CN203361051U - 一种凸轮结构驱动的闸机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种凸轮结构驱动的闸机，包括机架、门板和电机，所述电机固定于机架上，所述门板铰接在机架上，所述电机的转轴上套有凸轮，所述电机驱动凸轮转动，所述凸轮与门板之间设有一用来配合凸轮动作的锁合装置，所述凸轮在锁合装置配合下带动门板开关。目前所用的闸机大多采用连杆机构带动门板开合，若要门板达到理想的速度曲线需增加速度反馈装置及控制系统，设备成本高，并且连接机构安装不妥当产生噪音并影响机构的使用寿命。本实用新型通过简单的电机控制即可实现门板开合速度与乘客正常通行速度相适宜的理想开关门速度控制，安装简单，成本低。

Description

一种凸轮结构驱动的闸机

技术领域

本实用新型涉及闸机装置，特别是一种凸轮结构驱动的闸机。

背景技术

现有的闸机门通常采用连杆机构作为门板开合的连接装置，电机通过连杆机构带动门板开合时，由于连杆机构的传动特性，导致门板的转动速度跟电机输出的速度之间换算较为复杂，速度控制困难，为了实现门板开合时的速度与行人行走速度相适应，需通过速度反馈装置及控制系统对电机进行调速处理，导致设备成本高，并且连杆机构安装不妥当易产生噪音并影响机构的使用寿命。

发明内容

本实用新型要解决的问题是提供一种凸轮结构驱动的闸机，通过改进电机与门板之间的连接装置，可实现门板开合速度与行人正常通行速度相适宜的理想开关门速度控制，安装简单，成本低。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种凸轮结构驱动的闸机，包括机架、门板和电机，所述电机固定于机架上，所述门板铰接在机架上，所述电机的转轴上套接凸轮旋转中心，所述电机驱动凸轮转动，所述凸轮与门板之间设有一用来配合凸轮动作的锁合装置，所述凸轮在锁合装置配合下带动门板开关。由电机直接驱动凸轮转动带动门板开关，凸轮结构可改变门板开合速度曲线，只要凸轮的形状适合即可实现门板开合速度与行人正常通行速度相适宜的理想的开关门速度，在不同应用场合所需要的凸轮形状可以通过实验确定，省去了原先的速度反馈装置和控制系统，降低了设备成本，安装方便。

作为优选，所述的锁合装置为力锁合机构包括一弹簧Ⅰ，所述弹簧Ⅰ的两端分别固定于所述门板和机架上，在门板开合过程中，所述弹簧Ⅰ拉动门板与所述的凸轮保持紧密接触。通过运用例如拉簧或钮簧等弹性件得到门板开门所需的拉力，在门板的开合过程中，弹簧Ⅰ始终给门板一个拉向凸轮的力，使得门板跟凸轮保持紧密接触并随着凸轮的转动而进行开合动作。

作为优选，所述凸轮与门板保持紧密接触的接触面上镀有耐磨层，所述耐磨层表面镶嵌自润块，所述门板与凸轮接触一侧的侧边上设有耐磨平板。通过设置耐磨层和自润块，减少了凸轮转动过程中的磨损。

作为优选，所述的锁合装置为形锁合机构包括从动件，所述从动件一端设有滚子，所述凸轮设有导槽，所述从动件的滚子置于所述导槽内，所述从动件另一端固定于门板上。在凸轮转动过程中，凸轮旋转中心与滚子中心的距离发生变化，进而带动门板开合，而滚子与导槽是滚动摩擦的，摩擦力较小，减少了对于导槽的磨损。

作为优选，所述导槽底部铺设有耐磨内衬。所述的耐磨内衬耐磨性好，润滑性好，同样减少了凸轮转动过程中的磨损。

作为优选，所述机架上设有限制所述凸轮转动角度的限制块，凸轮上设有与限制块配合的凸起。

作为优选，门板处于关门位置，在凸轮和门板的力传动点处，所述门板对凸轮的压力方向与凸轮向关门转动的速度方向所成角度为直角或锐角。力传动点就是由凸轮向门板产生力的点，由于门板处于关门位置，在凸轮和门板的力传动点处，所述门板对凸轮的压力方向与凸轮向关门转动的速度方向所成角度为直角或锐角。在上述的直角情况下，行人闯闸向门板施力，从力传动点对凸轮施加的转矩很小，无法转动凸轮，所以门板无法打开。在上述的锐角情况下，有行人闯闸时，从力传动点对凸轮施加的转矩使凸轮向关门转动方向继续转动，但是由于限制块的限制作用，锁死力大，很难将门板打开，防止关门状态行人闯闸。

