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I 摘 要 隨著城市的發(fā)展，越來越多的公交車被用于城市交通線路上，為了能讓乘 客在發(fā)生危險是能即使的逃離封閉的汽車，一種小巧輕便的汽車玻璃安全錘被 廣泛的用在公交車。但是，這種傳統(tǒng)的安全錘因為小巧方便，容易拿取，很容 易被人順手牽羊?，F(xiàn)今人們對安全問題越來越重視。汽車做為人們出行的交通 工具更是被廣泛關(guān)注。而安全錘的發(fā)展變的越來越多樣化。從傳統(tǒng)的手動使用 到現(xiàn)在的自動擊打。從原理的簡單機(jī)械式到現(xiàn)在的氣動式、液壓式、電磁式、 爆破式、和復(fù)雜的機(jī)械式。 本設(shè)計的安全錘采用氣動式，利用公交車現(xiàn)有的氣源做動力，并且將安全 錘固定于安全玻璃窗的最佳著力點。該安全錘解決了傳統(tǒng)安全錘容易丟失、打 擊的著力點不準(zhǔn)、打擊困難等缺陷，操作簡單只需駕駛員按下電磁閥開關(guān)按鈕 便自動擊碎安全玻璃，以便乘客及時逃生。 關(guān)鍵詞：安全玻璃、安全錘、空氣動力 II Abstract As 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 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 traditional 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. 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: safety glass, safety hammer, aerodynamic III 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................I ABSTRACT ..................................................................................................................II 第一章 緒 論 ..............................................................................................................1 1.1 課題來源背景 ......................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 ..............................................................................................3 第二章 鋼化玻璃特點分析 ..........................................................................................5 2.1 鋼化玻璃的種類 ..................................................................................................5 2.2 鋼化玻璃的應(yīng)用范圍 ..........................................................................................5 2.3 鋼化玻璃的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 ..........................................................................................5 2.4 鋼化玻璃優(yōu)缺點 ..................................................................................................6 2.4.1 鋼化玻璃的優(yōu)點 ............................................................................................6 2.4.2 鋼化玻璃的缺點 ............................................................................................6 2.5 應(yīng)急方法 ..............................................................................................................7 2.6 未來發(fā)展 ..............................................................................................................8 第三章 方案論證 ..........................................................................................................9 3.1 課題要求 ............................................................................................................9 3.2 方案一：傳統(tǒng)機(jī)械式安全錘 ............................................................................9 3.2.1 方案說明 ........................................................................................................9 3.2.2 可行性分析 ....................................................................................................9 