2012年陕西省延安市境内凌晨发生的特大交通事故确
认共有36人死亡。2013年6月7日厦门BRT公交车爆炸47死38伤。这些事故车辆均配有安全锤。
但均未得到有效使用。
收稿日期：2017—02—24 修回日期：2017—03—09
基金项目：浙江省大学生科技创新项目(2012R422031)
通信作者：~ (1976-)，男，浙江宁波人，硕士，试验师，主要从事机械设计，数控加工，E-mail：546414@qq．com
31 宁波工程学院学报 2017年第2期
封闭式车厢的公交车一般会在车窗旁配备颜色醒目的安全锤，但是通过事故案例分析我们发现．
安全锤作为公交车所提供的唯一的逃生工具，却并不能有效地为乘客提供逃生保障，例如：安全锤失
窃、乘客在慌乱拥挤的事故环境中无法正确使用安全锤、妇女儿童及老年人没有足够力量击碎车窗玻
璃等⋯。这些因素使得安全锤无法起到帮助乘客逃生的作用，因此设计一种新型救生锤具有现实意义I21．
本文所研究的安全碎窗器可代替现有的安全锤并可在多种危急情况下击碎车窗。帮助车上人员及
时转移，安全碎窗器的装置为纯机械装置，结构简单，操作容易．安全可靠。
1安全碎窗器的设计
1．1安全碎窗器的结构
安全破窗器由三部分组成：储能部分，传递部分，击打部分。储能部分由一个刚度系数较大的弹簧
实现。当按钮按压到一定深度时，弹簧释放能量，触发运动机构，内部多组弹簧工作，推动撞针，撞击玻
璃，车窗便会在瞬间破裂。乘客单手轻压碎窗器，便能实现快速准确地破窗。
安全碎窗器的结构，如图l所示。在静止状态时，弯的宝塔弹簧l2使传递杆1l保持歪斜状态．顶
住带孑L重块4，压缩软弹簧7，使撞针处在缩进碎窗器的状态。
1
1按钮上鄙2主宝塔弹簧3按钮下部4带孔重块5外壳6内壳7软弹簧
8底座9玻璃10撞针11传递杆12弯宝塔弹簧
图1安全碎窗器结构图
安全碎窗器的工作流程如下：常态下，利用软弹簧7的展开作用，使机构保持静止状态。撞针l0不
接触玻璃，防止对玻璃的破损；当遇到危险状况时，使用者以一定的力量按压按钮l，在按压初始阶段，
在手的按压下，传递杆11一端顶住带孑L重块4，另一端顶住撞针10，撞针l0顶住玻璃，压缩主宝塔弹
簧2，开始蓄能；继续按压，按钮下部3中央锥孑L与传递杆11端部锥面接触，传递杆1l被导正，滑入带
孔重块4中央的-'b：fL，使传递杆11不能顶住带孔重块4，带孔重块4的动能被瞬间释放，使带孔重块4
加速，达到一定速度的带孔重块4撞击连接杆l1，在撞针l0尖端产生巨大压力，从而使玻璃碎裂。
图2为安全碎窗器装配示意图。
图2 安全碎窗器装配示意图
1-2安全碎窗器的设计原理
车JH钢化玻璃的基本参数，如表1所永：
表1车用玻璃性能(参考数据)
南表l可~q,]131：钢化玻璃的抗压强度极限为980 MPa m图3可知，安全碎窗器有二个T作状态，亘
块撞至传递卡十上端距离X 必须小于弹簧压缩量X，。弹簧压缩量为X。=1 3II1In，由j：行~_zl,)i-阻在弹簧释
放时，在按压力的作用下弹簧也跟着重块处于移动加速中，移动量为X =10ram，因此简化运动分析，没
移动过程
(a)常态 (b)连接杆摆正 (C)重块撞击
图3 安全碎图器工作的三个状态
为提高撞针硬度，其头部采用硬质合金材料，与玻璃接触的有效截面直径取d=0．2mm，得而积S=
(0．2／2／1000)2 叮『
由于试验条件所限，不能测量出从撞针接触玻璃到玻璃破碎需要的时问，由于玻璃为脆性材料，这
里设撞针撞击停止运动为T=0．01 s，通过试验对比并根据结构大小，取主 塔弹簧刚度系数K=2Nlmm ，
重块质量M=0．2Kg，应用动量守恒列方程组。 为触发时推力， 为重块速度， 为撞击力，P为撞山
吊
x[—2KXI—XzM KXl
r---> —_ 了
Fl= KXl
= FIX
F = Mv
设计的人手推力较小，行程较短，不仅适合一般成人使用，也能被妇女、儿童、老人在狭小的 问使
。此外，设计的安全碎窗器还具有如下特点：
(1)固定安装在窗角，可有效避免偷窃事件的发生，减少了公共财产的损欠，也防止事故发生时“救
33 宁波工程学院学报
命锤”难以寻找 ．
(2)发生意外时，只需乘客单手轻按破窗器，触发机构，内部多组弹簧丁作，推动撞针，撞击玻璃，车
窗便会在瞬间破裂。
(3)方便安装，结构可靠，成本低廉。
(4)应用广泛，可以安装于多种客运车辆
2 安全碎窗器的破碎试验
试验所采用的钢化平板玻璃长400mm，宽300ram，厚5mm，如图3所示。底板是普通木质地板，在
地板上放有两个合金等高块，玻璃放置在上面以减小撞击时的缓冲。为了便于施力，碎窗器放在玻璃中
央。
为了验证碎窗器的可靠性，进行了l0次重复性试验。结果都表明，只需向碎窗器逐步施加压力，便
可比较轻松地触发机构动作，成功击碎玻璃，玻璃破碎状态如图3所示。
3 结束语
图3安全碎窗器样品试验
我们设计这一装置，期望在灾难发生时乘客利用该装置及时有效地击碎车窗，帮助车内人员及时
转移．保障人们的生命和财产的安全
在对本装置进行试验时发现，内部动作时发出的声音很闷，铁块在弹簧力的作用下快速移动时．其
内部的空气阻力严重影响了破碎的冲击力，据此在铁块上开了了通气孑L，有效减轻了空气阻力带来的
影响。在体积方面，若参考急停按钮的操作方式，将其做成旋转展开的方式，体积则能更加的小巧
经进一步完善后可以安装于公交车、轿车、火车等多种交通设备．L ，应用前景十分广阔。
参考文献：
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[2]札传钦，唐吕送，宋向尔．预加力式新型救生锤的设计[J]．机械 陛师，2016(4)：118-119．
[3 J孙恒，陈作模，葛文杰．机械原理[M]．北京：高等教育出版社，2006：27—35．

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