CN100581978C - 压轮锁紧机电联动装置 - Google Patents

Abstract

压轮锁紧机电联动装置属于自动爬升装置技术领域，其特征在于，含有：用于夹住绳索的一对压紧轮，其中一个是偏心轮；与偏心轮旋转中心相连的偏心轮把手；与偏心轮把手相连的连杆，以及通过动铁芯上的推杆与连杆一端相连的全拉入式电磁铁的电磁推拉机构。在自动爬绳装置断电进而电磁铁断电时偏心轮压紧绳索，电磁铁在压紧轮接触面所受摩擦力作用下，克服电磁推拉机构中带有复位弹簧的顶柱的作用，产生一定的滑动，继续压紧绳索，一直到锁死为止，以确保操作人员在装置断电、电机抱闸失效等突发情形下迅速提供足够的压紧力，避免自动爬绳装置下滑而无需人工干预。

Description

压轮锁紧机电联动装置

技术领域

本发明所涉及的装置是一个电磁制动装置，主要应用于机电一体化自动爬绳装置。

背景技术

本发明涉及的装置即压轮锁紧机电联动装置主要应用于便携式、一体化自动爬绳装置。该保障机构通过向爬绳装置中绳索提供偏压，增大绳索与压紧轮之间摩擦力以增大装置本身自持力，确保在大重负情形、或其它制动装置失效情形下发生装置失控，威胁操作人员生命安全。目前，应用于便携式、一体化自动爬绳装置的、具有相似技术特征，即采用压紧轮、连杆和相关机械元件作为部件的压轮锁紧机构存在以下技术缺陷：(1)采用凸轮而不是偏心轮作为压紧轮，其走线槽经滚花后带有均匀分布的锯齿状花纹，在增大压紧轮与绳索摩擦力的同时，极易对绳索造成损伤；(2)上述压轮锁紧机构为非电控、完全机械化的机械联动装置，其缺点在于：锁紧机构的动作执行完全依赖于操作人员的控制，即操作人员必须通过按下-释放机械开关装置，决定该开关上所固接的连杆以及连杆末端所固接凸轮的运动方向；上述机械联动装置存在较大缺陷：作为主要的安全保障机构，其动作执行完全依赖于操作人员的判断，在操作人员判断失效或无法判断情形下，无法主动执行安全动作，危害操作人员人身安全(美国：US2006/0017047A1，2006年1月26日)。

发明内容

鉴于本发明基于上述环境，因此本发明的主要目标是为特定的便携式、一体化自动爬绳装置提供一种有效的、用于安全防护的、基于偏心轮和拉入式电磁铁的电磁压轮锁紧机电联动装置。

本发明的特征在于，这是一种便携式、一体化自动爬绳装置采用的压轮锁紧机电联动装置，该压轮锁紧机电联动装置含有：一对压紧轮、偏心轮把手、连杆和含拉入式电磁铁的电磁推拉机构，其中

一对压紧轮，中间夹有绳索，该绳索一端为固定端并通过特殊固定装置固定于目标高度，另一端则进入自动爬绳装置，绳索缠绕于装置内滑轮机构中的滑轮之上，通过绳、轮之间摩擦力，自动爬绳装置可带动所携带的重物上升或下降。在自动爬绳装置上升和下降过程中，绳索与自动爬绳装置及其内部机构，包括上述压轮锁紧机电联动装置之间存在方向相反的相对位移。在上述一对压紧轮中，位于所述电磁铁推拉机构同侧的压紧轮为偏心轮，其旋转中心位于几何中心的上方，在该旋转中心上固定着一个偏心轮把手。

连杆，一端通过铰链与所述偏心轮把手的另一端相连。

含拉入式电磁铁的电磁推拉机构，含有：拉入式电磁铁、滑板、T型滑槽、L型顶板、顶柱以及复位弹簧，其中

拉入式电磁铁，由动铁芯、线圈和动铁芯外壳组成，所述动铁芯上连接有一根推杆，该推杆悬空端通过铰链与所述连杆的另一端相连，所述动铁芯外壳固定在所述滑板的水平臂上。

T型滑槽，连接在所述自动爬绳装置的基座上，所述滑板沿着所述动铁芯轴向在该T型滑槽内进行双向来回滑动。

顶板，与所述滑板的垂直臂固定连接，所述顶板和滑板的垂直臂上开有通孔，供装有复位弹簧的顶柱在所述自动爬绳装置断电进而线圈断电时随着动铁芯向逼近所述偏心轮方向移动；所述复位弹簧沿轴向安装在所述顶柱上，卡在顶柱一端的挡板和所述顶板另一侧之间。自动爬绳装置断电进而线圈断电时，动铁芯推杆输出行程和推力，使得偏心轮与绳索接触，由于上述绳、轮间存在摩擦力，所述偏心轮在摩擦力带动下，通过把手、连杆，使上述顶柱在所述线圈断电时能够克服复位弹簧的拉力作用，并随着动铁芯向逼近所述偏心轮方向移动，直至绳索被锁死为止，而不至使所述自动爬绳装置的重负失控下滑，反之，当自动爬绳装置通电进而线圈通电时，动铁芯推杆向释放压力的方向输出行程和推力，释放绳索，并在装有复位弹簧的顶柱的拉力作用下复位。

