CN104107557A - 可分离式螺旋管 - Google Patents

Abstract

分离式螺旋管是一种模块化垂直升降单元，由复合钢带、支撑轮、滚筒、压带机构等主要部件组成；从钢带储藏盘出来的一根复合钢带，经过压带结构强迫发生扭转及变形使下层复合钢带的上部凹槽连续性插入刚形成螺旋管的上层复合钢带的下沿，从而不断我自复合形成螺旋管的上升运动，可分成右旋螺旋管或左旋螺旋管两种形式；本发明的有益效果是：1)设备所占自身高度很小；2)运动原理简单，运动过程可靠；3)可分离式螺旋管可以标准化成批生产，模块化搭建各种舞台升降台。

Description

可分离式螺旋管

技术领域

本发明涉及一种机械式垂直升降装置，在电机等外部动力驱动下带载升降。

背景技术

通过专利检索可知，目前已有US2173685A、CN1037126A、CN1093335A等近似的专利，以下逐一进行分析：

1939年的专利(US2173685A)公开了一种起重装置：“它包括了一条可绕成螺旋线的连续或环连的金属带；两个构件，也就是转子和定子，它们同心布置，以便在它们之间预留出一个环形空间；一个用于上述的金属带在上述环形空间内螺旋上升的导轨；在上述两个同心构件的外层构件里有一条狭缝，金属带可以通过该狭缝经过上述轨道；金属带与两个同心构件中的里层构件啮合的工具和使转子相对于定子转动的工具。”经过分析可知，该起重装置存在以下不足之处：(1)钢带5中的大量销7、孔6采用“销插入孔内定位”的运动原理存在很多问题，在工程上无法实施。首先，无法加工如此数量、精准配合孔和销。由于所有孔6和销7均在同一条刚带5上，故无法采用“配做”这种最简单的加工工艺；在1939年这个时代没有数字化加工设备(光电编码器、PLC、自动化控制系统等在1970年后才陆续出现)，靠纯粹的手动加工是无法保证一条刚带5上大约500个(实际上可能更多)左右的销7均需精确插入相同数量的孔6内。只要有任何一个销7没有插入孔6内，钢带5将无法顺利通过螺旋状空间而毁坏。其次，运行过程不可靠。具备加工中心等数字化精密加工设备的今天，即使加工出符合使用要求的销7和孔6，也会销7在成型后始终承受巨大的垂直剪切力(见US2173685A图4)而向下弯曲并容易发生塑性变形(设备运动原理如此，无法改变)，运动一定次数后，那些变形较大的销7将无法保证后续精确插入孔6内而发生故障。(2)循环链9和圆锥滚子10的运动过程互相干涉，所设想的运动在工程中无法实现。轴承中的小金属球具有六自由度才可以做循环运动，而循环链9只有一个前后运动的自由度，在受压力作用下(设备外部负载转换成每个循环链的压力)无法形成循环运动。更恶劣的是，最上面一个圆锥滚子10会产生巨大水平力顶着最上端的一节循环链9(见US2173685A图7)，直接导致最上端的一节循环链9无法向下运动而使循环运动没法实现。(3)工程案例。采用本项技术所生产的设备在国际上未见实物、照片、报道等。

1989年的专利(CN1037126A)则提出来一种全新的思路，采用了一条水平钢带和一条垂直钢带进行复合运动。其中水平刚带上的上表面和下表面均有一条连续性的凹槽，分别用来连续性卡住垂直钢带的上沿和下沿，从而形成类是千斤顶的机构。根据这个专利所生产的设备在中国的国家大剧院、重庆大剧院、上海大剧院、上海东方艺术中心、青岛大剧院、武汉琴台大剧院、省会文化艺术中心(济南)、杭州大剧院等场合大量使用；世界其他国家也同样大量应用。它的缺点是造价昂贵，另外带上、下凹槽的水平钢带国内无法生产。

专利(CN1093335A)用于物品装卸系统，由于使用行业不同而不具备可比性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足或则部分零件国内无法生产的现状，提出了一种运行可靠、制造简单、造价便宜，完全新颖的一种模块化的舞台升降台的驱动单元。可分离式螺旋管同时具有自身所占基坑浅，升降行程大，运行速度快等优点。下面就主要三点进行说明：

