CN109987544A - 一种多变空间升降系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多变空间升降系统，包括：升降平台，其四个拐角处分别安装吊耳，同步升降的四组卷筒装置，所述卷筒装置上连接有钢丝绳，若干防坠落装置，包括安装在所述升降平台上的销轴机构和安装在房间的承重梁/墙壁上安装的锁鼻支架；若干导向轮组件，安装在所述升降平台的相对两侧上，其中，房间的侧壁上设有与所述导向轮组件相匹配的导轨。本发明的升降系统通过设置四组卷筒装置可以分散吊点，动力系统较轻便、形成闭环系统，可实现精确控制；通过设置防坠落装置，可以使升降平台在房间顶部停留的更加稳定，实现双重保障，安全可靠；通过设置导向轮组件和导轨，可以使整个系统运行的更加顺畅、平稳、噪音小、同步性好等。

Description

一种多变空间升降系统

技术领域

本发明涉及升降设备领域，具体涉及一种多变空间升降系统。

背景技术

随着社会的快速发展，越来越多的人生活在城市里，然而城市的房价较高，人们往往只能生活在很小的房间里，为了达到更好的空间利用，我们可以将夜间使用的家具例如床和床头柜等置放在升降平台上，白天时将升降平台提升至房间顶部，升降平台下面放置办公用家具，例如桌、椅、沙发，如此可以达到日夜两用、提高房间空间利用率的目的。

目前升降平台选用的材料不合理，结构受力不合理，结构刚度不足，变形较大，安全系数不明确等进行改进。同时，目前所用的升降系统中，存在钢丝绳牵引不同步、动力系统较笨重、房间天花板承重安全及导轨毛刷不能封闭等存在缺陷；液压系统存在维修困难和漏油；针对上述问题，设计一套升降系统。

针对目前所用的升降系统中，存在钢丝绳牵引不同步、动力系统较笨重的问题，目前的升降系统主要包括钢丝绳提升式和滚珠丝杆式，其中，滚珠丝杆由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。但是缺陷是滚珠丝杠对建筑物的垂直度要求太高，由于不能保证建筑物的垂直度要求且升降平台尺寸较大，精度不好控制。

目前钢丝绳提升式包括一套动力系统、两套动力系统和四套动力系统，然而，一套动力系统，动力系统比较笨重，不方便隐藏；四根钢丝绳长度不同，导致受力变形不同；两套动力系统，需安装在平台两边中间位置，空间受限，另外还需安装滑轮支架等；四套动力系统，四套动力系统可以分散吊点，动力系统较轻便、便于隐藏，形成闭环系统，可实现精确控制。

针对房间天花板承重安全的问题，目前钢丝绳提升式升降系统主要是将动力部分安装在房顶，这样整个系统的重量基本完全靠固定动力部分的支架支撑，这种承重方式过于单一，一旦出现问题后果不堪设想，同时，当升降平台移动到最高处，通常伺服电机都会断电，为了使升降平台在伺服电机断电后还能在定位停留，因此要对升降系统设置一个防坠落的装置。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多变空间升降系统，以实现升降平台的顺畅、平稳移动和安全定位。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提出了一种多变空间升降系统，包括：升降平台，与房间宽度等宽，其四个拐角处分别安装吊耳，用于置放生活家具用品；同步升降的四组卷筒装置，分别安装在房间顶部，所述卷筒装置上连接有钢丝绳，所述钢丝绳的活动端连接有吊钩，所述吊钩能与所述吊耳连接，用于与提升升降平台；若干防坠落装置，包括安装在所述升降平台上的销轴机构和安装在房间的承重梁/墙壁上安装的锁鼻支架；若干导向轮组件，安装在所述升降平台的相对两侧上，其中，房间的侧壁上设有与所述导向轮组件相匹配的导轨；以及所述升降平台具有升至房间顶部的悬空锁定状态和降至房间地面上方的使用状态，其中，在所述升降平台的悬空锁定位置，所述销轴机构与锁鼻支架插接配合，用于防止所述升降平台滑落。

