CN111017768A - 一种拖曳式匀速提升物体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拖曳式匀速提升重物的装置，属于自动化机械及设备技术领域。本发明装置由动力模块、单向传动模块、卷绳模块和固定支撑模块组成，其中的主动轴在电机的带动下能一直匀速地转动，输出轴由于扭力限制器的打滑特性一直在变速转动，主动轴匀速地转动和输出轴的变速转动能实现重物匀速地上升和下降，其中的齿轮传动为减速传动，且绞盘的卷绳直径大于滑轮直径，因此绞盘卷绳的速度大于重物上升的速度。当上端钢丝绳张力产生的阻力矩大于扭力限制器额定力矩时，扭力限制器发生打滑，从动轴和输出轴进行差速转动，绞盘转速减慢，这样钢丝绳始终保持张紧状态，而下端滑轮组匀速缠绕钢丝绳，能实现重物的匀速上升和下降。

Description

一种拖曳式匀速提升物体的装置

技术领域

本发明涉及一种拖曳式匀速提升重物的装置，属于自动化机械及设备技术领域。

背景技术

目前，采用卷扬式动力系统拖动物体在竖直方向上、下移动，随着绞盘上钢丝绳不断地收放，卷绳厚度会发生变化，当绞盘转速不变时，钢丝绳线速度会逐渐发生改变，导致物体无法在竖直方向上匀速移动，它会对移动式测量系统的测量结果产生很大影响。虽然可以增加附加机构来让钢丝绳按已知规律缠绕，同时动态改变绞盘转速来实现钢丝绳匀速移动，但是，这样不仅会导致结构变得异常复杂，而且钢丝绳具有一定的弹性，不能完全按照已知规律缠绕，最终无法实现绳子匀速移动。

发明内容

本发明的目的是提出一种拖曳式匀速提升物体的装置，解决已有技术中存在的物体无法在绳子拖动下匀速移动的问题，以实现物体在竖直方向的匀速上下移动，提高移动式测量系统的测量精确性。

本发明提出的拖曳式匀速提升重物的装置，由动力模块、单向传动模块、卷绳模块和固定支撑模块组成，其中的动力模块包括步进电机、联轴器和主动轴，其中的单向传动模块包括主动齿轮、单向离合器、从动齿轮、单向轴承和从动轴，其中的卷绳模块包括扭力限制器、输出轴、绞盘、钢丝绳和滑轮组，其中的固定支撑模块包括前支架、轴环、轴承、端盖、地面固定坐、电机支架和后支架；

所述的动力模块中的步进电机固定在与地面固定座相对固定的电机支架上，步进电机的输出端通过联轴器与主动轴同轴连接，步进电机通过联轴器带动主动轴匀速转动；主动轴的一端和单向离合器同轴配合，通过单向传动模块将动力传递给卷绳模块，用来进行收绳或放绳，主动轴的另一端和滑轮组相连，用来拖动重物匀速上升或下降；

所述的单向传动模块中的主动齿轮与单向离合器同轴配合，从动齿轮与从动轴同轴配合，绞盘收绳时，主动轴通过单向离合器带动主动齿轮共同转动，并利用主动齿轮和从动齿轮将动力传递到从动轴，从动轴和主动轴共同转动，绞盘放绳时，主动轴和主动齿轮分离，主动轴转动，主动齿轮和从动齿轮静止，同时单向轴承阻止从动轴逆向转动，实现主动轴转动、从动轴静止；所述的单向离合器的内圈通过键与主动轴配合，单向离合器的外圈通过键与主动齿轮配合，单向离合器正向转动时，单向离合器的内外圈共同转动，从而带动主动齿轮转动，单向离合器反向转动时，单向离合器的内圈转动、外圈不转动，主动齿轮静止；所述的单向轴承的内圈与从动轴过盈配合，单向轴承外圈固定在与地面固定座相对固定的前支架上，单向轴承正向转动时，单向轴承的内圈和外圈分离，从动轴和单向轴承的内圈一起转动，单向轴承反向转动时，单向轴承的内圈和外圈同时静止，阻止从动轴转动，使从动轴实现单向传动；

所述的卷绳模块中的扭力限制器的一端和从动轴相连，扭力限制器的另一端和输出轴相连，绞盘固连在输出轴的另一端，从动轴通过扭力限制器将扭矩传递到输出轴，当从动轴转动时，输出轴带动绞盘转动进行绕绳，钢丝绳的一端固定在绞盘的侧面，钢丝绳的另一端通过滑轮组缠绕后连接在重物上，绞盘收绳时，拖动重物匀速地上移，绞盘放绳时，重物匀速地下移；当阻力矩小于额定力矩时，扭力限制器等效于联轴器，输出轴和从动轴同步转动，当阻力矩大于额定力矩时，扭力限制器发生打滑，从动轴和输出轴差速转动；所述的滑轮组由主滑轮和多个从滑轮构成，主动轮与主动轴固连，主动轮和从动轮配合，将动力传递给从动轮，从动轮通过齿轮轴带动主滑轮和从滑轮共同转动；