3.3 方案二：炸藥動力源式安全錘 ......................................................................10 3.3.1 方案說明 ......................................................................................................10 3.2.2 可行性分析 ..................................................................................................10 3.4 方案三：彈簧動力源式安全錘 ......................................................................11 3.4.1 方案說明 ......................................................................................................11 3.4.2 可行性分析 ..................................................................................................11 3.5 方案四：空氣動力源式安全錘 ......................................................................12 3.5.1 方案說明 ......................................................................................................12 3.5.2 可行性分析 ..................................................................................................12 IV 第四章 安全錘的設(shè)計 ................................................................................................14 4.1 車窗的載荷計算 ................................................................................................14 4.1.1 車窗玻璃的應(yīng)力 .........................................................................................14 4.1.2 車窗的破碎要求 ..........................................................................................14 4.2 安全錘設(shè)計計算 ................................................................................................15 4.3 安全錘結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................................................16 第 五 章 氣動動力系統(tǒng)的設(shè)計 ................................................................................17 5.1 氣壓傳動概述 ....................................................................................................17 5.1.1 氣壓傳動的組成及工作原理 ......................................................................17 5.1.2 氣壓傳動的優(yōu)缺點 ......................................................................................17 5.2 氣動系統(tǒng)元件的選擇 ........................................................................................19 5.2.1 公交車氣源的特點 ......................................................................................19 5.2.2 控制元件的選擇 ..........................................................................................19 5.2.3 確定管道直徑 ..............................................................................................20 5.2.4 驗算壓力損失 ..............................................................................................20 5.3 氣動原理圖 ........................................................................................................24 結(jié) 語 ............................................................................................................................25 致 謝 ............................................................................................................................26 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................27 1 第一章 緒 論 1.1 課題來源背景 每當(dāng)乘坐公交車時，都可以看到車上配有安全錘。