毕业论文定稿汽车玻璃安全锤结构设计.doc

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1、原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载摘 要随着城市的发展，越来越多的公交车被用于城市交通线路上，为了能让乘客在发生危险是能即使的逃离封闭的汽车，一种小巧轻便的汽车玻璃安全锤被广泛的用在公交车。但是，这种传统的安全锤因为小巧方便，容易拿取，很容易被人顺手牵羊。现今人们对安全问题越来越重视。汽车做为人们出行的交通工具更是被广泛关注。而安全锤的发展变的越来越多样化。从传统的手动使用到现在的自动击打。从原理的简单机械式到现在的气动式、液压式、电磁式、爆破式、和复杂的机械式。本设计的安全锤采用气动式，利用公交车现有的气源做动力，并且将安全锤固定于安全玻璃窗的最佳着力点。该安全锤解决了传统安全锤容易丢失、打

2、击的着力点不准、打击困难等缺陷，操作简单只需驾驶员按下电磁阀开关按钮便自动击碎安全玻璃，以便乘客及时逃生。关键词：安全玻璃、安全锤、空气动力AbstractAs cities grow, more and more buses for urban lines on the road, in order to allow passengers in the event of danger even if the escape from a closed car, a compact and lightweight automotive glass safety hammer is widely

3、used in the bus. However, this traditional safety hammer, small and convenient, easy to pick up, it is easy to be pilfering. People more and more attention to security issues. Car as a means of transport for people to travel more attention. Safety hammer becomes more and more diverse. From the tradi

4、tional manual to automatic hit. From the principle of a simple mechanical to pneumatic, hydraulic, electromagnetic, blasting, and complex mechanical.The design of the safety hammer with pneumatic gas source bus-powered, and the safety hammer fixed on the best focus point of the safety glass windows.

5、 Defects are not allowed by the safety hammer to solve the traditional security the hammer easily lost and combat the focal point, simple operation, just the driver presses the solenoid valve switch button will automatically shattered safety glass, so that the passengers to escape in time.Key words:

6、 safety glass, safety hammer, aerodynamic 目 录摘 要IABSTRACTII第一章绪 论11.1课题来源背景11.2国内外研究的现状3第二章钢化玻璃特点分析52.1钢化玻璃的种类52.2钢化玻璃的应用范围52.3钢化玻璃的标准规格52.4钢化玻璃优缺点62.4.1钢化玻璃的优点62.4.2钢化玻璃的缺点62.5应急方法72.6未来发展8第三章方案论证93.1 课题要求93.2 方案一：传统机械式安全锤93.2.1方案说明93.2.2可行性分析93.3 方案二：炸药动力源式安全锤103.3.1方案说明103.2.2可行性分析103.4 方案三：弹簧动力源

7、式安全锤113.4.1方案说明113.4.2可行性分析113.5 方案四：空气动力源式安全锤123.5.1方案说明123.5.2可行性分析12第四章安全锤的设计144.1 车窗的载荷计算144.1.1 车窗玻璃的应力144.1.2车窗的破碎要求144.2 安全锤设计计算154.3 安全锤结构设计16第五章气动动力系统的设计175.1气压传动概述175.1.1气压传动的组成及工作原理175.1.2气压传动的优缺点175.2气动系统元件的选择195.2.1公交车气源的特点195.2.2控制元件的选择195.2.3确定管道直径205.2.4验算压力损失205.3气动原理图24结 语25致 谢26参考

8、文献27详细图纸可扣扣咨询 414951605或1304139763第一章 绪 论1.1课题来源背景每当乘坐公交车时，都可以看到车上配有安全锤。安全锤，是一种封闭舱室里的辅助逃生工具。它一般安装于汽车等封闭舱室内容易取到的地方，在发生车内出现火灾或汽车落入水中等紧急情况下，可以方便取出并砸碎玻璃窗门以顺利逃生。汽车安全玻璃分为夹层玻璃、钢化玻璃和区域钢化玻璃三种。汽车前挡风玻璃普遍采用安全性更好的夹层玻璃，除前挡风之外，汽车玻璃均为钢化玻璃。钢化玻璃又称强化玻璃。加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。它的特性是强度高，其抗弯曲强度、耐冲击强度比普通平板玻璃高35倍。安

