CN103879858B - 施工升降机及其吊点设定与组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种施工升降机及其吊点设定与组装方法，该施工升降机包括齿轮驱动系统和吊笼（1），齿轮驱动系统的齿轮（4）与竖直安装在导轨架（2）上的齿条（3）啮合传动，从而通过吊点（L）拉动吊笼沿导轨架一起升降运动，齿轮与齿条之间的啮合公法线（KK’）相对于导轨架的竖直中心线（HH’）横向偏置，齿轮驱动系统的重心（O）位于啮合公法线的横向第一侧，耦合的吊点位于啮合公法线的横向第二侧，并且吊点设定为使得吊点拉力（G0）相对于啮合公法线的正向力矩能够平衡齿轮驱动系统的重力（G1）带来的反向力矩。此升降机改善了啮合传动的受力状况，减轻齿轮、齿条、背轮和测滚轮等部件的磨损，使施工升降机运行更平稳、可靠。

Description

施工升降机及其吊点设定与组装方法

技术领域

本发明涉及一种施工升降机，具体地，涉及到施工升降机中的吊点位置的设定。

背景技术

施工升降机（又称施工电梯）用于在作业工地上搭载人员或货物沿导轨架（或称塔吊）升降移动，其使用时的安全性和舒适性至关重要。施工升降机在结构上通常包括吊笼及其齿轮驱动系统。在运行时，齿轮驱动系统的齿与导轨架上的齿条啮合传动，并通过吊点拉动吊笼进行升降运动。

如图1a至图1c显示了不同形式的施工升降机。其中，图1a所示的施工升降机中，齿条3与齿轮4之间的啮合公法线KK’相对于导轨架2的竖直中心线HH’（与吊笼1的竖直中心线重合）横向偏置，吊笼1与齿轮驱动系统之间为双吊点形式且采用耳板连接，两个耳板10相对于竖直中心线HH’对称布置。图1b所示的施工升降机与图1a类似，但采用了拉杆11以替代耳板10。图1c所示的施工升降机与图1a、图1b的不同之处在于其中的齿条中置（即啮合公法线与导轨架的竖直中心线重合）且拉杆对称布置。

这三种结构形式的施工升降机均存在不同的缺陷。参照图1a，在施工升降机的实际运行过程中发现，齿轮驱动系统受偏载力，使得齿轮4和背轮8磨损严重，导致啮合不平稳，产生抖动。同时，由于采用双耳板刚性连接，需要保证齿轮驱动系统的驱动架和吊笼上的耳板的焊接位置精度，若出现任何位置偏离，均会使得销轴无法安装，需要割耳重新配焊，并且互换性差，不能和其他吊笼互换。参照图1b，其具有与图1a相同的磨损和抖动等缺陷，而且由于吊点处采用弹性连接的拉杆形式，为了保证安装，拉杆具有较大自由度，抖动现象比耳板连接更为严重。对于齿条中置的图1c，尽管啮合受力更优，但由于市场上采用齿条偏置的（构成导轨架的）标准节较多，使得齿条中置的标准节互换性差。而且，齿条安装在标准节的横腹杆的中部，为刚性最弱的位置，从而不利于运行的稳定性。

针对齿条偏置的施工升降机，技术人员进行了不少尝试以解决上述的啮合受力不均衡、磨损严重且容易产生抖动等问题。例如图2所示的根据公告号CN203255838U公开的一种单吊点施工升降机中，为实现啮合受力更均衡，单个齿轮4通过两个过桥齿轮12与齿条啮合。为解决吊笼载荷偏心而带来的啮合传动受力状况较差的问题，将吊点L设置在导轨架（或吊笼）的竖直中心线HH’上。然而在实际运行过程中，这种施工升降机产生的磨损和抖动现象仍然比较严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种施工升降机及其吊点设定与组装方法，以改进啮合传动的受力状况和运行平稳性。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种施工升降机，包括齿轮驱动系统和吊笼，所述齿轮驱动系统的齿轮与竖直安装在导轨架上的齿条啮合传动，从而通过吊点拉动所述吊笼沿所述导轨架一起升降运动，其中，所述齿轮与所述齿条之间的啮合公法线相对于所述导轨架的竖直中心线横向偏置，所述齿轮驱动系统的重心位于所述啮合公法线的横向第一侧，所述齿轮驱动系统与所述吊笼之间的耦合的所述吊点位于所述啮合公法线的横向第二侧。