安全錘，是一種封閉艙 室里的輔助逃生工具。它一般安裝于汽車等封閉艙室內(nèi)容易取到的地方，在發(fā) 生車內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)或汽車落入水中等緊急情況下，可以方便取出并砸碎玻璃窗門 以順利逃生。汽車安全玻璃分為夾層玻璃、鋼化玻璃和區(qū)域鋼化玻璃三種。汽 車前擋風(fēng)玻璃普遍采用安全性更好的夾層玻璃，除前擋風(fēng)之外，汽車玻璃均為 鋼化玻璃。 鋼化玻璃又稱強(qiáng)化玻璃。加熱到一定溫度后迅速冷卻的方法，或是化學(xué)方 法進(jìn)行特殊處理的玻璃。它的特性是強(qiáng)度高，其抗彎曲強(qiáng)度、耐沖擊強(qiáng)度比普 通平板玻璃高 3~5 倍。安全性能好，有均勻的內(nèi)應(yīng)力，呈網(wǎng)狀裂紋。主要用于 門窗、間隔墻和櫥柜。鋼化玻璃還在耐酸、耐堿。 鋼化玻璃又稱強(qiáng)化玻璃。加熱到一定溫度后迅速冷卻的方法，或是化學(xué)方 法進(jìn)行特殊處理的玻璃。它的特性是強(qiáng)度高，其抗彎曲強(qiáng)度、耐沖擊強(qiáng)度比普 通平板玻璃高 3~5 倍。安全性能好，有均勻的內(nèi)應(yīng)力，呈網(wǎng)狀裂紋。主要用于 門窗、間隔墻和櫥柜。玻璃還在耐酸、耐堿。 隨著城市的不斷發(fā)展，人口的膨脹，以及公交優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略的推行，越來 越多的人選擇公共交通出行。而公共交通工具上人員眾多，空間狹窄擁擠，出 口較小，存在著較多的安全隱患。普通的用于公交車上的輔助逃生工具安全錘 容易被盜，安全錘在使用時存在空間限制問題，且緊急情況下，乘客很難在短 時間內(nèi)拿到安全錘并找到合適擊打點正確使用。 現(xiàn)在都市中公共交通已經(jīng)成為人們出行的重要方式，大巴，地鐵，高速列 車，先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)，大多采用密閉空調(diào)技術(shù)，在為人們的出行提供舒適 和便利同時，也留下了巨大的安全隱患，由于密封的公交車出口有限，在意外 發(fā)生時，慌亂的乘客很難快速撤離，雖然大部分公交車上都裝有用于意外發(fā)生 時擊碎玻璃的安全錘，但乘客往往驚慌失措而找不到安全錘，現(xiàn)在實際應(yīng)用中 更容易出現(xiàn)各種司機(jī)無法控制的情況，由于這種安全錘多采用全場開設(shè)的擺設(shè)， 2 但容易丟失，因而在意外發(fā)生時，人們無法及時敲碎車窗，嚴(yán)重影響了乘客的 逃生最佳時機(jī)。 據(jù)不完全統(tǒng)計，自有汽車以來全世界死于道路交通事故的人數(shù)為 3600 多萬 人，比第二次世界大戰(zhàn)死亡的人數(shù)還多，造成的財務(wù)損失也十分巨大，以美國 為例，1994 年因汽車交通事故死亡的人數(shù)達(dá) 43536 人，約占各種事故造成的死 亡人數(shù)總數(shù)的一半。我國的交通事故隨汽車逐年增加基本呈震蕩上升態(tài)勢，70 年代起增長速度明顯加快近年來，由于汽車擁有量的快速增長，交通事故的增 幅更大，后果更為嚴(yán)重。1997 年全國共發(fā)生交通事故 304217 起，死亡 73861 人，受傷 190128 人，直接經(jīng)濟(jì)損失 19．0l 億元。1998 年事故 346129 起，死 78067 人，傷 222721 人，損失 19．29 億元。1999 年事故 412860 起，死 83529 人，傷 286080 人，直接經(jīng)濟(jì)損失 21．24 億元。與改革開放初的 1978 年相比 1999 年事故次數(shù)為 3．85 倍，死亡人數(shù)為 4．37 倍，受傷人數(shù)為 3．70 倍，直 接經(jīng)濟(jì)損失為 37．93 倍。由于道路所處環(huán)境和自身技術(shù)條件的不同，交通事故 表現(xiàn)出不同的事故形態(tài)特點。進(jìn)入 80 年代，我國的汽車安全性問題開始變得十 分嚴(yán)峻，與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的交通事故發(fā)生率，單位公里死亡人數(shù)等， 相對數(shù)據(jù)均高出了一個數(shù)量級，汽車安全水平甚至落后于許多發(fā)展中國家。汽 車安全已經(jīng)成為阻礙我國交通運輸業(yè)和汽車工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的因素之一。 該作品的設(shè)計背景是源于傳統(tǒng)安全錘的不可靠性與易丟失性，其目的在于設(shè) 計出可以實現(xiàn)自動有效擊打破碎玻璃的新型自動安全錘，使得在緊急情況下， 使破窗的工作由人手揮動擊打變?yōu)樽顑?yōu)點固定自動擊打，能夠定點、自動、快 速的擊破玻璃，使人員迅速逃離危險現(xiàn)場。 3 1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 隨著城市的不斷發(fā)展，人口的膨脹，以及公交優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略的推行，為了 在發(fā)生危險時能讓乘客迅速破窗逃生，在公交的適當(dāng)?shù)胤蕉寂渲昧税踩N。當(dāng) 前配備的安全錘基本上是一樣的，這種傳統(tǒng)型安全錘小巧輕便，易于摘取，很 容易被一些人順手牽羊。經(jīng)常出現(xiàn)剛裝好幾天就全部“消失”的狀況。 2009 年 6 月成都的公交車燃燒事件就有力證明了傳統(tǒng)安全錘防盜方面的缺 陷。為解決傳統(tǒng)安全錘易丟失的問題，寧波龍格爾儀表有限公司設(shè)計了 DSC 智 能防盜逃生錘，本逃生錘具有聲光報警功能，其在支架上正常固定放置時報警 功能關(guān)閉，當(dāng)逃生錘脫離支架時，逃生錘被觸發(fā)發(fā)出聲光同步報警，只有將逃 生錘重新放回支架，報警才會停止。