CN108946391A - 轨道式楼梯电力机车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轨道式楼梯电力机车系统,由固定安装在楼梯通道顶部的轨道、在轨道内运行的电力机车以及电力机车供电控制电路和楼层呼叫控制显示电路组成，主要解决现有大量已有建筑改造加装电梯对建筑原结构有破坏、建设成本太高、后期运行维护费用高或者要侵占楼梯通道空间影响原有通行能力的问题。轨道占用楼梯通道顶部空间极少，电力机车通过时才占用少量楼梯通道空间，对楼梯通道原有通行功能影响较小，电力机车在轨道内运行并带动负载实现上下楼运输功能。本发明既可用于已有建筑加装改造，也可以用于新建筑的设计建造，建设周期短，建设和维护费用低，实用价值高，技术成熟，性能稳定可靠，非常适合大规模推广使用。

Description

轨道式楼梯电力机车系统

技术领域

本发明涉及一种轨道式楼梯电力机车系统，尤其适合无电梯的旧建筑加装改造，也可以用新建筑的设计建造，属于与建筑物楼梯配合使用的升降机系统技术领域。

背景技术

由于历史和经济等原因，大量的房屋没有设置电梯。随着人们对生活便捷的更高要求，尤其是老龄人员的活动能力限制，没有设置电梯的住房，已经严重影响了生活品质的提高。

已有建筑加装电梯目前通用的方案有两大类：一类是增加建设电梯井并安装通用电梯，这类方案由于行政审批流程漫长而且复杂，技术难度大，建设成本太高，后期运行维护费用高，不适宜大面积推广应用，成功案例也极少；另一类是利用现有楼梯通道，靠楼梯通道的一侧加装座椅式楼梯电梯或踏板式楼梯电梯，这类方案最大的问题是侵占楼梯通道的空间较大，影响楼梯通道的原有通行功能和消防功能，这类方案应用在多楼层时，往往是接力式的，要在楼梯平台处换乘，使用很不方便，座椅式楼道电梯或踏板式楼道电梯也不适宜大面积推广应用，成功案例也非常少。

为了适应社会发展，提高居民生活水平，各地相继出台了已有建筑加装电梯的政策规章，因此特别急需适合这一巨大市场的新型电梯或升降机系统，用于现有的大量已有建筑加装改造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道式楼梯电力机车系统，用于现有的大量已有建筑加装改造，也可以用新建筑的设计建造，实现电梯功能。该新型轨道式楼梯电力机车系统利用楼梯通道，避免了行政审批或行政审批简单，建设成本相对较低，尽可能少侵占楼梯通道的上部空间，对楼梯通道的通行功能和消防功能的影响很小，使用方便，安全可靠。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

轨道式楼梯电力机车系统,由固定安装在楼梯通道顶部的轨道、在轨道内运行的电力机车以及电力机车供电控制电路和电力机车楼层呼叫控制显示电路组成。

轨道式楼梯电力机车系统的轨道固定安装在楼梯通道顶部，由内轨道和外轨道组成，内轨道靠近楼梯扶手侧，外轨道远离楼梯扶手侧，轨道的走向和楼梯通道的走向相同。轨道由直线轨道、变向轨道和转弯轨道连接组成，其结构适合电力机车在其内往复运行并确保电力机车不能脱离该轨道。直线轨道主要用于楼梯通道顶部斜面的直线段，变向轨道主要用于楼梯通道顶部斜面和楼梯通道平台顶部平面交界处，转弯轨道主要用于楼梯通道平台顶部平面的轨道转弯处。变向轨道采用圆弧平滑变向，确保电力机车运行顺滑。转弯轨道内轨道和外轨道采用同心圆弧转弯。轨道上设有多个应急停车机械结构，用于电子控制完全失效时的应急停车。轨道上设有位置指示结构，用于电力机车采集并确定其在轨首上的位置。

在轨道内运行的电力机车包括电力机车主体机构和负载机构，电力机车主体机构设有驱动轮和定位轮，其结构适合电力机车在轨道内往复运行，并保证电力机车不能脱离轨道。驱动轮分为内轨道驱动轮和外轨道驱动轮，内轨道驱动轮位于内轨道内，由内轨道驱动轮驱动步进电机驱动；外轨道驱动轮位于外轨道内，由外轨道驱动轮驱动步进电机驱动。在直线轨道段和变向轨道段内轨道驱动轮驱动步进电机和外轨道驱动轮驱动步进电机同步转动，使得电力机车平移行进；在转弯轨道段内轨道驱动轮驱动步进电机低速转动，外轨道驱动轮驱动步进电机快速转动，内轨道驱动轮和外轨道驱动轮的适当的差速转动使得电力机车围绕转弯轨道的圆心转动，完成转弯。内轨道驱动轮和外轨道驱动轮同步转动或差速转动，便能实现电力机车在轨道内平稳往复运行。定位轮分为内轨道定位轮和外轨道定位轮，是为了防止电力机车在扭力下转动，使电力机车和轨道平面保持相对固定的位置关系，并为驱动轮提供附加压力。驱动轮承担电力机车和负载的全部重量以及定位轮施加的附加压力，确保驱动轮有足够的压力作用在轨道上，实现电力机车的可靠运行。

