南 京 工 程 学 院
毕业设计说明书(论文)
作
者： 徐海市 学 号： 201030132
院(系) 部： 机 械 工 程 学 院 专 题
业： 机械设计制造及其自动化（机械设计） 目： 18o坡梯运动分析及强度校核
指导者： 单玉兵 工 程 师
戴祖信 高级工程师
李 钢 讲 师
评阅者：
2007 年 6 月 南 京
南京工程学院毕业设计说明书（论文）
毕业设计说明书（论文）中文摘要
最近15年来，全球地铁事故发生不断，造成了许多悲惨的事故。根据全世界的地铁重大事故的经验和教训，乘客没有得到快速、及时、安全地疏散是造成严重后果的重要原因。所以，乘客快速、及时的安全疏散是整个地铁安全体系中极其重要的内容。现行设计的新式18o坡梯采用平板式蜂窝踏板，其与地面的夹角小，在保证强度的同时便于人员的奔跑逃生，可以加快紧急事故下的人员疏散速度，避免更多伤亡。本文从设计学的角度，利用功能的原理论述了整个坡梯的设计过程，结合三维软件的仿真功能，及时发现设计中的不足，以达到优化设计的目的，缩短了设计周期，节约了成本。
关键词：地铁事故；安全疏散；18o坡梯；三维仿真
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毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Operation Analysis and Strength Verification of 18oRamp
Abstract
In the recent 15 years, the occurrence of the metro accidents in the world has brought about many tragic consequences. In accordance with the experience and lesson learned from those accidents, the fact that the passengers haven’t been evacuated immediately and safely is the main reason for the accidents. Therefore, it is the major and most important part in the metro safety system to evacuate the passengers quickly and timely. The 18° ramp under design has applied the flat honeycomb step, where the angle with the ground is very small so that it features both great strength and the convenient evacuation of the people. In this way, people can be evacuated as soon as possible in emergent accidents avoiding more injuries. Considering in terms of designing and making use of the function theory, this report discussed on the whole design of 18°flat ramp steps integrated with the three-dimensional software mode-building during which process the deficiency and shortage of the design will be found out timely so as to optimize the design, shorten the design period and save the cost of manufacturing.
Key words: metro accidents；safely evacuate；18°ramp；3-D simulation
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目 录
前 言 ....................................................... 1 第一章 绪论 ..................................................... 2
