CN105435381B - 一种自动控制匀速下降装置 - Google Patents

Abstract

一种自动控制匀速下降装置，卷筒通过安装在其中心轴上的弹力机构悬挂或支承在固定架的横杆上，弹力机构有两组分别安装在卷筒两侧，中心轴两端分别伸入固定架的两立柱的滑槽里，卷筒受重力负载作用时卷筒可随中心轴相对弹力机构转动和可沿滑槽向下滑动从而拉伸或压缩弹力机构，设置一当弹力机构拉伸或压缩越大、施加在中心轴上的阻力转矩越大而当弹力机构拉伸或压缩越小、施加在中心轴上的阻力转矩越小从而可维持卷筒匀速转动的液压阻尼机构。本发明无需电源，无需人为制动，可保持不同重力负载匀速下降。

Description

一种自动控制匀速下降装置

技术领域

本发明涉及一种用来控制负载缓降的装置，具体说是一种机械式自动控制匀速下降装置，它可通过重力负载引起弹力变形驱动液压阻尼机构，以达到液压阻尼作用与重力加速度相抵消，从而达到匀速下降的目的。

背景技术

现有技术中，用来控制负载缓降的装置比较多，这种装置可以应用于高空缓降逃生、矿井援救、起重机缓降等等，目前的高层缓降逃生装置主要有机电控制式、机械摩擦阻尼式、液压阻尼式、磁阻尼式四种：

1、机电传动式缓降器：

机电传动式高层缓降逃生装置匀速控制比较容易，但它需要电源，不适合必须停电的火灾事故救援和逃生。

2、机械摩擦阻尼式缓降器：

机械摩擦阻尼式缓降器是设计不同制动机构使重力作用与摩擦力作用相等，但这种机械摩擦产生大量的热，这时的机构受力情况很复杂，会导致机构稳定性变差。

如制动盘机构的缓降器，在工作时使传动齿轮的转速逐级递增至驱动轮，制动滑块在离心力的作用下径向甩出，产生外张力，带动制动片与金属制动盘发生旋转摩擦， 形成制动力，从而自动调节下降速度。但不同体重人员的下降速度相差较大，对于高楼层缓降时机械摩擦产生大量的热，下降速度不稳定。

3、液压阻尼式缓降器：

液压阻尼式缓降器依靠液体阻尼力平衡外部力矩以实现缓降。此结构避免了运动部件之间的机械摩擦，只产生少量的热。活动部件能润滑，安全可靠性较大，具有体积小、质量轻等优点。

做得较好的液压阻尼式缓降器按体重设计几个下降档位，如体重 50 kg 以内为1 档， 50 ～70 kg 为 2 档，70 kg 以上为 3 档。使用前要根据自身体重调节好速度调节阀相应的档位减少不同体重的逃生人员下降速度差别，但对于高楼层逃生而言，同一下降档位中不同体重人员的下降速度还是相差很大。

4、磁阻尼式缓降器：

磁阻尼式缓降器的工作原理是利于线圈切割磁力线发电，将动能转化成电能，并以热能的形式消耗掉。人体顺着钢丝绳从高空下降时，钢丝绳通过增速齿轮带动发电机转子切割磁力线，实现自发电，并由控制系统将发出的电能通过功率热电阻转化成热能耗散在空气中，减少人体下降过程中势能向动能的转化，降低人体从高处下降的速度，实现高空缓降逃生自救。磁阻尼式缓降器也只是解决了降低速度实现缓降，没有解决不同体重人员的下降速度的差别，也没有实现匀速下降。

从以上分析可见，机电传动式缓降器在无电状态下无法工作，局限性大。机械摩擦阻尼式、液压阻尼式、磁阻尼式缓降器都存在着致命的弱点，只能实现缓冲下降速度，无法控制下降速度均匀，逃生人员在使用此产品时仍然面临生命威胁。有的缓降器操作还比较复杂，缓降器受众面较窄，没有考虑到老人、儿童和残疾人等特殊人群逃生情况，操作过程若遇到障碍或意外情况时无法自己解决问题，逃生人员仍有可能受到二次伤害。

随着城市建筑越来越高，火灾事故救援和逃生越来越困难，发明一种纯机械自动控制匀速下降装置将很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需电源、无需人为制动且可保持不同重力负载匀速下降的自动控制匀速下降装置。