9、全性能好，有均匀的内应力，呈网状裂纹。主要用于门窗、间隔墙和橱柜。钢化玻璃还在耐酸、耐碱。 钢化玻璃又称强化玻璃。加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。它的特性是强度高，其抗弯曲强度、耐冲击强度比普通平板玻璃高35倍。安全性能好，有均匀的内应力，呈网状裂纹。主要用于门窗、间隔墙和橱柜。玻璃还在耐酸、耐碱。随着城市的不断发展，人口的膨胀，以及公交优先发展战略的推行，越来越多的人选择公共交通出行。而公共交通工具上人员众多，空间狭窄拥挤，出口较小，存在着较多的安全隐患。普通的用于公交车上的辅助逃生工具安全锤容易被盗，安全锤在使用时存在空间限制问题，且紧急情况下，乘客很难在短

10、时间内拿到安全锤并找到合适击打点正确使用。现在都市中公共交通已经成为人们出行的重要方式，大巴，地铁，高速列车，先进的公共交通系统，大多采用密闭空调技术，在为人们的出行提供舒适和便利同时，也留下了巨大的安全隐患，由于密封的公交车出口有限，在意外发生时，慌乱的乘客很难快速撤离，虽然大部分公交车上都装有用于意外发生时击碎玻璃的安全锤，但乘客往往惊慌失措而找不到安全锤，现在实际应用中更容易出现各种司机无法控制的情况，由于这种安全锤多采用全场开设的摆设，但容易丢失，因而在意外发生时，人们无法及时敲碎车窗，严重影响了乘客的逃生最佳时机。据不完全统计，自有汽车以来全世界死于道路交通事故的人数为3600多万人

11、比第二次世界大战死亡的人数还多，造成的财务损失也十分巨大，以美国为例，1994年因汽车交通事故死亡的人数达43536人，约占各种事故造成的死亡人数总数的一半。我国的交通事故随汽车逐年增加基本呈震荡上升态势，70年代起增长速度明显加快近年来，由于汽车拥有量的快速增长，交通事故的增幅更大，后果更为严重。1997年全国共发生交通事故304217起，死亡73861人，受伤190128人，直接经济损失190l亿元。1998年事故346129起，死78067人，伤222721人，损失1929亿元。1999年事故412860起，死83529人，伤286080人，直接经济损失2124亿元。与改革开放初的19

12、78年相比1999年事故次数为385倍，死亡人数为437倍，受伤人数为370倍，直接经济损失为3793倍。由于道路所处环境和自身技术条件的不同，交通事故表现出不同的事故形态特点。进入80年代，我国的汽车安全性问题开始变得十分严峻，与西方发达国家相比，我国的交通事故发生率，单位公里死亡人数等，相对数据均高出了一个数量级，汽车安全水平甚至落后于许多发展中国家。汽车安全已经成为阻碍我国交通运输业和汽车工业进一步发展的因素之一。该作品的设计背景是源于传统安全锤的不可靠性与易丢失性，其目的在于设计出可以实现自动有效击打破碎玻璃的新型自动安全锤，使得在紧急情况下，使破窗的工作由人手挥动击打变为最优点固定自

13、动击打，能够定点、自动、快速的击破玻璃，使人员迅速逃离危险现场。1.2国内外研究的现状随着城市的不断发展，人口的膨胀，以及公交优先发展战略的推行，为了在发生危险时能让乘客迅速破窗逃生，在公交的适当地方都配置了安全锤。当前配备的安全锤基本上是一样的，这种传统型安全锤小巧轻便，易于摘取，很容易被一些人顺手牵羊。经常出现刚装好几天就全部“消失”的状况。2009年6月成都的公交车燃烧事件就有力证明了传统安全锤防盗方面的缺陷。为解决传统安全锤易丢失的问题，宁波龙格尔仪表有限.(查看更多)公司设计了DSC智能防盗逃生锤，本逃生锤具有声光报警功能，其在支架上正常固定放置时报警功能关闭，当逃生锤脱离支架时，逃