1.1城市轨道交通发展的历史、现状和发展趋势简介 ..................... 2 1.2本产品研究的意义 ............................................... 4 1.3本论文研究的内容 ............................................... 5 第二章 机械设计学简介 ........................................... 7
2.1设计与科学研究 ................................................. 7 2.2近代设计学的重大发展 ........................................... 7 2.3机械设计概述 ................................................... 8 第三章 坡梯的结构设计 .......................................... 10
3.1原有坡梯结构简介 ............................................ 10 3.2紧急疏散梯结构分析 .......................................... 11
3.2.1原有数据分析 .......................................... 11 3.2.2形态学矩阵 ............................................. 12
第四章 18o坡梯结构的确定 ....................................... 16
4.1总体方案的确定 .............................................. 16 4.2踏板结构及尺寸的确定 ........................................ 16
4.2.1、一级踏板结构形式的确定 .............................. 17 4.2.2、二级踏板结构形式的确定 ................................ 18 4.2.3、三级踏板结构形式的确定 .............................. 18 4.3坡梯侧板与蜂窝接口的确定 ...................................... 18 4.4关节点轴结构的确定 ............................................ 20 第五章 应力的计算与分析 ........................................ 21
5.1节点力计算 ................................................... 21 5.2solidworks和COSMOSWorks简介 ................................ 26 5.3有限元分析 .................................................... 27 第六章 强度的校核及结构的优化 .................................. 30
6.1材料应力的校核 .............................................. 30
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6.2刚度的校核 ................................................... 30 6.3空气弹簧的选择 .............................................. 32 6.4结构的优化 ................................................... 33
6.4.1四边形结构的优化 ...................................... 33 6.4.2坡梯变形量的优化 ...................................... 33
