CN203247039U - 一种气动提升装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气动提升装置，包括提升机本体、缠绕在提升机本体内的卷筒上的钢丝绳和吊钩组件、安装于提升机本体一端的减压阀和溢流阀组件及与减压阀和溢流阀组件相连的压缩空气软管和双联两位两通转向阀；前、后端盖分别与外壳两端的法兰面联接，固定方式简单、牢靠；增加支撑导向环，使得活塞在运动过程中可以承受径向载荷而不压迫于活塞密封圈和活塞杆密封圈，造成压缩空气的泄漏；前、后端盖、活塞与滚珠丝杠之间以及活塞与本体外壳之间的加工工艺要求较低，降低了装置的加工本成。结构简单，易于维修保养；没有电气控制和驱动部件，本征防爆，极大地降低应对要求提升装置具有防爆性能下的购置成本。

Description

一种气动提升装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用于起重机械行业的较轻载荷条件下使用的气动提升装置。

背景技术

目前，公知的起重机械行业的提升装置多为电动提升机，其结构和控制方式比较复杂，提升速度较慢，不能适用于较轻载荷频繁搬运的工况；而现有技术中的气动平衡吊装置，结构复杂，加工成本过高，且容易漏气。

实用新型内容

本实用新型提供一种气动提升装置，其目的在于克服现有技术的不足，通过在活塞上设置支撑导向环和密封圈，提高密封性能，降低活塞及密封部件的变形程度，降低了整个装置加工成本。

一种气动提升装置，包括提升机本体101、缠绕在提升机本体内的卷筒上的钢丝绳和吊钩组件102、安装于提升机本体一端的减压阀和溢流阀组件103及与减压阀和溢流阀组件相连的压缩空气软管和双联两位两通转向阀104；

提升机本体101包括外壳10、滚珠丝杠13、钢丝绳卷筒6、安全离合器7、前端盖1及后端盖8，前端盖1、后端盖8及安全离合器7均安装于滚珠丝杠13上，滚珠丝杠13前端依次设有活塞4及平面轴承5，后端设有滚珠螺母12，滚珠丝杠13与滚珠螺母12采用螺纹配合相连；安全离合器7与后端盖8采用螺钉相连；

外壳10的两端分别安装于前端盖1和后端盖8上；

前端盖1与外壳10之间设置有O形橡胶密封圈18，活塞4与外壳10之间设有活塞密封圈3和活塞支撑导向环14，活塞4与滚珠丝杠13之间设有活塞杆密封圈2和支撑导向环15，支撑导向环设置在滚珠丝杠的光杆段；

提升机本体101上方设有悬接挂口11。

所述滚珠丝杠13与后端盖8之间设有平键9，前端盖和后端盖与外壳10采用法兰面连接。

设有两根导向杆17，两根导向杆关于滚珠丝杠轴对称，导向杆17的一端穿入钢丝绳卷筒6的通孔中，另一端与安全离合器7的通孔相连。

导向杆的作用是使安全离合器和钢丝绳卷筒一起转动。

所述安全离合器7包括离合器固定齿圈201、离合器动盘202，离合器卡爪203及弹簧204；

所述离合器固定齿圈201上设置有四个通孔20，用螺钉将离合器固定齿圈固定在后端盖8上；离合器动盘202中心设有通孔21，安装于滚珠丝杠13同上，导向杆17的前端伸入钢丝绳卷筒6的孔中，导向杆后端与离合器动盘202上的带锥度的通孔22紧密配合，从而带动离合器动盘202与钢丝绳卷筒6一起沿丝杠的中心轴线自转；离合器卡爪203嵌在离合器动盘202中的槽孔中，可以自由滑动；弹簧204设置于离合器卡爪203的尾端。形成对离合器卡爪的拉力，拉力的大小设定刚好与装置正常运行亦即安全的提升或释放重物的速度时离合器卡爪203所受的离心力相等，即达到平衡。