14、生锤被触发发出声光同步报警，只有将逃生锤重新放回支架，报警才会停止。这样，及时的提醒和制止了人为的误动，起到了防丢失的作用，但其本质仍是人手用力挥动安全锤敲打玻璃，当紧急情况出现时，由于乘客情绪紧张，心情急躁，很难在短时间内拿到安全锤并找到合适击打点正确使用。同时，如遇翻车等事故，乘客活动受到空间的限制，特别是一些老弱病残人群，更不容易施力挥动锤子，则安全锤也很难有效使用。目前在国内有两种非人手挥动的安全锤，一种是当前安装在成都650路公交车上的一种新型环保锤，它采用“嵌入式”设计，改变了安全锤的安装位置和击打方式。车窗右上角有一个红色按钮，按钮里面是安全锤。遇到危险的时候，顺时针旋转环保锤9

15、0度，然后掌击环保锤，通过里面设置的高强度硬质合金，就能破碎玻璃逃生。另一种是杭州公交集团退休职工吴宝发研制的一种新型弹力逃生锤。它比可乐罐略小，“罐”里有压缩弹簧与撞锤，“罐”外有拉环和封盖。在紧急情况下，人只要揭开封盖，拉动拉环，压缩弹簧就会驱动撞锤，击碎玻璃。它可以安装在车窗边缘，通过击打钢化玻璃的应力点打碎整幅玻璃。这种固定在上面的安全锤不易取走，可以避免传统安全锤因为丢失造成无法应急的问题。本产品的设计目的是为了在汽车发生事故时，在乘客不能顺利的从汽车逃离的情况下所设计的，通过自动击破车窗，使人员安全迅速的逃离危险现场。通过调查发现，现今公交车上所配备的安全锤是一种小巧、轻便的安全锤

16、该安全锤虽使用广泛，但存在的很大的缺陷。因为小巧方便，容易拿取，很容易被人顺手牵羊。因此，经常出现丢失现象。而且，经实验这种安全锤并不容易敲碎车窗，需要成年人全力多次击打同一点才能击碎车窗。不能使乘客在第一时间就逃离危险现场。所以研究出能够定点、自动、快速的击碎玻璃的安全锤就变的非常重要。 随着城市的发展，越来越多的公交车被用于城市交通线路上，为了能让乘客在发生危险是能即使的逃离封闭的汽车，一种小巧.轻便的汽车玻璃安全锤被广泛的用在公交车。但是，这种传统的安全锤因为小巧方便，容易拿取，很容易被人顺手牵羊。因此，经常出现丢失现象。 2009年6月成都的公交车燃烧事件，2012年7月的北京“洪水

17、事件”就证明了传统安全锤防盗方面的陷。为解决这种事情，宁波龙格尔仪表有限公司设计了DSC智能防盗逃生锤，本逃生锤具有声光报警功能，其在支架上正常固定放置时报警功能关闭，当逃生锤脱离支架时，逃生锤被触发发出声光同步报警，只有将逃生锤重新放回支架，报警才会停止。这样，及时的提醒和制止了人为的误动，起到了防丢失的作用，但其本质仍是人手用力挥动安全锤敲打玻璃，当紧急情况出现时，由于乘客情绪紧张，心情急躁，很难在短时间内拿到安全锤并找到合适击打点正确使用。另一种是杭州公交集团退休职工吴宝发研制的一种新型弹力逃生锤。它比可乐罐略小，“罐”里有压缩弹簧与撞锤，“罐”外有拉环和封盖。在紧急情况下，人只要揭开封

18、盖，拉动拉环，压缩弹簧就会驱动撞锤，击碎玻璃。它可以安装在车窗边缘，通过击打钢化玻璃的应力点打碎整幅玻璃。这种固定在上面的安全锤不易取走，可以避免传统安全锤因为丢失造成无法应急的问题。而2011年4月河北科大老师王军发明的新型汽车玻璃安全锤我个人认为是最好的，因为它比传统的安全锤还小巧，可以当作装饰物乖在车能，且结构简单，不易出现意外事情。现今人们对安全问题越来越重视。汽车做为人们出行的交通工具更是被广泛关注。而安全锤的发展变的越来越多样化。从传统的手动使用到现在的自动击打。从原理的简单机械式到现在的气动式、液压式、电磁式、爆破式、和复杂的机械式。甚至在外国有些安全锤所击碎的也不在是车窗玻璃，

