電動攀登器及其應用設備的製作方法

2023-10-17 06:00:34

專利名稱：電動攀登器及其應用設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動攀爬設備技術領域。
背景技術：
隨著工業與民用建築業的快速發展，高聳構築物越來越多。高聳構築物的施工、維 護等都離不開登高設施。在我單位承擔的廣州新電視塔外筒鋼結構及天線桅杆面漆塗裝施工中，由於其外 形結構複雜，工作面呈雙曲線型，一般的登高設備滿足不了施工需要，再者，探險、登山、軍 事、消防、救撈、除暴維和都需要一種安全、便捷的攀登設施。高危場所、狹小空間的救助更 需要此種登高設施。因此，開發設計出用於複雜環境下的登高作業的裝備具有重要的意義。按目前國內外現行的提升機提升的功率輸出結構模式而言，均屬繩、槽耦合式，即 負載的鋼絲繩包絡可迴轉的V型槽式卷盤、依賴其包絡角度弧段內，繩、槽耦合時，其界面 上形成的積累的摩擦力>負載值時，負載鋼絲繩與卷盤弧槽間不產生相對滑移，並能同步 迴轉，實現對負載的升、降運行。必須指出，並不能實現制動負載。目前國內外各品牌提升 機的制動負載，仍然承襲了起重機械的傳統制動器件結構模式，是以獨立的摩擦制動器件 來完成制動工況的實現，故稱為摩擦制動式提升機。目前國內外建築行業內使用的雙卷盤式摩擦制動式提升機，行業中，以S型繞繩 法為標誌。負載繩端為掛鈎，由挑杆的鉸接點來支承負載。鋼絲繩引入裝有雙卷盤的機體， 首先進入下端卷盤，並沿S形路徑交叉進入上卷盤後包絡繩槽，並引出機體。其繩尾上必須 掛一重砣方能在雙卷盤2個包絡角範圍內獲得其額定提升能力。重砣的質量配置無疑必須 滿足基本理論尤勒皮帶原理。其制動設置，則按現行引進的西歐標準，規定在卷盤動力輸 出級的前置級(初級)——小齒輪軸輸入的末端，設置1個，類似手拉葫蘆的棘輪——刺爪 式，尚可手動鎖緊的，摩擦片式制動器。此外，還要求在動力輸入級再設置一級摩擦制動器 (盤形制動電機)或是由蝸輪蝸杆，具有反向自鎖動力輸入級構成，即必須有2級制動機構。 現有制動器末級小齒輪疲勞破碎的機械故障引起的傷亡案例，證實了儘管2級制動器自身 完好，卻因失去制動功能發揮的、必要的約束鏈，中斷而失效，故2級摩擦制動並不是萬無 一失的。此外，雙卷盤提升機繩與V型槽的自然磨損及界面汙染，降低其靜摩擦係數，都將 導致額定提升能力的降低，引發負載墜落機械故障。所以該類提升機作為吊籃的提升動力 裝置必須設置，防下降超速的「安全鎖」，否則不準配套吊籃作業。目前國內外建築行業內使用的單卷盤提升機的研製，純粹是為了克服雙卷盤負載 墜落的自然趨勢。行業中以α形繞繩法為標誌。其負載端繩引入機體後沿著1個可迴轉 的卷盤槽包絡，其包角必然小於360度，小於雙卷盤的2個卷盤包角之和也是必然的，沿α 形路線引出機體，此時繩尾上並無雙卷盤提升機必須配置的重砣。為了獲得額定的提升能 力，採用了多輪繩背加壓的形式，以此獲得足夠大的積累的摩擦力。經過一段結構的演變， 最終定型為2組4輪式聯動的壓緊機構，即所謂的主、副壓輪組。但其中1組雖與負載繩的繃直強緊有一定的作用，僅能起到側向位移量作用的預壓緊力，目的是防止繩尾空載時松 馳脫槽而另一組則是由可調預壓彈簧，藉助彈簧的壓力聯動4隻壓輪，作用於包絡角內弧 段的繩背上，產生平衡負載的摩擦力。