CN110292754B - 爬杆器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种爬杆器，包括：相铰接的至少两个工作架、以及从所述工作架的内壁伸出的多个呈圆弧状排列的限位装置；所述工作架的自由端上设置有锁扣装置；至少有两个所述限位装置带有单向自锁凸轮。其结构精简、使用方便、成本低廉、性能可靠，能够适用于不同粗细电杆的工作环境。其对凸轮的自锁特性进行了创造性的反向利用，使其能够在满足自锁条件的情况下无需从外部施加压力即能够实现自锁，同时凸轮的结构在自锁解除之后由能够方便地对爬杆器的竖直位置进行调整。
Description
技术领域
本发明涉及电力维护工具领域，尤其涉及一种爬杆器。
背景技术
爬杆器主要用于电力维护人员攀登电杆时作为脚踏的支撑部件，其应当满足在使用时对维护人员身体的可靠支撑，以及在需要调整在电杆上高度时的便捷性。现有的爬杆器往往需要通过电力维护人员的身体自重以产生足够强大的摩擦力以实现自锁，这就需要电力维护人员保持不能离开爬杆器的姿势，无疑加重了工作的负担。同时，现有的爬杆器针对不同尺寸的电杆或同一根电杆不同段粗细存在差异的适配做得并不好，从而增加了成本或风险性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种具有新型结构的爬杆器，其具体采用以下技术方案：
一种爬杆器，其特征在于，包括：相铰接的至少两个工作架、以及从所述工作架的内壁伸出的多个呈圆弧状排列的限位装置；所述工作架的自由端上设置有锁扣装置；至少有两个所述限位装置带有单向自锁凸轮。
优选地，所述限位装置包括定位弹簧、调整弹簧、移动滑块、定位销、提拉杠杆和轮型机构；所述定位弹簧的上端固定在工作架内侧空腔的顶部，下端连接定位销的顶部；所述定位销的顶部还连接提拉杠杆的一端；所述提拉杠杆的动力端伸出工作架；所述调整弹簧的一端固定在工作架内侧空腔的侧部，另一端连接移动滑块；所述移动滑块带有与定位销配合的凹槽，位于工作架内侧空腔的底部，其侧面固定有伸出工作架的内壁的延伸端；所述延伸端通过转轴安装有轮型机构；所述轮型机构为单向自锁凸轮或圆形滚子。
优选地，位于同一所述工作架上的限位装置的提拉杠杆的动力端通过圆弧形的手拉环连接。
优选地，所述延伸端包括两侧的带有限位滚子的限位块和位于限位块之间的轴承，所述轮型机构安装在轴承上。
优选地，所述工作架包括左工作架和右工作架；所述左工作架和右工作架为半圆环形，通过合页构成铰接，且上侧均带有储物环形槽；共6个限位装置以360°的六个等分点在左工作架和右工作架的内环上伸出分布，其中3个带有单向自锁凸轮，另外3个带有圆形滚子，并交替分布。
优选地，安装有所述单向自锁凸轮的限位装置的轴承上带有扭簧。
优选地，所述定位销和凹槽上带有相配合的自锁斜面。
优选地，带有所述单向自锁凸轮的限位装置呈中心对称分布。
优选地，所述单向自锁凸轮工作状态下的接触点和压力角θ由带有限位滚子的限位块的尺寸和轴承的转轴位置确定，且满足其中，/>为单向自锁凸轮与工作面的最小摩擦系数。
优选地，所述单向自锁凸轮工作状态下的接触点和压力角θ由带有限位滚子的限位块的尺寸和轴承的转轴位置确定，且满足：
其中，Mk为扭簧转矩；F为单向自锁凸轮机构总重力；Mf为单向自锁凸轮旋转时的摩擦阻力矩，Fn为工作面作用于单向自锁凸轮的正压力；Fμ为摩擦力；μ1为单向自锁凸轮与旋转轴之间的静摩擦因数；μ2为单向自锁凸轮与工作面之间的静摩擦因数；r为旋转轴半径；R为旋转轴心与接触点的距离。
本发明及其优选方案结构精简、使用方便、成本低廉、性能可靠，能够适用于不同粗细电杆的工作环境。其对凸轮的自锁特性进行了创造性的反向利用，使其能够在满足自锁条件的情况下无需从外部施加压力即能够实现自锁，同时凸轮的结构在自锁解除之后由能够方便地对爬杆器的竖直位置进行调整。
同时，在本发明的优选方案当中，还提供了能够储物的凹槽结构，可以供电力维护人员放置器具，减轻了人员的负重，并能够方便工具的挑选。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例整体结构立体示意图(合拢状态)；