优选地，耦合的所述吊点沿所述横向第二侧偏离所述啮合公法线的横向距离x为：

x＝G1*a/(G2+G3)

其中，a为所述重心与所述啮合公法线之间的横向距离，G1为作用于所述齿轮驱动系统的重心上的所述齿轮驱动系统的重力，G2为所述吊笼的重力，并且G3为所述施工升降机的额定载荷。

优选地，所述齿轮驱动系统包括驱动架和安装在该驱动架上的所述齿轮、减速器和驱动电机，所述G1包括所述驱动架、齿轮、减速器和驱动电机的重力的合力，并且所述吊点形成在所述驱动架的底框上。

优选地，所述齿轮驱动系统还包括沿竖向间隔布置在所述驱动架上的多个背轮和多个侧滚轮，所述背轮和所述齿轮分列于所述齿条的两侧，多个所述侧滚轮分别设置在所述驱动架的两侧并沿所述导轨架的侧向滑轨滑动。

优选地，所述导轨架的竖直中心线与所述吊笼的竖直中心线重合，并且均位于所述啮合公法线的所述横向第一侧。

优选地，所述齿轮驱动系统与所述吊笼之间形成单吊点。

优选地，所述齿轮驱动系统与所述吊笼之间形成有双吊点，耦合的所述吊点为所述双吊点的横向中点。

优选地，在所述吊点上，所述齿轮驱动系统与所述吊笼之间通过耳板或拉杆连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种施工升降机的吊点设定与组装方法，该方法包括吊点设定步骤和吊笼组装步骤，在吊点设定步骤中，以施工升降机的齿轮驱动系统中的齿轮与导轨架上的齿条之间的横向偏置的啮合公法线作为受力中心线，所述齿轮驱动系统的重心形成在所述受力中心线的横向第一侧，将所述齿轮驱动系统与吊笼之间的吊点设定在所述受力中心线的横向第二侧，并使作用于所述吊点上的所述吊笼的重力和载荷相对于所述受力中心线的正向力矩平衡所述齿轮驱动系统的重力相对于所述受力中心线的反向力矩；在吊笼组装步骤中，在设定的所述吊点位置上安装连接件，使所述吊笼通过所述连接件连接所述齿轮驱动系统。

优选地，在吊点设定步骤中计算所述正向力矩时，以所述施工升降机的额定载荷G3作为作用于所述吊点上的所述载荷。

根据上述技术方案，在本发明的吊点位置设定方法以及采用该方法设计的施工升降机中，由于齿条偏置，齿轮传动系统的重心将难以恰好地落在啮合公法线上，从而不可避免地相对于该啮合公法线形成一定的扭矩，该扭矩作用到啮合齿轮上，将使得齿轮、齿条受力不均，进而造成背轮和侧滚轮的受力不均和磨损严重，因而本发明的施工升降机的吊点设置时以啮合公法线为准，在齿轮驱动系统的重心所在的一侧相对的另一侧设置吊点，吊点拉力相对于该啮合公法线的力矩可更好地平衡齿轮传动系统的自重带来的作用力矩，从而改善齿轮齿条啮合的传动受力状况，减轻齿轮、齿条、背轮和测滚轮等部件的磨损，使施工升降机运行更为平稳、可靠。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a为根据现有技术的一种施工升降机，其中齿条偏置且耳板对称布置；

图1b为根据现有技术的另一种施工升降机，其中齿条偏置且拉杆对称布置；

图1c为根据现有技术的另一种施工升降机，其中齿条中置且拉杆对称布置；

图2为根据现有技术中一种齿条偏置且采用单吊点形式的施工升降机；

图3为根据本发明的优选实施方式的施工升降机的结构示意图；

图4为图3所示的施工升降机的受力分析图；

图5a为根据本发明的优选实施方式的施工升降机在吊点处的局部放大示意图，其中采用了单吊点形式；以及

图5b与图5a类似，但吊点处采用了双吊点形式。

附图标记说明

1吊笼2导轨架

3齿条4齿轮

5减速器6驱动电机

7驱动架8背轮

9侧滚轮10耳板

11拉杆12过桥齿轮

G0吊点拉力

G1齿轮驱动系统的重力G2吊笼的重力

HH’竖直中心线KK’啮合公法线

O重心L吊点

x吊点横向距离a重心横向距离

F1上侧滚轮作用力F2下侧滚轮作用力

F3上背轮作用力F4下背轮作用力

F5上齿轮作用力F6下齿轮作用力

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词；“左、右”通常是指的纸面横向的左右方向，“横向、竖向”同样是针对纸面的横向或竖向而言的。