连接方式完全不同a)可分离螺旋管在重力作用下，上层复合钢带的下沿连续性插入下层复合钢带的凹槽而不断形成螺旋管。这种凹槽和钢带下沿互相插接的连接模式简单、可靠，不需要特殊加工设备也可以快速加工复合钢带，工艺简单、造价便宜，复合过程也无需精确配合，运行十分可靠(见图3、图4)；b)专利US2173685A所有销与所有的孔均需百分百的高精确配合，相互间只要发生微小变形就无法准确配合，运动可靠性很差；c)专利CN1037126A它通过两条钢带来实现：其中上面水平刚带上的下表面的凹槽和下面水平刚带上的上表面的凹槽，连续性卡住中间的垂直钢带的上沿和下沿从而形成空心管。

承重结构完全不同a)可分离螺旋管固定在滚筒上、在空间状态呈现螺旋状分布、只能纯粹相对做高速旋转运动的支撑轮组来承重螺旋管中复合钢带(见图3)；b)专利US2173685A采用了复杂的、运行原理也不可靠的循环链机构、圆锥滚子组来承重；c)CN1037126A中空间螺旋状分布的承重结构一“惰辊”同支撑轮组相比，似乎相通之处颇多，细究之下存在极大的差异而无法互换：1)CN1037126A的“惰辊”支撑着水平钢带，而支撑轮托着可分离式螺旋管的复合钢带的下沿(这里也可以近乎理解成US2173685A中的“垂直钢带”)。两者由于接触方式不同，直接导致复合钢带的处理难度比水平钢带的处理难度高很多。2)由于运动原理不同，螺旋状分布的“惰辊组”数量比螺旋状分布的支撑轮组的数量多(从专利CN1037126A的图2可以看出)，这样水平钢带的受力均匀性比复合钢带的受力均匀性CN1037126A要好。

可分离螺旋管是模块化的产品同其他两种专利技术存在较大差别。舞台升降台一般由台面板、驱动单元、驱动机构等单元组成，其中台面板根据不同演出形式进行定制，驱动单元可采用工厂标准化、模块化产品——可分离式螺旋管，驱动机构则是标准的外购件。根据演出节目需要、升降舞台形状不同，采用一套或则几套可分离螺旋管作为模块化驱动单元，像搭建积木一样灵活组合成所需的升降舞台。使用这种模块化的舞台升降台可以用来改造原先没有舞台升降台的旧剧场，不必担心对已有土建基坑进行大动干戈；舞美人员也可采用这种模块化升降单元来重新搭建已有舞台升降台，从而改变舞台升降台的大小、数量、最大行程等。2012年全国春晚节目中所使用的304块可以“跳舞”的舞台升降台群，它搭建在1号演播厅基坑内。如果采用本项技术，成品运到现场后可以在10天内完成搭建及联调，减少基坑开挖费用及工期，加快工程进度，为后续的节目编排留出更多时间。

上述可知，可分离螺旋管已经不是对专利US2173685A、CN1037126A等专利的局部性改良，而是采用全新的设计理念，提供了一种先进的、新颖的、模块化的升降装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

外部动力(例如电机减速器等，本图中未示意)驱动带小齿轮的地轴做顺时针转(或逆时针转)，通过大、小齿轮的啮合运动，带动滚筒的逆时针(或顺时针转)转动。复合钢带平时放置在钢带储藏盘内，当滚筒发生逆时针转动时，复合钢带经过压带结构发生扭转变形并同时进入滚筒内的螺旋状空间，同时下层复合钢带的凹槽连续性插入上层复合钢带的下沿，形成螺旋管的上升运动；当滚筒发生顺时针转动时形成分离运动，下层复合钢带的凹槽连续性退出上层复合钢带的下沿并缩回钢带储藏盘内，复合管不断分解成复合钢带，形成螺旋管的下降运动；固定十字导靴限制可分离螺旋管的旋转运动，只能做上升或则下降运动。

本发明的有益效果是：

1、本可分离螺旋管中的钢带制造工艺简单，不需要特殊加工设备。

2、本可分离螺旋管的运动原理简单、长期运行的可靠性也很好。在压带机构作用下，下层复合钢带的凹槽连续性插入上层复合钢带的下沿而不断形成螺旋管。这种凹槽和钢带下沿互相插接的连接方式简单，相互间不存在精确配合关系，长期运行也不会使复合钢带产生变形而影响设备的可靠性。