进一步，所述升降平台包括四个平台组件，所述平台组件为由边框槽钢和栅格槽钢焊接构成的矩形框架结构，所述平台组件的边框槽钢通过若干连接板和螺栓连接成一个整体框架。

进一步，所述吊耳为腰型板，所述升降平台的起吊位置具有两块连接板，所述连接板与吊耳通过销连接，且所述吊耳旋转后能隐藏于两块连接板之间。

进一步，所述防坠落装置和所述导向轮组件均设置有三组，其中，至少有一对所述防坠落装置和所述导向轮组件分别安装在升降平台上相对的左侧横梁和右侧横梁上。

进一步，所述升降平台下方安装有超声波雷达，用于感应障碍物，所述控制器用于在所述超声波雷达检测到障碍物时对四套卷筒装置进行制动。

进一步，所述导轨上设有上行程开关和下行程开关，用于升降平台运行到上限位或下限位时会自动停止。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的升降系统通过设置四组卷筒装置可以分散吊点，动力系统较轻便、便于隐藏，形成闭环系统，可实现精确控制；通过设置防坠落装置，可以使升降平台在房间顶部停留的更加稳定，实现双重保障，安全可靠；通过设置导向轮组件和导轨，可以使整个系统运行的更加顺畅、平稳、噪音小、同步性好等。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的多变空间升降系统的结构示意图；

图2为本发明的多变空间升降系统中升降平台的俯视结构示意图；

图3为本发明的多变空间升降系统中卷筒装置的结构示意图；

图3-1为本发明的多变空间升降系统中卷筒支架的结构示意图；

图4为本发明的多变空间升降系统中锁鼻支架的结构示意图；

图5为本发明的多变空间升降系统中销轴机构的结构示意图；

图6为本发明的多变空间升降系统中销轴机构的侧视结构示意图；

图7为图2中A-A向的剖视结构示意图；

图8为图2中B-B向的剖视结构示意图；以及

图9为图7中C-C向的剖视结构示意图。

附图标记说明

10、升降平台；20、卷筒装置；30、锁鼻支架；40、导轨；50、钢丝绳；

1、平台组件；2、连接板；3、吊耳；4、导向轮组件；5、销轴机构；6、连接板；

21、卷筒支架；22、卷筒轴；23、轴套；24、卷筒；25、伺服电机；26、压板；27、螺栓；28、弹性垫圈；29、螺母；210、轴套；211、轴承；212、孔用弹性挡圈；213、轴用弹性挡圈；214、平键；215、弹性联轴器；216、减速器；217、绳槽；

31、鼻形侧板；32、第一加强板；33、安装板；34、第二加强板；35、托板；

41、导轨轮；42、套筒；43、销轴；

51、第一L形支架；52、电动推杆；53、销轴；54、滑动套筒；55、第二L形支架；56、封板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1-图9示出了根据本发明的一些实施例。

如图1、2所示，一种多变空间升降系统，包括：水平设置的升降平台10、同步升降的四个卷筒装置20、钢丝绳50，其中，升降平台10包括四个平台组件1，所述平台组件1为由边框槽钢和栅格槽钢焊接构成的矩形框架结构，所述平台组件1的边框槽钢通过若干连接板2和螺栓连接成一个整体框架；升降平台10的四个拐角分别安装一个吊耳3，吊耳3上连接有吊钩，吊钩与钢丝绳一端连接，另一端连接在卷筒装置上，用于起吊整个升降平台10。

其中，升降平台10与房间宽度等宽，用于置放生活家具用品；平台组件1为由若干槽钢焊接而成的钢架结构，平台组件的边框槽钢采用100×50×4尺寸规格的槽钢，为减轻升降平台重量，中间支承采用小尺寸规格的槽钢，形成栅格槽钢，升降平台模块具体布置如图2所示。

其中，所述升降平台具有升至房间顶部的悬空锁定状态和降至房间地面上方的使用状态，其中，在所述升降平台的悬空锁定位置，所述销轴机构5与锁鼻支架30插接配合，用于防止所述升降平台10滑落。

