CN102556910A - 一种液压控制的无动力下降装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压控制的无动力下降装置。其技术方案是：将第一、第二吊箱(22、25)的钢丝绳反向缠绕在第一、第二卷筒(17、19)上；第一链轮(10)、第二链轮(11)、第三齿轮(28)和第四齿轮(29)实现了油泵(3)输入轴旋转方向不变。液压系统中的单向阀(6)的出油口与蓄能器(4)和换向阀(8)的P口分别相通，换向阀(8)的A口通过油管与液压制动器(18)的进油口相通。控制软件写入单片机(34)内，根据不同起吊质量，单片机(34)控制节流阀(9)和溢流阀(7)保证了吊箱的恒速下降。本装置无外动力源时能保障物资或人员安全，具有恒速下降、安全性高、可靠性强和适应性广的特点，适用于各种高层建筑的物资向下运输及紧急逃生。

Description

一种液压控制的无动力下降装置

技术领域

本发明属于一种缓降装置技术领域。具体涉及一种液压控制的无动力下降装置。

背景技术

在当代社会，能源紧缺一直是经济建设中的瓶颈，怎样合理地节约能源，充分地开发和利用新能源一直困扰着人们。为了弥补这些缺陷，进一步提高能源利用率及设备的自动调节机能和安全性能，设计了缓降装置。缓降装置可适用于高层建筑物资向下运输和高层工业现场，也适用于发生火灾、地震后解救高层被困人员的救生装置。特点是：完全利用重力势能，整个系统无需外界动力，保证该系统时刻可以工作。

在一些高层建筑的物资运输和高层工业现场，有较为成熟的缓降装置的出现，虽然在很大程度上提高了其可操作性和运输效率，但从使用情况来看还存在一些缺点：一、为了实现可操作性，缓降器一般采用电机驱动，不仅不便于所需速度的调节，且在复杂情况下，可靠性能差；二、系统一旦出现故障，安全性能不能保证；三、需要使用电源，对现场条件有要求；四、价格较贵，维修保养要求高，不利于推广应用。

一种基于液压控制的往复式缓降装置(ZL 2010 2 0202061.3)采用两摩擦盘相互摩擦的摩擦力产生的力矩平衡达到吊箱的匀速下降，其可操作性差，且不能快速适应现场环境和收集装置的运动信息，不利于复杂环境下的物资上下运输等，安全性能差。

发明内容

本发明旨在克服现有的技术缺陷，目的是提供一种在无外动力源时能保障物资或人员安全、可靠性强和适用性广的液压控制的无动力下降装置。该装置适用于各种高层建筑的物资向下运输及紧急逃生。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一根钢丝绳的一端与第一吊箱连接，另一端缠绕在第一卷筒上；第二根钢丝绳的一端与第二吊箱连接，另一端以第一钢丝绳缠绕相反的方向缠绕在第二卷筒上；第一卷筒和第二卷筒固定安装在第一传动轴上，第一传动轴上装有液压制动器，液压制动器位于第一卷筒和第二卷筒的中间，第一传动轴的右端装有速度传感器，第一吊箱上方的钢丝绳装有第一质量传感器，第二吊箱上方的钢丝绳装有第二质量传感器，第一吊箱的底部下平面装有第一测距传感器，第二吊箱的底部下平面装有第二测距传感器，第一传动轴的左端经第一联轴器与第二传动轴的一端同轴线联接。

第一齿轮固定安装在第二传动轴上，与第一齿轮相啮合的第二齿轮固定安装在第三传动轴上，第一链轮和第二链轮从左到右依次安装在第三传动轴上。

第一链轮经链条与安装在第五传动轴上的第四链轮链接，第二链轮经另一链条与安装在第四传动轴上的第三链轮链接，安装在第四传动轴上的第三齿轮与安装在第五传动轴上的第四齿轮啮合，第五传动轴的一端经第二联轴器与油泵的输出轴联接。

