CN101870437A - 电动攀登器及其应用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动攀登器，包括一机壳，机壳内固设有一卷绳盘，机壳的壳体上开设有一入绳口及一出绳口；一工作绳，从所述入绳口进入机壳内部，绕过所述卷绳盘后从所述出绳口穿出机壳外；一压绳机构，受压于入绳口的工作绳的同时对卷绕盘上的工作绳施加压紧力；一挂环，固设于机壳；一电机，其输出轴轴接于所述卷绳盘；一电机操纵器，控制电机的正转、反转及停机。本发明具有如下有益效果：(1)行程不限；(2)负载压绳绝对可靠；(3)负载压绳与运行仅由电机运行指令自动转换；(4)工作绳随时执行安全压绳制动的双重作用；(5)负载压绳属于“软制动”无冲击，绝对可靠，可长时间制动负载；(6)对工作绳磨损很轻，使用寿命长。

Description

电动攀登器及其应用设备

技术领域

本发明涉及电动攀爬设备技术领域。

背景技术

随着工业与民用建筑业的快速发展，高耸构筑物越来越多。高耸构筑物的施工、维护等都离不开登高设施。

在我单位承担的广州新电视塔外筒钢结构及天线桅杆面漆涂装施工中，由于其外形结构复杂，工作面呈双曲线型，一般的登高设备满足不了施工需要，再者，探险、登山、军事、消防、救捞、除暴维和都需要一种安全、便捷的攀登设施。高危场所、狭小空间的救助更需要此种登高设施。因此，开发设计出用于复杂环境下的登高作业的装备具有重要的意义。

按目前国内外现行的提升机提升的功率输出结构模式而言，均属绳、槽耦合式，即负载的钢丝绳包络可回转的V型槽式卷盘、依赖其包络角度弧段内，绳、槽耦合时，其界面上形成的积累的摩擦力≥负载值时，负载钢丝绳与卷盘弧槽间不产生相对滑移，并能同步回转，实现对负载的升、降运行。必须指出，并不能实现制动负载。目前国内外各品牌提升机的制动负载，仍然承袭了起重机械的传统制动器件结构模式，是以独立的摩擦制动器件来完成制动工况的实现，故称为摩擦制动式提升机。

目前国内外建筑行业内使用的双卷盘式摩擦制动式提升机，行业中，以S型绕绳法为标志。负载绳端为挂钩，由挑杆的铰接点来支承负载。钢丝绳引入装有双卷盘的机体，首先进入下端卷盘，并沿S形路径交叉进入上卷盘后包络绳槽，并引出机体。其绳尾上必须挂一重砣方能在双卷盘2个包络角范围内获得其额定提升能力。重砣的质量配置无疑必须满足基本理论：尤勒皮带原理。其制动设置，则按现行引进的西欧标准，规定在卷盘动力输出级的前置级(初级)——小齿轮轴输入的末端，设置1个，类似手拉葫芦的棘轮——刺爪式，尚可手动锁紧的，摩擦片式制动器。此外，还要求在动力输入级再设置一级摩擦制动器(盘形制动电机)或是由蜗轮蜗杆，具有反向自锁动力输入级构成，即必须有2级制动机构。现有制动器末级小齿轮疲劳破碎的机械故障引起的伤亡案例，证实了尽管2级制动器自身完好，却因失去制动功能发挥的、必要的约束链，中断而失效，故2级摩擦制动并不是万无一失的。

此外，双卷盘提升机绳与V型槽的自然磨损及界面污染，降低其静摩擦系数，都将导致额定提升能力的降低，引发负载坠落机械故障。所以该类提升机作为吊篮的提升动力装置必须设置，防下降超速的“安全锁”，否则不准配套吊篮作业。