在一实施例中，如图3所示，所述卷筒装置20包括卷筒24、卷筒轴22、伺服电机25、减速器216、弹性联轴器215、卷筒支架21，卷筒支架21包括顶板、焊接至顶板下侧的安装座、第一轴承座、以及第二轴承座，其中，所述安装座、第一轴承座、以及第二轴承座沿顶板长度方向依次间隔排列，所述顶板通过膨胀螺栓连接至房间顶部。

具体地，交流伺服电机25和减速器216，以轴向串联方式安装在安装座的外侧，弹性联轴器215设置在安装座和第一轴承座二者之间，卷筒24包括与之连接的卷筒轴22，所述卷筒轴22的两端通过轴承211支撑在所述第一轴承座和第二轴承座上。

具有地，所述卷筒轴22与减速器216的输出轴通过弹性联轴器215传动连接，减速器216的输入轴与伺服电机25输出轴连接，其中，弹性联轴器215与卷筒轴22、减速器216的输出轴均通过平键214连接。

其中，轴承211与卷筒支架21之间设有孔用弹性挡圈212，孔用弹性挡圈212安装在卷筒支架21上的阶梯孔上，轴承211与卷筒轴22活动端之间设置有轴用弹性挡圈213，所述轴用弹性挡圈213与卡在卷筒轴22的卡槽上，轴用弹性挡圈213和孔用弹性挡圈212的设置可以对卷筒轴22和轴承211起到轴向定位作用。

其中，卷筒轴22上还安装有第二轴套210和第一轴套23，第二轴套210位于靠近卷筒轴22活动端一侧轴承211与卷筒24之间，第一轴套23位于另一个轴承211与弹性联轴器215之间，第二轴套210和第一轴套23的设置既可以对轴承211起到轴向定位作用，又可以通过更换轴套减小卷筒轴22与卷筒支架21之间磨损。

具体地，钢丝绳50缠绕在卷筒24上，卷筒24的圆柱面上开设有一个通孔，螺栓27穿过压板26将钢丝绳50的一端压在所述卷筒24圆柱面上，螺栓27的末端通过弹性垫圈28和六角螺母29固定，所述钢丝绳50位于所述压板和所述卷筒24圆柱面二者之间，所述压板26通过螺栓27压紧至所述卷筒24的圆柱面上。

此外，钢丝绳50的另一端与吊钩连接，所述吊钩用于与升降平台10上的相应吊耳3可拆卸的连接。实现了钢丝绳50在卷筒24上的固定应保证工作安全可靠，便于检查与更换钢丝绳50，并且在固定处不应使钢丝绳过分弯折。

其中，为防止钢丝绳50跑偏，单层绕卷筒24表面切螺旋形绳槽217；绳槽217节距比钢丝绳50直径稍大，绳槽217半径也比钢丝绳50半径稍大，这样既增加了钢丝绳50与卷筒24的接触面积，又可防止相邻钢丝绳50间相互摩擦，从而提高钢丝绳的使用寿命。

其中，限于尺寸要求，小型伺服电机作为动力原件无法满足平台对于载重起吊时的转矩要求，因此需要加装减速器。再利用弹性联轴器将轴、减速器输出轴相连，而卷筒轴再与卷筒相连，组成动力输出系统。

在一实施例中，所述升降平台下方安装有超声波雷达，用于感应障碍物，所述控制器用于在所述超声波雷达检测到障碍物时对四套卷筒装置20进行制动。

在一实施例中，选取交流伺服电机，例如选择森创60CB系列交流伺服电机60CB040C-010000(含编码器)。经过计算，能够满足房间升降平台的使用。

在一实施例中，如图2、7、9所示，所述升降平台10的相对两侧侧壁安装有导向轮组件4，房间的侧壁上设有与所述导向轮组件4相匹配的导轨40。当升降平台10上下移动过程中，升降平台10在导向轮组件4的导向下能沿导轨40垂直移动。其中，所述导向轮组件4设置有三组，至少有一对所述导向轮组件4分别安装在升降平台10上相对的左侧横梁和右侧横梁上。