在现有技术的施工升降机中，齿轮驱动系统与吊笼的连接一般采用以吊笼的重心为中心的左右对称连接结构，使得吊笼在运行时容易保持在水平位置，从而使侧滚轮受力较小。但对于齿条偏置的齿轮驱动结构而言，采用图1a或图1b这种中心连接的吊点布置将使得齿轮驱动系统的受力偏置，运行时产生的抖动较大，齿轮、背轮和侧滚轮磨损严重。为便于理解，参考本发明的图4的受力分析，若将吊点L沿竖直中心线HH’设置或左右对称布置两个吊点L，则吊笼的重力G2以及载荷相对于啮合公法线KK’形成一个逆时针力矩，同时由于齿轮驱动系统的重心O位于啮合公法线KK’的横向第一侧（图中的左侧），同样相对于啮合公法线KK’也形成一个逆时针力矩。两个逆时针力矩叠加作用到图4所示的上齿轮上，势必导致上齿轮作用力F5相对于下齿轮作用力F6增大，上齿轮磨损加剧；同时齿条将产生向左侧偏斜的倾向，承压在上、下背轮上，造成上背轮作用力F3和下背轮作用力F4增大，背轮的磨损大。同理，上侧滚轮作用力F1和下侧滚轮作用力F2也增大，造成跑偏啃轨。可见，由于难以根本解决受力不均，现有技术的吊点设计模式存在难以克服的缺陷，即使加以改进也只能缓解磨损，而难以消除。

在本发明中，突破了原有的传统设计理念，为保证构成导轨架2的标准节的互换性，采用齿条3偏置的标准节。为保证齿轮齿条啮合的平稳性，以啮合公法线KK’为受力中心线进行受力和力矩分析后，提出在齿轮驱动系统的重心O所在的一侧相对的另一侧设置吊点L，吊点拉力相对于该啮合公法线KK’的力矩能够更好地平衡齿轮传动系统的自重带来的作用力矩，从而改善齿轮齿条啮合的传动受力状况，减轻齿轮、齿条、背轮和测滚轮等部件的磨损，使施工升降机运行更为平稳、可靠。

基于上述的相对于啮合公法线KK’的力矩平衡的新设计思想，参考图3和图4，本发明提出了一种施工升降机的吊点设定与组装方法，该方法具体包括吊点设定步骤和吊笼组装步骤；在吊点设定步骤中，以施工升降机的齿轮驱动系统中的齿轮4与导轨架2上的齿条3之间的横向偏置的啮合公法线KK’作为受力中心线，齿轮驱动系统的重心O形成在受力中心线的横向第一侧，将齿轮驱动系统与吊笼1之间的吊点L设定在受力中心线的横向第二侧，并使作用于吊点L上的吊笼1的重力和载荷相对于受力中心线的正向力矩平衡齿轮驱动系统的重力相对于受力中心线的反向力矩。依此步骤，设定的吊点L位于图4所示的吊笼1的右侧，即相对于齿轮驱动系统的重心O的另一侧。在吊笼组装步骤中，在上述设定的所述吊点L位置上安装连接件，例如耳板10或连杆11，使吊笼1通过该连接件连接齿轮驱动系统，从而完成施工升降机的齿轮驱动系统与吊笼1的组装。