目前国内外建筑行业内使用的单卷盘提升机的研制，纯粹是为了克服双卷盘负载坠落的自然趋势。行业中以α形绕绳法为标志。其负载端绳引入机体后沿着1个可回转的卷盘槽包络，其包角必然小于360度，小于双卷盘的2个卷盘包角之和也是必然的，沿α形路线引出机体，此时绳尾上并无双卷盘提升机必须配置的重砣。为了获得额定的提升能力，采用了多轮绳背加压的形式，以此获得足够大的积累的摩擦力。经过一段结构的演变，最终定型为2组4轮式联动的压紧机构，即所谓的主、副压轮组。但其中1组虽与负载绳的绷直强紧有一定的作用，仅能起到侧向位移量作用的预压紧力，目的是防止绳尾空载时松驰脱槽：而另一组则是由可调预压弹簧，借助弹簧的压力联动4只压轮，作用于包络角内弧段的绳背上，产生平衡负载的摩擦力。

这种包络角范围内设置4只压轮的机构，其压紧力的获得(或转移)并未与负载值形成并转化的数学、力学关系；违背了17世纪尤勒所确定的皮带原理，即包角终止处切向拉力为最小值，不同角位上的切向拉力分布规律是：0度与负载等值；随包角增大，按1定函数关系式作螺旋收缩而急剧减小。即，只要在确认了的包角终止处，设置1个与负载相匹配的切向当量拉力即可平衡负载值。诸多压轮联合作用，必然远远大于平衡负载所需的数值。出厂试验时，必须调整至能满足1.25倍额定载荷方行。但是，诸压紧轮和绳、槽三个参与耦合的元件的自然磨损必然导致予压弹簧的松弛，必须及时复调。在用户手上进行复调时，必然是出于安全考虑，宁紧勿松。正是因为这种自然心态的支配，将导致诸压轮自刃化过程加剧，加快其刃边切断表层钢丝，继而切断绳股，最终导致断绳机械故障。正是由于这个原因，凡是断绳故障，大多出于单卷盘式提升机上。

另外，电动攀登器目前在国内属于技术空白。国内特警使用的电动攀登器全部是进口的，不但采购费用高，而且存在安全性能差，安全隐患多等各种问题。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种能适应各种工况状态下的安全、便捷的攀登器材。

本发明的另一目的在于提供应用上述攀登设施的设备。

为了达到上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种电动攀登器，包括一机壳，机壳内固设有一卷绳盘，机壳的壳体上开设有一入绳口及一出绳口；一工作绳，悬挂于某固定点并从所述入绳口进入机壳内部，绕过所述卷绳盘后从所述出绳口穿出机壳外；一压绳机构，所述压绳结构受压于入绳口的工作绳的同时对卷绕盘上的工作绳施加压紧力；一用于悬挂重物的挂环，固设于机壳；一电机，电机输出轴轴接于所述卷绳盘；一电机操纵器，控制电机的正转、反转及停机。

进一步地来说，所述压绳机构包括一施力机构及一压绳机构，所述施力机构具有一杠杆结构，杠杆的第一端受压于入绳口处的工作绳，杠杆的第二端连动于压绳机构，使压绳机构压向所述卷绳盘上的工作绳。

更进一步地来说，所述施力机构包括一曲臂及一摆臂轮，曲臂的转折点作为杠杆的支点枢接于所述机壳，曲臂的第一端通过销连接于摆臂轮，所述工作绳绕于所述摆臂轮的轮槽；曲臂的第二端连接于所述压绳机构。

更进一步地来说，所述压绳机构包括一压绳轮支架，一固定销，及位于压绳轮支架两端的一对压绳轮，所述固定销将所述施力机构的杠杆的第二端及所述压绳轮支架的中点固定于所述机壳上的一滑槽内，所述的一对压绳轮安设于所述卷绳盘外圆周。

作为一种实施方案，所述曲臂朝向卷绳盘一侧的两臂间夹角为90～180度角，减小曲臂与卷绳盘间的距离，节省机壳体积。

所述入绳口及出绳口开设于机壳的同一方向，所述工作绳卷绕过所述卷绳盘形成Ω型，工作绳在所述卷绳盘上的包络角为260～300°之间，在满足转变力方向的情况下，使整体设计更紧凑，操作更方便。