图2是本发明实施例整体结构俯视示意图(合拢状态)；
图3是本发明实施例整体结构立体示意图(打开状态)；
图4是本发明实施例整体结构截面示意图1(打开状态)；
图5是本发明实施例整体结构截面示意图2(打开状态)；
图6是本发明实施例单向自锁凸轮装配结构俯视示意图；
图7是本发明实施例单向自锁凸轮结构立体示意图；
图8是本发明实施例定位销结构立体示意图；
图9是本发明实施例移动滑块结构立体示意图；
图10是本发明实施例单向自锁凸轮工作原理示意图；
图中：101-左工作架；102-右工作架；103-储物环形槽；104-搭扣锁；105-合页；201-定位弹簧；202-提拉杠杆；203-定位销；204-调整弹簧；205-移动滑块；206-手拉环；301-单向自锁凸轮；302-圆形滚子；303-限位块；304-限位滚子；305-轴承座。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1-图5，本实施例装置主体包括：通过合页105构成铰接的左工作架101和右工作架102。
其中，左工作架101和右工作架102均为半圆环形结构，通过搭扣锁104锁合之后，形成一个中空的圆环状，用以套设在电杆的外周部，其上侧均带有储物环形槽103，用于电力施工人员放置电力维护的工具。储物环形槽103能够减轻工人的负重，并且能更好的让工人在高空作业时查找出自己需要的物品工具。
共6个限位装置以360°的六个等分点在左工作架101和右工作架102的内环的内壁上伸出分布，其中3个带有单向自锁凸轮301，另外3个带有圆形滚子302，并交替分布，左工作架101上带有2个单向自锁凸轮301，右工作架102上带有1个单向自锁凸轮301。
根据以上装置的设计思路，为实现本发明的设计效果，其工作架不局限于两个，形状也不限于圆环形，可以是三个乃至更多的工作架通过铰接依次进行连接，只需边缘的两个工作架能够通过锁扣合拢构成闭环。其关键在于限位装置必须呈环形分布，作为实际上的自锁卡位装置能够固定在电杆的周部，同时，作为本实施例的核心组件，需要确保至少两个带有单向自锁凸轮301的限位装置呈中心对称分布，以完成对电杆周部的受力均匀的紧密卡合。
如图4-图9所示，在本实施例中，限位装置包括定位弹簧201、调整弹簧204、移动滑块205、定位销203、提拉杠杆202和轮型机构。
定位弹簧201的上端固定在工作架内侧空腔的顶部，下端连接定位销203的顶部；定位销203的顶部还连接提拉杠杆202的一端；提拉杠杆202的动力端伸出工作架；调整弹簧204的一端固定在工作架内侧空腔的侧部，另一端连接移动滑块205；移动滑块205带有与定位销203配合的凹槽，定位销203和凹槽上带有相配合的自锁斜面，位于工作架内侧空腔的底部，其侧面固定有伸出工作架的内壁的延伸端；延伸端通过转轴安装有单向自锁凸轮301或圆形滚子302。在本实施例中，延伸端安装在轴承座305上，包括两侧的带有限位滚子304的限位块303和位于限位块303之间的轴承，单向自锁凸轮301或圆形滚子302安装在轴承上，其中，安装有单向自锁凸轮301的限位装置的轴承上带有扭簧。
位于同一工作架上的限位装置的提拉杠杆202的动力端通过圆弧形的手拉环206连接。
在保证凸轮自锁的状态下，因为电杆的直径受加工工艺和外部结构的影响，存在粗细不均匀的情况，本实施例提供的装置即能够适应电杆的直径变换：其将单向自锁凸轮301和限位块303都安装在轴承座305上，轴承座305与移动滑块205连接，移动滑块205通过在工作架内的径向滑动，进而来调整适应电杆的变换，在移动滑块205末端的调整弹簧204用于给移动滑块205一个推力使限位块303上的限位滚子304贴合在电杆上，用于确保单向自锁凸轮301的最佳工作位置。