和其它应用于便携式、一体化自动爬绳装置的压轮锁紧机构不同，本发明采用的偏心轮、电磁铁及其推拉结构确保操作人员在突发情形下，如装置断电、操作人员无法判断、电机抱闸失效等情形下迅速提供足够的压紧力，避免爬绳装置下滑而无需施加人工干预。

附图说明

附图描述了上述装置的设计细节、意图，进一步说明各组成部件之间的关系和连接方式。

附图中：

图1是本发明涉及的压轮锁紧机电联动装置的布局图，示出了本发明装置中的主要组成部件、物理布局、连接关系和工作原理。

图2是图1中所描述拉入式电磁铁的具体安装结构，即电磁推拉结构的详细设计说明：a.侧视图，b.正视图，c.俯视图。

具体实施方式

本发明的第一部分是压轮锁紧机电联动装置的部件组成。本发明装置主要包括下列部件：压紧轮一对，偏心轮把手，连杆，电磁推拉结构。采用上述部件组成本发明装置的原因描述如下：便携式、一体化自动爬绳装置停止升降时可以用偏心轮的摩擦力锁紧绳索，但升降时又不能和绳轮有较大的摩擦力。这样偏心轮就必须有下述执行动作：锁住和放开。为提高本发明装置及其应用环境的自动化程度，控制偏心轮动作的驱动装置采用拉入式电磁铁，但直接采用上述拉入式电磁铁，所能输出的推力小，行程短，无法满足设计和使用要求。因此采用特殊装置，即包含压紧轮一对，偏心轮把手，连杆及以拉入式电磁铁为主要执行部件的电磁推拉结构在内的整套机电联动装置，目的在于使拉入式电磁铁仅起开关作用，靠便携式、一体化自动爬绳装置所携带重负使偏心轮锁紧，靠便携式、一体化自动爬绳装置中电机减速机的驱动力、拉入式电磁铁推杆的作用力以及电磁推拉结构中复位弹簧的拉力使偏心轮放开。其中，为扩大行程，电磁铁通过连杆与偏心轮把手一端用铰链相连，而偏心轮把手另一端通过销固定在电磁铁同侧偏心轮旋转中心处，该偏心轮与异侧压紧轮几何中心处于同一水平高度，而偏心轮旋转中心略高于几何中心。偏心轮与异侧压紧轮之间为绳索通过的空间。通过上述组成部件及其布局方式、连接方式，拉入式电磁铁在自动爬绳装置断电情形下将输出一定推力和行程，继而导致连杆产生位移、继而偏心轮把手产生绕偏心轮旋转中心的旋转位移，最后带动偏心轮产生与偏心轮把手同向的旋转位移，由于偏心轮旋转中心略高于其几何中心，偏心轮将协同异侧压紧轮共同压住其间的绳索。但仅仅靠偏心轮与压紧轮产生的夹紧力将不足以夹紧绳索。要想满足锁紧要求，解决办法就是利用便携式、一体化自动爬绳装置所携带重负，使电磁推拉结构仅起“开关”作用。上述技术方案中，电磁铁通电时偏心轮不和绳索产生接触；当自动爬绳装置断电进而电磁铁断电时使偏心轮压住绳子，由于便携式、一体化自动爬绳装置所携带重负受重力作用而产生的下降趋势的影响，绳索相对便携式、一体化自动爬绳装置及其内部机构包括压轮锁紧机电联动装置有向上运动的趋势，此时，偏心轮和绳子之间的摩擦力使偏心轮继续向增大压紧力的方向旋转从而不断增大压紧力，直到锁死绳索为止。如果绳索被偏心轮锁死，显然电磁推拉结构难以独立使其立即回位。实际上解除锁紧状态是系统恢复供电后由电机减速机触发，解除锁紧状态时首先便携式、一体化自动爬绳装置中的电机减速机(在电机带动下)转动，即而带动绳轮、绳索产生位移，同时绳索与偏心轮之间摩擦力将使偏心轮向锁紧方向的相反方向旋转一个角度，使锁紧力减小，同时，在拉入式电磁铁内部线圈通电后产生的吸引力作用下，电磁铁推杆将带动负载，即连杆、偏心轮把手以及偏心轮整体回位。自动爬绳装置断电进而电磁铁断电后，拉入式电磁铁将通过推杆再次输出行程和推力，继而带动连杆、继而偏心轮把手，最后由偏心轮向锁紧方向旋转一个角度，达到上述锁紧-释放绳索的效果。