油泵的吸油口经滤油器与油箱相通。

油泵的出油口通过油管与节流阀、单向阀和手动阀的进油口分别连接，节流阀的出油口通过油管与溢流阀的进油口相通，溢流阀的出油口通过油管与油箱相通；手动阀的出油口通过油管与油箱相通；单向阀的出油口与蓄能器和换向阀的P口分别相通，换向阀的A口通过油管与液压制动器的进油口相通，换向阀的T口通过油管与油箱相通。

单片机的I/O口与溢流阀、换向阀和节流阀的控制端口分别连接，单片机的A/D口与第一质量传感器和第二质量传感器的信号输出端口分别连接，单片机的输入捕捉口与速度传感器的信号输出端口连接，单片机的I/O口与第一测距传感器和第二测距传感器的信号输出端口分别连接；控制软件写入单片机内。

所述第一链轮的内孔固定安装有第一棘轮，第二链轮的内孔固定安装有第二棘轮，第一棘轮和第二棘轮的棘爪安装方向相反。

所述第一链轮和第二链轮齿数相等，第三链轮和第四链轮的齿数相等，第一链轮和第二链轮分别与相应的第四链轮和第三链轮的传动比均为2.5～3.5。

所述第一齿轮与第二齿轮传动比为3.5～4.5，第三齿轮和第四齿轮的传动比为1。

所述控制软件的主流程为：

S1、对单片机34初始化；

S2、设定起吊的最大质量为M_max和吊箱距离地面的最低高度为H_min，设定I/O引脚状态；

S3、单片机34通过第一质量传感器16采集第一吊箱22的起吊质量M₁，通过第二质量传感器24采集第二吊箱25的起吊质量M₂；

S4、若M₁>M_max和M₂>M_max，进入S5；否则进入S6；

S5、调整吊箱起吊质量M₁和M₂，返回S4；

S6、若M₁＞M₂，第一吊箱22下降；否则第二吊箱25下降；

S7、根据第一吊箱22和第二吊箱25的起吊质量差ΔM，设定溢流阀7的溢流压力；

S8、设定第一吊箱22和第二吊箱25的运行速度为V₀、速度变化范围为V₀±ΔV₀；

S9、单片机34发出脉冲信号，启动换向阀8，即换向阀8的A口和T口相通，液压制动器18松开，吊箱开始运行；

S10、单片机34采集第一传动轴21的转速n，第一吊箱22的下降速度V₁为n与第一卷筒17周长C₁的乘积或第二吊箱25的下降速度V₂为转速n第二卷筒19周长C₂的乘积； 

S11、单片机34采集第一吊箱22距离地面高度H₁和第二吊箱25距离地面高度H₂；

S12、若H₁<H_min或H₂<H_min，进入S15；否则进入S13；

S13、若V₁或V₂在V₀±ΔV₀范围内，返回S10；否则进入S14；

S14、若V₁>V₀+ΔV₀或V₂>V₀+ΔV₀，减小节流阀9的开口度，返回S10；若V₁＜V₀-ΔV₀或V₂＜V₀-ΔV₀，增大节流阀9的开口度，返回S10；

S15、根据匀减速下降的控制模式，减小节流阀9的开口度，直至H₁=0和下降速度V₁=0或H₂=0和下降速度V₂=0；

S16、若H₁<0.02m或H₂<0.02m，单片机34发出脉冲信号，换向阀8返回初始状态，即换向阀8的A口和P口相通，液压制动器18闭合；否则进入S15；

S17、结束。

本装置在起吊前，第一、第二质量传感器将第一吊箱、第二吊箱的质量信号传入单片机进行超重判断，若第一吊箱的起吊质量M₁大于设定的最大质量M_max，则报警，调节起吊质量M₁小于最大质量M_max。当第一吊箱下降时，单片机通过第一吊箱、第二吊箱的质量差ΔM来调节溢流阀的溢流压力，速度传感器则将第一吊箱的下降速度信号输入单片机，单片机将设定的运行速度V₀与实际下降速度V₁相比较以调节节流阀的开口度，使下降速度V₁稳定在设定下降速度范围V₀±ΔV₀内。当第一吊箱离地高度H₁小于最低高度H_min时，减小节流阀的开口度使下降速度V₁减小。当离地高度H₁小于0.02m时，单片机控制换向阀换向，液压制动器闭合，实现平稳制动，缓降结束。