這樣，及時的提醒和制止了人為的誤動， 起到了防丟失的作用，但其本質(zhì)仍是人手用力揮動安全錘敲打玻璃，當(dāng)緊急情 況出現(xiàn)時，由于乘客情緒緊張，心情急躁，很難在短時間內(nèi)拿到安全錘并找到 合適擊打點正確使用。 同時，如遇翻車等事故，乘客活動受到空間的限制，特別是一些老弱病殘 人群，更不容易施力揮動錘子，則安全錘也很難有效使用。目前在國內(nèi)有兩種 非人手揮動的安全錘，一種是當(dāng)前安裝在成都 650 路公交車上的一種新型環(huán)保 錘，它采用“嵌入式”設(shè)計，改變了安全錘的安裝位置和擊打方式。車窗右上 角有一個紅色按鈕，按鈕里面是安全錘。遇到危險的時候，順時針旋轉(zhuǎn)環(huán)保錘 90 度，然后掌擊環(huán)保錘，通過里面設(shè)置的高強(qiáng)度硬質(zhì)合金，就能破碎玻璃逃生。 另一種是杭州公交集團(tuán)退休職工吳寶發(fā)研制的一種新型彈力逃生錘。它比 可樂罐略小， “罐”里有壓縮彈簧與撞錘， “罐”外有拉環(huán)和封蓋。在緊急情況 下，人只要揭開封蓋，拉動拉環(huán)，壓縮彈簧就會驅(qū)動撞錘，擊碎玻璃。它可以 安裝在車窗邊緣，通過擊打鋼化玻璃的應(yīng)力點打碎整幅玻璃。這種固定在上面 的安全錘不易取走，可以避免傳統(tǒng)安全錘因為丟失造成無法應(yīng)急的問題。 本產(chǎn)品的設(shè)計目的是為了在汽車發(fā)生事故時，在乘客不能順利的從汽車逃離 的情況下所設(shè)計的，通過自動擊破車窗，使人員安全迅速的逃離危險現(xiàn)場。 通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今公交車上所配備的安全錘是一種小巧、輕便的安全錘， 該安全錘雖使用廣泛，但存在的很大的缺陷。因為小巧方便，容易拿取，很容 4 易被人順手牽羊。因此，經(jīng)常出現(xiàn)丟失現(xiàn)象。而且，經(jīng)實驗這種安全錘并不容 易敲碎車窗，需要成年人全力多次擊打同一點才能擊碎車窗。不能使乘客在第 一時間就逃離危險現(xiàn)場。所以研究出能夠定點、自動、快速的擊碎玻璃的安全 錘就變的非常重要。 隨著城市的發(fā)展，越來越多的公交車被用于城市交通線路上，為了能讓乘 客在發(fā)生危險是能即使的逃離封閉的汽車，一種小巧.輕便的汽車玻璃安全錘被 廣泛的用在公交車。但是，這種傳統(tǒng)的安全錘因為小巧方便，容易拿取，很容 易被人順手牽羊。因此，經(jīng)常出現(xiàn)丟失現(xiàn)象。 2009 年 6 月成都的公交車燃燒事件，2012 年 7 月的北京“洪水事件”就 證明了傳統(tǒng)安全錘防盜方面的陷。為解決這種事情，寧波龍格爾儀表有限公司 設(shè)計了 DSC 智能防盜逃生錘，本逃生錘具有聲光報警功能，其在支架上正常固 定放置時報警功能關(guān)閉，當(dāng)逃生錘脫離支架時，逃生錘被觸發(fā)發(fā)出聲光同步報 警，只有將逃生錘重新放回支架，報警才會停止。這樣，及時的提醒和制止了 人為的誤動，起到了防丟失的作用，但其本質(zhì)仍是人手用力揮動安全錘敲打玻 璃，當(dāng)緊急情況出現(xiàn)時，由于乘客情緒緊張，心情急躁，很難在短時間內(nèi)拿到 安全錘并找到合適擊打點正確使用。 另一種是杭州公交集團(tuán)退休職工吳寶發(fā)研制的一種新型彈力逃生錘。它比 可樂罐略小， “罐”里有壓縮彈簧與撞錘， “罐”外有拉環(huán)和封蓋。在緊急情況 下，人只要揭開封蓋，拉動拉環(huán)，壓縮彈簧就會驅(qū)動撞錘，擊碎玻璃。它可以 安裝在車窗邊緣，通過擊打鋼化玻璃的應(yīng)力點打碎整幅玻璃。這種固定在上面 的安全錘不易取走，可以避免傳統(tǒng)安全錘因為丟失造成無法應(yīng)急的問題。而 2011 年 4 月河北科大老師王軍發(fā)明的新型汽車玻璃安全錘我個人認(rèn)為是最好的， 因為它比傳統(tǒng)的安全錘還小巧，可以當(dāng)作裝飾物乖在車能，且結(jié)構(gòu)簡單，不易 出現(xiàn)意外事情。 現(xiàn)今人們對安全問題越來越重視。汽車做為人們出行的交通工具更是被廣 泛關(guān)注。而安全錘的發(fā)展變的越來越多樣化。從傳統(tǒng)的手動使用到現(xiàn)在的自動 擊打。從原理的簡單機(jī)械式到現(xiàn)在的氣動式、液壓式、電磁式、爆破式、和復(fù) 雜的機(jī)械式。甚至在外國有些安全錘所擊碎的也不在是車窗玻璃，而是破壞固 定車窗玻璃的固定結(jié)構(gòu)，使車窗玻璃能夠整體掉落。所以，預(yù)測以后的安全錘 5 并不只是擊碎車窗玻璃，它會向著多樣化發(fā)展。 第二章 鋼化玻璃特點分析 2.1 鋼化玻璃的種類 鋼化玻璃按形狀分為平面鋼化玻璃和曲面鋼化玻璃。平面鋼化玻璃厚度有 3.4、5、6、8、10、12、15、19mm 八種；曲面鋼化玻璃厚度也有 3.4、5、6、8、10、12、15、19mm 八種。但曲面(即彎鋼化)鋼化玻璃對每種厚 度都有個最大的弧度限制。即平常所說的 R R 為半徑》 鋼化玻璃按其外 觀 分為：平鋼化 ，彎鋼化 。 2.2 鋼化玻璃的應(yīng)用范圍 隨著產(chǎn)品的種類及加工技術(shù)的不斷更新，現(xiàn)在鋼化玻璃的應(yīng)用范圍也隨之 變的越來越廣泛。通常鋼化玻璃可以應(yīng)用在以下幾個行業(yè)： 1）建筑，建筑模板,裝飾行業(yè)（例：門窗、幕 墻 、室內(nèi)裝修等） 2）家具制造行業(yè)（玻璃茶幾、家具配套等） 3）家電制造行業(yè)（電視機(jī)、烤箱、空 調(diào) 、冰箱等產(chǎn)品） 4）電子、儀表行業(yè)（手機(jī)、MP3、MP4 、鐘表等多種數(shù)碼產(chǎn)品） 5）汽車制造行業(yè)（汽車風(fēng)擋玻璃等） 6）日用制品行業(yè)（玻璃菜板等） 7）特種行業(yè)（軍工用玻璃） 由于鋼化玻璃破碎后，碎片會破成均勻的小顆粒并且沒有普遍玻璃刀狀的 尖角，從而被稱為安全玻璃而廣泛用于汽車、室內(nèi)裝飾之中，以及高樓層對外 開啟的窗戶。 2.3 鋼化玻璃的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 ① 平鋼化玻璃加工規(guī)格：加工厚度：3~19mm 最大尺寸： 3300mm×14000 mm 最小尺寸：80 mm×50mm ② 彎鋼化玻璃加工規(guī)格：加工厚度：3~19mm ；最大尺寸：2440 mm×5000mm ；最小尺寸： 600mm×400mm；最小曲率半徑：300mm，質(zhì)量： 6 符合 GB15763.2-2005 中 國 國家標(biāo)準(zhǔn)。 2.4 鋼化玻璃優(yōu)缺點 2.4.1 鋼化玻璃的優(yōu)點 1.強(qiáng)度較之普通玻璃提高數(shù)倍，抗彎。