在上述吊点设定与组装方法的基础上，本发明相应提供了如图3和图4所示的一种施工升降机，该施工升降机包括齿轮驱动系统和吊笼1，齿轮驱动系统的齿轮4与竖直安装在导轨架2上的齿条3啮合传动，从而通过吊点L拉动吊笼1沿导轨架2一起升降运动，其中，齿轮4与齿条3之间的啮合公法线KK’相对于导轨架2的竖直中心线HH’横向偏置，齿轮驱动系统的重心O位于啮合公法线KK’的横向第一侧，齿轮驱动系统与吊笼1之间的耦合的吊点L位于啮合公法线KK’的横向第二侧。需要说明的是，所述吊点L是齿轮驱动系统与吊笼1之间的连接点，耦合的吊点L指的是在存在多个吊点的情况下，在进行受力分析时，吊笼1的自重及其载荷作用于齿轮驱动系统上的单个虚拟的连接点或受力点。例如在存在受力相同的两个吊点时，耦合的吊点即为两个吊点之间的横向中点，以下还将述及。

这样，参见图4，由于吊点L位于啮合公法线KK’的右侧，吊点拉力G0（即吊笼的重力G2及其载荷）相对于啮合公法线KK’形成图示的一个顺时针力矩（即正向力矩），该顺时针力矩可用于平衡左侧的齿轮驱动系统的自重带来的逆时针力矩（即反向力矩），或至少起到缓冲作用，这样就缓解了图中的下侧滚轮作用力F2、下背轮作用力F4和上齿轮作用力F5的受力和加剧磨损，使得齿轮4、背轮8和测滚轮9的磨损减小，延长了部件的使用寿命。减少了升降机的维护工作量。进一步地，由于升降机运行的振动和噪音主要来源于齿轮驱动系统，因而本发明的施工升降机的乘坐更舒适，减少了维护工作量。

为更好地达到力矩平衡，即正向力矩更好地平衡反向力矩，并且为便于装配，在计算正向力矩时，以施工升降机的额定载荷作为作用于吊点L上的载荷，即G0=G2+G3。此时，参照图4，为达到力矩平衡，应使得：

G0*x＝G1*a

因此，耦合的吊点L沿横向第二侧偏离啮合公法线KK’的横向距离x为：

x＝G1*a/(G2+G3)

其中，a为重心O与啮合公法线KK’之间的横向距离，G1为作用于齿轮驱动系统的重心O上的齿轮驱动系统的重力，G2为吊笼1的重力，并且G3为施工升降机的额定载荷。

在图3所示的本实施方式中，齿轮驱动系统通常包括驱动架7和安装在该驱动架7上的齿轮4、减速器5和驱动电机6，驱动电机6通过减速器5驱动齿轮4，齿轮4与齿条3啮合传动，通过吊点L拉动吊笼1上下升降。其中，上述的G1应包括驱动架7、齿轮4、减速器5和驱动电机6的重力的合力，吊点L在齿轮驱动系统上具体地形成在驱动架7的底框上，吊点L在吊笼1上具体地形成在吊笼1的顶端。此外，齿轮驱动系统还包括沿竖向间隔布置在驱动架7上的多个背轮8和多个侧滚轮9，背轮8和齿轮4分列于齿条3的两侧，多个侧滚轮9分别设置在驱动架7的两侧并沿导轨架2的侧向滑轨滑动。背轮8安装在驱动架7上并可自旋转，安装时，背轮8与齿条3之间设置一定的横向装配间隙，在齿条3产生倾斜时，背轮8对齿条3起到支撑限位作用。参见图3，在具有上述结构组成时，导轨架2的竖直中心线HH’与吊笼1的竖直中心线优选为基本重合，并且均位于啮合公法线KK’的所述横向第一侧。

另外，齿轮驱动系统与吊笼1之间可形成图3或图5a所示的单吊点或者形成如图5b所示的双吊点。当形成图5b所示的双吊点，在进行受力分析时，双吊点的横向中间位置点可简单地视为耦合的吊点L。因此，在形成双吊点时，吊点L位置不再局限于全部位于啮合公法线KK’的所述横向第二侧，只需双吊点的耦合的吊点位于横向第二侧即可。