在上述技术方案中，第一链轮通过第四链轮带动第五传动轴正向转动；若第二吊箱下降时，第二链轮通过第三链轮带动第四传动轴反向转动。通过第三齿轮和第四齿轮的传动，带动第五传动轴正向转动，故第五传动轴的转动方向始终保持不变，则输入到油泵的转向不变，保证了油泵的连续正常工作。

当第一吊箱安全到达地面停止工作时，通过单片机控制换向阀、节流阀和溢流阀，分别使得液压制动器和油泵卸荷。此时，第二吊箱就可以完成与第一吊箱同样的下落过程，实现了将货物或人员连续地从高楼向下运输的目的。

若单片机采集的速度传感器的下降速度V₁不在所设定的速度变化范围V₀±ΔV₀时，单片机控制换向阀使蓄能器中的液压油压入液压制动器中，实现紧急制动。然后开启并调节手动阀的开口度，控制第一吊箱下降速度V₁，直到第一吊箱下降到地面。

本发明与已有技术相比具有如下积极效果：

本发明集机械传动与液压反馈控制于一体，将重力势能转化为液压能，依靠重物自身重力进行工作，不需额外的动力装置；且采用了两个卷筒，能实现往复运行，大大提高了运输效率；将第一吊箱和第二吊箱连接的钢丝绳分别反向缠绕在第一和第二卷筒上，第一链轮及其第一棘轮、第二链轮及其第二棘轮、第三齿轮和第四齿轮可实现油泵输入轴旋转方向不变；液压系统中的单向阀的出油口与蓄能器和换向阀的P口分别相通，换向阀的A口通过油管与液压制动器的进油口相通，能在无外动力源时保障物资或人员安全；控制软件写入单片机内，速度传感器检测第一传动轴的转速，第一和第二测距传感器分别检测第一和第二吊箱与地面距离，根据不同质量，单片机控制节流阀和溢流阀，以保证吊箱的恒速下降。

因此，本装置可实现无外动力源时的恒速下降，具有安全性高、可靠性强和适应性广的特点，适用于各种高层建筑的物资向下运输和紧急逃生。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中第一链轮10的剖面放大示意图；

图3为图1中第二链轮11的剖面放大示意图；

图4为单片机34的控制软件主流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对保护范围的限制：

一种液压控制的无动力下降装置，该装置如图1所示：第一根钢丝绳的一端与第一吊箱22连接，另一端缠绕在第一卷筒17上；第二根钢丝绳的一端与第二吊箱25连接，另一端以第一钢丝绳缠绕相反的方向缠绕在第二卷筒19上；第一卷筒17和第二卷筒19固定安装在第一传动轴21上，第一传动轴21上装有液压制动器18，液压制动器18位于第一卷筒17和第二卷筒19的中间，第一传动轴21的右端装有速度传感器20，第一吊箱22上方的钢丝绳装有第一质量传感器16，第二吊箱25上方的钢丝绳装有第二质量传感器24，第一吊箱22的底部下平面装有第一测距传感器23，第二吊箱25的底部下平面装有第二测距传感器26，第一传动轴21的左端经第一联轴器15与第二传动轴13的一端同轴线联接。

第一齿轮14固定安装在第二传动轴13上，与第一齿轮14相啮合的第二齿轮27固定安装在第三传动轴12上，第一链轮10和第二链轮11从左到右依次安装在第三传动轴12上。

第一链轮10经链条与安装在第五传动轴32上的第四链轮33链接，第二链轮11经另一链条与安装在第四传动轴31上的第三链轮30链接，安装在第四传动轴31上的第三齿轮28与安装在第五传动轴32上的第四齿轮29啮合，第五传动轴32的一端经第二联轴器35与油泵3的输出轴联接。

油泵3的吸油口经滤油器2与油箱1相通。

油泵3的出油口通过油管与节流阀9、单向阀6和手动阀5的进油口分别连接，节流阀9的出油口通过油管与溢流阀7的进油口相通，溢流阀7的出油口通过油管与油箱1相通；手动阀5的出油口通过油管与油箱1相通；单向阀6的出油口与蓄能器4和换向阀8的P口分别相通，换向阀8的A口通过油管与液压制动器18的进油口相通，换向阀8的T口通过油管与油箱1相通。