第七章 结论 .................................................... 35 参考文献 ........................................................ 36 致 谢 ......................................................... 37
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前 言
随着城市的不断发展，城市的交通也越来越发达，越来越拥挤。为了缓解城市交通的巨大压力，地铁交通凭借其客运量大、环境污染小、能源利用率高等一系列优点，并以其快速、安全、便捷等技术优势成为解决城市交通问题的首选方案。是城市交通结构中不可或缺的组成部分, 它极大地缓解了大、中城市拥堵的交通，降低了地面主要干道的压力,满足了城市化要求。我国目前有北京、上海、广州、武汉、深圳、南京、长春、大连等近30座城市酝酿新建或扩建城市轨道交通项目。据有关资料统计，“十五”期间，国内轨道车辆需求将超过2000列，对紧急疏散门系统的需求超过4000套。地铁的发展正在不断地壮大！
由于紧急疏散门系统是城市轨道列车主要的逃生系统，也是其必备的逃生系统。目前，18o坡梯已在国外地铁中广泛使用，而我国现行使用的是大多是旧式的与地面成约45o的台阶式坡梯，而少部分列车上所安装的18o坡梯也全部是从国外进口，因而城市轨道车辆紧急疏散门系统的研发有着深远的意义和广阔的市场前景。
本次毕业设计的课题是18o坡梯运动分析及强度校核。本课题在于借助南京康尼公司的力量对紧急疏散门系统中紧急疏散坡道进行研究设计，根据康尼公司与四方机车车辆公司所达成的技术协议设计一部紧急疏散坡道满足北京地铁四号线的使用要求。在设计的过程中始终考虑了疏散坡道的安全性、可靠性的设计要求，同时在满足功能、外形尺寸要求的前提下尽量选用简单的结构使系统结构简单、重量轻便、操作容易。
本课题按照《北京地铁四号线紧急疏散门系统技术协议》中的相关要求，强调设计的可靠性与实用性，以求打入市场，在设计过程中严格遵守技术协议要求，采用自上而下的三维设计方法，在设计过程中，参考康尼公司过去产品的特点和设计思想，紧密联系公司的加工生产能力，将设计的结果通过产品的生产来检验。
本设计说明书主要介绍了18o坡梯的设计及计算过程，由于此设计是属于标书项目，故希望设计成果对康尼公司的紧急疏散坡道的设计有所帮助，由于本人水平有限，设计过程中难免有考虑不周的地方，敬请各位批评指正。
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第一章 绪论
1.1 城市轨道交通发展的历史、现状和发展趋势简介
从各国城市化的发展实践来看, 轨道交通以其运量大、速度快的技术优势已成为城市交通结构中不可缺少的组成部分, 较好地解决了大、中城市交通日益增长的供需矛盾问题,满足了城市化要求。与城市的形成、发展及城市化进程的初级阶段、中级阶段和高级阶段相对应，城市交通的发展也分为初级、中级和高级3个阶段，相应地, 作为城市交通重要组成部分的城市轨道交通的发展则经历了生成期、成长期和成熟期3个阶段。
（1）生成期的城市轨道交通
生成期城市轨道交通的变革具有时代的爆发性。城市化初期, 由工业技术进步所创造的先进交通工具首先用于解决市际交通问题。当城市化过程发展到一定程度, 城市规模扩大到只有利用交通工具才能保证城市经济生活的正常进行时, 城市内部交通系统才开始诞生, 出现了相应的交通工具并逐渐有所发展。1828年巴黎出现了一种以固定路线，不定价格，按固定站循环的方式运载乘客的单行“公共马车”，这是历史上第一条公共交通线，随后又演变成马拉轨道车，从而拉开城市轨道交通发展的序幕。
自此，世界上的其他国家的城市开始纷纷仿效，城市轨道交通得到初步发展。城市轨道交通的出现, 对整个城市发展史而言, 是一具有爆发性的瞬态过程。
生成期的城市轨道交通具有以下主要特点：
①设计简单，技术装备水平低。生成期的城市轨道交通的主要动力为畜力，和现代城市轨道交通相比，是不可同日而语的。
②轨道交通在城市交通中所占份额有限。那个时候的城市内部交通还是通过个体交通工具来解决，因此收费较贵，普通市民难以承受。
（2）成长期城市轨道交通的特点
在轨道交通走向成长期的过程中出现的较重要的思想是要求系统在硬件和软件方面不断地、尽快地研究和采用先进技术。
硬件方面，一些先进的技术开始应用到城市轨道交通运输工具中，是其不断更新和完善，推动了城市化进程和现代城市社会与经济功能的进一步的
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强化。