作为优选，所述门板上设有位置传感器，所述位置传感器连接控制单元，所述控制单元控制电机转动。当凸轮发生磨损时，所述的位置传感器感应门板的开合是否到位，并将感应的信号发送于控制单元，所述的控制单元发送控制指令给电机，控制电机的转动，由电机驱动凸轮转动，实现对于凸轮磨损情况下的自适应补偿，保证门板开关位置不变。位置传感器的自适应补偿功能需要与限制块配合，对磨损进行补偿。所述限制块作为凸轮最后的阻挡装置位于最大补偿角度处所对应的机架上，当凸轮磨损超过所预设的最大补偿角度时，限制块作为阻挡防止凸轮继续转动，此时工作人员需替换凸轮部件。

作为优选，所述凸轮与机架间设有弹簧Ⅱ。所述的弹簧Ⅱ包括钮簧、盘状弹簧和拉簧等，在系统断电情况下，通过弹簧Ⅱ与锁合装置的配合，保证凸轮正常转动，从而使门板能够正常开启，保证行人正常通行。

作为优选，所述的凸轮为偏心轮并为轮辐结构或者所述的凸轮非整周凸轮并在所述凸轮上开孔或者所述的凸轮为偏心轮并在所述凸轮上开孔。在所述的凸轮上开孔减轻了凸轮的质量，降低了电机驱动凸轮所需的功率。采用轮辐结构，在减轻了凸轮质量的同时保证了其强度。

采用上述技术方案后，本实用新型具有如下优点：

通过电机驱动凸轮带动门板开合，实现通过简单的电机控制完成门板开合速度与行人正常通行速度相适宜的理想开关门速度控制。减少了设备成本，安装更为简单，并且充分利用了门板开合过程中力传动点压力方向与凸轮向关门转动的速度方向的几何角度，增大了门板关门时的锁死力，有效地防止了行人闯闸。在凸轮发生磨损时，通过自适应实现位置补偿，保持门板开合的位置不变。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1为本实用新型采用力封闭机构的结构示意图；

图2为本实用新型的凸轮采用形封闭机构的结构示意图；

图3为本实用新型采用形封闭机构的闸机关门状态示意图；

图4为本实用新型采用形封闭闸机开门状态示意图；

图5为本实用新型实施例1自补偿关门状态示意图；

图6为本实用新型实施例1自补偿开门状态示意图；

图7为本实用新型实施例2自补偿关门状态示意图；

图8为本实用新型实施例2自补偿开门状态示意图；

图9为本实用新型轮辐结构偏心轮式的凸轮示意图；

图10为本实用新型开孔偏心轮式的凸轮结构示意图；

图11为本实用新型非整周的凸轮结构示意图；

图12为偏心轮式的凸轮与转动连杆配合的原理图；

图13为图12凸轮B点的速度输出曲线；

图14为关门状态传动点压力与凸轮切向速度方向的几何角度示意图。

具体实施方式

如图1-4和图14所示，一种凸轮结构驱动的闸机，包括机架1、门板2和电机3，所述电机3固定于机架1上，所述门板2铰接在机架1上，所述电机3的转轴上套接凸轮4旋转中心42，所述电机3驱动凸轮4转动，所述凸轮4与门板2之间设有一用来配合凸轮动作的锁合装置，所述凸轮在锁合装置配合下带动门板开关。其中，所述的锁合装置可以为力锁合机构51或形锁合机构，无论是力锁合装置还是形锁合装置在凸轮4的转动时，都可以使得凸轮4和门板2保持紧密接触，具体可以参见如图1中所示的，图5和图6也表示出了图1的侧面视图，所述的力锁合机构包括一弹簧Ⅰ51，所述弹簧Ⅰ51的两端分别固定于所述门板2和机架1上，在门板2开合过程中，所述弹簧Ⅰ51拉动门板2与所述的凸轮4保持紧密接触。通过运用例如拉簧或钮簧等弹性件得到门板2开门所需的拉力，在门板2的开合过程中，弹簧Ⅰ51始终给门板2一个拉向凸轮4的力，使得门板2跟凸轮4保持紧密接触并随着凸轮4的转动而进行开合动作。由于门板2与凸轮4的紧密接触，只要凸轮4的输出速度能够与行人正常通行速度相适宜即可使门板2得到适宜的开关门速度。为减少凸轮4与力锁合装置51配合动作过程中凸轮4和门板2的磨损，在所述凸轮4与门板2保持紧密接触的接触面上镀有耐磨层，所述耐磨层表面镶嵌自润块，所述门板2与凸轮4接触一侧的侧边上设有耐磨平板21。在本实施例中，所述的耐磨层材料可以为黄铜，所述的自润块可以为石墨，所述的耐磨平板21可以为塑料平板，当然并不限于所举。

