CN1134847A - 下降用缆绳限速器 - Google Patents

Abstract

下降用缆绳限速器是人们自高处下来时运用的一种机械装置，它包括缆绳、缆绳绞盘、速控阻力部件、传动部分。传动部分传递缆绳绞盘及速控阻力部件间的运动和相互作用力，速控阻力部件有一速控端，在传动部分作用下，速控端运动的速度越快，其反作用于传动部分的阻力越大，此阻力与限速器之外的因素无关，当缆绳下降速度增大，速控阻力部件对缆绳的阻力也增大进而限制缆绳的下降速度，此装置可用于高楼火灾时人员自窗口的安全撤离。

Description

下降用缆绳限速器

本发明涉及一种利用物体在自身重力作用下的下降速度转换成其牵引缆绳阻力的方法来限制该物体下降速度的机械装置，具体说是一种下降用缆绳限速器。

高层建筑上紧急逃生问题是许多人关心的问题，以往人们在遇到火灾时，往往只被动地等待救援或简单地利用一条绳子经窗口逃离危险。然而，对于一些老人、妇女及体质差者，即使有了一条绳子，能安全顺利地从高处下来也是困难的。我们平时使用的电梯都是在电机的控制下进行起降，它必须依靠电力及电机，因此在失去电力的情况下，这种设备也就不能使用了。迄今为止，我们还没有见到一种用于高层建筑窗口逃生的下降用缆绳限速装置，即一种在物体重力作用下，不依靠外力或外界因素而只靠自身速度增加所反馈的阻力来限速的机械装置。

本发明的目的是设计一种在物体重力作用下不依靠外力或外界因素而只靠自身速度增加所反馈的阻力来限速的机械装置，即一种下降用缆绳限速器。通过该限速器实现高层建筑上紧急情况下人员的安全逃离。

本发明是这样实现的，下降用缆绳限速器由缆绳1、缆绳绞盘2、速控阻力部件3、传动部分4、绞盘轴5、绞盘架6组成。缆绳1缠绕于缆绳绞盘2上，且缆绳1的内端与缆绳绞盘2相连，传动部分4处于缆绳绞盘2与速控阻力部件3之间，缆绳绞盘2与传动部分4相连或者相配合，传动部分4与速控阻力部件3相连或相互配合，传动部分4用以传递缆绳绞盘2与速控阻力部件3之间的运动和相互作用力。速控阻力部件3内设有一速控端，此速控端受外力作用运动的速度越快其反馈给施动者的阻力越大，该阻力不依靠外界能源部件且其大小只与速控阻力部件3的自身结构、组成及速控端的运动速度有关，该缆绳限速器的速度传递途径是顺次自缆绳1、缆绳绞盘2、传动部分4到速控阻力部件3，限速器的工作过程如下：当缆绳1缚有重物或有人悬垂之上时，相应的重力经缆绳1、缆绳绞盘2、传动部分4、传递给速控阻力部件3，由于开始时刻缆绳下降速度为0，速控阻力部件3提供的阻力为0，所以在牵引物的重力作用下缆绳开始加速下降，其下降速度经转动的缆绳绞盘2、传动部分4传递给速控阻力部件3，速控阻力部件3所提供的阻力经相反途径的反馈，形成一个对缆绳1的阻力。随着缆绳1下降速度的提高，该阻力不断加大，牵引物的加速度不断减小，当缆绳1所受的阻力等于牵引物的重力时，缆绳1及牵引物的加速度为0，它们的下降速度不再增加，这样便达到了限速的目的。

由此可见，本发明能够利用缆绳牵引物的下降速度所反馈的阻力来限制物体及缆绳的下降速度，它不依靠电力也不依靠其它外界因素，可以实现紧急情况下高层建筑上人员安全迅速地撤离，为人们提供了一种高层建筑紧急逃生的方法，解除了人们对高层建筑人身安全的顾虑。

现通过实例及附图对本发明进一步详细叙述。

图1：下降用缆绳限速器结构原理图。

图2：下降用缆绳限速器立体示意图。

图3：缆绳绞盘2立体图及剖示图。

图4：液压速控阻力部件立体图及剖示图。

图5：传动部件4-A、4-B立体图及正视图。

图6：绞盘轴5立体图及剖示图。

图7：注射器形液压件示意图。

图8：圆柱椭圆形斜截面边沿轨迹的空间坐标图。

图9：离心增压式下降用缆绳限速器立体图。

实例1：液压式下降用缆绳限速器

如图1、图2所示：下降用缆绳限速器由缆绳1、缆绳绞盘2、速控阻力部件3、传动部分4、绞盘轴5及绞盘架6组成。

如图3所示：所说的缆绳绞盘2由圆筒形部分2-1及圆盘形缆绳档板2-2组成，三个圆盘形缆绳档板分别处在2-1的中间和两端，它们之间形成的两个区域A、B用来盘卷两根绕向相反的缆绳。圆筒形部分2-1的圆筒形内壁靠近两端处有两个相互对称且垂直于内壁的小圆柱形凸起2-3，叫做绞盘传动凸起。缆绳绞盘2的功能是盘卷两根绕向相反的缆绳，同时经传动凸起2-3向传动部分4传递力和运动速度。两根缆绳绕向相反的目的是当一根受重物牵引下降展开时，缆绳绞盘2能自动盘卷起另一根缆绳。