软件方面，开始采用先进的设计思想来指导城市规划和交通布局，及轨道交通网的发展。
城市以轨道交通为轴作线性发展, 使硬件和软件得到良好的匹配。而且这些思想基本被沿续下来, 并在世界各大城市得到普遍应用。
（3）成熟期的城市轨道交通
在促进城市轨道交通的发展过程中，除了先进的技术，更重要的是社会因素。二战后，世界各国的经济进入了一个新的发展期。一些二战前城市文化水平并不怎么高的一些国家或地区，由于城市经济的飞跃发展也迅速达到较成熟的城市化阶段。由于城市化的发展与城市交通密切的发展关系，一些发达国家或地区的城市交通，特别是城市轨道交通的发展也逐渐地进入成熟期。
（4）走向可持续发展的城市轨道交通
公共交通是解决城市交通问题的最佳途径，轨道运输又是重中之重。城市轨道交通在城市客运中的地位可以说自其诞生之日起，就一直得到持续发展, 在城市内部交通中处于主导地位。
可持续发展理论使得人类越来越清醒地认识到：人口、资源和环境是当代人类生存和发展的三大基本问题，单纯的经济富裕不等于幸福, 经济的持续发展必须顾及长远利益，经济社会发达必须和生态环境的保护相统一；如果只满足于眼前的短期利益, 追求单纯的增长，将会导致难以预计的后果。
在新经济发展观和发展条件以及环境、安全、技术等因素的综合作用下，轨道运输日益显示出其自身具有的技术经济优势，城市轨道交通具有的运能大、占地少、能耗小和环境污染小的优点是其他交通工具无法比拟的。如今，社会发展要求和高新技术的突破，引发了一场世界范围内的以调整旧运输结构和发展模式为主旋律的交通运输革命，对世界各国的经济和社会发展将产生强烈的影响，而轨道运输已经成为调整传统运输结构的着眼点，以轨道交通为主的城市公共交通系统，是发达国家和一些发展中国家的共同选择。依靠轨道交通为主的公共交通解决城市交通问题的办法，不仅在发达国家得到普遍应用, 在发展中国家及地区也日益引起重视。为此，世界各国正积极采取行动，在可持续发展的思想指导下，为建立立体公共交通系统而努力。
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确立以轨道交通为重点的城市交通运输发展战略，是我国这样的发展中国家城市交通发展的理性选择。只有大力发展城市轨道交通运输，才能真正解决世界各国的城市交通运输问题，同时也将对世界经济的发展起至关重要的作用。
1.2 本产品研究的意义
最近几年，随着城市轨道交通的迅猛发展，地铁已成为许多大城市市民们的首选交通工具，其方便与快捷也得到了人们的普遍认可。地铁的快速发展大大缓解了城市交通的拥堵，产生了良好的社会效应。
然而，随着地铁的不断发展，运行速度的不断的提升，其在产生良好社会效益的同时，我们仍然要防范危险事故的发生，不可掉以轻心。
最近15年来，全球地铁事故发生不断，我国的北京、上海、广州等城市地铁先后也发生不少事故，造成了许多悲惨的局面。根据全世界的地铁重大事故的经验和教训，乘客没有得到快速、及时、安全地疏散是造成严重后果的重要原因。所以，乘客快速、及时的安全疏散是整个地铁安全体系中极其重要的内容。
随着人们安全意识的提高，对安全体系的保障也越来越高。因此，在地铁中安装可靠的紧急疏散装置是非常必要的。由于紧急疏散门系统主要用来在紧急情况下逃生的这一特殊地位，所赋予他的使命就是高安全性和高可靠性，因此18o坡梯的研究有着较深远的社会意义，能够产生一定的社会效益。
在过去，许多逃生梯都是与地面约成45o的台阶式坡梯，其体积小，收放也都比较方便，但其疏散速度慢，不便于紧急情况下乘车人员的奔跑逃生，且一旦跌倒，很容易发生踩踏事故，使逃生处于尴尬的境地。
现行设计的新式18o坡梯采用平板式蜂窝踏板，其与地面的夹角小，在保证强度的同时便于人员的奔跑逃生，可以加快紧急事故下的人员疏散速度，避免更多伤亡。
目前，国内有用于紧急逃生的阶梯，但是，尚没有平板式的逃生坡道的研制。上海明珠二期以及深圳有使用的紧急疏散梯，均为国外进口。国外进口紧急疏散梯有两种形式：一种为紧急逃生门向车端前部翻开，车门自动形成逃生坡道，紧急疏散门与紧急疏散坡道为一个整体。这种形式的坡梯要求