所述的固定支撑模块包括电机支架、前支架、轴承和地面固定座，利用螺钉和螺母将步进电机固定在电机支架上，主动轴、从动轴和输出轴的一端通过轴承固定在前支架上，前支架和电机支架采用紧定螺钉一起固定在地面固定座上，所述的输出轴的另一端、主动轴的另一端以及齿轮轴通过轴承固定在后支架上。

本发明提出的拖曳式匀速提升重物的装置，其特点和优点是：

本发明的拖曳式匀速提升重物的装置，其中主动轴在电机的带动下能一直匀速地转动，所述输出轴由于扭力限制器的打滑特性一直在变速转动，主动轴匀速地转动和输出轴的变速转动能实现重物匀速地上升和下降；其中的滑轮组按照绳子移动的方向和主、从滑轮转动的方向绕绳，保证绳与滑轮组不发生相对滑动，当主滑轮和从滑轮匀速转动时，带动绳子匀速移动。本发明装置在保证绳与滑轮组相对静止的前提下，滑轮组可以由主滑轮和多个从滑轮组成，并按照不同的方式绕绳而不仅限于附图中的绕绳方式。本发明装置中，齿轮传动为减速传动，且绞盘的卷绳直径大于滑轮直径，因此绞盘卷绳的速度大于重物上升的速度。当上端钢丝绳张力产生的阻力矩大于扭力限制器额定力矩时，扭力限制器发生打滑，从动轴和输出轴进行差速转动，绞盘转速减慢，这样钢丝绳始终保持张紧状态，而下端滑轮组匀速缠绕钢丝绳，实现了重物的匀速上升，提高了移动式测量系统的测量精确性。

附图说明

图1是本发明提出的拖曳式匀速提升物体装置的结构示意图。

图2是图1所示的拖曳式匀速提升物体装置的俯视图。

图3是拖曳式匀速提升物体装置的出力示意图。

图1-图3中，11是步进电机，12是联轴器，13是主动轴，21是主动齿轮，22是单向离合器，23是从动齿轮，24是单向轴承，25是从动轴，31是扭力限制器，32是输出轴，33是绞盘，34是钢丝绳，35是重物，36是滑轮组，361是从滑轮，362是主滑轮，363是主动轮，364是从动轮，365是齿轮轴，41是前支架，42是轴环，43是轴承，44是端盖，45是地面固定座，46是电机支架，47是后支架。

具体实施方式

本发明提出的拖曳式匀速提升重物的装置，其结构如图1和图2所示，由动力模块、单向传动模块、卷绳模块和固定支撑模块组成，其中的动力模块包括步进电机11、联轴器12和主动轴13，其中的单向传动模块包括主动齿轮21、单向离合器22、从动齿轮23、单向轴承24和从动轴25，其中的卷绳模块包括扭力限制器31、输出轴32、绞盘33、钢丝绳34和滑轮组36，其中的固定支撑模块包括前支架41、轴环42、轴承43、端盖44、地面固定座45、电机支架46和后支架47；

所述的动力模块中的步进电机11固定在与地面固定座45相对固定的电机支架46上，步进电机11的输出端通过联轴器12与主动轴13同轴连接，步进电机11通过联轴器12带动主动轴13匀速转动；主动轴13的一端和单向离合器22同轴配合，通过单向传动模块将动力传递给卷绳模块，用来进行收绳或放绳，主动轴13的另一端和滑轮组36相连，用来拖动重物35匀速上升或下降；

所述的单向传动模块中的主动齿轮21与单向离合器22同轴配合，从动齿轮23与从动轴25同轴配合，绞盘33收绳时，主动轴13通过单向离合器22带动主动齿轮21共同转动，并利用主动齿轮21和从动齿轮23将动力传递到从动轴25，从动轴25和主动轴13共同转动，绞盘33放绳时，主动轴13和主动齿轮21分离，主动轴13转动，主动齿轮21和从动齿轮23静止，同时单向轴承24阻止从动轴25逆向转动，实现主动轴转动、从动轴静止；所述的单向离合器22的内圈通过键与主动轴13配合，单向离合器22的外圈通过键与主动齿轮21配合，单向离合器22正向转动时，单向离合器22的内外圈共同转动，从而带动主动齿轮21转动，单向离合器22反向转动时，单向离合器22的内圈转动、外圈不转动，主动齿轮21静止；所述的单向轴承24的内圈与从动轴25过盈配合，单向轴承24外圈固定在与地面固定座45相对固定的前支架41上，单向轴承24正向转动时，单向轴承24的内圈和外圈分离，从动轴25和单向轴承24的内圈一起转动，单向轴承24反向转动时，单向轴承24的内圈和外圈同时静止，阻止从动轴25转动，使从动轴25实现单向传动；