如图4所示：所说的速控阻力部件3是一种液压式阻力部件，它由液压腔体3-1、有一定透漏作用或带有小孔的活塞3-2、及活塞推拉杆3-3组成，液压腔及推拉杆端部的螺纹用于与传动部分4连接。该阻力部件有随推拉杆推拉速度上升而阻力增大的特点，是液压式下降用缆绳限速器的核心部件。

下面我们以医用注射器为例说明速控液压阻力部件的原理。如图7所示，设活塞与器壁，液体与器壁的摩擦阻力为0。现用力推动活塞将注射器内的液体从前端小孔推出，设活塞推进速度为V1，推力为F，经小孔的液体射出速度为V2，活塞截面积为S1，小孔截面积为S2，液体比重为m，液体重量为M，活塞推进行程为L。因为液体全部被推出时力F所做的功等于液体动能的增加，所以可例方程如下： $F\·L=\frac{1}{2}M\·{V2}^2$ $L=\frac{M}{m\·S1}$ V1·S1＝V2·S2解得： $F=\frac{1}{2{S2}^2}m\·{V1}^2\·{S1}^3$

可见，活塞所受的推力F，即施动者所受的活塞阻力与液体的比重成正比，与活塞推进速度的平方成正比，与活塞截面积的立方成正比，与液体射出孔面积的平方成反比。

现在再回过来看本实例图4所示的液压阻力部件3，当推拉杆3-3受到一个向左的推力时，液压腔内活塞3-2左端的压强大于右端的压强，液体经活塞上的小孔从腔体左端向右端流动；当推拉杆3-3受到一个向右的拉力时，其过程刚好相反，拉力所引起的压强变化使液体又经活塞小孔向相反方向流动，在此推拉过程中，作用力始终与活塞运动速度的平方成正比。

图5是传动部分4的外形及结构图，传动部分4包括4-A和4-B两个部件，它们除两端用于连接的结构有区别外，其它结构，功能完全相同，传动件4-A和4-B在使用上分别与液压速控阻力部件3的推拉杆3-3及液压腔体3-1相连结，它们的主体外形是圆柱形，且在此圆柱形传动部件的环形面上开有一道传动槽口4-1，该槽口与缆绳绞盘2的小圆柱形传动凸起2-3相配套，槽口4-1绕圆柱体表面一周形成封闭槽口，槽口底部中心线形成一椭圆轨迹，槽口边缘的两个曲面始终与其圆柱表面相垂直。传动部件4-A及4-B的里面沿轴线方向开有一个截面为正方形的孔4-2，做为传动部件轴向移动时的导轨槽，正方形槽口的功能是用以阻止传动部件的转动。传动部件4-A和4-B的主要功能是传递缆绳绞盘2与液压阻力部件3之间的运动和相互作用力，在缆绳绞盘2传动凸起2-3及传动部件4-A、4-B的传动槽口4-1的相互配和作用下，缆绳绞盘2的转动转化成了传动部件4的直线往复运动，且轴线在同一直线上的4-A与4-B沿轴线的传动过程始终是方向相反、速度相等。传动部件4-A、4-B椭圆形轨迹的槽口4-1能将转动转化为直线往复运动的数学说明如下：

某一平面与一圆柱以夹角相交时，它们相交的边沿椭圆轨迹(公知)如图8所示，θ为圆柱转动角度，点p是所说的椭圆轨迹上的一点，设其坐标为(x，y，z)，其空间坐标的参数方程为：

y＝R－RCOS(θ)

z＝R·SIN(θ)

x＝y·ctgφ

所以x＝R(1－COSθ)·ctgφ

关系式x＝R(1－cosθ)·ctgφ说明了这种转动与直线往复运动的转换关系。

如图6所示：绞盘轴5由轴体5-1，轴承5-2组成，其轴体的一端是截面为正方形的长方体结构，兼做传动部件直线移动的导轨，这里把它记做5-3。

绞盘架6既是绞盘转动轴的支架又是整个缆绳限速器的支撑固定支架，绞盘架与绞盘轴采用紧固式非转动安装，以保持它们之间无相对运动。

本实例的整体工作原理及工作过程如下：在重物的牵引下，缆绳绞盘从静止开始转动，绞盘传动凸起3-2与传动部件传动槽4-1相配合作用，将缆绳绞盘的转动转化成两个传动部件4-A及4-B在同一轴线上相对称的往复运动，由于传动部件与液压阻力部件相连，液压阻力部件对传动部件产生反抗其运动的阻力，此阻力经相反的传动途径反馈成对缆绳及重物的阻力，且此阻力随着重物下降速度的提高而增大，当下降速度达到一定值时，阻力使重物及缆绳的下降速度不再增加，这样便达到了对缆绳限速的目的。