作为一种优选方案，所述卷绳盘的绳槽为V型凹槽，以便工作绳能卡于槽中不易松脱。

一种电动座椅式升降器，包括如上所述的电动攀登器，还包括一座椅式登高平台，固定连接于所述电动攀登器的挂环。

一种电动带式升降器，包括如上所述的电动攀登器，还包括一五点式安全吊带，固定连接于所述电动攀登器的挂环。

一种电动座板式升降器，包括如上所述的电动攀登器，还包括一座式登高板，固定连接于所述电动攀登器的挂环。

本发明就是通过攀登绳施予摆臂轮压力，再由摆臂传给压绳轮支架，再由压绳轮支架通过压绳轮施加到攀登绳，随着负载的加大，施加到压绳轮的力也就加大。根据摩擦学原理，攀登绳在卷绳盘上的摩擦力也随之加大，从而保证了攀登绳不会因荷载而下滑。本发明的电动攀登器具有行程任意或行程不限的概念，即负载端绳索进入机壳内部后包络卷绳盘然后穿出机壳外，在能满足作业行程需要的条件下，提供相应长度的绳索，就能实现行程不限的负载提升，其作业行程相对于定容量钢绳卷取负载提升而言，具有“无限行程”的概念。使使用者沿设置好的绳索垂直升降或沿坡升降，可通过横向牵引，达到曲线升降的目的。整个提升机体积小，重量轻，结构紧凑。整机采用防爆装置，可用于易燃、易爆环境；整机的材料和绳索全部采用耐热、耐腐蚀材料，可用于恶劣环境工作。因此，本发明具有如下有益效果：(1)行程不限；(2)负载压绳绝对可靠，具有抗磨损自动补偿的功能；(3)负载压绳与运行仅由电机运行指令自动转换；(4)工作绳既是承载运行的载体又是制动的介质，具有负载运行过程中，随时执行安全压绳制动的双重作用；(5)负载压绳属于“软制动”无冲击，一旦压绳，绝对可靠，绝不下滑，可长时间制动负载：可承受冲击和动载荷(在强度范围内)。(6)对工作绳磨损很轻，使用寿命长，不会发生断绳事故。本发明的摆臂负载压绳式攀登器能够彻底消除摩擦制动式提升机可能出现的负载坠落、制动失灵，断绳和安全锁失灵引发的人身伤亡事故。由本发明的电动攀登器可进一步派生出电动吊船、电动吊篮、安全带式电动攀登器、座板式电动攀登器、座椅式电动攀登器、电动救生担架等等。

附图说明

图1为从导绳轮方向的电动攀登器的立体图；

图2为从摆臂轮方向的电动攀登器的侧面图；

图3为从导绳轮与电机夹角方向的电动攀登器的立体图；

图4为从摆臂轮与电机背面夹角方向的电动攀登器的立体图；

图5为图4方向机壳剖开后的电动攀登器的内部结构示意图；

图6为机壳剖开后电动攀登器的正面内部结构示意图。

1工作绳；2机壳；3减速电机；4电机与卷绳盘连接轴；5卷绳盘；6摆臂7压绳轮支架；8摆臂轮；9压绳轮；10导绳轮；11挂环；12摆臂销轴；120开孔；13摆臂轮销轴；14压绳轮支架销轴；140销槽；15压绳轮销轴；16导绳轮销轴；17挂环销轴。

具体实施方式

现结合附图1～5对本发明进行进一步的说明。

工作绳1选用耐磨、承载强度高的绳索，编织钢丝绳或高强度纤维绳都是好的选择。编织钢丝绳选用镀锌梯形股截面，质地柔软。高强度纤维绳是指高强度耐磨耐腐蚀的编织型锦纶纤维绳。这两种材料制得的工作绳可弯曲半径小，不起鼓。