這種包絡角範圍內設置4隻壓輪的機構，其壓緊力的獲得(或轉移)並未與負載 值形成並轉化的數學、力學關係；違背了 17世紀尤勒所確定的皮帶原理，即包角終止處切 向拉力為最小值，不同角位上的切向拉力分布規律是0度與負載等值；隨包角增大，按1定 函數關係式作螺旋收縮而急劇減小。即，只要在確認了的包角終止處，設置1個與負載相匹 配的切向當量拉力即可平衡負載值。諸多壓輪聯合作用，必然遠遠大於平衡負載所需的數 值。出廠試驗時，必須調整至能滿足1.25倍額定載荷方行。但是，諸壓緊輪和繩、槽三個參 與耦合的元件的自然磨損必然導致予壓彈簧的鬆弛，必須及時復調。在用戶手上進行復調 時，必然是出於安全考慮，寧緊勿松。正是因為這種自然心態的支配，將導致諸壓輪自刃化 過程加劇，加快其刃邊切斷表層鋼絲，繼而切斷繩股，最終導致斷繩機械故障。正是由於這 個原因，凡是斷繩故障，大多出於單卷盤式提升機上。另外，電動攀登器目前在國內屬於技術空白。國內特警使用的電動攀登器全部是 進口的，不但採購費用高，而且存在安全性能差，安全隱患多等各種問題
實用新型內容
本實用新型的目的在於彌補現有技術的不足，提供一種能適應各種工況狀態下的 安全、便捷的攀登器材。本實用新型的另一目的在於提供應用上述攀登設施的設備。為了達到上述發明目的，本實用新型採用了以下技術方案一種電動攀登器，包括一機殼，機殼內固設有一卷繩盤，機殼的殼體上開設有一入繩口及一出繩口 ；一 工作繩，懸掛於某固定點並從所述入繩口進入機殼內部，繞過所述卷繩盤後從所述出繩口 穿出機殼外；一壓繩機構，所述壓繩結構受壓於入繩口的工作繩的同時對卷繞盤上的工作 繩施加壓緊力；一用於懸掛重物的掛環，固設於機殼；一電機，電機輸出軸軸接於所述卷繩 盤；一電機操縱器，控制電機的正轉、反轉及停機。進一步地來說，所述壓繩機構包括一施力機構及一壓繩機構，所述施力機構具有 一槓桿結構，槓桿的第一端受壓於入繩口處的工作繩，槓桿的第二端連動於壓繩機構，使壓 繩機構壓向所述卷繩盤上的工作繩。更進一步地來說，所述施力機構包括一曲臂及一擺臂輪，曲臂的轉折點作為槓桿 的支點樞接於所述機殼，曲臂的第一端通過銷連接於擺臂輪，所述工作繩繞於所述擺臂輪 的輪槽；曲臂的第二端連接於所述壓繩機構。更進一步地來說，所述壓繩機構包括一壓繩輪支架，一固定銷，及位於壓繩輪支架 兩端的一對壓繩輪，所述固定銷將所述施力機構的槓桿的第二端及所述壓繩輪支架的中點 固定於所述機殼上的一滑槽內，所述的一對壓繩輪安設於所述卷繩盤外圓周。作為一種實施方案，所述曲臂朝向卷繩盤一側的兩臂間夾角為90 180度角，減 小曲臂與卷繩盤間的距離，節省機殼體積。所述入繩口及出繩口開設於機殼的同一方向，所述工作繩卷繞過所述卷繩盤形成 Ω型，工作繩在所述卷繩盤上的包絡角為260 300°之間，在滿足轉變力方向的情況下，使整體設計更緊湊，操作更方便。 作為一種優選方案，所述卷繩盤的繩槽為V型凹槽，以便工作繩能卡於槽中不易 鬆脫。一種電動座椅式升降器，包括如上所述的電動攀登器，還包括一座椅式登高平臺， 固定連接於所述電動攀登器的掛環。一種電動帶式升降器，包括如上所述的電動攀登器，還包括一五點式安全吊帶，固 定連接於所述電動攀登器的掛環。一種電動座板式升降器，包括如上所述的電動攀登器，還包括一座式登高板，固定 連接於所述電動攀登器的掛環。本實用新型就是通過攀登繩施予擺臂輪壓力，再由擺臂傳給壓繩輪支架，再由壓 繩輪支架通過壓繩輪施加到攀登繩，隨著負載的加大，施加到壓繩輪的力也就加大。