实例2离心增压式下降用缆绳限速器

如图9所示：该缆绳限速器同样由缆绳1、缆绳绞盘2、速控阻力部件3、传动部分4、绞盘轴5及绞盘架6组成，缆绳1缠绕于缆绳绞盘2上，且缆绳1内端与缆绳绞盘2相连，传动部分4主要由传动齿轮组成，它处于缆绳绞盘2与速控阻力部件3之间，且分别与二者相配合，以传递二者间的运动和相互作用力，核心部分速控阻力部件3是一种离心增压式的速控阻力部件，它由离心部件3-1、转动部件3-2及限速筒3-3组成，转动部件3-2包括转动轴和轴上的4个凸起，其横截面为“十”字型，4个离心部件3-1填充在3-2“十”字型凸起形成的4个区域，它们共同形成一个圆柱形，并共同处于筒状限速筒之内，离心部件3-1的横截面为四分之一圆形，每个离心部件3-1与转动部件3-2通过端部的两根弹簧来连接。该速控阻力部件的工作原理是，离心部件3-1受转动部件3-2的施动在限速筒内转动，由于离心作用，离心部件3-1离开转动部件3-2的轴心，并与限速筒内壁靠紧产生摩擦，受到一摩擦阻力，当转动部件3-2转动速度加快时，离心部件3-1受到的离心作用加强，使其与限速筒3-3内壁的压力增加，造成离心部件3-1受到的摩擦阻力增大，该阻力直接反馈给转动部件3-2。由此可见，该离心增压式速控阻力部件中的转动部件3-2受外力带动运转的速度越快，其反馈给施动者的阻力也越大，所以在本实力中可以作为速控阻力部件。本实例整体工作过程如下：当缆绳1缚有重物时，在重力作用下缆绳1伸长，缆绳绞盘2开始转动，此转动经传动部分4齿轮组的作用转化成了速控阻力部件3中的转动部件3-2的转动，3-2又推动离心部件3-1转动，由于离心作用，3-1与限速筒产生摩擦阻力，此阻力经转动部件3-2、传动部分4反馈成对缆绳绞盘2的阻力，随着下降物体及其牵引缆绳1下降速度的提高，该阻力不断增大，当此阻力等于重物的重力时，重物及缆绳的下降速度达到最大值，这样便达到了对缆绳限速的目的。

Claims (6)

1  一种人或物体自高处下来时运用的下降用缆绳限速器，包括缆绳1、缆绳绞盘2、速控阻力部件3、传动部分4，其特征在于所说的缆绳1缠绕于缆绳绞盘2上，所说的传动部分4处于缆绳绞盘2与速控阻力部件3之间，并分别与它们相连或相配合，以传递缆绳绞盘2与速控阻力部件3之间的运动和相互作用力，速控阻力部件3内有一速控端，此速控端受外力作用运动的速度越快其反馈给施动者的阻力越大，该阻力不依靠外界能源部件且阻力大小只与速控阻力部件3的自身结构、组成及速控端的运动速度有关。

2  根据权力要求1所说的一种下降用缆绳限速器，其特征在于所说的速控阻力部件3是一种液压式速控阻力部件或者是一种离心增压式速控阻力部件。

3  根据权力要求2所说的一种液压式速控阻力部件，其特征在于液压式速控阻力部件由液压腔体，液压活塞及推拉杆组成，液压活塞是一种带有小孔或有一定透漏作用的活塞。

4  根据权力要求2所说的一种离心增压式速控阻力部件，其特征在于离心增压式速控阻力部件由离心部件、转动部件和限速筒组成，其中离心部件的运动受转动部件的驱动，且它们共同处于限速筒之内，转动时离心部件受离心作用与限速筒壁产生摩擦。

5  根据权力要求1所说的一种下降用缆绳限速器，其特征在于所说的缆绳绞盘2包括两个盘卷缆绳的区域A和区域B，用以实现盘卷两根绕向相反的缆绳。

6  根据权力要求1所说的一种下降用缆绳限速器，其特征在于所说的传动部分4包括4-A和4-B两个部件，它们的主体都是圆柱体，且在圆柱体表面开有一道传动槽口4-1，4-1绕圆柱表面一周形成封闭槽口，用来将缆绳绞盘2的转动转化成4-A和4-B在同一轴线上的相对称的往复式直线运动。

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