同等厚度的鋼化玻璃抗沖擊強(qiáng)度是 普通玻璃的 3～5 倍，抗彎強(qiáng)度是普通玻璃的 3～5 倍。 2.使用安全，其承載能力增大改善了易碎性質(zhì)，即使鋼化玻璃破壞也呈無 銳角的小碎片，對人體的傷害極大地降低了. ；鋼化玻璃的耐急冷急熱性質(zhì)較 之普通玻璃有 3~5 倍的提高，一般可承受 250 度以上的溫差變化，對防止熱炸 裂有明顯的效果。是安全玻璃中的一種。為保障高層建筑提供合格材料安全性 作保障。 3.熱 穩(wěn) 定 性 好 。 鋼化玻璃具有良好的熱 穩(wěn) 定 性 ，能承受的溫差是普通玻璃 的3倍，可承受200℃的溫差變化。用途：平鋼化、彎鋼化玻璃屬于安 全 玻 璃 。 廣泛應(yīng)用于高層建筑門窗、玻 璃 幕 墻 、室 內(nèi) 隔 斷 玻璃、采光頂棚、觀光電梯通 道、家 具 、玻璃護(hù)欄等。 2.4.2 鋼化玻璃的缺點 1.鋼化后的玻璃不能再進(jìn)行切割，和加工，只能在鋼化前就對玻璃進(jìn)行加 工至需要的形狀，再進(jìn)行鋼化處理。 2.鋼化玻璃強(qiáng)度雖然比普通玻璃強(qiáng)，但是鋼化玻璃在溫差變化大時有自爆 （自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。 鋼化玻璃在無直接機(jī)械外力作用下發(fā)生的自動性炸裂叫做鋼化玻璃的自爆。 自爆是鋼化玻璃固有的特 性 之一。產(chǎn)生自爆的原因很多，簡單地歸納以下幾種： ①玻璃質(zhì) 量 缺 陷 的影響 A．玻璃中有結(jié)石、雜質(zhì)：玻璃中有雜質(zhì)是鋼化玻璃的薄弱點，也是應(yīng)力 集中處。特別是結(jié)石若處在鋼化玻璃的張應(yīng)力區(qū)是導(dǎo)致炸裂的重要因素。結(jié)石 存在于玻璃中，與玻璃體有著不同的膨脹系數(shù)。玻 璃 鋼 化后結(jié)石周圍裂紋區(qū)域 的應(yīng)力集中成倍地增加。當(dāng)結(jié)石膨脹系數(shù)小于玻璃，結(jié)石周圍的切向應(yīng)力處于 7 受拉狀態(tài)。伴隨結(jié)石而存在的裂紋擴(kuò)展極易發(fā)生。 B．玻璃中含有硫化鎳結(jié)晶物，硫化鎳夾雜物一般以結(jié)晶的小球體存在， 直徑在 0.1—2㎜。外表呈金屬狀，這些雜夾物是 NI3S2，NI7S6 和 NI—XS，其 中 X=0—0.07。只有 NI1—XS 相是造成鋼化玻璃自發(fā)炸碎的主要原因。 已 知理論上的 NIS 在 379。C 時有一相變過程，從高溫狀態(tài)的 a—NIS 六方晶系轉(zhuǎn) 變?yōu)榈蜏貭顟B(tài) B—NI 三 方 晶 系 過程中，伴隨出現(xiàn) 2.38%的體積膨脹。這一結(jié)構(gòu) 在室溫時保存下來。如果以后玻璃受熱就可能迅速出現(xiàn) a—B 態(tài)轉(zhuǎn)變。如果這些 雜物在鋼化玻璃受張應(yīng)力的內(nèi)部，則體積膨脹會引起自發(fā)炸裂。如果室溫時存 在 a—NIS，經(jīng)過數(shù)年、數(shù)月也會慢慢轉(zhuǎn)變到 B 態(tài)，在這一相變過程中體積緩慢 增大未必造成內(nèi)部破裂。 C．玻璃表面因加工過程或操作不當(dāng)造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺陷， 易造成應(yīng)力集中或?qū)е落摶Ａё员?②鋼化玻璃中應(yīng)力分布不均勻、偏移，玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方 向產(chǎn)生的溫度梯度不均勻、不對稱。使鋼化制品有自爆的趨向，有的在激冷時 就產(chǎn)生“風(fēng)爆 ”。如果張應(yīng)力區(qū)偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則鋼化玻璃 形成自爆。 ③鋼化程度的影響，實驗證明，當(dāng)鋼化程度提高到 1 級/㎝時自爆數(shù)達(dá) 20—25%。由此可見應(yīng)力越大鋼化程度越高，自爆量也越大。 3.鋼化玻璃的表面會存在凹凸不平現(xiàn)象，有輕微的厚度變薄。變薄的原因 是因為玻璃在熱熔軟化后，在經(jīng)過強(qiáng)風(fēng)力使其快速冷卻，使其玻璃內(nèi)部晶體間 隙變小，壓力變大，所以玻璃在鋼化后要比在鋼化前要薄。一般情況下 4-6MM 玻璃在鋼化后變薄 0.2-0.8MM，8-20MM 玻璃在鋼化后變薄 0.9-1.8MM。具體程 度要根據(jù)設(shè)備的來決定，這也是鋼化玻璃不能做鏡面的原因。 2.5 應(yīng)急方法 安全捶：一種封閉艙室里的輔助逃生工具。它一般安裝于于汽車等封閉艙 室內(nèi)容易取到的地方，在發(fā)生車內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)或汽車落入水中等緊急情況下，可 以方便取出并砸碎玻璃窗門以順利逃生。 用途：主要用于緊急情況下敲碎玻璃逃生用錘子敲擊玻璃手柄尾部刀片用 8 于割斷安全帶逃生。 范圍：主要用于大巴、客運車輛、火車等車輛配置。使用方法：安全錘主 要是利用其圓錐形的尖端，由于尖頭的接觸面積很小，因此當(dāng)用錘砸玻璃時， 該接觸點對玻璃的壓強(qiáng)（不是壓力，而是單位面積上的壓力）相當(dāng)大，這個跟 圖釘?shù)脑碛悬c相似，膜很容易就被刺破，且使車玻璃在該點受到很大的外作 用力而產(chǎn)生輕微開裂，而對于鋼化玻璃而言，一點點的開裂就意味著整塊玻璃 內(nèi)部的應(yīng)力分布受到了破壞，從而在瞬間產(chǎn)生無數(shù)蜘蛛網(wǎng)狀裂紋，此時只要輕 輕的用錘子再砸?guī)紫戮湍軐⒉Ａ槠宄?。另外，鋼化玻璃的中間部分是最 牢固的，四角和邊緣是最薄弱的。最好的辦法是用安全錘敲打玻璃的邊緣和四 角，尤其是玻璃上方邊緣最中間的地方，一旦玻璃有了裂痕，就很容易將整塊 玻璃砸碎。 2.6 未來發(fā)展 居民消費結(jié)構(gòu)升級、鼓勵企業(yè)自主創(chuàng)新、新 農(nóng) 村 建 設(shè) 和城鎮(zhèn)化進(jìn)程等 都將保證國內(nèi)市場對玻璃產(chǎn)品的中長期需求增長趨勢不變。隨著建筑、汽車、 裝飾裝修、家具、信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)等行業(yè)的發(fā)展和人們對生活空間環(huán)境要求的提 高，安全玻 璃 、節(jié)能中 空 玻 璃 等功能性加工產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。