根據 摩擦學原理，攀登繩在卷繩盤上的摩擦力也隨之加大，從而保證了攀登繩不會因荷載而下 滑。本實用新型的電動攀登器具有行程任意或行程不限的概念，即負載端繩索進入機殼內 部後包絡卷繩盤然後穿出機殼外，在能滿足作業行程需要的條件下，提供相應長度的繩索， 就能實現行程不限的負載提升，其作業行程相對於定容量鋼繩卷取負載提升而言，具有「無 限行程」的概念。使使用者沿設置好的繩索垂直升降或沿坡升降，可通過橫向牽引，達到曲 線升降的目的。整個提升機體積小，重量輕，結構緊湊。整機採用防爆裝置，可用於易燃、易 爆環境；整機的材料和繩索全部採用耐熱、耐腐蝕材料，可用於惡劣環境工作。因此，本實 用新型具有如下有益效果(1)行程不限；(2)負載壓繩絕對可靠，具有抗磨損自動補償的 功能；(3)負載壓繩與運行僅由電機運行指令自動轉換；(4)工作繩既是承載運行的載體又 是制動的介質，具有負載運行過程中，隨時執行安全壓繩制動的雙重作用；(5)負載壓繩屬 於「軟制動」無衝擊，一旦壓繩，絕對可靠，絕不下滑，可長時間制動負載可承受衝擊和動載 荷(在強度範圍內)。(6)對工作繩磨損很輕，使用壽命長，不會發生斷繩事故。本實用新 型的擺臂負載壓繩式攀登器能夠徹底消除摩擦制動式提升機可能出現的負載墜落、制動失 靈，斷繩和安全鎖失靈引發的人身傷亡事故。由本實用新型的電動攀登器可進一步派生出 電動吊船、電動吊籃、安全帶式電動攀登器、座板式電動攀登器、座椅式電動攀登器、電動救 生擔架等等。

圖1為從導繩輪方向的電動攀登器的立體圖；圖2為從擺臂輪方向的電動攀登器的側面圖；圖3為從導繩輪與電機夾角方向的電動攀登器的立體圖；圖4為從擺臂輪與電機背面夾角方向的電動攀登器的立體圖；圖5為圖4方向機殼剖開後的電動攀登器的內部結構示意圖；圖6為機殼剖開後電動攀登器的正面內部結構示意圖。1工作繩；2機殼；3減速電機；4電機與卷繩盤連接軸；5卷繩盤；6擺臂7壓繩輪支架；8擺臂輪；9壓繩輪；10導繩輪；11掛環；12擺臂銷軸；120開孔；13 擺臂輪銷軸；14壓繩輪支架銷軸；140銷槽；15壓繩輪銷軸；16導繩輪銷軸；17掛環銷軸。
具體實施方式
現結合附圖1 5對本實用新型進行進一步的說明。工作繩1選用耐磨、承載強度高的繩索，編織鋼絲繩或高強度纖維繩都是好的選 擇。編織鋼絲繩選用鍍鋅梯形股截面，質地柔軟。高強度纖維繩是指高強度耐磨耐腐蝕的 編織型錦綸纖維繩。這兩種材料製得的工作繩可彎曲半徑小，不起鼓。機殼2由高強鋁合金材料製成，分為前後兩瓣壓制後再連接而成。由於採用高強 鋁合金材料，其具有強度高，重量輕的特點。機殼的上底面開設有入繩口及出繩口，供工作 繩1穿入及穿出。減速電機3採用直流變速電機，可接通交流電源轉變使用，也可充電使用。減速電 機3通過連接軸4與卷繩盤5連接。連接軸4與卷繩盤5的接觸處為齒輪傳動連接。減速 電機3轉動即會帶動卷繩盤5轉動。連接軸4選用高強度材料加工而成，不易折斷，重量輕。卷繩盤5內圈為齒形結構，其外周設有V型凹槽結構。工作繩1從入繩口進入機 殼後繞設於V型槽中，工作繩1與卷繩盤5接觸包絡的角度大於圓周180°，最佳為260 300°之間，形成一類似Ω的形狀。本實用新型的安全核心部件是鎖繩機構，該鎖繩機構通過電動攀登器荷載作用， 使工作繩產生負載，負載受力的工作繩將位於擺臂第一端的擺臂輪向外推，迫使位於擺臂 第二端的壓繩輪對卷繩盤上的工作繩施加向內的壓緊力，從而增加工作繩與卷繩盤V槽之 間的摩擦力。