其中，导向轮组件4包括导轨轮41、套筒42、以及销轴43，导轨轮41内部安装有轴承，导轨轮41的轴承与升降平台10的横梁通过销轴43转动连接，其中，轴承的两侧分别设置有套筒42，用于周向固定所述轴承，进而轴向固定导轨轮41。

为防止升降平台上物体摆放不均匀，导致升降平台升降过程中产生晃动，升降平台需加设轨道。从力学分析上来说，不论平台质量分布均匀与否，只要下降时速度缓慢(特别时四个吊点同步)，与周围墙壁无接触，不产生碰撞，平台晃动的幅度不大，所受到的横向力很小。其中，为增大导轨轮与导轨的接触面积和减小导轨轮与导轨之间的声音，导轨轮采用滚动轴承外套尼龙圈，固定在升降平台上。

具体地，如图2、图8所示，吊耳3为腰型板，上面加工有一个吊装孔和一个连接孔，吊装孔用于与连接在钢丝绳末端的吊钩连接，所述升降平台10上具有两块用于连接吊耳的连接板6，两块连接板6分别与吊耳3的连接孔通过销连接，其中，当升降平台10处于最低位置不需要起吊时，吊钩可以从吊耳3上取下来，吊耳3的腰型设置和连接孔的设置，使得吊耳3旋转后能隐藏于两块连接板6之间。

在一实施例中，如图5、6所示，升降平台10的左右两边的横梁上还安装有销轴机构5，房间的承重梁/墙壁上安装有与销轴机构5相匹配的锁鼻支架30，其中，所述销轴机构5包括：第一L形支架51、第二L形支架55、封板56、电动推杆52、滑动套筒54和销轴53，销轴53的一端穿过滑动套筒54并与滑动套筒54滑动连接，所述电动推杆52的推杆部分与所述销轴53的另一端连接，所述电动推杆52用于推动销轴53在滑动套筒54中滑动。

其中，第二L形支架55和封板56上均具有通孔，滑动套筒54两端分别固定在第二L形支架55和封板56上的通孔内，其中，升降平台10的横梁由槽钢构成，槽钢上安装销轴机构的位置具有安装槽，第二L形支架55固定在安装槽外侧，封板56固定在槽钢的内部，并使销轴53的轴线方向与横梁所对的侧墙垂直，此外，第一L形支架51一端安装在升降平台的横梁上，第一L形支架51的另一端与电动推杆52的壳体部分连接。

因此，第一L形支架51的设置可以间接的将电动推杆与升降平台的横梁固定连接，第二L形支架55和封板56可以间接将滑动套筒固定在升降平台的横梁上，并且起到加强固定的作用，其中，所述防坠落装置均设置有三组，其中，两组所述防坠落装置居边安装在升降平台10的相对两侧横梁二者之一上，另一侧横梁上居中设有一组所述防坠落装置。

如图4所示，所述锁鼻支架30包括两块鼻形侧板31、第一加强板32、安装板33、第二加强板34、以及托板35，两块所述鼻形侧板31相互平行设置，第一加强板32、第二加强板34、以及托板35垂直于鼻形侧板31设置，并与鼻形侧板31固定连接，其中，托板35安装在鼻形侧板31前端，并且水平设置，安装板33垂直于鼻形侧板31设置，并位于鼻形侧板31后端，用于将整个锁鼻支架30安装在墙体承载横梁的侧壁上，鼻形侧板31的下端卡在横梁底部。

在本实施例中，防坠落装置是同步起吊过程中重要的安全部件，是为了防止伺服电机或制动器失效、或者起吊单元失效而使得平台发生坠落而设置的将平台挂在钩子之上的防护装置。当升降平台10升降过程中出现异常自动向下坠落时，销轴机构5的电动推杆带动销轴53向外移动，伸出滑动套筒54一定距离，并被房间侧壁上的锁鼻支架30上的托板35挡住，使整个升降平台10无法下落，实现防坠落的目的。

工作原理：销轴机构是通过内部电动推杆52推动在滑动滑动套筒54中的销轴53，使销轴53中的一部分深入到安装在墙面上的锁鼻支架的托板35上，从而阻挡平台下落，起到锁死作用。由于升降平台10只有在房顶上方时才需要锁死，以防止升降平台10坠落，从而影响人们的生命安全，因此只有在此时时电动推杆52推动销轴53伸出，插入墙面内部，其余时间均收缩在升降平台10内部。