电力机车设有应急停车装置和障碍物探测器，应急停车装置装置是完全不受电子控制的独立机械结构，启动该装置，可以使电力机车就近可靠停车，在紧急情况下确保乘员安全；障碍物探测器能探测电力机车前行方向是否有障碍物阻挡其行动，有障碍物则自动停车直至障碍物消失。

电力机车负载机构由悬挂杆和人员座椅装置组成。悬挂杆紧靠楼梯扶手侧设置，和电力机车主体之间活动连接并有压力传感器，电力机车承载负荷超过设计限制时发出警告，并拒绝运行电力机车。悬挂杆和电力机车主体之间左右相对固定，但可以前后转动，在重力作用下，悬挂杆始终保持垂直，由于电力机车采用双轨道结构，确保悬挂杆不会左右晃动。人员座椅装置设在悬挂杆下部，由座板、扶手和安全带组成，座板和扶手均有弹簧收拢结构使其平时紧贴悬挂杆收拢，占用尽可能少的楼道空间，使用时展开，并保证乘员总是面向电力机车前进的方向。扶手上设有电力机车控制装置，乘员可以控制电力机车运行，从而实现上下楼功能。悬挂杆上设有电力机车释放复位装置，乘员使用结束，操作释放复位装置，结束当前执行任务，使电力机车自动运行至就近楼梯上升段中间，处于待用状态。悬挂杆上还设有电力机车应急停车启动装置，采用纯机械的方式强制电力机车应急停车，确保电子控制完全失效时的乘员安全。

电力机车设有集电器、通信电路、控制电路和系统软件。集电器主要负责从安全滑触线获得电力机车所需电力。通信电路主要负责电力机车主体内部以及电力机车和电力机车供电控制电路之间的数据收发，进而完成对电力机车的精确控制。控制电路完成电力机车在轨道的位置信息采集并对电力机车的运行和停止进行控制，包括对内轨道驱动轮驱动步进电机和外轨道驱动轮驱动步进电机进行联合控制，使电力机车在轨道内平稳运行和停止。系统软件负责电力机车自身以及和电力机车供电控制电路、电力机车楼层呼叫控制显示电路之间协同工作，确保整个系统可靠稳定运行。

电力机车供电控制电路由控制电路、带保护开关的市电接入、充电电路、蓄电池、逆变器、安全滑触线组成，市电正常有电时，控制电路控制系统由带保护开关的市电接入供电，充电电路对作为后备电源的蓄电池充电，通过安全滑触线向电力机车供电，同时向电力机车发送市电正常的信号；市电停电时，控制电路切换系统供电由蓄电池经逆变器提供，通过安全滑触线向电力机车供电，同时向电力机车发送市电停电的信号。

电力机车楼层呼叫控制显示电路用于对电力机车的呼叫控制和电力机车的运行状态显示，电力机车采用顺序控制方式，各楼层呼叫依次进入等待队列，电力机车按一次下行、一次上行循环，直至执行完毕所有呼叫控制请求。各楼层显示电力机车的运行状态和当前等待队列的上下楼排队数目以及本楼层呼叫控制请求在队列中的位置，方便人员决定是否继续等待；在没有执行本楼层呼叫控制请求时，可以取消呼叫控制请求，系统将从等待队列中删除该楼层的呼叫控制请求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明虽然属于与建筑物楼梯配合使用升降机系统技术领域，但不属于特种设备，其建设无需复杂漫长的行政审批许可，建造程序极为简便。

(2)本发明充分利用已楼梯通道，对现有的结构无破坏，无需建造专用的电梯井，建设周期短且建设费用相对较低。

(3)本发明不属于特种设备，后期运营维护费用低。

(4)安全可靠。本发明是现有成熟技术的创新组合应用，安全可靠；本发明有应急停车功能，保障乘员安全。

(5)本发明无封闭的轿厢结构，发生故障时乘员可以直接下到楼梯上，自救和救援都十分方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的轨道横截面示意图。