平板玻璃的供 求格局和消費結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化。 玻璃行業(yè)的發(fā)展與國 民 經(jīng) 濟(jì) 的許多行 業(yè)都存在著聯(lián)系，玻璃行業(yè)對推動整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都起著積極作用。因此 “十一五”規(guī)劃中也對玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了具體要求。也頒布了各項法律法規(guī) 來規(guī)范玻璃行業(yè)的健康發(fā)展。在新的形勢下，玻璃工業(yè)必須按照科學(xué)發(fā)展觀的 要求，轉(zhuǎn)變增長方式，有效調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，才能促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。 9 第三章 方案論證 3.1 課題要求 現(xiàn)今人們對安全問題越來越重視。汽車做為人們出行的交通工具更是被廣 泛關(guān)注。而安全錘的發(fā)展變的越來越多樣化。從傳統(tǒng)的手動使用到現(xiàn)在的自動 擊打。從原理的簡單機(jī)械式到現(xiàn)在的氣動式、液壓式、電磁式、爆破式、和復(fù) 雜的機(jī)械式。甚至在外國有些安全錘所擊碎的也不在是車窗玻璃，而是破壞固 定車窗玻璃的固定結(jié)構(gòu)，使車窗玻璃能夠整體掉落。所以，預(yù)測以后的安全錘 并不只是擊碎車窗玻璃，它會向著多樣化發(fā)展。如汽車車門整體破壞，汽車車 頂破壞等多樣化發(fā)展。 1、操作簡單，適用 2、安裝方便，適用于各種車輛 3、1 秒鐘能夠擊碎 5mm 厚度的鋼化玻璃。 4、對周圍不能產(chǎn)生二次傷害。 3.2 方案一：傳統(tǒng)機(jī)械式安全錘 3.2.1 方案說明 傳統(tǒng)的機(jī)械式安全錘當(dāng)基本上是一樣的，由尖銳的金屬垂頭加手柄組成， 通常放置在車窗旁邊。 方案一為傳統(tǒng)的機(jī)械式安全錘如圖 3.1 10 圖 3.1 傳統(tǒng)機(jī)械式安全錘 3.2.2 可行性分析 這種傳統(tǒng)型安全錘小巧輕便，易于摘取，但很容易被一些人順手牽羊。經(jīng) 常出現(xiàn)剛裝好幾天就全部“消失”的狀況。而且，經(jīng)實驗這種安全錘并不容易 敲碎車窗，需要成年人全力多次擊打同一點才能擊碎車窗。不能使乘客在第一 時間就逃離危險現(xiàn)場。 3.3 方案二：炸藥動力源式安全錘 3.3.1 方案說明 方案二為利用火藥在密閉的空間內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生巨大的熱能，從而使 殼體內(nèi)的空氣受熱膨脹，壓強(qiáng)增大，推動打擊桿打擊玻璃。整體示意圖如圖 3.2 （1）打開控制開關(guān) 7，線路通電，使底火 5 后面的高電阻金屬發(fā)熱 （2）產(chǎn)生的熱引燃底火里的藥劑，藥劑被引燃后，會使載藥殼 8 里的火 藥 4 引燃 （3）火藥 4 的燃燒會使載藥殼 4 內(nèi)的空氣膨脹，產(chǎn)生巨大的壓力，壓力 會推動擊打桿 3 沿著殼體 2 內(nèi)部通道快速向前移動 （4）擊打桿 3 的尖端部分會沖擊玻璃，通過強(qiáng)大的沖擊力將玻璃擊碎。 （5）彈性擋板 1 的緩沖作用不會使擊打桿飛射出去造成二次傷害。 1-擋板 2-殼體 3-擊打桿 4-火藥 5-底火 6-電線 7-控制開關(guān) 8-載藥殼 圖 3.2 炸藥動力源式安全錘 3.2.2 可行性分析 11 本產(chǎn)品利用的原理是火藥在密閉的空間內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生巨大的熱能， 從而使殼體內(nèi)的空氣受熱膨脹，壓強(qiáng)增大，推動打擊桿打擊玻璃。因為火藥不 需要空氣就可燃燒產(chǎn)生氣體，且火藥燃燒能施放大量的氣體，燃燒的瞬間溫度 能達(dá)到 1000。 C 以上，能在短時間內(nèi)使密閉容器內(nèi)的壓強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外界壓強(qiáng)， 產(chǎn)生巨大的壓力從而推動打擊桿打擊玻璃。 但是該爆炸能量控制困難，容易對玻璃外側(cè)的行人等造成二次傷害，而且 通常公交車都在市區(qū)行駛，爆炸聲音容易對周圍行人造成恐慌影響市區(qū)秩序。 3.4 方案三：彈簧動力源式安全錘 3.4.1 方案說明 該安全錘利用了彈簧的儲能原理，依靠彈簧提供打擊力。該破窗器主要由 殼體、沖擊桿、壓縮彈簧、啟動拉手四部分組成。通過啟動拉手使壓縮狀態(tài)的 彈簧產(chǎn)生沖擊力，從而帶動沖擊桿完成打擊。示意圖如圖 3.3 圖 3.3 彈簧動力源式安全錘 1—殼 體 2—沖 擊 桿 3—壓 縮 彈 簧 4—螺 栓 5—擋 板 6—拉 手 3.4.2 可行性分析 由于這種車輛應(yīng)急擊碎車窗玻璃的機(jī)構(gòu)的彈力裝置是設(shè)置在車體的上端， 它的發(fā)力運動空間不受限制，當(dāng)意外情況發(fā)生時，車廂內(nèi)的乘客只需伸手將置 于車體內(nèi)的啟動拉手往下拉動，利用彈簧的儲能原理，將車體上端由鎖閉裝置 鎖閉的玻璃沖擊桿，頂起突破其約束區(qū)域，彈發(fā)裝置的強(qiáng)勁彈發(fā)力的此時暴發(fā)， 12 玻璃沖擊桿借力彈起，產(chǎn)生的巨大沖擊力一舉就能將車窗玻璃擊碎。這一過程 的時間將在瞬間完成，從而給車內(nèi)逃生的乘客贏得極為寶貴的時間。因此該機(jī) 構(gòu)具備有優(yōu)異的應(yīng)急安全逃生條件。 但是該裝置占用空間大，且放置與公交車等公共設(shè)施上容易被乘客把啟動 拉手拉動導(dǎo)致不必要的損失。 3.5 方案四：空氣動力源式安全錘 3.5.1 方案說明 該安全錘采用氣動式，利用公交車現(xiàn)有的氣源做動力，并且將其固定于安 全玻璃窗邊上的最佳著力點。當(dāng)發(fā)生危險時駕駛員或乘客只需按下置于駕駛室 內(nèi)的氣 動 電 磁 閥 開 關(guān) 按 鈕 ， 壓 縮 空 氣 便 通 過 管 道 迅 速 進(jìn) 入 活 塞 無 桿 腔 ， 由 于 壓 縮 氣 體 流 速 和 壓 力 均 很 高 ， 因 此 快 速 推 動 沖 擊 活 塞 撞 擊 安 全 玻 璃 ， 安 全 玻 璃 瞬 間 受 到 很 大 沖 擊 ， 應(yīng) 力 層 破 壞 而 擊 碎 。 