本发明提供的一种自动控制匀速下降装置，卷筒通过安装在其中心轴上的弹力机构悬挂或支承在固定架的横杆上，弹力机构有两组分别安装在卷筒两侧，中心轴两端分别伸入固定架的两立柱的滑槽里，卷筒受重力负载作用时卷筒可随中心轴相对弹力机构转动和可沿滑槽向下滑动从而拉伸或压缩弹力机构，设置一当弹力机构拉伸或压缩越大、施加在中心轴上的阻力转矩越大而当弹力机构拉伸或压缩越小、施加在中心轴上的阻力转矩越小从而可维持卷筒匀速转动的液压阻尼机构。

上述中，在该液压阻尼机构中，液压泵的回油路上串联有溢流阀，溢流阀的阀芯向上移动时溢流阀口的开度增大，向下移动时溢流阀口的开度减少；其中，液压泵的泵轴上安装有从动同步轮，通过同步带与通过单向离合器安装在中心轴上的主动同步轮连接，在同步带上设置有张紧机构；溢流阀的阀芯向上且由驱动机构控制，驱动机构的控制杆下端固定在第一轴承座上、通过第一轴承与中心轴连接，控制杆上的第一齿条与第一齿轮、第二齿轮和阀芯上的第二齿条相互啮合，且控制杆的上端及阀芯的上端分别由导向架上的第一导向槽和第二导向槽导向且能作上下方向滑动。

上述中，该卷筒通过安装在其中心轴上的弹力机构悬挂在固定架的横杆上，每组的弹力机构均由安装在中心轴的第二轴承、第二轴承座及下端拉接在第二轴承座上、上端拉接在固定架的横杆上的拉簧组成。

上述中，第一齿轮、第二齿轮、溢流阀安装在支座上，支座、液压泵和导向架分别安装在固定架的横杆上面。

本发明通过重力负载引起弹力机构变形驱动液压阻尼机构，以达到液压阻尼作用与负载重力加速度作用相抵消，从而达到匀速下降的目的。

具体地，本发明具有如下优点：

无需电源、经济实用：无需电源驱动，利用负载重量驱动液压系统实现工作。制作加工成本低。可用于高空缓降逃生、矿井援救，也可用于起重机缓降。

无需人为制动，安全可靠：利用负载重量引起的弹性变形控制液压阻尼大小与重力加速度达到平衡，从而控制匀速下降，无需人为制动。

设计巧妙、结构简单、制造成本低：利用弹力机构和液压传动的机械传动实现工作，制造成本低且易于实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的液压泵和中心轴的连接示意图。

图3是图1的A部分放大图。

图4是本发明的溢流阀的局部剖视图。

具体实施方式

参照图1至图4，本发明提供的一种自动控制匀速下降装置，卷筒6通过安装在其中心轴7上的弹力机构悬挂在固定架的横杆1上，弹力机构有两组分别安装在卷筒两侧，中心轴7两端分别伸入固定架的两立柱3的滑槽13里，卷筒6受重力负载作用时卷筒可随中心轴7相对弹力机构转动和可沿滑槽13向下滑动从而拉伸弹力机构，设置一当弹力机构拉伸越大、施加在中心轴7上的阻力转矩越大而当弹力机构拉伸越小、施加在中心轴7上的阻力转矩越小从而可维持卷筒6匀速转动的液压阻尼机构。

如图1、图3和图4所示，在该液压阻尼机构中，液压泵16的回油路15上串联有溢流阀26，溢流阀26的阀芯23向上移动时溢流阀口30的开度增大，向下移动时溢流阀口30的开度减少；其中，液压泵16的泵轴上安装有从动同步轮17，通过同步带19与通过单向离合器8安装在中心轴7上的主动同步轮9连接，在同步带19上设置有张紧机构10，张紧机构10通过张紧轮18紧压同步带19，使同步带处于张紧状态，张紧机构10可采用现有技术的张紧机构，只要能满足当中心轴下降或上升时能使同步带处于张紧状态则可；溢流阀26的阀芯23由驱动机构控制且能上下滑动，驱动机构的控制杆14下端固定在第一轴承座12上、通过第一轴承11与中心轴7连接，控制杆14上的第一齿条21与第一齿轮20、第二齿轮25和阀芯23上的第二齿条24相互啮合，且控制杆14的上端及阀芯23的上端分别由导向架22上的第一导向槽27和第二导向槽28导向且能作上下方向滑动。