图3为本发明的电力机车主体结构示意图。

图4为本发明的电力机车负载机构示意图

图5为本发明的楼层呼叫控制显示器示意图。

图6为本发明的电路连接通信示意图。

其中，图中附图标记对应的零部件名称为：

1-轨道，2-内轨道，3-外轨道，4-直线轨道，5-变向轨道，6-转弯轨道，7-轨道间连接安装孔，8-轨道安装固定孔，9-轨道应急停车孔，10-轨道位置指示装置，11-电力机车主体结构，12-外驱动轮，13-内定位轮，14-集电器，15-悬挂杆，16-下楼扶手，17-上楼扶手，18-座板，19-安全滑触线，20-供电控制电器，21-楼层呼叫控制显示器，22-内驱动轮，23-应急停车杆，24-位置采集装置，25-悬挂杆连接装置，26-外定位轮，27-下楼操作按钮，28-上楼操作按钮，29-应急停车复位拉杆，30-电力机车释放复位按钮，31-应急停车启动按钮，32-下楼障碍物探测器，33-上楼障碍物探测器，34-上行按键，35-下行按键，36-上行排队数显示，37-下行排队数显示。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

为了解决大量没有电梯的房屋的升级改造，方便居住人员特别是行动不便者快捷的上下楼，本发明提供了一种实用的轨道式楼梯电力机车系统，是轨道交通在楼梯这一特定环境下的应用，结合了轨道交通和电梯控制，创造性地提出了全新的楼道电梯系统解决方案。

实施例1

轨道式楼梯电力机车系统,由固定安装在楼梯通道顶部的轨道、在轨道内运行的电力机车以及电力机车供电控制电路和电力机车楼层呼叫控制显示电路组成。

如图1所示，轨道1包括内轨道2和外轨道3，由直线轨道4、变向轨道5和转弯轨道6通过轨道间连接安装孔7安装连接而成，整条轨道通过轨道安装固定孔8固定在楼梯通道顶部。轨道的横截面如图2所示，电力机车的内驱动轮22和外驱动轮12卡在轨道的沟槽内，确保电力机车不会脱离轨道。直线轨道用于楼梯通道顶部斜面的直线段，变向轨道用于楼梯通道顶部斜面和楼梯通道平台顶部平面交界处，转弯轨道用于楼梯通道平台顶部平面的轨道转弯处。变向轨道采用圆弧平滑变向，确保电力机车运行顺滑。转弯轨道内轨道和外轨道采用同心圆弧转弯。轨道上设有多个轨道应急停车孔9，应急停车时，电力机车的应急停车杆23插入轨道应急停车孔，便能使电力机车稳稳地停在轨道内。轨道上还设有多个轨道位置指示装置10，电力机车的位置采集装置24在电力机车通过时采集该位置数据，从而校准电力机车在轨道内的位置。

如图1所示，电力机车包括电力机车主体结构11和负载机构。如图3所示，电力机车主体结构包括驱动轮、定位轮、集电器14、应急停车杆23、位置采集装置24、悬挂杆连接装置25。驱动轮包括内驱动轮22和外驱动轮12，内驱动轮位于内轨道沟槽内，外驱动轮位于外轨道的沟槽内，保证电力机车不会脱离轨道。内驱动轮和外驱动轮由两个步进电机分别经减速齿轮驱动，减速比既能驱动极限负载下的电力机车，又能使极限负载下的电力机车停在轨道任何位置；控制步进电机使内驱动轮和外驱动轮同步转动或差速转动，电力机车便可以沿轨道平移或旋转，实现上下楼。定位轮包括内定位轮13和外定位轮26，采用弹簧机构压在轨道的下面，内定位轮在内轨道侧，外定位轮在外轨道侧，和驱动轮一起防止电力机车在扭力下转动。为了降低运行噪音以及确保驱动轮和轨道间有足够摩擦力，驱动轮和定位轮均采用橡胶轮胎。驱动轮承担电力机车和负载的全部重量以及定位轮施加的附加压力，驱动轮和轨道间的摩擦力能满足电力机车的运行和停止。

应急停车杆23为两根，是电力机车的应急停车装置，应急停车杆位于驱动轮转轴内，正常情况下，应急停车杆收缩在驱动轮转轴内，电力机车可以沿轨道正常动行；应急停车时，应急停车杆在外力作用下从驱动轮转轴内向外伸展，当应急停车杆到达轨道应急停车孔位置时，应急停车杆就能插入轨道应急停车孔内，将电力机车固定在轨道内。

