CN115531765B - 钢珠对撞式缓降器阻尼装置 - Google Patents

Abstract

一种钢珠对撞式缓降器阻尼装置，涉及高空救生缓降器领域，该装置主要通过绳轮驱动4个按圆周均匀分布的拨轮同向转动，各拨轮相互无接触，盒体内装入一定数量的钢珠，各拨轮的径向爪推动钢珠做圆周运动，通过盒体内的4个挡块或1个圆弧圈限定钢珠运动方向，使相邻两个拨轮甩出的钢珠相互碰撞，从而起到对拨轮的阻尼作用。该装置采用钢珠对撞实现缓降，阻尼效果明显；拨轮之间、拨轮与盒体内各相邻部件之间均无接触，受力合理，各部件不易磨损和毁坏，显著提高了缓降器的安全稳定性和使用寿命，并且结构简单，制造成本低。

Description

钢珠对撞式缓降器阻尼装置

技术领域

本发明涉及一种高空救生缓降装置，具体涉及一种钢珠对撞式缓降器阻尼装置。

背景技术

现有技术中的高空救生缓降装置，主要分为两种类型，一类是摩擦式，即通过高速旋转的离心体与盒体的内圆面之间的摩擦力限制转速，达到匀速缓降目的。其最大优点有两方面，一是结构简单、制造成本低；二是受力平稳，没有冲击力，不易发生意外损毁现象。存在问题主要也有两方面，一方面因摩擦生热使摩擦材料或金属材料的表层性质发生改变，硬度下降，造成摩擦系数的降低，阻尼效果下降，甚至缓降作用失效。摩擦式阻尼装置存在的另一方面问题是怕水、怕油，即一旦有水、油等介质进入摩擦副之间，因摩擦系数急剧下降，阻尼效果大幅度降低，甚至缓降作用失效。

高空救生缓降装置的另一种类型是撞击式，其阻尼作用主要来源于运行部件之间或运行部件与固定件之间的不停顿的连续撞击而非摩擦。其最大的优点是克服了水、油等介质进入缓降器的摩擦副而严重影响阻尼效果和摩擦过热而导致缓降失效的弊端。目前现有技术中已有多项发明专利技术，其实质都是撞击式阻尼装置，只是结构不同。

所有的撞击式阻尼装置都涉及安全稳定性和造价两方面问题。安全稳定性方面，主要是存在部件因撞击导致磨损和毁坏的问题，其中部件毁坏主要是金属材料因撞击达到疲劳极限强度或遭受瞬间冲击力过大以及受力不合理而导致。造价问题主要是为防止部件损毁而选择特殊材料导致造价大幅度升高，这方面不仅涉及直接参与撞击部件的材料选择问题，其他相关传动部件均需提高抗破坏强度以及抗疲劳强度。

例如，一种“行星运行撞击式缓降器阻尼装置”（专利号ZL201811293808.8），采用4组离心块相互撞击的方案实现缓降。其存在问题如前所述，为防止部件损毁需选择特殊材料、提高加工精度，进而导致造价较高。其主要原因是离心块所受撞击力传递给滑槽，滑槽再传递给小齿轮，最后传递给齿轮轴，而该齿轮轴只是一端固定在联动盘上，属于悬臂梁式结构，所受撞击力发生在齿轮轴的端头，受力很不合理，对材料、加工精度以及安装强度要求均很高。另外，每秒钟4组离心块之间共发生相互撞击三百多次，若离心块材质硬度小，会导致离心块塑性变形严重；若离心块材质硬度大，可能导致碎裂，因此影响安全稳定性。