单片机34的I/O口与溢流阀7、换向阀8和节流阀9的控制端口分别连接，单片机34的A/D口与第一质量传感器16和第二质量传感器24的信号输出端口分别连接，单片机34的输入捕捉口与速度传感器20的信号输出端口连接，单片机34的I/O口与第一测距传感器23和第二测距传感器26的信号输出端口分别连接；控制软件写入单片机34内。

本具体实施方式的第一链轮10如图2所示，内孔固定安装有第一棘轮36，第二链轮11如图3所示，内孔固定安装有第二棘轮37，第一棘轮36和第二棘轮37的棘爪安装方向相反。

所述第一链轮10和第二链轮11齿数相等，第三链轮30和第四链轮29的齿数相等，第一链轮10和第二链轮11分别与相应的第四链轮33和第三链轮30的传动比均为2.5～3.5。

所述第一齿轮14与第二齿轮27传动比为3.5～4.5，第三齿轮28和第四齿轮29的传动比为1。

本具体实施方式的控制软件的主流程如图4所示：

S1、对单片机34初始化；

S2、设定起吊的最大质量为M_max和吊箱距离地面的最低高度为H_min，设定I/O引脚状态；

S3、单片机34通过第一质量传感器16采集第一吊箱22的起吊质量M₁，通过第二质量传感器24采集第二吊箱25的起吊质量M₂；

S4、若M₁>M_max和M₂>M_max，进入S5；否则进入S6；

S5、调整吊箱起吊质量M₁和M₂，返回S4；

S6、若M₁＞M₂，第一吊箱22下降；否则第二吊箱25下降；

S7、根据第一吊箱22和第二吊箱25的起吊质量差ΔM，设定溢流阀7的溢流压力；

S8、设定第一吊箱22和第二吊箱25的运行速度为V₀、速度变化范围为V₀±ΔV₀；

S9、单片机34发出脉冲信号，启动换向阀8，即换向阀8的A口和T口相通，液压制动器18松开，吊箱开始运行；

S10、单片机34采集第一传动轴21的转速n，第一吊箱22的下降速度V₁为n与第一卷筒17周长C₁的乘积或第二吊箱25的下降速度V₂为转速n第二卷筒19周长C₂的乘积； 

S11、单片机34采集第一吊箱22距离地面高度H₁和第二吊箱25距离地面高度H₂；

S12、若H₁<H_min或H₂<H_min，进入S15；否则进入S13；

S13、若V₁或V₂在V₀±ΔV₀范围内，返回S10；否则进入S14；

S14、若V₁>V₀+ΔV₀或V₂>V₀+ΔV₀，减小节流阀9的开口度，返回S10；若V₁＜V₀-ΔV₀或V₂＜V₀-ΔV₀，增大节流阀9的开口度，返回S10；

S15、根据匀减速下降的控制模式，减小节流阀9的开口度，直至H₁=0和下降速度V₁=0或H₂=0和下降速度V₂=0；

S16、若H₁<0.02m或H₂<0.02m，单片机34发出脉冲信号，换向阀8返回初始状态，即换向阀8的A口和P口相通，液压制动器18闭合；否则进入S15；

S17、结束。

 

本装置在起吊前，第一、第二质量传感器16、24将第一吊箱22、第二吊箱25的质量信号传入单片机34进行超重判断，若第一吊箱22的起吊质量M₁大于设定的最大质量M_max，则报警，调节起吊质量至小于最大质量M_max。当第一吊箱22下降时，单片机34通过第一吊箱22、第二吊箱25的质量差ΔM来调节溢流阀7的溢流压力，速度传感器20则将第一吊箱22的下降速度信号输入单片机34，单片机34将设定的运行速度V₀与实际下降速度V₁相比较以调节节流阀9的开口度，使下降速度V₁稳定在设定的下降速度范围V₀±ΔV₀内。当第一吊箱22离地高度H₁小于最低高度H_min时，减小节流阀9的开口度使下降速度V₁减小。当离地高度H₁小于0.02m时，单片机34控制换向阀8换向，液压制动器18闭合，实现平稳制动，缓降结束。