壓繩輪給予工作繩的施加壓力是隨著荷載的增加而加大的，也隨著荷載的降 低而減少。該鎖繩機構包括兩部分組件，一為施力機構，二為壓繩機構。其中，施力機構由 擺臂6與擺壁輪8組成。而壓繩機構包括一對壓繩輪9及一個壓繩輪支架7。擺臂6為一 曲臂槓桿，其中點為槓桿支點，通過擺臂銷軸12銷接固定於機殼2的開孔120 ；擺臂6的第 一端通過擺臂輪銷軸13與擺臂輪8連接，擺臂輪8可相對於銷軸13轉動；擺臂6的第二 端通過壓繩輪支架銷軸14與壓繩輪支架7固定連接，使擺臂6的第二端與壓繩輪支架7連 動。機殼2開設有弧形銷槽140，銷14可以在弧形銷槽140內滑動。壓繩輪支架7的兩端 通過壓繩輪銷軸15分別固定連接一壓繩輪9，當壓繩輪支架7隨擺臂6的第二端移動時，壓 繩輪9也會同步移動，即將工作繩1壓緊於卷繩盤5的V型槽內。工作繩1緊貼於擺臂輪 8的凹槽，當工作繩1處於負載狀態時，工作繩1對擺臂輪8施加指向擺臂輪8圓心方向的 壓力，這也是擺臂6第一端(受力端)的受力方向，由於擺臂6的槓桿作用，力的方向發生 改變，以擺臂6的中點(槓桿支點)作為圓心，擺臂6的第二端(施力端)與中點間的距離 作為旋轉半徑，擺臂6的第二端帶動壓繩輪支架7向卷繩盤5圓心方向移動，致使壓繩輪9 向卷繩盤5施回壓緊力，從而達到保證工作繩不下滑的鎖繩目的。由於設置了一對壓繩輪， 可從兩個點分別對卷繩盤施加壓力，因此工作繩受力更均勻，相比於一個受力點的情況，具 有繩索不易變形，「鎖繩」效果更可靠穩固，繩索磨損小、經久耐用的優點。由於擺臂6的第 二端(施力端)並不直接作用於繩索，而是通過壓繩機構傳遞壓力至工作繩，因此壓繩機構 的設置更為靈活，不受擺臂的長短，兩臂間的夾角位置及殼體空間的直接限制，通過改變壓 繩輪支架的臂長，即可改變壓繩輪9與銷14間的距離，即改變兩個壓繩輪9之間的距離，從 而改變壓繩輪作用於卷繩盤上的工作繩的壓力點。壓繩輪9採用V型槽輪，V形槽的楔角範圍優選為10 20°。導繩輪10設置於機殼出繩口處，通過銷軸16安裝於機殼2。工作繩1在卷繞過卷繩盤5後再卷繞過導繩輪10，從出繩口穿出機殼2。掛環11通過掛環銷軸17固定在機殼2下方。掛環11用於承載重物。操作過程說明工作繩的一端懸掛於某位於上方的固定點，另一端從電動攀登器殼體的入繩口端 穿入，分別繞過擺臂輪8、卷繩盤5及導繩輪10，從出繩口穿出後向下懸垂作為自由端。掛 環11上懸掛有重物或承載有操作人員。受下端重力作用，工作繩1在上端會向外推開擺臂 輪8。驅動電機3給出動力，則卷繩盤5會隨電機轉軸轉動而沿工作繩上升或下降。由於在 卷繩盤5處對工作繩被壓繩機構施加了壓力，因此可保證繩、輪產生摩擦來實現卷繩輪沿 工作繩上下爬升的目的。電機操縱裝置設置有向上按鈕、向下按鈕及急停按鈕，操作人員根 據升降需求按動按鈕即可進行電動攀登器的升降操作。本實用新型的擺臂負載壓繩攀登器，屬機械中的單卷盤無限行程提升機械。與目 前國內外通用的吊籃提升機械類同。這裡所涉及的提升機械是相對於以定容量迴轉卷取負 載的電動葫蘆、卷揚機有限行程而言，提升機具有行程任意或行程不限的概念，即負載端鋼 繩進入機體後包絡具有V型槽式的卷盤引出機體；只要能滿足作業行程的需要，提供相應 的長度的鋼絲繩、就能實現行程不限的負載提升，其作業行程相對於定容量鋼繩卷取負載 提升而言，具有「無限行程」的概念。