如图1所示，每组的弹力机构均由安装在中心轴7的第二轴承4、第二轴承座5及下端拉接在第二轴承座上、上端拉接在固定架的横杆上的拉簧2组成。

如图1、图3所示，第一齿轮20、第二齿轮25、溢流阀26安装在支座29上，支座29、液压泵16和导向架22分别安装在固定架的横杆1上面。

本发明中的液压阻尼机构的溢流阀串联在回油路上，溢流阀产生背压，以背压影响液压泵输入轴的阻力转矩。

装置工作过程如下：当重力负载下降时，重力负载通过卷在卷筒6的钢丝绳牵引卷筒6，卷筒6带动中心轴7转动的同时也随中心轴沿滑槽13向下滑动，弹力机构中的拉簧2被拉伸，一方面，卷筒6转动时通过中心轴7带动单向离合器8闭合工作，通过主动同步轮9、同步带19、从动同步轮17传动带动液压泵16旋转工作，液压泵16工作时油液经回油路15、溢流阀26的溢流阀口7回油箱，另一方面，卷筒6随中心轴7沿滑槽13向下滑动时，带动驱动机构的控制杆14向下移动，控制杆14通过其上的第一齿条21带动第一齿轮20、第二齿轮25，第二齿轮25通过第二齿条24带动阀芯23向下移动，溢流阀口30的开度减少，油压随着改变，进而改变液压泵16的出口工作压力，影响液压泵16输入轴的阻力转矩，从而阻碍液压泵16的旋转，再通过从动同步轮17、同步带19、主动同步轮9控制卷筒6的转动，当阻力矩与下降力矩平衡时，最终会实现匀速下降。

本发明因采用单向离合器，卷筒反向旋转时，不会造成液压阻尼机构的液压泵反转。但重力负载下降结束后，弹力装置复位能通过反向驱动溢流阀的阀芯旋转复位，使本发明回复到工作的初始状态。

本发明的溢流阀采用滑阀式阀口，溢流阀9的阀芯23滑动时，溢流阀口30的开度Y发生变化，阀口截面积随着变化。

由弹力公式F=kx可知，其中k是劲度系数，x是负载重量引起弹簧伸长或缩短的长度值，因机构的传动相应地引起阀口开度Y变化。由此可见：弹簧变形长度值x与阀口开度Y可设计成反比例关系。

溢流阀的阀口设计成薄壁型小孔，流量与小孔面积成正比，改变该面积的大小，可以调节流过小孔的流量。由流量阶跃变化时溢流阀的进口压力响应特性可知，阀口大小调定后，压力大幅变化及振荡很快消失，进口压力趋向一个稳定的背压定值P_n，背压影响液压泵输入轴的阻力转矩。

因此可根据负载重量设计或调定溢流阀的阀口开度Y，调节液压阻尼大小，阻力矩与下降力矩平衡时，负载实现匀速下降。

Claims (2)

1.一种自动控制匀速下降装置，其特征在于，卷筒通过安装在其中心轴上的弹力机构悬挂或支承在固定架的横杆上，弹力机构有两组分别安装在卷筒两侧，中心轴两端分别伸入固定架的两立柱的滑槽里，卷筒受重力负载作用时卷筒可随中心轴相对弹力机构转动和可沿滑槽向下滑动从而拉伸或压缩弹力机构，设置一当弹力机构拉伸或压缩越大、施加在中心轴上的阻力转矩越大而当弹力机构拉伸或压缩越小、施加在中心轴上的阻力转矩越小从而可维持卷筒匀速转动的液压阻尼机构；在该液压阻尼机构中，液压泵的回油路上串联有溢流阀，溢流阀的阀芯向上移动时溢流阀口的开度增大，向下移动时溢流阀口的开度减少；其中，液压泵的泵轴上安装有从动同步轮，通过同步带与通过单向离合器安装在中心轴上的主动同步轮连接，在同步带上设置有张紧机构；溢流阀的阀芯向上且由驱动机构控制，驱动机构的控制杆下端固定在第一轴承座上、通过第一轴承与中心轴连接，控制杆上的第一齿条与第一齿轮、第二齿轮和阀芯上的第二齿条相互啮合，且控制杆的上端及阀芯的上端分别由导向架上的第一导向槽和第二导向槽导向且能作上下方向滑动；该卷筒通过安装在其中心轴上的弹力机构悬挂在固定架的横杆上，每组的弹力机构均由安装在中心轴的第二轴承、第二轴承座及下端拉接在第二轴承座上、上端拉接在固定架的横杆上的拉簧组成。

2.根据权利要求1所述的一种自动控制匀速下降装置，其特征在于，第一齿轮、第二齿轮、溢流阀安装在支座上，支座、液压泵和导向架分别安装在固定架的横杆上面。