再如，“一种金属颗粒介质的缓降器阻尼装置”（ZL201310656418.3），采用类似两个风扇对着吹的结构，即两个阻尼轮互为反转，每个阻尼轮通过其侧面的凸棱推动其附近的金属颗粒做圆周运动和轴向横移，使金属颗粒相互撞击、挤压，由此形成对两个阻尼轮的阻碍作用。存在问题：一是金属颗粒不能跟随阻尼轮做同步圆周运动，离心力小，不能随转速增大而大幅度增强，基本上不能依靠离心力起到阻尼作用；二是该装置主要依靠金属颗粒轴向横移、耗能而起到阻尼作用，但此时轴向横移的金属颗粒总质量有限，故阻尼作用也很有限。若增大两个阻尼轮轴向间距，金属颗粒虽然增多，但相互撞击、挤压作用会大幅度降低；三是用于两个阻尼轮互为反转的反转齿轮组，使整体结构复杂、成本增高。

发明内容

为克服撞击式阻尼装置存在的不足，本发明提供一种钢珠对撞式缓降器阻尼装置，该装置主要通过绳轮驱动若干个拨轮同向转动，各拨轮沿圆周均匀分布并且相互无接触，盒体内装入一定数量的钢珠，各拨轮的径向爪推动钢珠做圆周运动，通过盒体内的若干个挡块或1个圆弧圈限定钢珠运动方向，使相邻两个拨轮甩出的钢珠相互碰撞，从而起到对拨轮的阻尼作用。该装置的钢珠与拨轮同步转动，离心力较大，通过钢珠对撞实现缓降，阻尼效果明显，并且拨轮之间、拨轮与盒体内其他部件之间均无接触，不易磨损和毁坏，受力合理，从而显著增强安全稳定性，并且结构简单、制造成本低。

本发明采用如下技术方案：

一种钢珠对撞式缓降器阻尼装置，包括盒体、绳轮、绳轮轴、增速机构和1个隔板，其中，增速机构包含与绳轮装配、同步转动的大齿轮或内齿轮，隔板将盒体内部分隔成两部分，隔板中心的通孔与绳轮轴活动装配，其特征是：盒体内设有若干个相同的拨轮，各拨轮外围设有若干个均匀分布的径向爪，各拨轮均位于盒体的一个盒体侧面板和隔板之间并与二者活动接触，各拨轮分别与对应的拨轮轴固定装配，各拨轮轴的两端分别与盒体侧面板和隔板的对应轴孔活动装配，各拨轮轴相互平行并以盒体的轴心线为圆心在圆周方向均匀分布，各拨轮相互无接触，各拨轮轴穿过隔板的轴孔后分别与1个小齿轮装配、同步转动，各小齿轮再同时与大齿轮或内齿轮啮合，盒体内装入一定数量的钢珠，当绳轮驱动各拨轮同方向转动时，各拨轮的径向爪推动钢珠做圆周运动，相邻两个拨轮之间的钢珠相互碰撞，最终使绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

本方案中，大齿轮与绳轮装配、同步转动，大齿轮与各小齿轮啮合并共同构成增速机构。或者采用内齿轮与绳轮装配、同步转动，内齿轮再与各小齿轮啮合并共同构成增速机构。

初始状态下，各拨轮、拨轮轴、小齿轮、大齿轮或内齿轮装配后，应使各拨轮的其中一个径向爪在径向上同角度，当相邻两个拨轮之间的钢珠相互碰撞时，沿切线方向甩出的钢珠整体运行方向在同一直线上且方向相反，即实现对撞。

进一步，盒体内圆面上固定设置与拨轮数量相同的挡块，每个挡块均位于相邻两拨轮的中间，且各挡块与各拨轮无接触。

盒体内圆面固定设置的挡块能防止钢珠沿盒体内圆面流动而影响相邻两个拨轮之间的钢珠对撞效果，即通过使一部分钢珠堆积到挡块的根部，使相邻两个拨轮甩出的钢珠能集中朝向对方运行而实现对撞。

进一步，在盒体内圆面与各拨轮之间还能设置1个圆弧圈，该圆弧圈的外圆面与盒体内圆面固定装配，该圆弧圈的两个侧面分别与盒体的一个盒体侧面板和隔板接触，该圆弧圈的内部侧面呈花瓣形，即由与拨轮数量相同的圆弧面组成，每个拨轮的外侧部分与对应的该圆弧面活动接触或保留一定间隙。