电力机车的集电器14主要负责从安全滑触线19上获得电力机车所需电力。位置采集装置24采用光偶，电力机车通过轨道位置指示装置10处，轨道位置指示装置阻断光路，控制电路采集并获得电力机车在轨道内位置。

如图4所示,电力机车负载机构包括悬挂杆15、下楼扶手16、上楼扶手17、座板18并设有应急停车复位拉杆29、应急停车启动按钮31、电力机车释放复位按钮30、下楼操作按钮27、下楼障碍物探测器32、上楼操作按钮28、上楼障碍物探测器33。悬挂杆紧靠楼梯扶手侧设置，悬挂在电力机车主体结构的悬挂杆连接装置25上并有重力传感器，悬挂杆和电力机车主体结构之间左右相对固定，确保悬挂杆不会左右晃动，但可以前后转动，在重力作用下，悬挂杆始终保持垂直。座板、下楼扶手或上楼扶手、安全带组成人员座椅装置，设在悬挂杆下部，座板和扶手均有弹簧收拢结构使其无乘员乘坐时紧贴悬挂杆收拢，占用尽可能少的楼道空间，使用时展开，上楼扶手用于上楼，下楼扶手用于下楼，保证乘员总是面向电力机车前进的方向。上楼扶手上的上楼操作按钮用于电力机车上行控制，下楼扶手上的下楼操作按钮用于电力机车下行控制，乘员可以控制电力机车运行，从而实现上下楼功能。悬挂杆上设电力机车释放复位按钮，乘员使用结束，操作该按钮，可以使电力机车自动运行至就近楼梯上升段中间，处于待用状态。悬挂杆上的应急停车启动按钮，采用纯机械的方式强制电力机车的应急停车杆23插入轨道应急停车孔9内，实现应急停车。拉动悬挂杆上的应急停车复位拉杆，使电力机车的应急停车杆复位，恢复正常使用状态。下楼障碍物探测器32或上楼障碍物探测器33负责检测电力机车前行方向上是否有障碍物阻挡其运行，有障碍物时，电力机车会自动停车，障碍物消除时再自动前行至预定位置。

电力机车供电控制电路负责系统供电管理控制，是电力机车和楼层呼叫控制显示电路的通信中转站，由供电控制电路、带保护开关的市电接入、充电电路、蓄电池、逆变器、安全滑触线(19)组成，都是成熟技术，在此不再赘述。

如图5所示，电力机车楼层呼叫控制显示电路21用于对电力机车的呼叫控制和电力机车的运行状态显示，包括上行按键34、下行按键35、上行排队数显示36、下行排队数显示37。按上行键，上行键灯亮，本楼层的上行呼叫控制请求进入上行排队队列并显示本楼层前的上行等待次数；按下行键，下行键灯亮，本楼层的下行呼叫控制请求进入下行排队队列并显示本楼层前的下行等待次数。电力机车采用顺序控制方式，各楼层呼叫依次进入等待队列，电力机车按一次下行、一次上行循环，直至执行完毕所有呼叫控制请求。在没有执行本楼层呼叫控制请求前，再次按上行键或下行键，可以取消本楼层呼叫控制请求，系统将从等待队列中删除该楼层的呼叫控制请求。

轨道式楼梯电力机车系统的电力机车、供电控制电路和楼层呼叫控制显示电路相互间电路连接通信如图6所示。供电控制电路采用220V交流电向电力机车提供电力，之间的通信采用低压电力线载波通信；供电控制电路采用直流电向楼层呼叫控制显示电路提供电力，之间的通信采用RS485通信。电力机车、供电控制电路和楼层呼叫控制显示电路都有满足功能要求的通信电路、控制电路和系统软件。通信电路主要完成系统内的数据收发交换，控制电路完成相应控制功能，系统软件负责电力机车自身以及和供电控制电路、楼层呼叫控制显示电路之间的协同工作，确保整个系统可靠稳定运行。

实施例2

与实施例1不同之处，本实施例的电力机车驱动轮采用齿轮结构，轨道和驱动轮接触面采用适合驱动轮齿轮结构的齿条结构。这种结构比实施例1复杂，但可以适合坡度更大的楼梯。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述系统设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，由固定安装在楼梯通道顶部的轨道、在轨道内运行的电力机车以及电力机车供电控制电路和电力机车楼层呼叫控制显示电路组成。