所述的卷绳模块中的扭力限制器31的一端和从动轴25相连，扭力限制器31的另一端和输出轴32相连，绞盘33固连在输出轴32的另一端，从动轴25通过扭力限制器31将扭矩传递到输出轴32，当从动轴25转动时，输出轴32带动绞盘33转动进行绕绳，钢丝绳34的一端利用压绳板和紧定螺钉固定在绞盘33的侧面，钢丝绳34的另一端通过滑轮组36缠绕后连接在重物35上，绞盘33收绳时，拖动重物35匀速地上移，绞盘33放绳时，重物匀速地下移；当阻力矩小于额定力矩时，扭力限制器31等效于联轴器，输出轴32和从动轴25同步转动，当阻力矩大于额定力矩时，扭力限制器31发生打滑，从动轴25和输出轴32差速转动；所述的滑轮组36由主滑轮362和多个从滑轮361构成，主动轮363与主动轴13固连，主动轮363和从动轮364配合，将动力传递给从动轮364，从动轮364通过齿轮轴365带动主滑轮362和从滑轮361共同转动；

所述的固定支撑模块包括电机支架46、前支架41、轴承43和地面固定座45，利用螺钉和螺母将步进电机11固定在电机支架46上，主动轴13、从动轴23和输出轴32的一端通过轴承固定在前支架41上，前支架41和电机支架46采用紧定螺钉一起固定在地面固定座45上，所述的输出轴32的另一端、主动轴13的另一端以及齿轮轴365通过轴承固定在后支架47上。

以下介绍本发明提出的拖曳式匀速提升重物的装置的工作原理和工作过程：

本发明的工作原理是：当滑轮组36匀速转动，并且缠绕在滑轮组36上的钢丝绳34不发生滑动时，钢丝绳36的线速度保持恒定。由于绞盘33卷绳时的速度大于钢丝绳34缠绕的速度，当主动轴13和从动轴25共同转动时，上端绳子张力逐渐增大，当绳子张力增大到一定值时，扭力限制器31发生相对滑动，从动轴25和输出轴32差速转动，绞盘33转动速度减慢，绳子张力减小；当绳子张力减小到一定值时，从动轴25和输出轴32一起同步转动，因此绳子能始终处于张紧状态。采用匀速转动的滑轮组36进行缠绕钢丝绳34，并且保证钢丝绳34始终拉紧，使重物35能沿竖直方向匀速地移动。

具体工作过程是：步进电机11以恒定角速度转动，带动滑轮组36匀速缠绕钢丝绳，钢丝绳上端始终处在张紧状态，通过扭力限制器31，绞盘自适应地绕绳，最终拖动重物35在竖直方向匀速地上升或下降。

主动轴13逆时针转动，通过单向离合器22带动齿轮组21即主动齿轮21和从动齿轮23转动，此时从动轴25顺时针转动，扭力限制器31将扭矩传递到输出轴32，带动绞盘33顺时针转动，绞盘33进行收绳，如图3中所示。

收绳时，步进电机11通过联轴器12带动主动轴13正向匀速转动，主动轴13通过单向离合器22带动主动齿轮21正向转动，将动力传递给从动齿轮23，从动轴25通过扭力限制器31带动固连在输出轴32上的绞盘33转动，完成收绳；同时，主动轴13的另一端连接滑轮组36，实现钢丝绳34拖动重物35匀速上升。

放绳时，步进电机11通过联轴器12带动主动轴13反向匀速转动，主动轴13通过滑轮组36拖动钢丝绳34向下，随着绳子张力增大，拖动绞盘33反向转动，完成放绳，同时，主动轴13和主动齿轮21差速分离，单向轴承24阻止从动轴25反向转动，保证主动齿轮21和从动齿轮23静止。

单向离合器22的内侧与主动轴13配合，单向离合器22的外侧和主动齿轮21配合。单向离合器22的作用是，主动轴13正向转动时，单向离合器22带动主动齿轮转动，将动力传递给从动齿轮23；主动轴13反向转动时，单向离合器22内外圈相对转动，内圈转动，外圈静止，主动齿轮21不发生转动。

单向轴承24的内圈与从动轴25过盈配合，单向轴承24的外圈与前支架41固连，单向轴承24有两个作用，一方面用来支撑从动轴25，起“轴承”作用；另一方面，当绞盘33反向转动进行放绳时，阻止从动轴25转动，即此时从动轴25静止，输出轴32转动。