19、而是破坏固定车窗玻璃的固定结构，使车窗玻璃能够整体掉落。所以，预测以后的安全锤并不只是击碎车窗玻璃，它会向着多样化发展。第二章 钢化玻璃特点分析2.1钢化玻璃的种类钢化玻璃按形状分为平面钢化玻璃和曲面钢化玻璃。平面钢化玻璃厚度有3.4、5、6、8、10、12、15、19mm八种；曲面钢化玻璃厚度也有3.4、5、6、8、10、12、15、19mm八种。但曲面(即弯钢化)钢化玻璃对每种厚度都有个最大的弧度限制。即平常所说的R R为半径钢化玻璃按其外观分为：平钢化 ，弯钢化 。 2.2钢化玻璃的应用范围随着产品的种类及加工技术的不断更新，现在钢化玻璃的应用范围也随之变的越来越广泛。通常钢化玻璃可以应

20、用在以下几个行业：1）建筑，建筑模板,装饰行业（例：门窗、幕墙、室内装修等）2）家具制造行业（玻璃茶几、家具配套等）3）家电制造行业（电视机、烤箱、空调、冰箱等产品）4）电子、仪表行业（手机、MP3、MP4、钟表等多种数码产品）5）汽车制造行业（汽车风挡玻璃等）6）日用制品行业（玻璃菜板等）7）特种行业（军工用玻璃） 由于钢化玻璃破碎后，碎片会破成均匀的小颗粒并且没有普遍玻璃刀状的尖角，从而被称为安全玻璃而广泛用于汽车、室内装饰之中，以及高楼层对外开启的窗户。 2.3钢化玻璃的标准规格 平钢化玻璃加工规格：加工厚度：319mm 最大尺寸：3300mm14000 mm 最小尺寸：80 mm50m

21、m 弯钢化玻璃加工规格：加工厚度：319mm ；最大尺寸：2440 mm5000mm ；最小尺寸：600mm400mm；最小曲率半径：300mm，质量： 符合GB15763.2-2005中国国家标准。 2.4钢化玻璃优缺点2.4.1钢化玻璃的优点1.强度较之普通玻璃提高数倍，抗弯。同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度是普通玻璃的35倍，抗弯强度是普通玻璃的35倍。2.使用安全，其承载能力增大改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害极大地降低了. ；钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有35倍的提高，一般可承受250度以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。是安全玻璃中的一种。

22、为保障高层建筑提供合格材料安全性作保障。 3.热稳定性好。钢化玻璃具有良好的热稳定性，能承受的温差是普通玻璃的3倍，可承受200的温差变化。用途：平钢化、弯钢化玻璃属于安全玻璃。广泛应用于高层建筑门窗、玻璃幕墙、室内隔断玻璃、采光顶棚、观光电梯通道、家具、玻璃护栏等。2.4.2钢化玻璃的缺点 1.钢化后的玻璃不能再进行切割，和加工，只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理。 2.钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆。自爆是钢化玻璃固有的特

23、性之一。产生自爆的原因很多，简单地归纳以下几种：玻璃质量缺陷的影响A玻璃中有结石、杂质：玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点，也是应力集中处。特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。结石存在于玻璃中，与玻璃体有着不同的膨胀系数。玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加。当结石膨胀系数小于玻璃，结石周围的切向应力处于受拉状态。伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生。B玻璃中含有硫化镍结晶物，硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在，直径在0.12。外表呈金属状，这些杂夹物是NI3S2，NI7S6和NIXS，其中X=00.07。只有NI1XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因。 已知理论上的N

24、IS在379。C时有一相变过程，从高温状态的aNIS六方晶系转变为低温状态BNI三方晶系过程中，伴随出现2.38%的体积膨胀。这一结构在室温时保存下来。如果以后玻璃受热就可能迅速出现aB态转变。如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部，则体积膨胀会引起自发炸裂。如果室温时存在aNIS，经过数年、数月也会慢慢转变到B态，在这一相变过程中体积缓慢增大未必造成内部破裂。C玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺陷，易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆。钢化玻璃中应力分布不均匀、偏移，玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称。使钢化制品有自爆的趋向，有的在激冷时就产生“风爆