机壳2由高强铝合金材料制成，分为前后两瓣压制后再连接而成。由于采用高强铝合金材料，其具有强度高，重量轻的特点。机壳的上底面开设有入绳口及出绳口，供工作绳1穿入及穿出。

减速电机3采用直流变速电机，可接通交流电源转变使用，也可充电使用。减速电机3通过连接轴4与卷绳盘5连接。连接轴4与卷绳盘5的接触处为齿轮传动连接。减速电机3转动即会带动卷绳盘5转动。连接轴4选用高强度材料加工而成，不易折断，重量轻。

卷绳盘5内圈为齿形结构，其外周设有V型凹槽结构。工作绳1从入绳口进入机壳后绕设于V型槽中，工作绳1与卷绳盘5接触包络的角度大于圆周180°，最佳为260～300°之间，形成一类似Ω的形状。

本发明的安全核心部件是锁绳机构，该锁绳机构通过电动攀登器荷载作用，使工作绳产生负载，负载受力的工作绳将位于摆臂第一端的摆臂轮向外推，迫使位于摆臂第二端的压绳轮对卷绳盘上的工作绳施加向内的压紧力，从而增加工作绳与卷绳盘V槽之间的摩擦力。压绳轮给予工作绳的施加压力是随着荷载的增加而加大的，也随着荷载的降低而减少。该锁绳机构包括两部分组件，一为施力机构，二为压绳机构。其中，施力机构由摆臂6与摆壁轮8组成。而压绳机构包括一对压绳轮9及一个压绳轮支架7。摆臂6为一曲臂杠杆，其中点为杠杆支点，通过摆臂销轴12销接固定于机壳2的开孔120；摆臂6的第一端通过摆臂轮销轴13与摆臂轮8连接，摆臂轮8可相对于销轴13转动；摆臂6的第二端通过压绳轮支架销轴14与压绳轮支架7固定连接，使摆臂6的第二端与压绳轮支架7连动。机壳2开设有弧形销槽140，销14可以在弧形销槽140内滑动。压绳轮支架7的两端通过压绳轮销轴15分别固定连接一压绳轮9，当压绳轮支架7随摆臂6的第二端移动时，压绳轮9也会同步移动，即将工作绳1压紧于卷绳盘5的V型槽内。工作绳1紧贴于摆臂轮8的凹槽，当工作绳1处于负载状态时，工作绳1对摆臂轮8施加指向摆臂轮8圆心方向的压力，这也是摆臂6第一端(受力端)的受力方向，由于摆臂6的杠杆作用，力的方向发生改变，以摆臂6的中点(杠杆支点)作为圆心，摆臂6的第二端(施力端)与中点间的距离作为旋转半径，摆臂6的第二端带动压绳轮支架7向卷绳盘5圆心方向移动，致使压绳轮9向卷绳盘5施回压紧力，从而达到保证工作绳不下滑的锁绳目的。由于设置了一对压绳轮，可从两个点分别对卷绳盘施加压力，因此工作绳受力更均匀，相比于一个受力点的情况，具有绳索不易变形，“锁绳”效果更可靠稳固，绳索磨损小、经久耐用的优点。由于摆臂6的第二端(施力端)并不直接作用于绳索，而是通过压绳机构传递压力至工作绳，因此压绳机构的设置更为灵活，不受摆臂的长短，两臂间的夹角位置及壳体空间的直接限制，通过改变压绳轮支架的臂长，即可改变压绳轮9与销14间的距离，即改变两个压绳轮9之间的距离，从而改变压绳轮作用于卷绳盘上的工作绳的压力点。