进一步，盒体侧面板、圆弧圈上均对应设有4个轴向的通孔，隔板上对应设有4个沉孔，螺钉依次穿过隔板的沉孔、圆弧圈的通孔、盒体侧面板的通孔后与螺母装配，当该圆弧圈与隔板设置为一体结构时，还能取消圆弧圈、盒体侧面板上的通孔和隔板上的沉孔，并且该一体结构直接与盒体内圆面固定装配。

工作原理：因阻尼装置在刚启动时，钢珠的离心力很小，钢珠相互碰撞产生的阻尼作用也很小，所以本发明装置容易启动。随着拨轮转速增高，钢珠的离心力随之增大，相邻两拨轮之间的钢珠相互碰撞产生的阻尼作用也越来越大，最终拨轮、绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

本发明装置的钢珠与拨轮同步转动，能充分利用其产生的离心力实现集体对撞，其阻尼效果自然很明显。

盒体内装入钢珠的数量不能太满，否则可能出现卡死现象。装入钢珠的数量也不能太少，否则拨轮将大部分钢珠甩向周围或盒体中心、不再进入径向爪之间，参与对撞的钢珠过少，会大幅度减弱阻尼作用。

绳轮轴能设置成台阶轴形状，即对应拨轮一侧的直径较大，或者在对应拨轮一侧的位置活动装配1个套环。拨轮的径向爪与绳轮轴或者套环之间的间隙应大于1个钢珠直径，避免径向爪的端头与绳轮轴或者套环之间挤入1个钢珠而卡死。同理，拨轮的径向爪与花瓣形的圆弧面之间的间隙大于1个钢珠直径时也能防止出现卡死现象。当拨轮的径向爪与对应圆弧面之间只保留一定配合间隙时，相邻两圆弧面之间的连接处为平面即连接面，该连接面与相邻两拨轮的中心的连线平行，目的也是防止该圆弧面的入口处与径向爪之间挤入钢珠而卡死。

由于拨轮之间、拨轮与盒体内圆面、挡块或者圆弧圈的圆弧面之间均无接触，同时，钢珠耐磨损、数量多，单个钢珠之间的撞击力较小，故本发明装置不易磨损和毁坏。各拨轮轴两端分别与盒体侧面板和隔板的轴孔活动装配，因此受力合理、运行稳定。

本发明的有益效果是：以钢珠为介质，采用拨轮甩出的钢珠对撞实现缓降，阻尼效果明显；拨轮之间、拨轮与盒体内各相邻部件之间均无接触，且受力合理，各部件不易磨损和毁坏，显著提高了缓降器的安全稳定性和使用寿命，并且结构简单，制造成本低。

下面结合图1至图16对本发明进一步说明。

附图说明

图1：钢珠对撞式缓降器阻尼装置结构示意图（盒体内圆面装配圆弧圈时）；

图2：图1的A-A视图；

图3：钢珠对撞式缓降器阻尼装置结构示意图（盒体内圆面装配挡块时）；

图4：图3的B-B视图；

图5：图3的C-C视图；

图6：圆弧圈示意图；

图7：隔板示意图；

图8：圆弧圈与隔板为一体结构的示意图；

图9：图8的D-D视图；

图10：盒体侧面板示意图；

图11：拨轮主视图；

图12：图11的右视图；

图13：拨轮轴主视图；

图14：图13的左视图；

图15：挡块主视图；

图16：图15的右视图。

各图中：1:盒体，2:绳轮，3:绳轮轴，4:套环，5:隔板，6:大齿轮，7:小齿轮，8:圆弧圈，9:圆弧面，10:拨轮，11:径向爪，12:拨轮轴，13:钢珠，14:挡块，15:沉孔，16:盒体侧面板，17:轴孔，18:通孔，19:内齿轮，20:连接面。