25、如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆。钢化程度的影响，实验证明，当钢化程度提高到1级/时自爆数达2025%。由此可见应力越大钢化程度越高，自爆量也越大。 3.钢化玻璃的表面会存在凹凸不平现象，有轻微的厚度变薄。变薄的原因是因为玻璃在热熔软化后，在经过强风力使其快速冷却，使其玻璃内部晶体间隙变小，压力变大，所以玻璃在钢化后要比在钢化前要薄。一般情况下4-6MM玻璃在钢化后变薄0.2-0.8MM，8-20MM玻璃在钢化后变薄0.9-1.8MM。具体程度要根据设备的来决定，这也是钢化玻璃不能做镜面的原因。2.5应急方法安全捶：一种封闭舱室里的辅助逃生工具。它一般安装于于

26、汽车等封闭舱室内容易取到的地方，在发生车内出现火灾或汽车落入水中等紧急情况下，可以方便取出并砸碎玻璃窗门以顺利逃生。用途：主要用于紧急情况下敲碎玻璃逃生用锤子敲击玻璃手柄尾部刀片用于割断安全带逃生。范围：主要用于大巴、客运车辆、火车等车辆配置。使用方法：安全锤主要是利用其圆锥形的尖端，由于尖头的接触面积很小，因此当用锤砸玻璃时，该接触点对玻璃的压强（不是压力，而是单位面积上的压力）相当大，这个跟图钉的原理有点相似，膜很容易就被刺破，且使车玻璃在该点受到很大的外作用力而产生轻微开裂，而对于钢化玻璃而言，一点点的开裂就意味着整块玻璃内部的应力分布受到了破坏，从而在瞬间产生无数蜘蛛网状裂纹，此时只要

27、轻轻的用锤子再砸几下就能将玻璃碎片清除掉。另外，钢化玻璃的中间部分是最牢固的，四角和边缘是最薄弱的。最好的办法是用安全锤敲打玻璃的边缘和四角，尤其是玻璃上方边缘最中间的地方，一旦玻璃有了裂痕，就很容易将整块玻璃砸碎。 2.6未来发展居民消费结构升级、鼓励企业自主创新、新农村建设和城镇化进程等都将保证国内市场对玻璃产品的中长期需求增长趋势不变。随着建筑、汽车、装饰装修、家具、信息产业技术等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高，安全玻璃、节能中空玻璃等功能性加工产品得到广泛应用。平板玻璃的供求格局和消费结构正在发生变化。 玻璃行业的发展与国民经济的许多行业都存在着联系，玻璃行业对推动整个国民经

28、济的发展都起着积极作用。因此“十一五”规划中也对玻璃产业的发展提出了具体要求。也颁布了各项法律法规来规范玻璃行业的健康发展。在新的形势下，玻璃工业必须按照科学发展观的要求，转变增长方式，有效调整产业结构，才能促进行业健康发展。第三章 方案论证3.1 课题要求现今人们对安全问题越来越重视。汽车做为人们出行的交通工具更是被广泛关注。而安全锤的发展变的越来越多样化。从传统的手动使用到现在的自动击打。从原理的简单机械式到现在的气动式、液压式、电磁式、爆破式、和复杂的机械式。甚至在外国有些安全锤所击碎的也不在是车窗玻璃，而是破坏固定车窗玻璃的固定结构，使车窗玻璃能够整体掉落。所以，预测以后的安全锤并不只

29、是击碎车窗玻璃，它会向着多样化发展。如汽车车门整体破坏，汽车车顶破坏等多样化发展。1、操作简单，适用2、安装方便，适用于各种车辆3、1秒钟能够击碎5mm厚度的钢化玻璃。4、对周围不能产生二次伤害。3.2 方案一：传统机械式安全锤3.2.1方案说明传统的机械式安全锤当基本上是一样的，由尖锐的金属垂头加手柄组成，通常放置在车窗旁边。方案一为传统的机械式安全锤如图3.1图3.1 传统机械式安全锤3.2.2可行性分析这种传统型安全锤小巧轻便，易于摘取，但很容易被一些人顺手牵羊。经常出现刚装好几天就全部“消失”的状况。而且，经实验这种安全锤并不容易敲碎车窗，需要成年人全力多次击打同一点才能击碎车窗。不能