扭力限制器31，其一端和从动轴25相连，其另一端和输出轴32相连，扭力限制器31有两个作用，一方面传递力矩给输出轴32，起“联轴器”的作用；另一方面，当阻力矩过大时，发生打滑，从动轴25和输出轴32差速转动，实现绞盘间歇性收绳和收绳。

本发明的拖曳式匀速提升重物的装置中，齿轮传动为减速传动，且绞盘的卷绳直径大于滑轮直径，因此绞盘卷绳的速度大于重物上升的速度。当上端钢丝绳张力产生的阻力矩大于扭力限制器额定力矩时，扭力限制器发生打滑，从动轴和输出轴进行差速转动，绞盘转速减慢，这样钢丝绳始终保持张紧状态，而下端滑轮组匀速缠绕钢丝绳，能实现重物匀速上升。

主动轴顺时针转动时，单向离合器内圈转动，外圈和主动齿轮静止不动；随着重物下降，钢丝绳子慢慢拉紧，上端钢丝绳产生的力矩大于扭力限制器额定力矩，扭力限制器发生滑动，输出轴与从动轴分离，绞盘逆时针转动，进行放绳。

本发明的拖曳式匀速提升重物装置中，通过控制步进电机正(反)转带动主动轴顺(逆)时针转动，进而实现绞盘收绳和放绳，且实现重物的匀速移动。

Claims (1)

1.一种拖曳式匀速提升重物的装置，其特征在于由动力模块、单向传动模块、卷绳模块和固定支撑模块组成，其中的动力模块包括步进电机、联轴器和主动轴，其中的单向传动模块包括主动齿轮、单向离合器、从动齿轮、单向轴承和从动轴，其中的卷绳模块包括扭力限制器、输出轴、绞盘、钢丝绳和滑轮组，其中的固定支撑模块包括前前支架、轴环、轴承、端盖、地面固定坐、电机支架和后支架；

所述的动力模块中的步进电机固定在与地面固定坐相对固定的电机支架上，步进电机的输出端通过联轴器与主动轴同轴连接，步进电机通过联轴器带动主动轴匀速转动；主动轴的一端和单向离合器同轴配合，通过单向传动模块将动力传递给卷绳模块，用来进行收绳或放绳，主动轴的另一端和滑轮组相连，用来拖动重物匀速上升或下降；

所述的单向传动模块中的主动齿轮与单向离合器同轴配合，从动齿轮与从动轴同轴配合，绞盘收绳时，主动轴通过单向离合器带动主动齿轮共同转动，并利用主动齿轮和从动齿轮将动力传递到从动轴，从动轴和主动轴共同转动，绞盘放绳时，主动轴和主动齿轮分离，主动轴转动，主动齿轮和从动齿轮静止，同时单向轴承阻止从动轴逆向转动，实现主动轴转动、从动轴静止；所述的单向离合器的内圈通过键与主动轴配合，单向离合器的外圈通过键与主动齿轮配合，单向离合器正向转动时，单向离合器的内外圈共同转动，从而带动主动齿轮转动，单向离合器反向转动时，单向离合器的内圈转动、外圈不转动，主动齿轮静止；所述的单向轴承的内圈与从动轴过盈配合，单向轴承外圈固定在与地面固定座相对固定的前支架上，单向轴承正向转动时，单向轴承的内圈和外圈分离，从动轴和单向轴承的内圈一起转动，单向轴承反向转动时，单向轴承的内圈和外圈同时静止，阻止从动轴转动，使从动轴实现单向传动；

所述的卷绳模块中的扭力限制器的一端和从动轴相连，扭力限制器的另一端和输出轴相连，绞盘固连在输出轴的另一端，从动轴通过扭力限制器将扭矩传递到输出轴，当从动轴转动时，输出轴带动绞盘转动进行绕绳，钢丝绳的一端固定在绞盘的侧面，钢丝绳的另一端通过滑轮组缠绕后连接在重物上，绞盘收绳时，拖动重物匀速地上移，绞盘放绳时，重物匀速地下移；当阻力矩小于额定力矩时，扭力限制器等效于联轴器，输出轴和从动轴同步转动，当阻力矩大于额定力矩时，扭力限制器发生打滑，从动轴和输出轴差速转动；所述的滑轮组由主滑轮和多个从滑轮构成，主动轮与主动轴固连，主动轮和从动轮配合，将动力传递给从动轮，从动轮通过齿轮轴带动主滑轮和从滑轮共同转动；

所述的固定支撑模块包括电机支架、前支架、轴承和地面固定座，利用螺钉和螺母将步进电机固定在电机支架上，主动轴、从动轴和输出轴的一端通过轴承固定在前支架上，前支架和电机支架采用紧定螺钉一起固定在地面固定座上，所述的输出轴的另一端、主动轴的另一端以及齿轮轴通过轴承固定在后支架上。

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