当采用单吊点时，如图3所示，尽管相对于吊笼1偏置，但由于吊笼1通过其侧滚轮沿导轨架2的侧向滑轨滑动，避免了吊笼1相对于单吊点L的摆动，可实现较为平稳的升降移动，对舒适度影响不大。当然，采用如图5b所示的双吊点，则可进一步提高升降机的运行平稳性。另外，在吊点L上，齿轮驱动系统与吊笼1之间可通过如图1a、图5a或图5b所示的耳板10进行连接或采用图1b所示的拉杆11进行连接，可根据性能需求、装配精度等进行方便地选择。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种施工升降机，包括齿轮驱动系统和吊笼(1)，所述齿轮驱动系统的齿轮(4)与竖直安装在导轨架(2)上的齿条(3)啮合传动，从而通过吊点(L)拉动所述吊笼(1)沿所述导轨架(2)一起升降运动，其中，所述齿轮(4)与所述齿条(3)之间的啮合公法线(KK’)相对于所述导轨架(2)的竖直中心线(HH’)横向偏置，所述齿轮驱动系统的重心(O)位于所述啮合公法线(KK’)的横向第一侧，所述齿轮驱动系统与所述吊笼(1)之间的耦合的所述吊点(L)位于所述啮合公法线(KK’)的横向第二侧，所述吊点(L)相对于所述导轨架(2)的竖直中心线(HH’)横向偏置。

2.根据权利要求1所述的施工升降机，其中，耦合的所述吊点(L)沿所述横向第二侧偏离所述啮合公法线(KK’)的横向距离x为：

x＝G1*a/(G2+G3)

其中，a为所述重心(O)与所述啮合公法线(KK’)之间的横向距离，G1为作用于所述齿轮驱动系统的重心(O)上的所述齿轮驱动系统的重力，G2为所述吊笼(1)的重力，并且G3为所述施工升降机的额定载荷。

3.根据权利要求2所述的施工升降机，其中，所述齿轮驱动系统包括驱动架(7)和安装在该驱动架(7)上的所述齿轮(4)、减速器(5)和驱动电机(6)，所述G1包括所述驱动架(7)、齿轮(4)、减速器(5)和驱动电机(6)的重力的合力，所述吊点(L)形成在所述驱动架(7)的底框上。

4.根据权利要求3所述的施工升降机，其中，所述齿轮驱动系统还包括沿竖向间隔布置在所述驱动架(7)上的多个背轮(8)和多个侧滚轮(9)，所述背轮(8)和所述齿轮(4)分列于所述齿条(3)的两侧，多个所述侧滚轮(9)分别设置在所述驱动架(7)的两侧并沿所述导轨架(2)的侧向滑轨滑动。

5.根据权利要求1所述的施工升降机，其中，所述导轨架(2)的竖直中心线(HH’)与所述吊笼(1)的竖直中心线重合，并且均位于所述啮合公法线(KK’)的所述横向第一侧。

6.根据权利要求1所述的施工升降机，其中，所述齿轮驱动系统与所述吊笼(1)之间形成单吊点。

7.根据权利要求1所述的施工升降机，其中，所述齿轮驱动系统与所述吊笼(1)之间形成有双吊点，耦合的所述吊点(L)为所述双吊点的横向中点。

8.根据权利要求1所述的施工升降机，其中，在所述吊点(L)上，所述齿轮驱动系统与所述吊笼(1)之间通过耳板(10)或拉杆(11)连接。

9.一种施工升降机的吊点设定与组装方法，其中，该方法包括：

吊点设定步骤：以施工升降机的齿轮驱动系统中的齿轮(4)与导轨架(2)上的齿条(3)之间的横向偏置的啮合公法线(KK’)作为受力中心线，所述齿轮驱动系统的重心(O)形成在所述受力中心线的横向第一侧，将所述齿轮驱动系统与吊笼(1)之间的吊点(L)设定在所述受力中心线的横向第二侧，并使作用于所述吊点(L)上的所述吊笼(1)的重力和载荷相对于所述受力中心线的正向力矩平衡所述齿轮驱动系统的重力相对于所述受力中心线的反向力矩；以及

吊笼组装步骤：在设定的所述吊点(L)位置上安装连接件，使所述吊笼(1)通过所述连接件连接所述齿轮驱动系统。

10.根据权利要求9所述的施工升降机的吊点设定与组装方法，其中，在吊点设定步骤中计算所述正向力矩时，以所述施工升降机的额定载荷G3作为作用于所述吊点(L)上的所述载荷。