因为采用调整弹簧204实现调整应对电杆的径向变换，为了保证爬杆器能安全可靠的固定在电杆之上，需要保证单向自锁凸轮301必须稳定的保持最佳的状态，虽然可以通过加大对弹簧的压力实现，但是如果这种方法当需要向上推动爬杆器时会增加很大的摩擦，更加的费力，不符合设计的初衷。因此本实施例通过定位销203来实现当爬杆器不动时的刚性的固定，当需要推动爬杆器向上移动时，通过手拉环206下压控制定位销203上提，使刚性解除并恢复弹性调整。为了更好地保障该结构的正常运作，如图8、图9所示，本实施例采用斜面的结构，通过斜面之间的摩擦力以及斜面角度的控制(一般情况下定位销203的顶角越小越好，定位销203和凹槽之间的摩擦系数越大越好)，使移动滑块205在水平方向上的移动不能使定位销203发生向上滑动，形成斜面自锁机构，从而通过定位销203插入到移动滑块205中，与移动滑块205的凹槽内部的斜面接触形成自锁。
当爬杆器固定在电杆上时，处于锁定的状态，移动滑块205已经调整到最佳的位置，定位销203在定位弹簧201和重力的作用下向下滑动，直到定位销203的斜面与移动滑块205的斜面完全接触，这时没有外力的作用下，移动滑块205的位置就固定下来，凸轮就可以完美的实现自锁，让爬杆器稳定安全的固定在电杆上。
当工人需要爬杆器向上移动时，拉动手拉环206，通过提拉杠杆202定位销203将向上滑动，脱离移动滑块205，这时滑块再次处于弹性调整，工人推动爬杆器向上移动，爬杆器可以自行调整，到达工人所需的位置，放开手拉环206，定位销203再次滑入移动滑块205中，实现自锁，凸轮位置确定，通过凸轮的自锁爬杆器也将固定。此外，采用圆形滚子302而非全部采用单向自锁凸轮301的意义在于，上提爬杆器的时候能够更加顺利，可以尽量避免卡涩。
简而言之，以上实施例装置在使用过程中可以分为两种状态：一种是处于锁定的状态，而另一种则是处于可以运动的状态。本实施例提供的锁定状态能够保证爬杆器不会出现下滑、旋转、晃动等状态，稳定可靠。当实际使用时，可以先在底部将爬杆器通过搭扣锁104安全可靠并且快速的固定在电杆之上，没有外力作用时，爬杆器即由于单向自锁凸轮301的自锁功能呢处于锁定的状态，当随着工人的位置升高，可以通过拉动手拉环206，使定位销203脱离凹槽，则爬杆器锁定状态解除，轻轻推动爬杆器，即可将其将向上移动，到达合适的位置。之后放开手拉环206，使定位销203落回凹槽内，重新锁定移动滑块205的位置，确保爬杆器再次处于锁定的状态。因为电杆会存在粗细不均的问题，而且电杆都在户外安放，会有灰尘，沙土等等，本实施例提供的爬杆器可以自己去适应电杆的径向变换，达到最佳的锁定状态。
如图7，图10所示，本实施例装置采用凸轮与电杆接触，利用凸轮的特性，来实现爬杆器的单向自锁，并进一步通过轴承上设置的扭簧作用，来保证凸轮可以紧紧地靠在电杆上以实现更好的自锁效果。其中，单向自锁凸轮301的数学模型设计根据以下具体过程完成：
如图10所示，Mk为扭簧转矩；F为单向自锁凸轮301机构总重力；Mf为单向自锁凸轮301旋转时的摩擦阻力矩，Fn为工作面作用于单向自锁凸轮301的正压力；Fμ为摩擦力；μ1为单向自锁凸轮301与旋转轴之间的静摩擦因数；μ2为单向自锁凸轮301与工作面之间的静摩擦因数；r为旋转轴半径；R为旋转轴心与接触点的距离。
此外，为了保证单向自锁凸轮301在工作中能时刻保持最佳的自锁状态，如图6所示，本实施例通过限位块303和限位滚子304的设置，与电杆实现先接触，这样就可以保证图10旋转轴心与电杆举例H的大小恒定，从而保证单向自锁凸轮301在扭簧的作用下与电杆的接触点位置固定并且时刻都是最佳的自锁状态。
对于凸轮而言，在重力F的作用下，为了实现与电杆管壁的自锁需要将作用于图中凸轮上的所有力与力矩简化为一单力，并使该力作用于其摩擦圆内，即与X轴的交点位于O点与点(rμ，0)之间，此处rμ为摩擦圆半径，rμ＝r*μ1，r为旋转轴半径，μ1为凸轮与旋转轴之间的静摩擦因数。
转矩Mk与Mf可代替为作用于接触点B出的力Fk和Ff
若简化力与x轴的交点位于原点O处，则有：
式中，Fμ＝Fn*μ2，μ2为凸轮与管壁之间的静摩擦因数。