有益效果

本实用新型提供了一种用于较轻载荷条件下使用的气动提升装置，可以使用压缩空气作为动力，提升重物。速度快，并且速度可调；前、后端盖分别与外壳两端的法兰面联接，固定方式简单、牢靠；增加支撑导向环，改善装置的承载能力，使得活塞在运动过程中可以承受径向载荷而不压迫于活塞密封圈3和活塞杆密封圈2，造成压缩空气的泄漏；由于两个支撑环的作用，不需要给卷筒增设额外的支撑件，简化了装置结构，减小了装置自身的运动阻尼，改善了装置的灵敏度；前、后端盖、活塞与滚珠丝杠之间以及活塞与本体外壳之间的加工工艺要求较低，降低了装置的加工本成。装置自身机械阻尼小，反映灵敏迅速；结构简单，易于维修保养；没有电气控制和驱动部件，本征防爆，极大地降低应对要求提升装置具有防爆性能下的购置成本。

附图说明

图1为本实用新型的外部结构示意图；

图2为本实用新型中提升机本体的内部结构示意图；

图3为本实用新型中的安全离合器的结构示意图；

图4为导向杆安装于安全离合器上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1和图2所示是本实用新型的外部及内部结构示意图，包括提升机本体101、缠绕在提升机本体内的卷筒上的钢丝绳和吊钩组件102、安装于提升机本体一端的减压阀和溢流阀组件103及与减压阀和溢流阀组件相连的压缩空气软管和双联两位两通转向阀104；

提升机本体101包括外壳10、钢丝绳卷筒6、安全离合器7、前端盖1及后端盖8，前端盖1、后端盖8及安全离合器7均安装于滚珠丝杠13上，滚珠丝杠13前端依次设有活塞4及平面轴承5，后端设有滚珠螺母12，滚珠丝杠13与滚珠螺母12采用螺纹配合相连；安全离合器7与后端盖8采用螺钉相连，两者之间不产生相对运动；

滚珠螺母12与钢丝绳卷筒6之间紧密连接，二者之间没有相对运动；

外壳10的两端分别安装于前端盖1和后端盖8上；

前端盖1与外壳10之间设置有O形橡胶密封圈18，活塞4与外壳10之间设有活塞密封圈3和活塞支撑导向环14，活塞4与滚珠丝杠13之间设有活塞杆密封圈2和支撑导向环15，支撑导向环设置在滚珠丝杠的光杆段；

提升机本体101上方设有悬接挂口11，用于悬挂提升机。

滚珠丝杠13与后端盖8之间设有平键9，用于防止两者之间产生相对转动；前端盖和后端盖与壳体采用法兰面连接。

设有两根导向杆17，两根导向杆关于滚珠丝杠轴对称，导向杆17的一端穿入钢丝绳卷筒6的通孔中，另一端与安全离合器7的通孔相连，导向杆的作用是使安全离合器和钢丝绳卷筒一起转动。

滚珠丝杠13的前半段为光杆段，后半段为螺纹段。

钢丝绳卷筒6的前端可以在滚珠丝杠13前端的圆周面上自由转动；平面轴承5前后两端的断面分别与活塞5的后端面以及钢丝绳卷筒6的前端面紧密贴合，保证活塞4与钢丝绳卷筒6之间可以自由转动；活塞4在滚珠丝杠13的前半部沿其中心轴线自由滑动，并与活塞密封圈3、外壳10、前端盖1、滚珠丝杠2光杆段密封形成一个密封腔体。

当装置上有负载时，即钢丝绳和吊钩组件102上挂有物体时，钢丝绳卷筒6上产生一个径向的作用力；为平衡这个力的作用，防止滚珠丝杠13产生过大的径向弹性变形导致该装置不能正常工作，在活塞4的内孔表面和外圆周上分别设置有支撑导向环15和活塞支撑导向环14，将作用在滚珠丝杠13上的径向力依次传递到活塞支撑导向环14、活塞3、支撑导向环15、外壳10及悬挂接口11，减小滚珠丝杠13上的应力强度。同时由于这两个支撑导向环的导向作用，活塞在沿滚珠丝杠前后运动时，不会出现前后偏斜的现象，活塞密封与滚珠丝杠光杆段密封也不会受到径向力的作用，减小了它们的磨损，确保其寿命长久。