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车体端面较平且端部与车身角度接近90度，利于紧急逃生门打开后，门板内侧直接当紧急疏散坡道用。这种坡道占用空间小，操作方便，但是对车头形状有较高的要求，同时，安装紧急疏散门的空间无法设置玻璃，影响视野；另一种形式是将坡道折为两折，紧急逃生门打开后，两折坡梯伸展开，形成逃生坡道。该种坡梯有较大的宽度和较小的角度，但其占用空间大，遮挡了列车前方视野，有待进一步改进。国内从事紧急疏散门系统研究与生产的单位主要是南京康尼机电新技术有限公司，曾先后完成南京地铁一号线、天津地铁一号线等紧急逃生系统的研究与生产，具有一定的研发能力与技术积累。由于地铁事业发展迅速，列车的型号多种多样，每种型号的车都有不同的产品功能要求，甚至同一种型号的车在不同的地区，他们所提出的要求也不尽相同。所以对于紧急疏散门系统并没有完全定型的产品，基本都是根据客户要求进行研制生产。国外虽然有技术成熟的同类产品，但并不适合所有列车外形、技术等方面的要求，且一般价格较贵，同时一味引进国外产品也不能满足国产化要求。国内产品，由于起步较晚，在产品的质量、功能方面均有较大的提升空间。因此，18o坡梯的研究就显得十分必要。本课题即是应北京地铁四号线业主香港地铁公司要求，北京地铁四号线需要加装紧急疏散坡道，由南京康尼公司对其进行研究与开发。
1.3 本论文研究的内容
“18o坡梯”又名“紧急疏散梯”、“安全梯”等，是早在上个世纪就出现并应用在地铁交通中的一种安全装置。它设置于地铁车头两端，紧挨着紧急前门，并与之组成一个有机的系统。在紧急情况下便于乘车人员的迅速疏散。在平时坡梯是被折叠起来的，放在一个较小的空间内，对地铁车头的控制、采光等没有任何影响。一旦危险发生，只要外力使紧急逃生门解锁，门即可迅速打开，同时带动梯子解锁，迅速放下，坡梯展开后，便与地面成约18o左右的角度，以供车内人员的紧急疏散。
在地下隧道里，一旦发生事故，火车的两侧是无处可逃的，因此，紧急前门便成了疏散人员的主要通道。而车厢与地面是有一定高度距离的，人员直接从车厢上下来具有很高的危险性，逃生梯在这时便扮演了重要的角色，它连接车厢与地面，成为人员安全疏散的便捷通道。坡梯展开后，其一端固
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定于列车上，另一端悬于地面上空100mm以内，但并不与地面接触。
本论文主要研究坡梯的设计，以使其满足预期的功能，重点着实与坡梯的可靠性和高安全性。
组成：整个坡梯体系主要由立柱、踏板、搭扣装置、回收自锁装置组成。其中一级踏板、二级踏板、三级踏板等部件构成踏板部分。踏板整体应该满足质量轻、强度高、结构简单，造型美观并合乎车头环境要求；立柱是坡梯的基础构件，坡梯上面的所有零部件都将以立柱为参考面或固定面，因此，立柱必须具有足够的强度、刚性和加工精度等性能要求，才能保证坡梯的正常使用；搭扣装置是当坡道处于下放状态时保持相连两级踏板紧密联在一起的装置，它可以增加整个踏板的刚度；回收自锁装置的作用时是可以将坡梯由放开状态回收至收拢状态，且当坡梯处于回收状态时，必须保证坡梯不会由于其他设备的误操作而使坡梯自行脱落并产生下放现象，当其需要投入使用时，又必须尽快地还原成坡梯形状，故部分必须安全可靠，操作方便。
可靠度：18o坡梯为安全类产品，因此它必须具有很高的可靠性和安全性能。具体地说，就是必须保证梯子在紧急情况下能够安全可靠地放下，坡梯的回收自锁装置应能够很自如地实现自锁和解锁，不会在下放的过程中发生干涉或死点等问题，在正常情况下又能够很好地使梯子静置于车厢的固定位置，而不发生倾斜或噪音等。由于该坡梯是用于紧急情况下的逃生装置，故设计时应充分考虑到断水、断电、断气等各种恶劣的环境。因此，坡梯的放下与回收等操作，只能由纯机械装置提供，不得有其他外置动力参与，以应付各种复杂的情况，提高安全性和可靠性。
结构尺寸要求：紧急疏散梯是安装于车头部分，紧靠紧急前门的，故要注意其结构不得与门体结构发生干涉，保证在其回收与下放的过程中不得与门体、门框或地铁铁轨面发生碰撞或干涉。同时，由于坡道是用于行人的，故应能承受一定的冲击力，且不得发生永久变形。在满足是用功能的前提下，应力求其简便的结构，轻便的质量，以减少各种惯性力的作用。
材料要求：紧急疏散坡道系统需要面对各种复杂的情况，所以应该有具体防火要求，故整个梯子的设计应使用难燃或阻燃材料制成。
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第二章 机械设计学简介
2.1 设计与科学研究
自人类进化以来，一切物质文明的产物都体现了人类的创造能力。拿今天的观点看，创造是一种从构思到实现的过程，是为了满足某种需要而进行的一种人类特有的活动，这种活动，今天就叫做“设计”。一个好的产品设计不能离开科学技术的强大支持。可以说没有高水平的科学研究就没有高水平的设计。
但人们的认识往往存在一种片面性，以为有了高水平的科学研究就自然会有高水平的产品设计。这种认识使得一些科技发达的国家在国际市场竞争中失利了。他们总结教训才明白，设计和科学研究并不是一回事，两者在出发点、目标和结果方面都是不同的，如表1-1所示：
表1-1 设计与科研的区别