30、使乘客在第一时间就逃离危险现场。3.3 方案二：炸药动力源式安全锤3.3.1方案说明方案二为利用火药在密闭的空间内发生化学反应产生巨大的热能，从而使壳体内的空气受热膨胀，压强增大，推动打击杆打击玻璃。整体示意图如图3.2（1）打开控制开关7，线路通电，使底火5后面的高电阻金属发热（2）产生的热引燃底火里的药剂，药剂被引燃后，会使载药壳8里的火药4引燃（3）火药4的燃烧会使载药壳4内的空气膨胀，产生巨大的压力，压力会推动击打杆3沿着壳体2内部通道快速向前移动（4）击打杆3的尖端部分会冲击玻璃，通过强大的冲击力将玻璃击碎。（5）弹性挡板1的缓冲作用不会使击打杆飞射出去造成二次伤害。1-挡板 2-壳

31、体 3-击打杆 4-火药 5-底火 6-电线 7-控制开关 8-载药壳图3.2 炸药动力源式安全锤3.2.2可行性分析本产品利用的原理是火药在密闭的空间内发生化学反应产生巨大的热能，从而使壳体内的空气受热膨胀，压强增大，推动打击杆打击玻璃。因为火药不需要空气就可燃烧产生气体，且火药燃烧能施放大量的气体，燃烧的瞬间温度能达到1000。C以上，能在短时间内使密闭容器内的压强远远大于外界压强，产生巨大的压力从而推动打击杆打击玻璃。但是该爆炸能量控制困难，容易对玻璃外侧的行人等造成二次伤害，而且通常公交车都在市区行驶，爆炸声音容易对周围行人造成恐慌影响市区秩序。3.4 方案三：弹簧动力源式安全锤3.4

32、1方案说明该安全锤利用了弹簧的储能原理，依靠弹簧提供打击力。该破窗器主要由壳体、冲击杆、压缩弹簧、启动拉手四部分组成。通过启动拉手使压缩状态的弹簧产生冲击力，从而带动冲击杆完成打击。示意图如图3.3图3.3 弹簧动力源式安全锤1壳体 2冲击杆 3压缩弹簧 4螺栓 5挡板 6拉手3.4.2可行性分析由于这种车辆应急击碎车窗玻璃的机构的弹力装置是设置在车体的上端，它的发力运动空间不受限制，当意外情况发生时，车厢内的乘客只需伸手将置于车体内的启动拉手往下拉动，利用弹簧的储能原理，将车体上端由锁闭装置锁闭的玻璃冲击杆，顶起突破其约束区域，弹发装置的强劲弹发力的此时暴发，玻璃冲击杆借力弹起，产生的巨大

33、冲击力一举就能将车窗玻璃击碎。这一过程的时间将在瞬间完成，从而给车内逃生的乘客赢得极为宝贵的时间。因此该机构具备有优异的应急安全逃生条件。但是该装置占用空间大，且放置与公交车等公共设施上容易被乘客把启动拉手拉动导致不必要的损失。3.5 方案四：空气动力源式安全锤3.5.1方案说明该安全锤采用气动式，利用公交车现有的气源做动力，并且将其固定于安全玻璃窗边上的最佳着力点。当发生危险时驾驶员或乘客只需按下置于驾驶室内的气动电磁阀开关按钮，压缩空气便通过管道迅速进入活塞无杆腔，由于压缩气体流速和压力均很高，因此快速推动冲击活塞撞击安全玻璃，安全玻璃瞬间受到很大冲击，应力层破坏而击碎。示意图如图3.4图

34、3.4 弹簧动力源式安全锤1-玻璃窗框 2-安全玻璃 3-挡板 4-冲击活塞 5-壳体 6-气动电磁阀 7-管路3.5.2可行性分析该安全锤采用气动式，利用公交车现有的气源做动力，并且将其固定于安全玻璃窗的最佳着力点。可应用在普通公共交通工具、私家车、商场、写字楼和住宅等地，紧急情况下，使破窗的工作由人手挥动击打变为最优点固定自动击打，能够定点、自动、快速的击破玻璃，使人员迅速逃离危险现场。不仅解决了传统安全锤易丢失问题，而且操作简单、方便灵活，只需驾驶员按下电磁阀开关按钮便自动击碎安全玻璃，这一过程的时间将在瞬间完成，从而给车内逃生的乘客赢得极为宝贵的时间。因此该机构具备有优异的应急安全逃生