装置的工作状况分三种：提升负载和释放负载，以及意外情况的应对处置。

当使用者需要向上提升重物时，按动手动双联两位两通换向阀的“上升”按钮，压缩空气进入由活塞4、活塞密封圈3、外壳10、前端盖1、滚珠丝杠13光杆段形成的密封腔体中，活塞4在压缩空气的作用下沿13滚珠丝杠中心轴线向其后端移动，在移动过程中通过平面轴承5推动钢丝绳卷筒6和滚珠螺母12移动，由于滚珠螺母12与滚珠丝杠13之间为螺纹连接，滚珠螺母12在往后端移动的过程当中会延着滚珠丝杠13表面的螺纹公转，钢丝绳卷筒6会与滚珠螺母12一起转动，此时缠绕在卷筒上的钢丝绳会被卷起，从而带动钢丝绳下的吊钩上升，提升吊钩下的重物，直到达到力学平衡点。

当使用者需要向下释放重物时，按动手动双联两位两通换向阀的“下降”按钮，“上升”换向阀则自动截止，压缩空气不能进入由活塞4、活塞密封圈3、外壳10、前端盖1、滚珠丝杠13光杆段形成的密封腔体中；而该密封腔体通过打开的“下降”换向阀与大气连通泄压，活塞4失去压缩空气的推力，在重物或吊钩组的自重作用下，钢丝绳被向下拉，带动钢丝绳卷筒6和滚珠螺母12转动，从而推动活塞4向滚珠丝杠13的前端移动，直到达到新的力学平衡点。

当突然失去重物负载比如重物滑脱或吊装索具断裂或压缩空气气源突然中断等意外发生时，钢丝绳卷筒会发生高速转动，此时卷筒会通过导向杆17带动安全离合器7高速转动，由于过大的离心力的作用，安全离合器工作，即壳体通过安全离合器和导向杆将卷筒制动，将钢丝绳卷筒6和滚珠螺母12锁定在后端盖8上，重物将不再发生升降移动。

提升重物过程中减压阀和溢流阀组件103中的减压阀调节运动速度，释放重物过程中减压阀和溢流阀组件103中的溢流阀调节运动速度。

如图3所示，为安全离合器的结构示意图，包括离合器固定齿圈201、离合器动盘202，离合器卡爪203及弹簧204。离合器固定齿圈201上设置有四个通孔20，用螺钉将离合器固定齿圈固定在后端盖8上；离合器动盘202中心设有通孔21，安装于滚珠丝杠13上，导向杆17的前端伸入钢丝绳卷筒6的孔中，导向杆后端与离合器动盘202上的带锥度的通孔22紧密配合，如图4所示，从而带动离合器动盘202与钢丝绳卷筒6一起沿丝杠的中心轴线自转；离合器卡爪203嵌在离合器动盘202中的槽孔中，可以自由滑动；弹簧204设置于离合器卡爪203的尾端，形成对离合器卡爪的拉力，拉力的大小设定刚好与装置正常运行亦即安全的提升或释放重物的速度时离合器卡爪203所受的离心力相等，即达到平衡。

当装置正常工作时，离合器卡爪203在弹簧204的作用下，缩紧在离合器动盘202的槽孔中，安全离合器的动盘与固定齿圈可以自由转动；当装置的运行速度超过设定的安全值时，即离合器卡爪203受到的离心力大于弹簧204的拉力，离合器卡爪203将伸出离合器动盘202，卡在离合器201固定齿圈上，从而将离合器动盘202和离合器固定齿圈201卡在一起，这时装置将保持在瞬时所处的状态，停止工作或运动，直到故障解除，离合器卡爪才会在弹簧的拉力作用下复位，从而保证装置的安全运行。

设定参数如下，外壳的内径为D，滚珠丝杠的外径为d，滚珠丝杠和滚珠螺母的导程为S，钢丝绳缠绕于卷筒时的节圆直径为ds，被提升重物的质量为m，重力加速度为g,重力为G，输入密封腔体的压缩空气的压强为P，钢丝绳和吊钩提升重物的速度为Vs，活塞运动的速度为Vp，此时对应的滚珠螺母与钢丝绳卷筒的转速为ω，活塞在压缩空气的推动下产生的推力为Fi。那么根据能量守恒定律，在装置的各部件之间的机械阻尼忽略不计的情况下，可以得出本装置的运动平衡条件为：