具体实施方式1：

图1、2为本发明提供的一种钢珠对撞式缓降器阻尼装置（以下简称阻尼装置）的结构示意图。该阻尼装置包括盒体1、绳轮2、绳轮轴3、套环4、隔板5、大齿轮6、小齿轮7、圆弧圈8、拨轮10、拨轮轴12和钢珠13。其中，拨轮、小齿轮均为4个。大齿轮与绳轮装配、同步转动，大齿轮与4个小齿轮啮合并共同构成增速机构。

如图2、7所示，盒体1内设有1个隔板5，并将盒体1的内部分隔成两部分。4个拨轮10均位于盒体的一个盒体侧面板16与隔板之间并与二者活动接触。绳轮2、大齿轮6、4个小齿轮7均位于隔板与盒体的另一个侧面板之间。

如图11、12所示，拨轮外围设有4个均匀分布的径向爪11。如图1、2、13、14所示，各拨轮10分别与对应的拨轮轴12固定装配，各拨轮轴12的两端分别与盒体侧面板16上的4个轴孔17（如图10所示）、隔板5上的4个轴孔17（如图7所示）活动装配，各拨轮轴12相互平行，并以盒体1的轴心线为圆心在圆周方向均匀分布，各拨轮相互无接触。拨轮轴12穿过隔板5的轴孔后分别与对应的小齿轮7装配、同步转动。各拨轮、拨轮轴、小齿轮、大齿轮6装配后，各拨轮的其中一个径向爪11在径向上同角度。

如图1、2、6所示，圆弧圈8位于盒体1内圆面与各拨轮10之间，圆弧圈8的外圆面上设有径向的螺孔，通过螺钉使圆弧圈的外圆面与盒体1的内圆面固定装配，圆弧圈的两个侧面分别与盒体侧面板16和隔板5接触。圆弧圈的内部侧面呈花瓣形，即由4个圆弧面9组成，相邻两圆弧面9之间的连接处为平面，即连接面20，该连接面与相邻两拨轮的中心的连线平行。各拨轮的外侧部分与对应的圆弧面9活动接触或保留一定配合间隙。

如图10所示，盒体侧面板16上设有4个通孔18，圆弧圈8上也设有4个通孔18（如图6所示），隔板5上设有4个沉孔15（如图7所示），螺钉依次穿过隔板的沉孔、圆弧圈的通孔、盒体侧面板的通孔后与螺母装配。

如图1、2所示，绳轮轴3上活动装配1个套环4，该套环两端分别与盒体侧面板16、隔板5的侧面活动接触。套环4与各拨轮10无接触，与钢珠13活动接触。

如图8所示，圆弧圈8与隔板5还能设置为一体结构，此时能取消圆弧圈8、盒体侧面板16上的通孔18以及隔板5上的沉孔15，结构简化。

工作原理：当相邻两个拨轮10之间的钢珠相互碰撞时，沿切线方向甩出的钢珠整体运行方向在同一直线上且方向相反，即实现对撞。因阻尼装置在刚启动时，钢珠的离心力很小，钢珠13相互碰撞产生的阻尼作用也很小，所以本发明装置容易启动。随着拨轮10转速增高，钢珠的离心力随之增大，相邻两拨轮之间的钢珠对撞产生的阻尼作用也越来越大，最终拨轮、绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

具体实施方式2：

如图3、4、5所示，在实施方式1的基础上，取消大齿轮6、圆弧圈8和套环4，增加内齿轮19和4个挡块14，其中，内齿轮19与绳轮2装配、同步转动，内齿轮与4个小齿轮7啮合并共同构成增速机构。

如图15、16所示，各挡块14上分别设有1个螺孔和1个通孔18，各挡块通过螺钉分别与盒体1的内圆面固定装配。如图5所示，通过另一个螺钉依次穿过隔板5的沉孔15、挡块的通孔18、盒体侧面板16的通孔18后与螺母装配，此时隔板也实现了与盒体1固定装配。装配后，各挡块14的两个侧面分别与盒体侧面板16和隔板5接触，并且各挡块分别位于相邻两拨轮10的中间。各挡块与拨轮无接触。