如图2-4和图14所示，所述的锁合装置也可以采用形锁合机构，所述从动件一端设有滚子522，所述凸轮4设有导槽41，所述从动件521的滚子522置于所述导槽41内，所述从动件521另一端固定于门板2上。在凸轮4转动过程中，凸轮4旋转中心42到滚子522中心的距离发生变化，进而带动门板2开合，而滚子522与导槽41是滚动摩擦的，摩擦力较小，减少了对于导槽41的磨损。为减少凸轮4与形锁合装置配合动作的过程中凸轮4和门板2的磨损，所述导槽41底部铺设有耐磨内衬。作为对本实施例的优化，所述的滚子522为金属滚动轴承，减少了滚子522的磨损。所述的耐磨内衬为PTFE（聚四氟乙烯）材料，具有耐磨性和润滑性好的优点。

本实施例中，通过电机3驱动凸轮4的转动，在锁合装置的配合下，当电机3顺时针转动，驱动凸轮4顺时针转动将门板2闭合；当电机3逆时针转动，驱动凸轮4逆时针转动将门板2打开。只要凸轮4的形状合适，即可实现门板2开合速度与行人正常通行速度相适宜的理想开关门速度控制，在本实施例中，具体原理以偏心轮的角速度输出曲线为例，参见图12，选取图中B点位置，其角速度输出曲线参见图13，其中横轴为偏心轮转动的角度，纵轴为B点输出的角速度，在曲线中间δ₁段位置，其角速度相对恒定，因此可以将本实用新型偏心轮的转动范围限制在所述的δ₁转动角度范围内，其中B点应用在本实用新型中即为滚子522与凸轮4接触点，由于角速度相对恒定，所以偏心轮旋转中心至B点的距离变化也是比较均匀的，所以只要选择合适的偏心轮的形状就可以满足门板开关所需要的速度，如此省去了原先的速度反馈装置和控制系统，减少了设备成本，安装更为简单。

所述凸轮4与机架1间设有弹簧Ⅱ7。所述的弹簧Ⅱ7包括钮簧、盘状弹簧和拉簧等，在系统断电情况下，如果门板2处于关门位置，通过弹簧Ⅱ7可以拉动凸轮4逆时针回转进而使得门板2回到开门位置，使得行人可以正常的通行，也防止在断电时夹伤行人。

所述机架1上设有限制所述凸轮4转动角度的限制块，凸轮4上设有与限制块配合的凸起。关门状态时，有行人强行闯闸，通过限制块与凸轮4上的凸起配合，增大开门过程中的锁死力，防止行人将门板强行打开。

所述的凸轮4可以采用的实施方式很多，例如在图10中，凸轮4为偏心轮，偏心轮为圆形轮，制造方便，工艺简单。为减少电机3驱动门板2所需的能耗，在所述凸轮4上开孔以减轻凸轮4的质量。当然采用偏心轮作为凸轮时，也可以如图9所示呈轮辐结构，轮辐结构不仅减轻了凸轮4的质量，降低了电机3的功耗，而且还保证了凸轮4的强度。当然如图11所示，所述凸轮4也可以为非整周凸轮，所述非整周凸轮4的凸面与门板2接触，由于非整周凸轮质量较轻，所以需要的电机3功耗也较低，并且节省材料，降低成本。需要指出，所述凸轮4不限于上述所举的形状结构，可由具有相同功能的其他形状的凸轮4替换。

门板2处于关门位置，在凸轮4和门板2的力传动点处，所述门板2对凸轮4的压力方向与凸轮4向关门转动的速度方向所成角度为直角或锐角。力传动点就是由凸轮4向门板2产生力的点，由于门板2处于关门位置，在凸轮4和门板2的力传动点处，所述门板2对凸轮4的压力方向与凸轮4向关门转动的速度方向所成角度为直角或锐角。在上述的直角情况下，行人闯闸向门板2施力，从力传动点对凸轮4施加的转矩很小，无法转动凸轮4，所以门板2也无法打开。而参见图14所述的锐角α1情况下，在有行人闯闸时，从力传动点对凸轮4施加的转矩使凸轮4向关门转动方向继续转动，但是由于限制块（在凸轮内侧图中未示出）的限制作用，锁死力大，很难将门板2打开，防止关门状态下行人无票闯闸。