本實用新型的擺臂壓繩攀登器是利用擺臂槓桿平衡施力，克服了現有提升機械的 安全保障不足的問題。根據負載調節擺臂的平衡力，根據槓桿力學原理，通過擺臂將負載力 傳給壓繩輪支架，當壓繩輪支架受擺臂給力後，使壓繩輪與卷繩盤形成對壓施力狀態，從而 達到壓繩目的。這種結構形態屬於槓桿式壓緊模式。僅採用1個張緊輪(擺臂輪8)和2 個壓緊輪(壓繩輪9)的結構模式，部件結構模式簡潔，能將負載值定量地轉換為包角終止 處，平衡負載必須的壓緊力，獲得了繩、槽耦合機構和摩擦動力輸出機制。本實用新型的壓繩結構採用由卷繩盤和壓繩輪相互對壓的簡單結構，其相互作用 的壓緊力必然通過彼此的圓心。而且不受兩者的加工誤差和不圓度的影響；不受支撐副的 磨損松馳的限制，可謂絕對可靠的負載壓繩。本實用新型依靠電機驅動卷繩輪時，在壓緊處上，獲得了由驅動力矩形成的切向 迴轉力。該力與壓緊力的合力不再指向卷盤圓心，而是形成迴轉提升負載的動力。一旦停 止電機驅動，立即轉入「絕對負載壓繩制動狀態」，實現了制動與運行自動轉換。工作繩(編 織鋼絲繩或特製纖維繩)既是承載運行的載體，也是制動的介質。在機構中無常規摩擦制 動器件。負載壓繩耦件具有抗磨損自動補償的功能，這是關鍵的功能。本實用新型的壓繩機構，可以根據不同的需要而具有多種實施方式。例如，本例中 的施力機構採用了曲臂等臂槓桿，還可以根據需要採用不等臂槓桿，即槓桿的支點不是位 於中點。如附圖所示，本例曲臂槓桿兩臂間的夾角在朝向卷繩盤方向為鈍角，即90 180 度，還可以採用其它實施方式採用大於180度角的方式，同時配合其它的組件，只要繩索向 曲臂第一端施加的壓力能最終變向為朝向卷繩盤方向的壓力即可。壓繩機構並不限於壓繩 輪支架與一對壓繩輪的方式，即使由一個單獨的壓繩輪也可達到壓繩的目的，只要該單獨 的壓繩輪連動於曲臂槓桿的第二端且設於壓繩盤外圓周，即可隨曲臂槓桿的擺動施加朝向 卷繩盤的壓緊力。另外，本例中入繩口與出繩口設置於機殼的同一方向，這樣不但能夠提供 足夠的包絡角，還可以簡化整個裝置的機構，方便操作。但本實用新型不排除其它的設置方式，即入繩口與出繩口設置不在機殼的同一面，也能達到相同的實施目的。本實用新型的電動攀登器可根據工作場合採用三項異步電機、單項交流電機或充 電式直流電機驅動，高強鋁合金機殼，臂平衡杆，壓繩輪支架，壓繩輪等組成，所有齒面均為 高頻淬火的硬齒面。本實用新型的工作繩採用鋼絲繩或錦綸繩。在採用以上攀登器的基礎上，在掛環下以懸掛或其它機械連接方式固定椅座，即 可得到電動座椅式升降器。同樣地，在採用以上攀登器的基礎上，在掛環下以懸掛或其它機械連接方式固定 座椅式登高平臺，即可安裝得到電動座椅式升降器，這種電動座椅式升降器可適用於操作 空間比 較大的場合。如果在掛環下固定安全吊帶，如五點式安全吊帶，則可得到電動帶式升降器，這種 電動帶式升降器適用於操作空間比較小的場合。如果在掛環下固定座式登高板，則可得到電動座板式升降器。總之，該電動攀登器的應用場合不勝枚舉，且其與座板或吊帶等附屬配件的連接 均為現有技術，在此不再贅述。以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對 本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術 方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍。