压绳轮9采用V型槽轮，V形槽的楔角范围优选为10～20°。

导绳轮10设置于机壳出绳口处，通过销轴16安装于机壳2。工作绳1在卷绕过卷绳盘5后再卷绕过导绳轮10，从出绳口穿出机壳2。

挂环11通过挂环销轴17固定在机壳2下方。挂环11用于承载重物。

操作过程说明：

工作绳的一端悬挂于某位于上方的固定点，另一端从电动攀登器壳体的入绳口端穿入，分别绕过摆臂轮8、卷绳盘5及导绳轮10，从出绳口穿出后向下悬垂作为自由端。挂环11上悬挂有重物或承载有操作人员。受下端重力作用，工作绳1在上端会向外推开摆臂轮8。驱动电机3给出动力，则卷绳盘5会随电机转轴转动而沿工作绳上升或下降。由于在卷绳盘5处对工作绳被压绳机构施加了压力，因此可保证绳、轮产生摩擦来实现卷绳轮沿工作绳上下爬升的目的。电机操纵装置设置有向上按钮、向下按钮及急停按钮，操作人员根据升降需求按动按钮即可进行电动攀登器的升降操作。

本发明的摆臂负载压绳攀登器，属机械中的单卷盘无限行程提升机械。与目前国内外通用的吊篮提升机械类同。这里所涉及的提升机械是相对于以定容量回转卷取负载的电动葫芦、卷扬机有限行程而言，提升机具有行程任意或行程不限的概念，即负载端钢绳进入机体后包络具有V型槽式的卷盘引出机体；只要能满足作业行程的需要，提供相应的长度的钢丝绳、就能实现行程不限的负载提升，其作业行程相对于定容量钢绳卷取负载提升而言，具有“无限行程”的概念。

本发明的摆臂压绳攀登器是利用摆臂杠杆平衡施力，克服了现有提升机械的安全保障不足的问题。根据负载调节摆臂的平衡力，根据杠杆力学原理，通过摆臂将负载力传给压绳轮支架，当压绳轮支架受摆臂给力后，使压绳轮与卷绳盘形成对压施力状态，从而达到压绳目的。这种结构形态属于杠杆式压紧模式。仅采用1个张紧轮(摆臂轮8)和2个压紧轮(压绳轮9)的结构模式，部件结构模式简洁，能将负载值定量地转换为包角终止处，平衡负载必须的压紧力，获得了绳、槽耦合机构和摩擦动力输出机制。

本发明的压绳结构采用由卷绳盘和压绳轮相互对压的简单结构，其相互作用的压紧力必然通过彼此的圆心。而且不受两者的加工误差和不圆度的影响；不受支撑副的磨损松驰的限制，可谓绝对可靠的负载压绳。

本发明依靠电机驱动卷绳轮时，在压紧处上，获得了由驱动力矩形成的切向回转力。该力与压紧力的合力不再指向卷盘圆心，而是形成回转提升负载的动力。一旦停止电机驱动，立即转入“绝对负载压绳制动状态”，实现了制动与运行自动转换。工作绳(编织钢丝绳或特制纤维绳)既是承载运行的载体，也是制动的介质。在机构中无常规摩擦制动器件。负载压绳耦件具有抗磨损自动补偿的功能，这是关键的功能。

本发明的压绳机构，可以根据不同的需要而具有多种实施方式。例如，本例中的施力机构采用了曲臂等臂杠杆，还可以根据需要采用不等臂杠杆，即杠杆的支点不是位于中点。如附图所示，本例曲臂杠杆两臂间的夹角在朝向卷绳盘方向为钝角，即90～180度，还可以采用其它实施方式采用大于180度角的方式，同时配合其它的组件，只要绳索向曲臂第一端施加的压力能最终变向为朝向卷绳盘方向的压力即可。压绳机构并不限于压绳轮支架与一对压绳轮的方式，即使由一个单独的压绳轮也可达到压绳的目的，只要该单独的压绳轮连动于曲臂杠杆的第二端且设于压绳盘外圆周，即可随曲臂杠杆的摆动施加朝向卷绳盘的压紧力。另外，本例中入绳口与出绳口设置于机壳的同一方向，这样不但能够提供足够的包络角，还可以简化整个装置的机构，方便操作。但本发明不排除其它的设置方式，即入绳口与出绳口设置不在机壳的同一面，也能达到相同的实施目的。