在具体实施方式中，第一链轮10通过第四链轮33带动第五传动轴32正向转动；若第二吊箱25下降时，第二链轮11通过第三链轮30带动第四传动轴31反向转动。通过第三齿轮28和第四齿轮29的啮合传动，带动第五传动轴32正向转动，故第五传动轴32的转动方向可始终保持不变，则输入到油泵3的转向不变，保证了油泵3的连续正常工作。

当第一吊箱22安全到达地面停止工作时，通过单片机34控制换向阀8、节流阀9和溢流阀7，分别使得液压制动器18和油泵3卸荷。此时，第二吊箱25就可以完成与第一吊箱22同样的下落过程，实现了将货物或人员连续地从高楼向下运输的目的。

若单片机34采集的速度传感器20的下降速度V₁不在所设定的速度变化范围V₀±ΔV₀时，单片机34控制换向阀8使蓄能器4中的液压油压入液压制动器18中，实现紧急制动。然后开启并调节手动阀5的开口度，控制第一吊箱22下降速度V₁，直到第一吊箱22下降到地面。

本具体实施方式与已有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式集机械传动与液压反馈控制于一体，将重力势能转化为液压能，依靠重物自身重力进行工作，不需额外的动力装置；且采用了两个卷筒，能实现往复运行，大大提高了运输效率；将第一吊箱22和第二吊箱25连接的钢丝绳分别反向缠绕在第一卷筒17和第二卷筒19上，第一链轮10及其第一棘轮36、第二链轮11及其第二棘轮37、第三齿轮28和第四齿轮29可实现油泵3的输入轴旋转方向不变；液压系统中的单向阀6的出油口与蓄能器4和换向阀8的P口分别相通，换向阀8的A口通过油管与液压制动器18的进油口相通，能在无外动力源时保障物资或人员安全；控制软件写入单片机34内，速度传感器20检测第一传动轴21的转速，第一测距传感器23和第二测距传感器26分别检测第一吊箱22和第二吊箱25与地面距离H₁和H₂，单片机34控制节流阀9和溢流阀7，以保证吊箱的恒速下降。

因此，本装置可实现无外动力源时的恒速下降，具有安全性高、可靠性强和适应性广的特点，适用于各种高层建筑的物资向下运输和紧急逃生。

Claims (5)

1.一种液压控制的无动力下降装置，其特征在于第一根钢丝绳的一端与第一吊箱(22)连接，另一端缠绕在第一卷筒(17)上；第二根钢丝绳的一端与第二吊箱(25)连接，另一端以第一钢丝绳缠绕相反的方向缠绕在第二卷筒(19)上；第一卷筒(17)和第二卷筒(19)固定安装在第一传动轴(21)上，第一传动轴(21)上装有液压制动器(18)，液压制动器(18)位于第一卷筒(17)和第二卷筒(19)的中间，第一传动轴(21)的右端装有速度传感器(20)，第一吊箱(22)上方的钢丝绳装有第一质量传感器(16)，第二吊箱(25)上方的钢丝绳装有第二质量传感器(24)，第一吊箱(22)的底部下平面装有第一测距传感器(23)，第二吊箱(25)的底部下平面装有第二测距传感器(26)，第一传动轴(21)的左端经第一联轴器(15)与第二传动轴(13)的一端同轴线联接；

第一齿轮(14)固定安装在第二传动轴(13)上，与第一齿轮(14)相啮合的第二齿轮(27)固定安装在第三传动轴(12)上，第一链轮(10)和第二链轮(11)从左到右依次安装在第三传动轴(12)上；

第一链轮(10)经链条与安装在第五传动轴(32)上的第四链轮(33)链接，第二链轮(11)经另一链条与安装在第四传动轴(31)上的第三链轮(30)链接，安装在第四传动轴(31)上的第三齿轮(28)与安装在第五传动轴(32)上的第四齿轮(29)啮合，第五传动轴(32)的一端经第二联轴器(35)与油泵(3)的输出轴联接；