權利要求一種電動攀登器，其特徵在於包括一機殼，機殼內固設有一卷繩盤，機殼的殼體上開設有一入繩口及一出繩口；一工作繩，懸掛於某固定點並從所述入繩口進入機殼內部，繞過所述卷繩盤後從所述出繩口穿出機殼外；一壓繩機構，所述壓繩結構受壓於入繩口的工作繩的同時對卷繞盤上的工作繩施加壓緊力；一用於懸掛重物的掛環，固設於機殼；一電機，電機輸出軸軸接於所述卷繩盤；一電機操縱器，控制電機的正轉、反轉及停機。
2.根據權利要求1所述的電動攀登器，其特徵在於所述壓繩機構包括一施力機構及 一壓繩機構，所述施力機構具有一槓桿結構，槓桿的第一端受壓於入繩口處的工作繩，槓桿 的第二端連動於壓繩機構，使壓繩機構壓向所述卷繩盤。
3.根據權利要求2所述的電動攀登器，其特徵在於所述施力機構包括一曲臂及一擺 臂輪，曲臂的轉折點作為槓桿的支點樞接於所述機殼，曲臂的第一端通過銷連接於擺臂輪， 所述工作繩繞於所述擺臂輪的輪槽；曲臂的第二端連接於所述壓繩機構。
4.根據權利要求2所述的電動攀登器，其特徵在於所述壓繩機構包括一壓繩輪支架、 一固定銷、及分設於壓繩輪支架兩端的一對壓繩輪，所述固定銷將所述施力機構的槓桿的 第二端及所述壓繩輪支架的中點固定連接且所述固定銷可滑行於所述機殼上的一滑槽，所 述的一對壓繩輪安設於所述卷繩盤繩槽外圓周。
5.根據權利要求3所述的電動攀登器，其特徵在於所述曲臂朝向卷繩盤的一側的兩 臂間夾角為90° 180°。
6.根據權利要求1所述的電動攀登器，其特徵在於所述入繩口及出繩口開設於機殼 的同一方向，工作繩在所述卷繩盤上的包絡角為260° 300°之間，工作繩卷繞過所述卷 繩盤形成Ω型。
7.根據權利要求1所述的電動攀登器，其特徵在於所述卷繩盤的繩槽為V型凹槽。
8.一種電動座椅式升降器，其特徵在於包括如權利要求1 7所述的電動攀登器，還 包括一座椅式登高平臺，固定連接於所述電動攀登器的掛環。
9.一種電動帶式升降器，其特徵在於包括如權利要求1 7所述的電動攀登器，還包 括一五點式安全吊帶，固定連接於所述電動攀登器的掛環。
10.一種電動座板式升降器，其特徵在於包括如權利要求1 7所述的電動攀登器， 還包括一座式登高板，固定連接於所述電動攀登器的掛環。
專利摘要本實用新型公開了一種電動攀登器，包括一機殼，機殼內固設有一卷繩盤，機殼的殼體上開設有一入繩口及一出繩口；一工作繩，從所述入繩口進入機殼內部，繞過所述卷繩盤後從所述出繩口穿出機殼外；一壓繩機構，受壓於入繩口的工作繩的同時對卷繞盤上的工作繩施加壓緊力；一掛環，固設於機殼；一電機，其輸出軸軸接於所述卷繩盤；一電機操縱器，控制電機的正轉、反轉及停機。本實用新型具有如下有益效果(1)行程不限；(2)負載壓繩絕對可靠；(3)負載壓繩與運行僅由電機運行指令自動轉換；(4)工作繩隨時執行安全壓繩制動的雙重作用；(5)負載壓繩屬於「軟制動」無衝擊，絕對可靠，可長時間制動負載；(6)對工作繩磨損很輕，使用壽命長。
文檔編號B66D3/18GK201729624SQ20102020405
公開日2011年2月2日 申請日期2010年5月19日 優先權日2010年5月19日
發明者岑文杰, 彭超興, 曾志文, 溫永向, 黃君哲 申請人:中交第四航務工程局有限公司;中交四航工程研究院有限公司