本发明的第二部分是电磁推拉结构的部件组成，及各部件尤其是安装结构的设计。在本发明第一部分中，当自动爬绳装置断电进而拉入式电磁铁断电时，该电磁铁推杆输出额定行程，推动连杆、偏心轮把手，使偏心轮转动并压住绳子，如果该压紧力不够，则由于便携式、一体化自动爬绳装置所携带重负的自重影响，便携式、一体化自动爬绳装置存在下降趋势(此时未下降)，则绳索相对便携式、一体化自动爬绳装置及其内部机构包括压轮锁紧机电联动装置有上升的趋势，此时偏心轮和绳子之间的摩擦力将使偏心轮继续向增大压紧力的旋转方向旋转以增大压紧力，直到锁死为止。应用该技术方案需要解决的问题是电磁铁要能够在一定行程范围内整体浮动。具体要求为：上述拉入式电磁铁及所在便携式、一体化自动爬绳装置断电时，上述电磁铁推杆输出额定行程，并推动连杆、偏心轮把手，使偏心轮转动并压住绳子时所产生的压紧力为一固定值，若该压紧力足以夹紧绳索而不至于使便携式、一体化自动爬绳装置及其重负失控下滑，则偏心轮转动角度不再变化；若该压紧力不足以夹紧绳索而致使便携式、一体化自动爬绳装置及其重负存在下滑趋势，则偏心轮转动角度将在该下滑趋势及相应摩擦力作用下，向增大压紧力的旋转方向旋转以增大压紧力，并带动偏心轮把手，连杆和电磁铁产生位移。故电磁铁应当能够按照实际所需压紧力大小自由滑动，这里的关键技术是电磁铁在整个电磁推拉结构中的安装结构。首先，拉入式电磁铁被安装在一块滑板上，并可以在两块固定板组成的T型滑动槽中双向滑动。安装结构中还存在一块带孔顶板，用于限制电磁铁回程路径。滑板上还固定着拉柱，该拉柱可以在顶板孔中滑动，拉柱上装有复位弹簧，因此，电磁铁整体向远离顶板方向运动时还需克服一定的弹簧阻(拉)力。上述机构可以实现在自动爬绳装置断电进而电磁铁断电后，首先由电磁铁推杆向远离顶板的方向输出行程和推力，以及在大重负情形下，偏心轮带动电磁铁继续前进时，电磁铁整体克服复位弹簧拉力继续向远离顶板方向输出行程(此时复位弹簧被拉伸)。自动爬绳装置通电进而电磁铁通电后，首先由便携式、一体化自动爬绳装置中的电机减速机使偏心轮锁紧装置松开，继而电磁铁整体在被拉伸的复位弹簧作用下向靠近顶板的方向位移；由于电磁铁是拉入式的，在其内部线圈通电后所产生的吸引力作用下，该电磁铁推杆将外部载荷，即连杆、偏心轮把手、偏心轮拉回原位，绳索被释放。

图1是压轮锁紧机电联动装置的部件组成示意图。其中，拉入式电磁铁1中推杆2通过铰链与连杆3一端相连接，连杆3另一端通过铰链与偏心轮把手4一端相连，偏心轮把手4另一端通过销固定在偏心轮5旋转中心处，该旋转中心位置略高于其几何中心，偏心轮5与压紧轮6分别位于绳索7两侧，在推杆2输出行程和推力时产生压紧力，压紧轮旋转中心与几何中心重合，供电电线8为压轮锁紧机电联动装置提供电能。选择拉入式电磁铁1行程为10mm，可输出推力2kg，偏心轮把手4的长度L1、连杆3的长度L2分别为59.8mm、50mm，偏心轮5直径D为32mm，偏心量e为2.5mm，则电磁铁1输出上述行程和推力时，偏心轮将转动一个角度β，β＝15°，且作用在偏心轮5上传动力w为3.08kg；偏心轮5与绳索7被夹紧面之间的摩擦系数f为0.2，故偏心轮5与绳索7被夹紧面摩擦角φ为11.3°，又偏心轮5中压力角α为8.25°，回转中心到接触点距离ρ为16.64mm，故偏心轮5输出的夹紧力F为27kg，此时偏心轮5输出的有效行程s为0.647mm。对于本发明装置所处的便携式、一体化自动爬绳装置，尤其是其携带大重负情形下，上述夹紧力通常不足以偏心夹紧绳索7。因此，在拉入式电磁铁输出行程和推力，并导致偏心轮5输出上述行程和夹紧力后，偏心轮5与绳索7接触，并由偏心轮5协同异侧压紧轮6压紧绳索7，利用便携式、一体化自动爬绳装置的自重及携带重负所受重力影响，偏心轮5和绳索7之间的摩擦力使偏心轮5继续朝增大夹紧力的方向旋转以不断增大夹紧力，直到绳索7被锁死为止。根据上述实施方案，拉入式电磁铁1及其推杆2、连杆3、偏心轮把手4与偏心轮5起开关作用，决定偏心轮5与绳索7之间的接触状态，当偏心轮5与绳索7接触后，如果保证便携式、一体化自动爬绳装置及携带重负不至下滑所需夹紧力小于或等于27kg，则拉入式电磁铁1整体不应该沿其轴向移动，反之，拉入式电磁铁1整体需在偏心轮5的拉动作用下沿轴向移动，以增大偏心轮5与绳索7之间的夹紧力。