3、本可分离螺旋管可以作为一种模块化的标准单元而在工厂内大量生产，运到现场后化可以快速拼装成各种类型的舞台升降台。

4、本可分离螺旋管即使没有外置导轨、导靴，也可以单独升降，使用灵活。

附图说明：

图1是本发明的可分离螺旋管的结构示意图。

图中：1、上端固定版；2、固定十字导靴；3、导靴压板；4、中心轴；5、中心压板；6、推力轴承一；7、复合钢带；8、压带机构；9、支撑轮；10、滚筒；11、钢带储藏盘；12、下部齿轮箱；13、平面轴承；14、地轴(带小齿轮)；15、推力轴承二。

图2是图1的俯视图。

图3是复合钢带形成过程原理性示意图。

图4是上、下层复合钢带的连接原理图。

图5是用可分离螺旋管所搭建的舞台升降台的示意图。

图中：16、混泥土立柱；17、舞台升降台导轨；18、舞台升降台导靴；19、上部安装基座；20、下部安装基座。

图6是图5的俯视图。

具体实施方式：

参见图1～图6所示：一种可分离螺旋管的垂直升降装置，它包括：下部齿轮箱12同下部安装基座20通过螺栓连接，下端安装基座20通过预埋件同基坑固定；可正、反转驱动的地轴(带小齿轮)14通过推力轴承二15固定在下部齿轮箱12上；可正、反转的滚筒10通过平面轴承13承重在下部齿轮箱12上；固定十字导靴2通过中心轴4下端的长方形截面固定在下部齿轮箱12中间长方形的凹槽内而无法旋转、安装在滚筒10上的推力轴承一6及中心压板5作用下使中心轴4只能固定在中心轴位置却无法上下运动，这样共同确保固定十字导靴2自身的稳定性及其中心轴与滚筒10的中心轴的同轴度；储藏状态的复合钢带7位于钢带储藏盘11内，复合钢带7通过压带机构8的产生扭转变形并进入滚筒10所形成的螺旋状空间内，成型状态的复合钢带7的下沿同滚筒10内侧壁固定的、呈现空间螺旋状分布的支撑轮9形成滚动接触；螺旋管的上端同上端固定板1相连，上端固定板1同上部安装基座19通过螺栓相连。

图4是上层复合钢带7下沿同下层复合钢带7凹槽的连接原理，图3是复合钢带7的储藏状态、变形状态、成型状态等各阶段运动状态图。首先是上升运动：随着滚筒10做逆时针方向的连续转动，从钢带储藏盘11从来的复合钢带7经过压带机构8的垂直压力作用下发生扭转变形，即复合钢带7处于变形状态，扭转变形的下层复合钢带7上端的凹槽在啮合处同上层复合钢带7的下沿恰好接触，并开始插入上层复合钢带7的下沿，同时进入滚筒10的螺旋状空间内。进入滚筒10后的复合钢带7变成垂直状态，并在上部重载作用下，使得垂直状态的上、下层复合钢带7互相紧密的压合在一起，这样复合钢带7就不断复合成螺旋管而形成整体上升运动。其次下降运动：同上升运动的过程相反，此刻滚筒10需做顺时针方向的转动。成型状态的复合钢带7经过压带机构8，使得倾斜的下层的复合钢带7的凹槽从垂直状态的上层复合钢带7的下沿中脱离开来，重新送入钢带储藏盘11中。整体钢带的运动过程可以参见图1(剖面上展示相对关系)、图2(平面上展示相对关系)、图3(主视图上展示相对位置示意)、图4(钢带复合运动的原理图)。

所述支撑轮9呈空间螺旋状分布，通过同承重复合钢带7下沿的滚动接触，来支撑外部负载(见图1、图2、图3所示)。

所述的压带机构8主要迫使运动过程中的复合钢带7发生扭转变形，从而迫使下层复合钢带7的凹槽能顺利插入上层复合钢带7的下沿(见图1、图2、图3所示)。

所述的复合钢带7的凹槽，现公开一种实例：内侧间断分布的小刚带7.2、连续性分布的外侧小刚带7.3和垂直钢带7.6的上端通过连接件7.4连接并固定在一起，大量的连接件7.4均匀的固定在复合钢带7上。其中在复合钢带7的内侧，连接件7.4、内侧间断分布的小刚带7.2均需要避开固定十字导靴2的运动路径，防止相互间运动干涉(见图4所示)。