出发点 目标 结果 科学研究 求知欲、好奇心 发现自然规律 更好地认识客观规律 产品设计 需求 发明新产品 创造一个更好的新世界 两者不仅出发点、目标和结果不同，而且所需要的只是基础也不尽相同。科学研究需要在已有知识和技术能力的基础上运用假设、分析和试验等方法拉探索自然规律、而设计是需要广泛得多的知识，不仅需要自然知识，还需要工程科学知识，工程技术知识以及人机学、美学、社会学、心理学、经济学和生态学等知识。
如果只强调“科学和技术”的重要性，不注重产品设计的作用，结果是没有很多本国自主知识产权的产品参与国际市场竞争。对设计的重视，很多国家并不是一开始就注意到了，而是在第二次世界大战之后，随着国际市场产品竞争的发展而逐渐清醒地认识到的。例如美国，直到20世纪80年代，因为国内市场受到日本产品的冲击，才醒悟过来并提出了“为竞争的优势而设计”的口号，并强调“这对美国的未来是至关重要的”。
2.2 近代设计学的重大发展
计算机的引入尽管产生了令人眼花缭乱的视觉冲击和达到了令传统的手
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工设计难以想象的效果和速度，但对于“设计学”来说，真正激动人心的则是三项“设计学”核心技术的萌芽和发展。
①.“功能”（Function）功能思想的提出和发展
1947年，美国工程师麦尔斯创立了“价值工程（Value Engineering）”。他真正重要的贡献不在于“价值工程”本身，而在于他提出的“功能”思想。他提出了一句重要的富有哲理性的名言：“顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能”，明确说明了“功能”是产品的核心和本质。这句话在美国技术界也经过了足足30年才被人们理解和接受。
②.“人机学（Ergonomics，Human Factor）”思想的形成和发展 在设计机器时，要把人机接口作为一个重要的问题来处理，否则容易使操作者在工作中出现不舒服、效率低，甚至造成职业病的情况。不能够因为今后机器倾向于自动化的方面发展，而不去认真考虑人机接口的合理化问题。
③.“工业设计（Industrial Design）”学科体系的发展和成熟 第二次世界大战前在德国出现的“包豪斯（Bauhaus）”，正确地总结了工业产品设计的原则，提出了“技术第一、艺术第二”的正确口号，使工业设计达到了人、产品和环境的适应和协调。
2.3 机械设计概述
设计是人的创造性活动，从开始到结束，常常可以用如图2-1所示的图框来表示。
设计的第一步是“认识需求”，并由此决定要设计一种装置来满足它。“认识需求”有时是一种很高创造性的活动。应为所谓需求有时仅仅是一种含糊的不满，或者仅是对一种对某些事感到不对的感觉，总之需求常常是不明确的。对需求的认识常由相反的情况触发的，是由一种随机产生的事件引发的。
第二步是界定目标。这与认识需求是有区别
的，界定目标有时可能要求做得很具体，必须包括对所要设计的对象的所有
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说明。这一步的基本目的是把需求限定在某种确定的方面，并限定满足需求的一些特殊的技术要求和特性，这样就可以在下一步寻求解决这一特定问题的解法。
第三步是求解问题（或称综合），即“功能原理设计”，应把各种可能多的解法尽可能多地收集起来，供下一步分析比较，要尽可能避免把也许是最好的解法漏掉。
第四步是分析和选优。要对第三步提出的各种可能的解法进行分析，进而作优选处理，尽量把各种解法的缺点加以克服，把优点加以突出，以便在下一步作出合理的评价。千万不要有先入之见，过早地把个人偏见放入分析过程往往是很有害的。
第五步是评价和决策。这是最困难的一步，迄今为止，还没有一种评价方法可以确保不会做出偏离正确方向的评价。应尽量筛选掉那些看起来似乎很好，实际没有前途的解法，挑出那些看来似乎不太好，实际经过改进可能是一种非常有前途的解法。评价之后就要决策，就是选出几个最有希望的解法作进一步的分析和试验。
第六步是表达。一般认为设计的最后阶段是画工程图，这是对于那些常规的设计来说的。而对于创新构思上的设计来说，最后阶段更重要的是“表达”。设计的表达有三种方式：“写”、“说”和“画”，而“画”是用来表达任何一种构思都是很好的手段。
第七步是实现。设计不同于艺术创作的主要区别或者说难点，就是必须要以物质形式来实现预想的机械功能。实现是对构思的验证，实践是检验真理的唯一标准，在不同的阶段，实现的手段又可以分为原理样机（模型）、实用样机、产品样机和市场实践。实现的最后考验是市场，市场实践是检验设计成功与否的唯一标准。