图2是拉入式电磁铁的具体安装结构。其中，拉入式电磁铁1安装在一个L型滑板9上，滑板9相邻两侧为两块固定板组成的T型滑槽11，拉入式电磁铁1可以在滑槽11中沿着内部动铁芯轴向进行双向滑动，但拉入式电磁铁1的后退行程将受顶板10的限制。顶板10上带孔且滑板9上固定的拉柱12可以在顶板10的孔中滑动，拉柱12上装有复位弹簧13，使得拉入式电磁铁1整体向远离顶板10的方向运动时必须克服一定的弹簧阻力。安装时，滑板9与顶板10之间、滑板9与滑槽11所含两块固定板之间，可通过法兰加普通螺栓相互固定；滑板9、顶板10及滑槽11所含两块固定板可各自通过普通螺栓定位于便携式、一体化自动爬绳装置基座上；在顶板10、拉柱12末段套件与复位弹簧13接触点上均焊有园钩环，复位弹簧13可通过其两端的端部钩环固定于顶板10与拉柱12末段套件上。

Claims (1)

1.压轮锁紧机电联动装置，其特征在于，这是一种便携式、一体化自动爬绳装置采用的压轮锁紧机电联动装置，该压轮锁紧机电联动装置含有：一对压紧轮、偏心轮把手、连杆和含拉入式电磁铁的电磁推拉机构，其中：

一对压紧轮，中间夹有绳索，该绳索一端为固定端并通过固定装置固定于设定目标高度，另一端则进入自动爬绳装置，绳索缠绕于装置内滑轮机构中的滑轮之上，通过绳、轮之间摩擦力，自动爬绳装置带动所携带的重物上升或下降，在自动爬绳装置上升和下降过程中，绳索与自动爬绳装置及其内部机构，包括上述压轮锁紧机电联动装置之间存在方向相反的相对位移，在上述一对压紧轮中，位于所述电磁铁推拉机构同侧的压紧轮为偏心轮，其旋转中心位于几何中心的上方，在该旋转中心上固定着一个偏心轮把手；

连杆，一端通过铰链与所述偏心轮把手的另一端相连；

含拉入式电磁铁的电磁推拉机构，含有：拉入式电磁铁、滑板、T型滑槽、L型顶板、顶柱以及复位弹簧，其中：

拉入式电磁铁，由动铁芯、线圈和动铁芯外壳组成，所述动铁芯上连接有一根推杆，该推杆悬空端通过铰链与所述连杆的另一端相连，所述动铁芯外壳固定在所述滑板的水平臂上；

T型滑槽，连接在所述自动爬绳装置的基座上，所述滑板沿着所述动铁芯轴向在该T型滑槽内进行双向来回滑动；

顶板，与所述滑板的垂直臂固定连接，所述顶板和滑板的垂直臂上开有通孔，供装有复位弹簧的顶柱在所述自动爬绳装置断电进而线圈断电时随着动铁芯向逼近所述偏心轮方向移动；所述复位弹簧沿轴向安装在所述顶柱上，卡在顶柱一端的挡板和所述顶板另一侧之间，自动爬绳装置断电进而线圈断电时，动铁芯推杆向压紧方向输出行程和推力，使得偏心轮与绳索接触，由于上述绳、轮间存在摩擦力，所述偏心轮在摩擦力带动下，通过偏心轮把手、连杆，使上述顶柱在所述线圈断电时能够克服复位弹簧的拉力作用，并随着动铁芯向逼近所述偏心轮方向移动，直至绳索被锁死为止，而不至使所述自动爬绳装置的重负失控下滑，反之，当自动爬绳装置通电进而线圈通电时，动铁芯推杆向释放压力的方向输出行程和推力，释放绳索，并在装有复位弹簧的顶柱的拉力作用下复位。

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