本发明的电动攀登器可根据工作场合采用三项异步电机、单项交流电机或充电式直流电机驱动，高强铝合金机壳，臂平衡杆，压绳轮支架，压绳轮等组成，所有齿面均为高频淬火的硬齿面。本发明的工作绳采用钢丝绳或锦纶绳。

在采用以上攀登器的基础上，在挂环下以悬挂或其它机械连接方式固定椅座，即可得到电动座椅式升降器。

同样地，在采用以上攀登器的基础上，在挂环下以悬挂或其它机械连接方式固定座椅式登高平台，即可安装得到电动座椅式升降器，这种电动座椅式升降器可适用于操作空间比较大的场合。

如果在挂环下固定安全吊带，如五点式安全吊带，则可得到电动带式升降器，这种电动带式升降器适用于操作空间比较小的场合。

如果在挂环下固定座式登高板，则可得到电动座板式升降器。

总之，该电动攀登器的应用场合不胜枚举，且其与座板或吊带等附属配件的连接均为现有技术，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电动攀登器，其特征在于：包括

一机壳，机壳内固设有一卷绳盘，机壳的壳体上开设有一入绳口及一出绳口；

一工作绳，悬挂于某固定点并从所述入绳口进入机壳内部，绕过所述卷绳盘后从所述出绳口穿出机壳外；

一压绳机构，所述压绳结构受压于入绳口的工作绳的同时对卷绕盘上的工作绳施加压紧力；

一用于悬挂重物的挂环，固设于机壳；

一电机，电机输出轴轴接于所述卷绳盘；

一电机操纵器，控制电机的正转、反转及停机。

2.根据权利要求1所述的电动攀登器，其特征在于：所述压绳机构包括一施力机构及一压绳机构，所述施力机构具有一杠杆结构，杠杆的第一端受压于入绳口处的工作绳，杠杆的第二端连动于压绳机构，使压绳机构压向所述卷绳盘。

3.根据权利要求2所述的电动攀登器，其特征在于：所述施力机构包括一曲臂及一摆臂轮，曲臂的转折点作为杠杆的支点枢接于所述机壳，曲臂的第一端通过销连接于摆臂轮，所述工作绳绕于所述摆臂轮的轮槽；曲臂的第二端连接于所述压绳机构。

4.根据权利要求2所述的电动攀登器，其特征在于：所述压绳机构包括一压绳轮支架、一固定销、及分设于压绳轮支架两端的一对压绳轮，所述固定销将所述施力机构的杠杆的第二端及所述压绳轮支架的中点固定连接且所述固定销可滑行于所述机壳上的一滑槽，所述的一对压绳轮安设于所述卷绳盘绳槽外圆周。

5.根据权利要求3所述的电动攀登器，其特征在于：所述曲臂朝向卷绳盘的一侧的两臂间夹角为90°～180°。

6.根据权利要求1所述的电动攀登器，其特征在于：所述入绳口及出绳口开设于机壳的同一方向，工作绳在所述卷绳盘上的包络角为260°～300°之间，工作绳卷绕过所述卷绳盘形成Ω型。

7.根据权利要求1所述的电动攀登器，其特征在于：所述卷绳盘的绳槽为V型凹槽。

8.一种电动座椅式升降器，其特征在于：包括如权利要求1～7所述的电动攀登器，还包括一座椅式登高平台，固定连接于所述电动攀登器的挂环。

9.一种电动带式升降器，其特征在于：包括如权利要求1～7所述的电动攀登器，还包括一五点式安全吊带，固定连接于所述电动攀登器的挂环。

10.一种电动座板式升降器，其特征在于：包括如权利要求1～7所述的电动攀登器，还包括一座式登高板，固定连接于所述电动攀登器的挂环。

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