因此，设计的过程是一个系统的过程，特别强调和重视从系统的观点出发，合理确定系统功能，提高可靠性，提高经济性，保证安全性。确定系统功能时，应遵循保证基本功能、满足使用功能、剔除多余功能、增添新颖功能、恰到好处地利用外观功能的原则，降低实现成本，提高功能价值，力求使产品达到尽善尽美的境地。
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第三章 坡梯的结构设计
3.1 原有坡梯结构简介
康尼公司原先也有类似的紧急疏散梯，如图3-1所示梯子与地面成约43o左右的倾角，展开后，长度并不能比收拢时有大幅提高，折叠回收后占用纵向空间大，横向空间小，承载能力大。该坡梯展开时，三级踏板相互独立，一节一节的翻转打开，打开速度慢。又该坡梯踏板面为台阶式，限制了乘车人员的疏散速度，不便于紧急情况下人员的奔跑逃生，且一旦逃生时跌倒，很容易发生踩踏事故，让逃生处于尴尬的境地。
图3-1 阶梯式紧急疏散梯
另一种常见的逃生梯为双踏板结构，其结构原理如图3-2所示，在紧急前门打开的同时，坡梯解锁，利用坡梯两侧空气弹簧的弹力将梯子的上踏板弹开，通过安装在下踏板与车体上相连的拉带，将下踏板拉开，与上踏板形成具有一定斜度的坡道，供逃生人员疏散。这种形式的坡梯由两节踏板组成，占用空间小，操作方便，但该种坡梯要求列车的紧急前门于车厢的底板所成角度接近90度，车头的形状对其有较大影响，且对列车前方的视线有一定影响，不适合北京四号线的要求。
第三种为紧急前门向车端前部翻开，其工作原理如图3-3所示，车门与坡梯做成一个整体，车门自动形成疏散坡道，由于这种形式的坡梯直接被安装在门上，故回收后占用空间小，释放动作操作方便，但由于坡梯的存在，将导致无法在列车的前后端门上安装玻璃，影响视野。
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图3-2双踏板式坡梯
图3-3
门板式坡梯
3.2 紧急疏散梯结构分析 3.2.1 原有数据分析
由于北京4号线的车头唯一有较大弧度的曲面，其大体结构如图3-4所示：其头部外轮廓纵向弯曲一定角度，且有采光要求，故原先所拥有的几种坡梯均不能满足其要求，需重新设计。
将图3-4中的数据简化为示意图，如图3-5所示：车厢底板距地面距离为1m，坡梯完全展开后与地面成约18o的角度，角度可有所适当增加，但最大不得超过22o，展开后的坡梯底端不得与地铁导轨面接触，且距导轨的竖直距离应尽量保持在100mm以内。坡梯的安装支架距车厢边600mm。坡梯回收后其活动部分所占空间应保持在350×650×1320mm的空间内，且在司机室内可通过一个控制手柄可以方便的实现解锁、打开、关闭或锁住等操作。
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L小于 图3-5 坡梯原始数据分析图
由以上原始数据图及计算可知：坡梯放下后，其长度约是收拢后高度的3倍。故经初步分析后，可采用三级踏板折叠的形式进行设计。
3.2.2 形态学矩阵
实现一项功能往往可以采用多种不同的功能载体。为了获得满意的总体方案，应寻找能实现功能结构中的每一项分功能或功能单元的合适的功能载体。功能载体的不同组合将得到不同的总体方案。利用形态学方法建立形态学矩阵，对于开拓思路、探求科学的创新方案是有效的。
形态学矩阵中将系统的各个分功能或功能元作为目标标记，分功能或功能元的各种解法列为目标特征。在本课题的研究中，其主要功能有：坡梯的下放、同步以及回收等，可建立形态学矩阵如表3-1所示：
对形态学矩阵中的每一个分功能进行一个简易评价，尽量找出它们的优点，从系统的观点出发，给每一个分功能打一个综合分，最终选择时，挑选分数高者的各方案进行组合。如有分数一样者，再通过其他角度进行进一步比较，选出方案较优者。
通过形态学矩阵的建立，我们可以在较短的时间内，寻找出相对比较优秀的方案，节约了大量的设计时间。
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表3-1 形态学矩阵 分功能 解法/评价 1 齿轮传动 2 3 4 带传动 5 得分：1 得分：3 链轮传动 得分：2 支杆传动 得分：5 齿轮双摇杆 得分：2 可保持同步传动，结构简单，按装维齿轮加工成本较高，由传动平稳，传动精度高，加工成本高，质传动精度低，成本相护方便，生产成本于梯子的转动角度较A下放的传动 量大 对齿轮较低，但传动低，传动精度高 功率大时易产生跳齿 现象，使传动失去平 稳。 大，在梯子的两个极限位置摇杆的手里较大，且梯子不易放到位。 生产成本低，传动精度低，易打滑，不适宜安全要求较高的同步传动 四边形结构 得分：5 齿轮传动 得分：2 链条传动 得分：3 生产成本低，能够较好地实现同步展开 B同步传动 带传动 得分：1 滑轮—绳传动 得分：4 生产成本低，传动精度传动精度低，成本 高，能够很好的保持踏能够很好的、精确地不高，但传动功率实现同步展开，但生大时易产生跳齿现生产成本低，传动精度板展开的同步，结构复产成本高，需要的齿象，使传动失去平低，易打滑，同步性差。 杂，安装调试复杂。 轮个数多，且质量大。 稳，不能够有效地保证传动的同步性。 - 13 -