G*Vs=Fi*Vp    （1）

其中，Vs=π*ds*ω，同时ω＝Vp/S，故Vs=Vp*π*ds/S；Fi=P*π(D2-d2)/4

所以公式（1）转化为如下形式：

G*Vs=Vp*P*π(D2-d2)/4，

G*Vp*π*ds/S=Vp*P*π(D2-d2)/4，

G＝[P*(D2-d2)/4]/(ds/S)，

又因为G=m*g，故在给定物理条件下，本装置可提升重物的质量m为：

m={[P*(D2-d2)/4]/(ds/S)}/g    （2）

根据公式（2），当设定如下相关参数如下时：

D=200mm，d=36mm，ds=160mm，S=32mm，g=10m/s²，P=0.5Mpa；

可计算得出此本装置可提升重物的质量m为：

m={[0.5Mpa*(2002mm2-362mm2)/4]/(160mm/32mm)}/10m/s²=96.76Kg；

此结果与实验机型实物测试结果相吻合。

提升重物时，必须满足的力学条件为：

（G+ma）*Vs=Fi*Vp    （3）

式中a为被提升重物的提升运动加速度

则此时被提升重物可获得的加速度a为：

a=(Fi*Vp/Vs-mg)/m

={[P*π(D2-d2)/4]/(π*ds/S)-mg}/m

={[P*S*(D2-d2)]/(4*ds)-mg}/m

对于前文所提到的计算实例，修改压缩空气压强为0.6Mpa，则此时可获得的加速度为

a=2m/s²

当重物的提升行程H为3米时，重物提升到上限位置的时间t，那么：

H=at²/2，故 $t=\sqrt{2H/a}\≈1.732s;$

故此提升过程中的平均速度Vs为：

Vs=H/t=3m/1.732s≈1.732m/s=103.92m/min，经实验机型实物测试的结果亦与此相符。

Claims (4)

1.一种气动提升装置，其特征在于，包括提升机本体（101）、缠绕在提升机本体内的卷筒上的钢丝绳和吊钩组件（102）、安装于提升机本体一端的减压阀和溢流阀组件（103）及与减压阀和溢流阀组件相连的压缩空气软管和双联两位两通转向阀（104）；

提升机本体（101）包括外壳（10）、滚珠丝杠（13）、钢丝绳卷筒（6）、安全离合器（7）、前端盖（1）及后端盖（8），前端盖（1）、后端盖（8）及安全离合器（7）均安装于滚珠丝杠（13）上，滚珠丝杠（13）前端依次设有活塞（4）及平面轴承（5），后端设有滚珠螺母（12），滚珠丝杠（13）与滚珠螺母（12）采用螺纹配合相连；安全离合器（7）与后端盖（8）采用螺钉相连；

外壳（10）的两端分别安装于前端盖（1）和后端盖（8）上；

前端盖（1）与外壳（10）之间设置有O形橡胶密封圈（18），活塞（4）与外壳（10）之间设有活塞密封圈（3）和活塞支撑导向环（14），活塞（4）与滚珠丝杠（13）之间设有活塞杆密封圈（2）和支撑导向环（15），支撑导向环设置在滚珠丝杠的光杆段；

提升机本体（101）上方设有悬接挂口（11）。

2.根据权利要求1中所述的气动提升装置，其特征在于，所述滚珠丝杠（13）与后端盖（8）之间设有平键（9），前端盖和后端盖与外壳（10）采用法兰面连接。

3.根据权利要求1或2所述的气动提升装置，其特征在于，设有两根导向杆（17），两根导向杆关于滚珠丝杠轴对称，导向杆（17）的一端穿入钢丝绳卷筒（6）的通孔中，另一端与安全离合器（7）的通孔相连。

4.根据权利要求1所述的气动提升装置，其特征在于，所述安全离合器（7）包括离合器固定齿圈（201）、离合器动盘（202），离合器卡爪（203）及弹簧（204）；

所述离合器固定齿圈（201）上设置有四个通孔（20），用螺钉将离合器固定齿圈固定在后端盖（8）上；离合器动盘（202）中心设有通孔（21），安装于滚珠丝杠（13）同上，导向杆（17）的前端伸入钢丝绳卷筒（6）的孔中，导向杆后端与离合器动盘（202）上的带锥度的通孔（22）紧密配合；离合器卡爪（203）嵌在离合器动盘（202）中的槽孔中；弹簧（204）设置于离合器卡爪（203）的尾端。

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