工作过程：当升降平台10使用过后需要上升到房间上方时，所设计卷筒装置20提升升降平台10，当升降平台10到达一定高度时，升降平台上销轴机构5的销轴53基本与安装在墙面上的锁鼻支架30对齐，此时升降平台10停止上升，停留在此位置，销轴机构的销轴53伸出，插入锁鼻支架30内部，在完全插入锁鼻支架30后，卷筒装置20掉电，让升降平台10通过销轴机构5固定在房间上方；当需要放下升降平台10时，卷筒装置20上电，向上提升升降平台3-5毫米后停止，此时销轴机构的销轴53会从安装在墙壁上的锁鼻支架30中拔出，缩进升降平台10内部，销轴机构5掉电。

销轴机构5掉电后升降平台10开始下降，下降到指定位置。此方案，销轴机构安装在升降平台10上，增加了整个结构的美观性。另外，该电动推杆有自锁功能、内置限位、可调速、静音、推力大、可达350-1000N。由于升降平台10质量分布不均，销轴机构放在两个角，如果某一伺服电机失效，刚好失效伺服电机的地方又是升降平台10质量分布较大的地方，再加上升降平台10本身不厚，导轨导向竖直方向宽度较小，可能会导致上面升降平台10倾斜。为安全起见，根据质量分布设立三套销轴机构，销轴机构在升降平台10上的分布如图2所示。

由于平台是装配式结构，导轨轮组件和防坠落装置不便于设置在平台两侧中间处；又由于平台上方四角位置安装有卷筒装置，导轨不能安装在四角位置；根据设计要求，安装三套导轨装置，具体安装位置如图2所示。

其中，所述导轨40上设有上行程开关和下行程开关，用于平台运行到上限位或下限位时会自动停止。升降平台10接收到上升指令后，从最低点开始上升，上升到指定位置后，碰触位于导轨40上方的上限位开关，升降平台10停止上升，几秒后销轴机构5运行。销轴机构内部的电动推杆推动位于滑动套筒内部的销轴53，向外运行约50mm后自动停止，此时销轴可以下落到安装在承重梁上的锁鼻支架上。升降平台缓慢下落至销轴搭在安装在前面上的托板35上，此时升降平台下落被防坠落装置阻止，起到防坠落效果。上述描述为平台上升到防坠落装置作用过程。

当平台要下落时，升降平台稍稍上升一段距离，上升一段距离后平台停止，销轴机构的销轴53在电动推杆的作用下，向滑动套筒内部收缩，待完全收缩至升降平台内部后，电动推杆停止工作，升降平台开始向下运动，平台运动到最低点。

在一实施例中，控制部分主要硬件有：动力执行单元、驱动器、带人机交互界面的控制器(PLC)、上下限位开关、障碍物探测传感器、24V电源等组成。动力执行单元是起吊的关键部分，系统采用伺服电机+编码器+检测传感器组成闭环执行单元。为了保证平台在升降过程中安全运行，在平台下方采用多个雷达传感器以保证全面地检测障碍物是否存在，同时对平台上多个点进行实时测距，并将数据实时的反馈给PLC，一旦检测到异常，系统会自动进入警报阶段和自行停止。上下限位器的加入还消除了因误操作导致的平台超出既定行程的可能。

在一实施例中，采用隐藏式超声波雷达作为障碍物探测传感器。在平台下方安装超声波雷达感应是否有障碍物，避免人员误操作，在有障碍的情况下及时制动以免造成人员财产损失是十分必要的。且传感器可以隐藏在平台中更加美观。

本发明的升降系统除了以上所述提到的有益效果，还有如下优点：

1、升降系统总体上运行顺畅、平稳；安全可靠，故障率小；噪音小，同步性好；结构紧凑、美观、轻量化。

2、本发明的升降平台结构变形小，可在不同的场合循环使用，拆卸方便，尽可能完全拆走再利用而不损失或毁坏零部件，考虑常规户门、电梯、车辆的运输要求，便于室内搬运及车辆运输；结构紧凑、美观、轻量化。