油泵(3)的吸油口经滤油器(2)与油箱(1)相通；

油泵(3)的出油口通过油管与节流阀(9)、单向阀(6)和手动阀(5)的进油口分别连接，节流阀(9)的出油口通过油管与溢流阀(7)的进油口相通，溢流阀(7)的出油口通过油管与油箱(1)相通；手动阀(5)的出油口通过油管与油箱(1)相通；单向阀(6)的出油口与蓄能器(4)和换向阀(8)的P口分别相通，换向阀(8)的A口通过油管与液压制动器(18)的进油口相通，换向阀(8)的T口通过油管与油箱(1)相通；

单片机(34)的I/O口与溢流阀(7)、换向阀(8)和节流阀(9)的控制端口分别连接，单片机(34)的A/D口与第一质量传感器(16)和第二质量传感器(24)的信号输出端口分别连接，单片机(34)的输入捕捉口与速度传感器(20)的信号输出端口连接，单片机(34)的I/O口与第一测距传感器(23)和第二测距传感器(26)的信号输出端口分别连接；控制软件写入单片机(34)内。

2.根据权利要求1所述的液压控制的无动力下降装置，其特征在于所述第一链轮(10)的内孔固定安装有第一棘轮(36)，第二链轮(11)的内孔固定安装有第二棘轮(37)，第一棘轮(36)和第二棘轮(37)的棘爪安装方向相反。

3.根据权利要求1所述的液压控制的无动力下降装置，其特征在于所述第一链轮(10)和第二链轮(11)齿数相等，第三链轮(30)和第四链轮(29)的齿数相等，第一链轮(10)和第二链轮(11)分别与相应的第四链轮(33)和第三链轮(30)的传动比均为2.5～3.5。

4.根据权利要求1所述的液压控制的无动力下降装置，其特征在于所述第一齿轮(14)与第二齿轮(27)传动比为3.5～4.5，第三齿轮(28)和第四齿轮(29)的传动比为1。

5.根据权利要求1所述的液压控制的无动力下降装置，其特征在于所述控制软件的主流程为：

S1、对单片机34初始化；

S2、设定起吊的最大质量为M_max和吊箱距离地面的最低高度为H_min，设定I/O引脚状态；

S3、单片机34通过第一质量传感器16采集第一吊箱22的起吊质量M₁，通过第二质量传感器24采集第二吊箱25的起吊质量M₂；

S4、若M₁>M_max和M₂>M_max，进入S5；否则进入S6；

S5、调整吊箱起吊质量M₁和M₂，返回S4；

S6、若M₁＞M₂，第一吊箱22下降；否则第二吊箱25下降；

S7、根据第一吊箱22和第二吊箱25的起吊质量差ΔM，设定溢流阀7的溢流压力；

S8、设定第一吊箱22和第二吊箱25的运行速度为V₀、速度变化范围为V₀±ΔV₀；

S9、单片机34发出脉冲信号，启动换向阀8，即换向阀8的A口和T口相通，液压制动器18松开，吊箱开始运行；

S10、单片机34采集第一传动轴21的转速n，第一吊箱22的下降速度V₁为n与第一卷筒17周长C₁的乘积或第二吊箱25的下降速度V₂为转速n第二卷筒19周长C₂的乘积； 

S11、单片机34采集第一吊箱22距离地面高度H₁和第二吊箱25距离地面高度H₂；

S12、若H₁<H_min或H₂<H_min，进入S15；否则进入S13；

S13、若V₁或V₂在V₀±ΔV₀范围内，返回S10；否则进入S14；

S14、若V₁>V₀+ΔV₀或V₂>V₀+ΔV₀，减小节流阀9的开口度，返回S10；若V₁＜V₀-ΔV₀或V₂＜V₀-ΔV₀，增大节流阀9的开口度，返回S10；

S15、根据匀减速下降的控制模式，减小节流阀9的开口度，直至H₁=0和下降速度V₁=0或H₂=0和下降速度V₂=0；

S16、若H₁<0.02m或H₂<0.02m，单片机34发出脉冲信号，换向阀8返回初始状态，即换向阀8的A口和P口相通，液压制动器18闭合；否则进入S15；

S17、结束。

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