示意圖如圖 3.4 圖 3.4 彈簧動力源式安全錘 1-玻 璃 窗 框 2-安 全 玻 璃 3-擋 板 4-沖 擊 活 塞 5-殼 體 6-氣 動 電 磁 閥 7-管 路 3.5.2 可行性分析 該安全錘采用氣動式，利用公交車現(xiàn)有的氣源做動力，并且將其固定于安 全玻璃窗的最佳著力點?？蓱?yīng)用在普通公共交通工具、私家車、商場、寫字樓 13 和住宅等地，緊急情況下，使破窗的工作由人手揮動擊打變?yōu)樽顑?yōu)點固定自動 擊打，能夠定點、自動、快速的擊破玻璃，使人員迅速逃離危險現(xiàn)場。不僅解 決了傳統(tǒng)安全錘易丟失問題，而且操作簡單、方便靈活，只需駕駛員按下電磁 閥開關(guān)按鈕便自動擊碎安全玻璃，這一過程的時間將在瞬間完成，從而給車內(nèi) 逃生的乘客贏得極為寶貴的時間。因此該機(jī)構(gòu)具備有優(yōu)異的應(yīng)急安全逃生條件， 并且造價低廉，具有極高的應(yīng)用價值與發(fā)展前景。 因此，本次課題選用此方案。 14 第四章 安全錘的設(shè)計 4.1 車窗的載荷計算 4.1.1 車窗玻璃的應(yīng)力 根據(jù) GB9656-2003《安全玻璃材料的統(tǒng)一規(guī)定》查詢： 表 4.1 鋼化玻璃表面應(yīng)力表 種類 適用部位 試驗后狀態(tài) 風(fēng)窗鋼化玻璃 風(fēng)窗以外 表面壓應(yīng)力≥105 表 4.2 安全玻璃強(qiáng)度值 安全玻璃強(qiáng)度值 玻璃的強(qiáng)度值類型 厚度 大面上的強(qiáng)度 mpa 邊緣強(qiáng)度 mpa 普通玻璃 5 28 19.5 5～12 28.0 19.5 浮法玻璃 15～19 20.0 14.0 5～12 84.0 58.8 鋼化玻璃 15～19 59.0 41.3 夾層玻璃 6～10 21.0 14.7 表 4.3 夾層玻璃及塑玻復(fù)合材料的邊緣應(yīng)力 種類 適用部位 邊緣應(yīng)力/mpa 風(fēng)窗夾層玻璃 塑玻復(fù)合材料 風(fēng)窗以外 邊緣張應(yīng)力≤7 邊緣壓應(yīng)力≥4 根據(jù)上表所述車窗應(yīng)力，車窗玻璃邊緣的張應(yīng)力和壓應(yīng)力比較小，在受力 時變形小脆性比較高，所以車窗破碎器安裝在車窗的玻璃的邊緣地方。 4.1.2 車窗的破碎要求 根據(jù)玻璃破碎器玻璃破碎器的的設(shè)計要求，破碎后的玻璃不能對人體產(chǎn)生 15 二次傷害，由此查詢 GB9656-2003《安全玻璃材料的統(tǒng)一規(guī)定》如圖表 4.4 表 4.4 鋼化玻璃的碎片狀態(tài) 種類 碎片狀態(tài) 鋼化玻璃 1.在任一 50mm×50mm 的正方形內(nèi)，碎片數(shù)不少于 40 塊．但不多于 400 塊。若厚度不大于 3.5mm，則碎片數(shù)在 40 塊以上，450 塊以下； 2.在上述規(guī)定中，橫跨正方形邊部的碎片應(yīng)計作半塊； 3.制品邊緣 20mm 范圍內(nèi)的碎片不作檢查，以沖擊點為圓心半徑 75mm 圓內(nèi)的碎片也不作檢查； 4.除上述第 3 條規(guī)定的部位外，不允許有超過 3mm2的碎片； 5.允許有少量長條形碎片，其長度不超過 75mm，且具端部不是刀 刃狀，延伸至玻璃邊緣的長條形碎片與邊緣形成的角度不得大于 45° 由上表可得車窗玻璃在一個點破碎后，其他地方會沿著這個點延伸破裂， 破碎后的玻璃會粘附在玻璃中間層上，破碎后的玻璃不會對人體產(chǎn)生二次傷害。 4.2 安全錘設(shè)計計算 根據(jù)根據(jù) GB9656-2003 查得打破玻璃需要≥15MPa 的力 即：15MPa=150 公斤 150 公斤=1500N 即，安全錘活塞撞擊玻璃時的沖擊力： （取 ）NF150I/t2???.05s=2t 安全錘活塞撞擊玻璃時的動量變化： sNmv????17.=I11 安全錘活塞撞擊玻璃前瞬間的速度： mIa/3025.t=? 安全錘活塞加速度： Fa1 查有關(guān)參數(shù)，公交車氣源壓力： 0.8MPa~6=0 安全錘活塞推力： 2014P=dA??? 16 安全錘活塞撞擊玻璃前加速時間： ast2=1 安全錘活塞質(zhì)量： g25.0Km? 以上求得： smdassIv ?????? 2011 4P2t/7502.= ? 所以求得： 3.94md? 取安全錘活塞行程 s0 則安全錘活塞直徑 ? 4.3 安全錘結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 4.1 氣動原理圖 1-殼體 2-錘頭 3-擋板 4-螺釘 5-螺釘 6-接頭 17 18 第 五 章 氣動動力系統(tǒng)的設(shè)計 5.1 氣壓傳動概述 5.1.1 氣壓傳動的組成及工作原理 氣 壓 傳 動 ， 是 以 壓 縮 空 氣 為 工 作 介 質(zhì) 進(jìn) 行 能 量 傳 遞 和 信 號 傳 遞 的 一 門 技 術(shù) 。 氣 壓 傳 動 的 工 作 原 理 是 利 用 空 壓 機(jī) 把 電 動 機(jī) 或 其 它 原 動 機(jī) 輸 出 的 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 換 為 空 氣 的 壓 力 能 ， 然 后 在 控 制 元 件 的 作 用 下 ， 通 過 執(zhí) 行 元 件 把 壓 力 能 轉(zhuǎn) 換 為 直 線 運 動 或 回 轉(zhuǎn) 運 動 形 式 的 機(jī) 械 能 ， 從 而 完 成 各 種 動 作 ， 并 對 外 做 功 。 由 此 可 知 ， 氣 壓 傳 動 系 統(tǒng) 和 液 壓 傳 動 系 統(tǒng) 類 似 ， 也 是 由 四 部 分 組 成 的 ， 它 們 是 ： (1)氣 源 裝 置 是 獲 得 壓 縮 空 氣 的 裝 置 。 其 主 體 部 分 是 空 氣 壓 縮 機(jī) ， 它 將 原 動 機(jī) 供 給 的 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 變 為 氣 體 的 壓 力 能 ； (2)控 制 元 件 是 用 來 控 制 壓 縮 空 氣 的 壓 力 、 流 量 和 流 動 方 向 的 ， 以 便 使 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 完 成 預(yù) 定 的 工 作 循 環(huán) ， 它 包 括 各 種 壓 力 控 制 閥 、 流 量 控 制 閥 和 方 向 控 制 閥 等 ； (3)執(zhí) 行 元 件 是 將 氣 體 的 壓 力 能 轉(zhuǎn) 換 成 機(jī) 械 能 的 一 種 能 量 轉(zhuǎn) 換 裝 置 。 