35、条件，并且造价低廉，具有极高的应用价值与发展前景。因此，本次课题选用此方案。第四章 安全锤的设计4.1 车窗的载荷计算4.1.1 车窗玻璃的应力根据GB9656-2003安全玻璃材料的统一规定查询：表4.1钢化玻璃表面应力表种类适用部位试验后状态钢化玻璃风窗表面压应力105风窗以外表4.2安全玻璃强度值 安全玻璃强度值类型厚度玻璃的强度值大面上的强度mpa边缘强度mpa普通玻璃52819.5浮法玻璃512 28.0 19.5 151920.014.0钢化玻璃512 84.0 58.8 151959.041.3夹层玻璃61021.014.7表4.3 夹层玻璃及塑玻复合材料的边缘应力种类适用部位边

36、缘应力/mpa夹层玻璃塑玻复合材料风窗边缘张应力7边缘压应力4风窗以外根据上表所述车窗应力，车窗玻璃边缘的张应力和压应力比较小，在受力时变形小脆性比较高，所以车窗破碎器安装在车窗的玻璃的边缘地方。4.1.2车窗的破碎要求根据玻璃破碎器玻璃破碎器的的设计要求，破碎后的玻璃不能对人体产生二次伤害，由此查询GB9656-2003安全玻璃材料的统一规定如图表4.4表4.4 钢化玻璃的碎片状态种类碎片状态钢化玻璃1.在任一50mm50mm的正方形内，碎片数不少于40块但不多于400块。若厚度不大于3.5mm，则碎片数在40块以上，450块以下；2.在上述规定中，横跨正方形边部的碎片应计作半块；3.制品边

37、缘20mm范围内的碎片不作检查，以冲击点为圆心半径75mm圆内的碎片也不作检查；4.除上述第3条规定的部位外，不允许有超过3mm2的碎片；5.允许有少量长条形碎片，其长度不超过75mm，且具端部不是刀刃状，延伸至玻璃边缘的长条形碎片与边缘形成的角度不得大于45由上表可得车窗玻璃在一个点破碎后，其他地方会沿着这个点延伸破裂，破碎后的玻璃会粘附在玻璃中间层上，破碎后的玻璃不会对人体产生二次伤害。4.2 安全锤设计计算根据根据GB9656-2003查得打破玻璃需要15MPa的力 即：15MPa=150公斤150公斤=1500N即，安全锤活塞撞击玻璃时的冲击力：（取）安全锤活塞撞击玻璃时的动量变化：安

38、全锤活塞撞击玻璃前瞬间的速度：安全锤活塞加速度：查有关参数，公交车气源压力：安全锤活塞推力：安全锤活塞撞击玻璃前加速时间：安全锤活塞质量：以上求得：所以求得：取安全锤活塞行程则安全锤活塞直径4.3 安全锤结构设计图4.1气动原理图1-壳体 2-锤头 3-挡板 4-螺钉 5-螺钉 6-接头第五章 气动动力系统的设计5.1气压传动概述5.1.1气压传动的组成及工作原理气压传动，是以压缩空气为工作介质进行能量传递和信号传递的一门技术。气压传动的工作原理是利用空压机把电动机或其它原动机输出的机械能转换为空气的压力能，然后在控制元件的作用下，通过执行元件把压力能转换为直线运动或回转运动形式的机械能，从而

39、完成各种动作，并对外做功。由此可知，气压传动系统和液压传动系统类似，也是由四部分组成的，它们是： (1)气源装置 是获得压缩空气的装置。其主体部分是空气压缩机，它将原动机供给的机械能转变为气体的压力能； (2)控制元件 是用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向的，以便使执行机构完成预定的工作循环，它包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀等； (3)执行元件 是将气体的压力能转换成机械能的一种能量转换装置。它包括实现直线往复运动的气缸和实现连续回转运动或摆动的气马达或摆动马在等； (4)辅助元件 是保证压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接及消声等所必须的，它包括过滤器、油雾器、管接头及消

40、声器等。5.1.2气压传动的优缺点 气动技术在国外发展很快，在国内也被广泛应用于机械、电子、轻工、纺织、食品、医药、包装、冶金、石化、航空、交通运输等各个工业部门。气动机械手、组合机床、加工中心、生产自动线、自动检测和实验装置等已大量涌现，它们在提高生产效率、自动化程度、产品质量、工作可靠性和实现特殊工艺等方面显示出极大的优越性。这主要是因为气压传动与机械、电气、液压传动相比有以下特点。1、 气压传动的优点 (1)工作介质是空气，与液压油相比可节约能源，而且取之不尽、用之不竭。气体不易堵塞流动通道，用之后可将其随时排人大气中，不污染环境； (2)空气的特性受温度影响小。在高温下能可靠地工作，不