2.根据权利要求1所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述轨道包括内轨道(2)和外轨道(3)，由直线轨道(4)、变向轨道(5)和转弯轨道(6)通过轨道间连接安装孔(7)安装连接而成，整条轨道通过轨道安装固定孔(8)固定在楼梯通道顶部；变向轨道采用圆弧平滑变向，转弯轨道内轨道和外轨道采用同心圆弧转弯；轨道设有多个轨道应急停车孔(9)，应急停车时，电力机车的应急停车杆(23)插入轨道应急停车孔，便能使电力机车稳稳地停在轨道内；轨道上还设有多个轨道位置指示装置(10)，电力机车的位置采集装置(24)在电力机车通过时采集该位置数据。

3.根据权利要求1所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述电力机车包括电力机车主体结构(11)和负载机构，电力机车主体结构包括驱动轮、定位轮、集电器(14)、应急停车杆(23)、位置采集装置(24)、悬挂杆连接装置(25)；驱动轮包括内驱动轮(22)和外驱动轮(12)，内驱动轮位于内轨道沟槽内，外驱动轮位于外轨道的沟槽内，保证电力机车不会脱离轨道；内驱动轮和外驱动轮由两个步进电机分别经减速齿轮驱动，减速比既能驱动极限负载下的电力机车，又能使极限负载下的电力机车停在轨道任何位置；控制步进电机使内驱动轮和外驱动轮同步转动或差速转动，电力机车便可以沿轨道平移或旋转，实现上下楼；为了降低运行噪音以及确保驱动轮和轨道间有足够摩擦力，驱动轮采用橡胶轮胎。

4.根据权利要求3所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述定位轮包括内定位轮(13)和外定位轮(26)，采用弹簧机构压在轨道的下面，内定位轮在内轨道侧，外定位轮在外轨道侧，和驱动轮一起防止电力机车在扭力下转动；为了降低运行噪音定位轮采用橡胶轮胎。

5.根据权利要求3所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述电力机车应急停车杆为两根，应急停车杆位于驱动轮转轴内，正常情况下，应急停车杆收缩在驱动轮转轴内，电力机车可以沿轨道正常动行；应急停车时，应急停车杆在外力作用下从驱动轮转轴内向外伸展，当应急停车杆到达轨道应急停车孔位置时，应急停车杆就能插入轨道应急停车孔内，将电力机车固定在轨道内。

6.根据权利要求3所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述电力机车负载机构包括悬挂杆(15)、扶手、座板(18)并设有应急停车启动按钮(31)、电力机车释放复位按钮(30)、下楼操作按钮(27)、下楼障碍物探测器(32)、上楼操作按钮(28)、上楼障碍物探测器(33)；悬挂杆紧靠楼梯扶手侧设置，悬挂在电力机车主体结构的悬挂杆连接装置(25)上并有重力传感器；座板、扶手、安全带组成人员座椅装置，设在悬挂杆下部，座板和扶手均有弹簧收拢结构使其无乘员乘坐时紧贴悬挂杆收拢。

7.根据权利要求6所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述上楼操作按钮用于电力机车上行控制，下楼操作按钮用于电力机车下行控制；所述电力机车释放复位按钮，乘员使用结束，操作该按钮，可以使电力机车自动运行至就近楼梯上升段中间，处于待用状态；所述应急停车启动按钮，采用纯机械的方式强制电力机车的应急停车杆(23)插入轨道应急停车孔(9)内，实现应急停车。

8.根据权利要求6所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述所述下楼障碍物探测器或上楼障碍物探测器负责检测电力机车前行方向上是否有障碍物阻挡其运行，有障碍物时，电力机车会自动停车，障碍物消失时再自动前行至预定位置。

9.根据权利要求1所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述电力机车供电控制电路负责系统供电管理控制，是电力机车和楼层呼叫控制显示电路的通信中转站，由供电控制电路、带保护开关的市电接入、充电电路、蓄电池、逆变器、安全滑触线(19)组成。

10.根据权利要求1所述的轨道式楼梯电力机车系统，其特征在于，所述电力机车楼层呼叫控制显示电路(21)用于对电力机车的呼叫控制和电力机车的运行状态显示，包括上行按键(34)、下行按键(35)、上行排队数显示(36)、下行排队数显示(37)；按上行键，上行键灯亮，本楼层的上行呼叫控制请求进入上行排队队列并显示本楼层前的上行等待次数，按下行键，下行键灯亮，本楼层的下行呼叫控制请求进入下行排队队列并显示本楼层前的下行等待次数；在没有执行本楼层呼叫控制请求前，再次按上行键或下行键，可以取消本楼层呼叫控制请求，系统将从等待队列中删除该楼层的呼叫控制请求。