它 包 括 實 現(xiàn) 直 線 往 復(fù) 運 動 的 氣 缸 和 實 現(xiàn) 連 續(xù) 回 轉(zhuǎn) 運 動 或 擺 動 的 氣 馬 達(dá) 或 擺 動 馬 在 等 ； (4)輔 助 元 件 是 保 證 壓 縮 空 氣 的 凈 化 、 元 件 的 潤 滑 、 元 件 間 的 連 接 及 消 聲 等 所 必 須 的 ， 它 包 括 過 濾 器 、 油 霧 器 、 管 接 頭 及 消 聲 器 等 。 5.1.2 氣壓傳動的優(yōu)缺點 氣 動 技 術(shù) 在 國 外 發(fā) 展 很 快 ， 在 國 內(nèi) 也 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 機(jī) 械 、 電 子 、 輕 工 、 紡 織 、 食 品 、 醫(yī) 藥 、 包 裝 、 冶 金 、 石 化 、 航 空 、 交 通 運 輸 等 各 個 工 業(yè) 部 門 。 氣 動 機(jī) 械 手 、 組 合 機(jī) 床 、 加 工 中 心 、 生 產(chǎn) 自 動 線 、 自 動 檢 測 和 實 驗 裝 置 等 已 大 量 涌 現(xiàn) ， 它 們 在 提 高 生 產(chǎn) 效 率 、 自 動 化 程 度 、 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 、 工 作 可 靠 性 和 實 現(xiàn) 特 殊 工 藝 等 方 面 顯 示 出 極 大 的 優(yōu) 越 性 。 這 主 要 是 因 為 氣 壓 傳 動 與 機(jī) 械 、 電 氣 、 液 壓 傳 動 相 比 有 以 下 特 點 。 1、 氣 壓 傳 動 的 優(yōu) 點 19 (1)工 作 介 質(zhì) 是 空 氣 ， 與 液 壓 油 相 比 可 節(jié) 約 能 源 ， 而 且 取 之 不 盡 、 用 之 不 竭 。 氣 體 不 易 堵 塞 流 動 通 道 ， 用 之 后 可 將 其 隨 時 排 人 大 氣 中 ， 不 污 染 環(huán) 境 ； (2)空 氣 的 特 性 受 溫 度 影 響 小 。 在 高 溫 下 能 可 靠 地 工 作 ， 不 會 發(fā) 生 燃 燒 或 爆 炸 。 且 溫 度 變 化 時 ， 對 空 氣 的 粘 度 影 響 極 小 ， 故 不 會 影 響 傳 動 性 能 ； (3)空 氣 的 粘 度 很 小 (約 為 液 壓 油 的 萬 分 之 一 )， 所 以 流 動 阻 力 小 ， 在 管 道 中 流 動 的 壓 力 損 失 較 小 ， 所 以 便 于 集 中 供 應(yīng) 和 遠(yuǎn) 距 離 輸 送 ； (4)相 對 液 壓 傳 動 而 言 ， 氣 動 動 作 迅 速 、 反 應(yīng) 快 ， 一 般 只 需 0． 02～ 0． 3s 就 可 達(dá) 到 工 作 壓 力 和 速 度 。 液 壓 油 在 管 路 中 流 動 速 度 一 般 為 1～ 5m／ s， 而 氣 體 的 流 速 最 小 也 大 于 10m／ s， 有 時 甚 至 達(dá) 到 音 速 ， 排 氣 時 還 達(dá) 到 超 音 速 ； (5)氣 體 壓 力 具 有 較 強(qiáng) 的 自 保 持 能 力 ， 即 使 壓 縮 機(jī) 停 機(jī) ， 關(guān) 閉 氣 閥 ， 但 裝 置 中 仍 然 可 以 維 持 一 個 穩(wěn) 定 的 壓 力 。 液 壓 系 統(tǒng) 要 保 持 壓 力 ， 一 般 需 要 能 源 泵 繼 續(xù) 工 作 或 另 加 蓄 能 器 ， 而 氣 體 通 過 自 身 的 膨 脹 性 來 維 持 承 載 缸 的 壓 力 不 變 ； (6)氣 動 元 件 可 靠 性 高 、 壽 命 長 。 電 氣 元 件 可 運 行 百 萬 次 ， 而 氣 動 元 件 可 運 行 2000～ 4000 萬 次 ； (7)工 作 環(huán) 境 適 應(yīng) 性 好 ， 特 別 是 在 易 燃 、 易 爆 、 多 塵 埃 、 強(qiáng) 磁 、 輻 射 、 振 動 等 惡 劣 環(huán) 境 中 ， 比 液 壓 、 電 子 、 電 氣 傳 動 和 控 制 優(yōu) 越 ； (8)氣 動 裝 置 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 成 本 低 ， 維 護(hù) 方 便 ， 過 載 能 自 動 保 護(hù) 。 2、 氣 壓 傳 動 的 缺 點 (1)由 于 空 氣 的 可 壓 縮 性 較 大 ， 氣 動 裝 置 的 動 作 穩(wěn) 定 性 較 差 ， 外 載 變 化 時 ， 對 工 作 速 度 的 影 響 較 大 ； (2)由 于 工 作 壓 力 低 ， 氣 動 裝 置 的 輸 出 力 或 力 矩 受 到 限 制 。 在 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 相 同 的 情 況 下 ， 氣 壓 傳 動 裝 置 比 液 壓 傳 動 裝 置 輸 出 的 力 要 小 得 多 。 氣 壓 傳 動 裝 置 的 輸 出 力 不 宜 大 于 10—40kN； (3)氣 動 裝 置 中 的 信 號 傳 動 速 度 比 光 、 電 控 制 速 度 慢 ， 所 以 不 宜 用 于 信 號 傳 遞 速 度 要 求 十 分 高 的 復(fù) 雜 線 路 中 。 同 時 實 現(xiàn) 生 產(chǎn) 過 程 的 遙 控 也 比 較 20 困 難 ， 但 對 一 般 的 機(jī) 械 設(shè) 備 ， 氣 動 信 號 的 傳 遞 速 度 是 能 滿 足 工 作 要 求 的 ； (4)噪 聲 較 大 ， 尤 其 是 在 超 音 速 排 氣 時 要 加 消 聲 器 。 表 5.1 壓 傳 動 與 其 它 傳 動 的 性 能 比 較 類 型 操 作力 動 作 快慢 環(huán) 境 要 求 構(gòu) 造 負(fù) 載 變 化影 響 操 作 距 離 無 級 調(diào) 速 工 作壽 命 維 護(hù) 價 格 氣 壓 傳 動 中 等 較 快 適 應(yīng) 性 好 簡 單 較 大 中 距 離 較 好 長 一 般 便 宜 液 壓 傳 動 最 大 較 慢 不 怕 振 動 復(fù) 雜 有 一 些 短 距 離 良 好 一 般 要 求高 稍 貴 電 氣 中 等 快 要 求 高 稍 復(fù) 雜 幾 乎 沒 有 遠(yuǎn) 距 離 良 好 較 短 要 求 較 高 稍 貴電 傳 動 電 子 最 小 最 快 要 求 特 高 最 復(fù) 雜 沒 有 遠(yuǎn) 距