41、会发生燃烧或爆炸。且温度变化时，对空气的粘度影响极小，故不会影响传动性能； (3)空气的粘度很小(约为液压油的万分之一)，所以流动阻力小，在管道中流动的压力损失较小，所以便于集中供应和远距离输送； (4)相对液压传动而言，气动动作迅速、反应快，一般只需00203s就可达到工作压力和速度。液压油在管路中流动速度一般为15ms，而气体的流速最小也大于10ms，有时甚至达到音速，排气时还达到超音速； (5)气体压力具有较强的自保持能力，即使压缩机停机，关闭气阀，但装置中仍然可以维持一个稳定的压力。液压系统要保持压力，一般需要能源泵继续工作或另加蓄能器，而气体通过自身的膨胀性来维持承载缸的压力不变；

42、6)气动元件可靠性高、寿命长。电气元件可运行百万次，而气动元件可运行20004000万次； (7)工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越； (8)气动装置结构简单，成本低，维护方便，过载能自动保护。2、气压传动的缺点 (1)由于空气的可压缩性较大，气动装置的动作稳定性较差，外载变化时，对工作速度的影响较大； (2)由于工作压力低，气动装置的输出力或力矩受到限制。在结构尺寸相同的情况下，气压传动装置比液压传动装置输出的力要小得多。气压传动装置的输出力不宜大于1040kN； (3)气动装置中的信号传动速度比光、电控制速度慢，所

43、以不宜用于信号传递速度要求十分高的复杂线路中。同时实现生产过程的遥控也比较困难，但对一般的机械设备，气动信号的传递速度是能满足工作要求的； (4)噪声较大，尤其是在超音速排气时要加消声器。表5.1压传动与其它传动的性能比较类 型操作力动作快慢环境要求构造负载变化影响操作距离无级调速工作寿命维护价格气压传动中等较快适应性好简单较 大中距离较好长一般便宜液压传动最大较慢不怕振动复杂有一些短距离良好一般要求高稍贵电传动电气中等快要求高稍复杂几乎没有远距离良好较短要求较高稍贵电子最小最快要求特高最复杂没有远距离良好短要求更高最贵机械传动较大一般一般一般没有短距离较困难一般简单一般5.2气动系统元件的选

44、择5.2.1公交车气源的特点5.2.2控制元件的选择电磁阀在选型时应遵循的原则：适用性，管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致，包括温度、粘度和工作压差等因素；可靠性，电磁阀分为常闭和常开两种，一般选用常闭型，但在开启时间很长而关闭时很短时要选用常开型，动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列；安全性，一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，电磁阀的最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况，有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀，爆炸性环境必须选用相应的防爆产品；经济性，有很多电磁阀

45、可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的产品。本设计中选用二位二通电磁换向阀能满足要求。因气缸要求压力，流量，由机械设计手册，查表5.2得，选换向阀的通径为表5.25.2.3确定管道直径本设计按各管径和气动元件通径相一致的原则，初定各段管径。考虑到上浆机构气缸和吹扫机构气缸不同时工作的特点，由，可导出，取标准管径为3mm。5.2.4验算压力损失由于车中存气罐到玻璃窗的管道较长故需验算压力损失。1）沿程压力损失y-o段的沿程压力损失由式式中：沿程压力损失 d:管内径，d=0.003m l:管长，l=0.4m v:管中流速，v=:沿程阻力系数，由雷诺数和管壁相对粗糙度确定根据温度，查表得运动粘度由雷诺数和管壁相对粗糙度，查有关手册得=0.0165温度，压力0.5Mp时值为： o-e段的沿程压力损失=由雷诺数和管壁相对粗糙度，查有关手册得=0.0165 e-x段的沿程压力损失 =由雷诺数和管壁相对粗糙度，查有关手册得=0.0165由y-x的所有沿程损失2）局部压力损失流经管路中的局部压力损失 各局部阻力系数： ：入口局部阻力系数，=0.5 ：三通管局部阻力系数，=2 ：流经截止阀处局部阻力系数，=3.1：弯头局部阻力系数，=0.29 ：出口局部