3、本发明的升降系统使用钢丝绳提升式，其具有如下特点，1)承载安全系数大，使用安全可靠；2)自重重量轻，便于携带和运输；3)能够承受多种载荷及变载荷的作用；4)具有较高的抗拉强度、抗疲劳强度和抗冲击韧性；5)在高速工作条件下，耐磨、抗震、运转稳定性好；6)不易骤然整根折断，维护便利。

4、本发明的升降系统为解决升降系统不同步、系统较笨重的问题，采用钢丝绳式，升降系统采用四伺服电机布置形式；其结构紧凑，安装方便，重点部位如伺服电机、钢丝绳等零部件需维修方便、便于维护以及更换。

5、本发明的升降系统的卷筒装置通过设置减速器，可以在满足平台对于载重起吊时的转矩要求的基础下使用小型伺服电机作为动力原件，减少空间占用，通过在卷筒支架上依次设置安装座、第一轴承座、以及第二轴承座，可以方便各部件的连接；通过设置螺旋形线槽，既增加了钢丝绳与卷筒的接触面积，又可防止相邻钢丝绳间相互摩擦，从而提高钢丝绳的使用寿命。

6、本发明的升降系统的防坠落装置通过设置销轴机构，其具有结构简单，安装简单，承载能力较强，隐蔽性好等特点，可以实现限位作用；通过设置电动推杆作为驱动机构，其中电动推杆具有自锁功能、内置限位、可调速、静音、推力大、控制简单等特点；通过设置锁鼻支架，并且固定在房间的承重横梁上，可以提高整个装置的承载重量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多变空间升降系统，其特征在于，包括：

升降平台(10)，与房间宽度等宽，其四个拐角处分别安装吊耳(3)，用于置放生活家具用品；

同步升降的四组卷筒装置(20)，分别安装在房间顶部，所述卷筒装置(20)上连接有钢丝绳(50)，所述钢丝绳(50)的活动端连接有吊钩，所述吊钩能与所述吊耳(3)连接，用于与提升升降平台(10)；

若干防坠落装置，包括安装在所述升降平台上的销轴机构(5)和安装在房间的承重梁/墙壁上安装的锁鼻支架(30)；

若干导向轮组件(4)，安装在所述升降平台(12)的相对两侧上，其中，房间的侧壁上设有与所述导向轮组件(4)相匹配的导轨(40)；以及

所述升降平台(10)具有升至房间顶部的悬空锁定状态和降至房间地面上方的使用状态，其中，在所述升降平台(10)的悬空锁定位置，所述销轴机构(5)与锁鼻支架(30)插接配合，用于防止所述升降平台(10)滑落。

2.根据权利要求1所述的多变空间升降系统，其特征在于，所述升降平台(10)包括四个平台组件(1)，所述平台组件(1)为由边框槽钢和栅格槽钢焊接构成的矩形框架结构，所述平台组件(1)的边框槽钢通过若干连接板(2)和螺栓连接成一个整体框架。

3.根据权利要求1所述的多变空间升降系统，其特征在于，所述吊耳(3)为腰型板，所述升降平台(10)的起吊位置具有两块连接板(6)，所述连接板(6)与吊耳(3)通过销连接，且所述吊耳(3)旋转后能隐藏于两块连接板(6)之间。

4.根据权利要求1所述的多变空间升降系统，其特征在于，所述防坠落装置和所述导向轮组件(4)均设置有三组，其中，至少有一对所述防坠落装置和所述导向轮组件(4)分别安装在升降平台(10)上相对的左侧横梁和右侧横梁上。

5.根据权利要求1所述的多变空间升降系统，其特征在于，所述升降平台(10)下方安装有超声波雷达，用于感应障碍物，所述控制器用于在所述超声波雷达检测到障碍物时对四套卷筒装置(20)进行制动。

6.根据权利要求1所述的多变空间升降系统，其特征在于，所述导轨(40)上设有上行程开关和下行程开关，用于升降平台(10)运行到上限位或下限位时会自动停止。