所述的固定十字导靴2，主要是限制复合钢带7上的滑轨7.5只能在内置的导靴里滑动，从而达到螺旋管自身只能垂直上升或则垂直下降而不必依靠外部再单独设置导轨，而专利US2173685A、CN1037126A均无此功能。

图5表示了一种采用可分离螺旋管作为模块化升降装置的舞台升降台的实例。可分离螺旋管的下端同与基坑固定的下部安装基座20之间通过螺栓相连，其上端同上部安装基座19也是通过螺栓相连。其中上部安装基座19可以看成舞台升降台的台面板，根据演出需求来确定台面板的具体尺寸。上部安装基座19的两侧各安装了一套舞台升降台的导靴17，沿着安装在混泥土立柱16上的舞台升降台导轨17做垂直的上升、下降运动，达到抵消侧向力增强舞台升降台运行的平稳性。其中实线表示舞台升降台的最低位置，虚线表示舞台升降台的相对高位，图6则是其俯视图。

以上所述仅为本发明专利较佳的实施方式，并非用来限制本发明专利的实施范围，但凡在本发明专利的保护范围内所作的较小变化及修饰，皆应认为落入本大明专利的保护范围内。

Claims (4)

1.可分离式螺旋管是一种机械式垂直升降装置，其包括有上端固定板1、固定十字导靴2、复合钢带7、压带机构8、滚筒10、支撑轮9、钢带储藏盘11、地轴(带小齿轮)14、下部齿轮箱12、平面轴承13，所述的地轴(带小齿轮)14将外部电机减速器等所传递的扭矩通过小齿轮传递到滚筒10下端的大齿轮，驱动可分离式螺旋管上升或则下降，所述的滚筒10的内壁固定空间呈螺旋状分布的、数量众多的支撑轮9，其外壁则固定一套压带机构10，所述的复合钢带7，当滚筒10发生旋转运动而引起压带结构10的强迫复合钢带7发生扭转及变形，使(刚从钢带储藏盘11出来的)下层复合钢带7的上部凹槽连续性插入(已经形成螺旋管的)上层复合钢带7的下沿而不断形成螺旋管，此刻(已经形成螺旋管最下层的)上层复合钢带7的下沿同空间螺旋状分布的支撑轮9进行滚动摩擦并承重，所述的固定十字导靴2内部的导靴用来强制复合钢带7上面的滑轨7.5只能上下滑行，所述的滚筒10通过平面轴承13承重在下部齿轮箱12，所述的下部齿轮箱12同基坑的预埋件通过螺栓固定，所述的上端固定板1同上部安装基座19通过螺栓固定，

2.根据权利要求1所述的支撑轮9在空间呈现右旋或左旋分布，如果支撑轮9在空间呈现左旋分布则相应的滚筒10需要制作右旋支撑轮9的安装孔、复合钢带7的右旋进带开孔等，复合钢带7在钢带储藏盘11中也要预先进行右旋盘带及制作上部右旋接头，所形成的可分离螺旋管也呈现右旋特征；如果支撑轮9在空间呈现左旋分布，则滚筒10、复合钢带7、可分离螺旋管等均相应变成左旋结构。

3.根据权利要求1所述的固定十字导靴2，通过中心轴4下端的长方形截面固定在下部齿轮箱12的中间长方形的凹槽内而无法旋转、安装在滚筒10上的推力轴承一6和中心轴压板5使中心轴4只能固定在中心轴位置却无法上下运动，这样共同确保了固定十字导靴2自身的稳定性和中心轴与滚筒10中心轴的同轴度。

4.根据权利要求1所述的复合钢带7上沿凹槽成型的一种实例：内侧间断分布的小刚带7.2、连续性分布的外侧小刚带7.3和垂直钢带7.6的上端通过连接件7.4连接并固定在一起，大量的连接件7.4均匀的固定在复合钢带7上，其中连接件7.4、内侧间断分布的小刚带7.2均需要避开固定十字导靴2的空间运动路径，防止相互间运动干涉。