因各拨轮10的转向相同，挡块14能防止钢珠13沿盒体1内圆面流动而影响相邻两个拨轮之间的钢珠对撞效果，即通过使一部分钢珠堆积到挡块的根部，其作用类似于圆弧面9对钢珠运动方向的限定作用，使相邻两个拨轮甩出的钢珠能集中朝向对方运行而实现对撞。

本方式工作原理与实施方式1相同，但制造成本较低。

在上述两实施方式中，当绳轮与小齿轮的转速比为1：4时，绳轮每旋转一周，小齿轮以及拨轮均转4周。拨轮每转1周，1个径向爪推动钢珠与相邻2个拨轮甩出的钢珠碰撞2次，4个径向爪推动钢珠与2个相邻拨轮甩出的钢珠碰撞8次，4个拨轮同步转一周钢珠碰撞共计32次，则绳轮每旋转一周，钢珠碰撞32*4=128次。按绳轮缠绕钢丝绳处的直径4.6cm 计算，其周长为14.44cm。若人体或重物下落速度100cm/秒，则绳轮的转速为6.94转/秒，钢珠碰撞次数合计为：6.94*128=888.32次/秒，因此会实现非常好的阻尼效果：因为在缓降速度不变情况下，碰撞频率越高，单次碰撞所需阻尼耗能越少，部件所受冲击力就越小，缓降器的安全稳定性越好、使用寿命越长。为减少磨损和锈蚀，盒体内需注入适量润滑油。

Claims (2)

1.一种钢珠对撞式缓降器阻尼装置，包括盒体、绳轮、绳轮轴、增速机构和1个隔板，其中，增速机构包含与绳轮装配、同步转动的大齿轮或内齿轮，隔板将盒体内部分隔成两部分，隔板中心的通孔与绳轮轴活动装配，其特征是：盒体内设有若干个相同的拨轮，各拨轮外围设有若干个均匀分布的径向爪，各拨轮均位于盒体的一个盒体侧面板和隔板之间并与二者活动接触，各拨轮分别与对应的拨轮轴固定装配，各拨轮轴的两端分别与盒体侧面板和隔板的对应轴孔活动装配，各拨轮轴相互平行并以盒体的轴心线为圆心在圆周方向均匀分布，各拨轮相互无接触，各拨轮轴穿过隔板的轴孔后分别与1个小齿轮装配、同步转动，各小齿轮再同时与大齿轮或内齿轮啮合，在盒体内圆面上固定设置1个圆弧圈或者与拨轮数量相同的挡块，当设置1个圆弧圈时，该圆弧圈的外圆面与盒体内圆面固定装配，该圆弧圈的两个侧面分别与盒体侧面板和隔板接触，该圆弧圈的内部侧面呈花瓣形，即由与拨轮数量相同的圆弧面组成，每个拨轮的外侧部分与对应的该圆弧面活动接触或保留一定间隙，当盒体内圆面上固定设置与拨轮数量相同的挡块时，每个挡块均位于相邻两拨轮的中间，且各挡块与拨轮无接触，盒体内装入一定数量的钢珠，当绳轮驱动各拨轮同方向转动时，各拨轮的径向爪推动钢珠做圆周运动，相邻两个拨轮之间的钢珠相互碰撞，最终使绳轮匀速转动，人体或重物匀速下落。

2.根据权利要求1所述的一种钢珠对撞式缓降器阻尼装置，其特征是：盒体侧面板、圆弧圈上均对应设有4个轴向的通孔，隔板上对应设有4个沉孔，螺钉依次穿过隔板的沉孔、圆弧圈的通孔、盒体侧面板的通孔后与螺母装配，当该圆弧圈与隔板设置为一体结构时，还能取消圆弧圈、盒体侧面板上的通孔和隔板上的沉孔，该一体结构直接与盒体内圆面固定装配。

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