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分功能 解法/评价 1 2 得分：2 3 侧板上方上下锁 得分：3 4 5 侧板旁上下锁 得分：2 侧板旁左右锁 使侧板所占空间的宽度增使侧板所占空间的宽度进一宜用于侧板较宽时使用，对板杆轴无影响，但回收时易产生干涉。 C锁紧加，增加了板杆轴的长度，步增加，适宜于侧板较窄时使用。 机构 降低了梯子的左右平稳性。适宜于侧板较窄时使用。 普通碳钢 D侧支撑强度生产成本较低，安装维护要求 方便，质量大。 2mm不锈钢钢板 得分：1 E踏板强度要生产成本低，安装维护方求 便，质量大，强度高。 生产成本相对普通碳钢较高，安装维护方便，质量轻，强度高。 生产成本相对普通碳钢较高，安装维护方便，质量轻，体积大。 铝蜂窝 得分：2 得分：2 硬铝 得分：2 - 14 -
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分功能 解法/评价 1 棘轮拉带装置 得分：3 人工手推 2 得分：1 3 棘轮齿轮机构 得分：2 4 5 生产方便，转矩较大，回需三人以上协同操作，有一定收时需较大的力量。 F回收 的安全隐患。 生产成本不高，转矩小，回收时旋转圈数多。 钢丝绳 G拉带材料 得分：1 尼龙宽带 得分：2 强度高，直径细，属不燃强度高，宽度大，属阻燃 材料，但易产生毛刺，不材料，手感好，可作为扶手，宜用作扶手，多股在一起且大量缠绕在一起时不宜打时易打结。 结，但弹性较大。 注：下放传动是指整个坡梯绕支点的转动；同步传动是指三级踏板能够同时展开的运动。
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南京工程学院毕业设计说明书（论文）
参考文献
【1】、柳秉毅.材料成形基础.北京：高等教育出版社，2005.5 【2】、朱理.机械原理.北京：高等教育出版社，2004.4 【3】、徐锦康.机械设计.北京：高等教育出版社，2004.4 【4】、机械设计手册（新版）.北京：机械工业出版社，2004.8
【5】、王启义.中国机械设计大典（第四卷）.南昌：江西科学技术出版社，
2002.1
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profiles,part2:Mechanical properties,Europ?isches Komitee für Normung,1997,03,10
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【12】、苏翼林.材料力学.天津：天津大学材料力学教研室
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南京工程学院毕业设计说明书（论文）
致 谢
经过几个月的努力，我的毕业设计已经完成了，虽然这个过程是漫长和枯燥的，但是到头来有一种满足的感觉，看到自己的作品，心中充满了欣慰。
本篇论文的完成，首先感谢母校——南京工程学院的辛勤培育之恩。其次感谢南京康尼机电新技术有限公司给我提供了很好的设计环境，使我学到了许多新的、在课本上接触不到的知识。
本次毕业设计主要是在单玉兵工程师（康尼公司门系统设计部部长）、戴祖信高级工程师的指导下完成的。他们丰富的产品设计经验，先进的管理方法使我受益非浅。衷心感谢他们对我毕业设计的关怀。
虽然不是在学校做的毕业设计，但是还要衷心的感谢毛炳秋副老师（南京工程学院副教授）和我的班主任李钢老师，他们对我的毕业设计（图纸、论文等）的格式进一步的把关，以符合学校的要求。
另外还要感谢贡智兵博士（康尼公司机械设计师）、以及其他相关人员,他们在我设计过程中提供了很多帮助。
感谢我的父母对我读大学的大力支持！ 感谢那些所有给予我帮助和快乐的朋友们！
徐海市
2007年6月于南京康尼公司
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