若简化力与x轴的交点位于点(rμ，0)处，则有
联立式(2)、(3)可以得到凸轮与管壁发生自锁的条件：
另取θ为广义坐标，初始值为θ0，系统外力包括F、Mk、Mf、Fμ、Fn，利用虚功原理：
可得
Fδx+Mkδθ-Mfδθ-Fμδx-Fnδy＝0——(7)
式中，δx＝Rδθ,δy＝0。式(7)可简化为9
FR+Mk-Mf-Fnμ2R＝0————(8)
又因
式中，当量摩擦因数μ1v＝(1～π/2)μ1。联立式(8)、(9)解的
N＝N(F,Mk,q,R,m2)
Mf＝Mf(F,Mk,q,R,μ2)——————(10)
将式(10)代入式(5)中间项，表示为
最后得出单向自锁机构实现自锁的条件：
因此，在设计单向自锁凸轮301时，各参数的设置应满足式(12)
当接触是tan压力角小于摩擦系数，进而实现一个总体凸轮与管壁之间的自锁。
如果忽略扭簧预紧力的前提下得到压力角最为苛刻的条件就是：
tanθ≤μ。
因此，在本实施例当中可以认为，单向自锁凸轮301工作状态下的接触点和压力角θ由带有限位滚子304的限位块303的尺寸和轴承的转轴位置确定，且满足其中，/>为单向自锁凸轮301与工作面的最小摩擦系数。
或者，单向自锁凸轮301工作状态下的接触点和压力角θ由带有限位滚子304的限位块303的尺寸和轴承的转轴位置确定，且满足：
根据以上条件，即可确定单向自锁凸轮301应当满足的工作参数。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的爬杆器，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种爬杆器，其特征在于，包括：相铰接的至少两个工作架、以及从所述工作架的内壁伸出的多个呈圆弧状排列的限位装置；所述工作架的自由端上设置有锁扣装置；至少有两个所述限位装置带有单向自锁凸轮；
所述限位装置包括定位弹簧、调整弹簧、移动滑块、定位销、提拉杠杆和轮型机构；所述定位弹簧的上端固定在工作架内侧空腔的顶部，下端连接定位销的顶部；所述定位销的顶部还连接提拉杠杆的一端；所述提拉杠杆的动力端伸出工作架；所述调整弹簧的一端固定在工作架内侧空腔的侧部，另一端连接移动滑块；所述移动滑块带有与定位销配合的凹槽，位于工作架内侧空腔的底部，其侧面固定有伸出工作架的内壁的延伸端；所述延伸端通过转轴安装有轮型机构；所述轮型机构为单向自锁凸轮或圆形滚子；
位于同一所述工作架上的限位装置的提拉杠杆的动力端通过圆弧形的手拉环连接；
所述延伸端包括两侧的带有限位滚子的限位块和位于限位块之间的轴承，所述轮型机构安装在轴承上；
所述工作架包括左工作架和右工作架；所述左工作架和右工作架为半圆环形，通过合页构成铰接，且上侧均带有储物环形槽；共6个限位装置以360°的六个等分点在左工作架和右工作架的内环上伸出分布，其中3个带有单向自锁凸轮，另外3个带有圆形滚子，并交替分布；
所述定位销和凹槽上带有相配合的自锁斜面。
2.根据权利要求1所述的爬杆器，其特征在于：安装有所述单向自锁凸轮的限位装置的轴承上带有扭簧。
3.根据权利要求1或2所述的爬杆器，其特征在于：带有所述单向自锁凸轮的限位装置呈中心对称分布。
4.根据权利要求1或2所述的爬杆器，其特征在于：所述单向自锁凸轮工作状态下的接触点和压力角θ由带有限位滚子的限位块的尺寸和轴承的转轴位置确定，且满足；其中，/>为单向自锁凸轮与工作面的最小摩擦系数。
5.根据权利要求2所述的爬杆器，其特征在于：所述单向自锁凸轮工作状态下的接触点和压力角θ由带有限位滚子的限位块的尺寸和轴承的转轴位置确定，且满足：
；
；
其中，为扭簧转矩；F为单向自锁凸轮机构总重力；/>为单向自锁凸轮旋转时的摩擦阻力矩，/>为工作面作用于单向自锁凸轮的正压力；/>为摩擦力；/>为单向自锁凸轮与旋转轴之间的静摩擦因数；/>为单向自锁凸轮与工作面之间的静摩擦因数；r为旋转轴半径；R为旋转轴心与接触点的距离。
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