在门板2开合过程中需要对门板2开合位置进行精确控制，因此需要在所述门板2上设有位置传感器6，所述位置传感器6连接控制单元，所述控制单元控制电机3转动，若凸轮4在转动过程中发生磨损，通过电机3驱动凸轮4进行自适应补偿，保持门板2开合位置不变。上述的自适应补偿具体过程是首先由控制单元根据开合门需求，发送控制指令于电机3驱动凸轮4逆时针或者顺时针转动，带动门板2开合，当凸轮4发生磨损的情况下，所述的位置传感器6感应门板2的开合是否到位，并将感应的门板位置信号发送于控制单元，所述的控制单元根据位置传感器6的门板位置信号发送控制指令给电机3控制电机3的转动，由电机3驱动凸轮4转动，直到控制单元接收到所述门板2开关到位的信号停止转动，保证门板2开关位置始终到位。在闸机断电时，凸轮4在弹簧Ⅱ7拉力作用下将门板2打开，保证通行。位置传感器的自补偿功能需要与限制块配合，所述限制块作为凸轮最后的阻挡装置位于最大补偿角度处所对应的机架上，当凸轮磨损超过所预设的最大补偿角度时，限制块作为阻挡防止凸轮4的继续转动，此时工作人员需替换磨损的凸轮。在本实施例中，所述的控制单元采用日本NOVA MCX314型号的运动控制芯片。

所述的凸轮结构驱动的闸机有对称分布的两个，构成行人通行的闸机通道。实施例1：

如图5-6所示，所述的位置传感器包括光电编码器61，所述的光电编码器61包括光电码盘，所述的光电码盘套于门板2与机架1的铰接端随门板2的开合转动。控制单元中预设门板2开关门状态下所转过的角度，通过光电码盘检测门板2实时转过的角度，并将检测到的门板2转过的角度信息发送于控制单元。若凸轮4发生磨损时，门板2无法达到开关门状态所预设的角度，由电机3驱动凸轮4转动继续转动，直到控制单元接收到所述门板2开关到位的信号停止转动，保持门板2开关门的位置始终到位。所述光电编码器61传动效率高，可调节速度范围大，结构简单，维护方便。

实施例2：

如图7-8所示，所述的位置传感器6包括行程开关62,，所述机架1上设有两个限位杆11，所述限位杆11与所述行程开关62配合对门板2开合位置进行限位。在开门和关门位置处设有限位杆11，通过行程开关6发送是否到位的信号于控制单元，当行程开关62接触所述的限位杆11，行程开关62发送到位指令于控制单元，所述控制单元发送控制指令于电机3，电机3停止转动。当凸轮4发生磨损时，控制单元无法接收到门板2开关到位的信号，由电机3驱动凸轮4继续转动，直到控制单元接收到所述门板2开关到位的信号停止转动，保持门板2开关门位置始终到位。所述方式定位精度高，灵敏性强。所述的行程开关62可以由霍尔传感器代替，相应的限位杆11需替换为磁性杆，当凸轮4转动过程中，霍尔传感器靠近磁性杆产生霍尔效应，霍尔传感器发送到位指令于控制单元，所述霍尔传感器与磁性杆完成门板2开合到位的自适应补偿的步骤与行程开关62相同，在此不再赘述。

除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义的范围。

Claims (10)

1.一种凸轮结构驱动的闸机，包括机架（1）、门板（2）和电机（3），所述电机（3）固定于机架（1）上，所述门板（2）铰接在机架（1）上，其特征在于：所述电机（3）的转轴上套接凸轮（4）旋转中心，所述电机（3）驱动凸轮（4）转动，所述凸轮（4）与门板（2）之间设有一用来配合凸轮动作的锁合装置，所述凸轮（4）在锁合装置配合下带动门板（2）开关。

2.根据权利要求1所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述的锁合装置为力锁合机构包括一弹簧Ⅰ（51），所述弹簧Ⅰ（51）的两端分别固定于所述门板（2）和机架（1）上，在门板（2）开合过程中，所述弹簧Ⅰ（51）拉动门板（2）与所述凸轮（4）保持紧密接触。

3.根据权利要求2所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述凸轮（4）与门板（2）保持紧密接触的接触面上镀有耐磨层，所述耐磨层表面镶嵌自润块，所述门板（2）与凸轮（4）接触一侧的侧边上设有耐磨平板（21）。

4.根据权利要求1所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述的锁合装置为形锁合机构包括从动件（521），所述从动件（521）一端设有滚子（522），所述凸轮（4）设有导槽（41），所述从动件（521）的滚子（522）置于所述导槽（41）内，所述从动件（521）另一端固定于门板（2）上。

5.根据权利要求4所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述导槽（41）底部铺设有耐磨内衬。

6.根据权利要求1所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述机架（1）上设有限制所述凸轮（4）转动角度的限制块，凸轮上设有与限制块配合的凸起。

7.根据权利要求6所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：门板（2）处于关门位置，在凸轮（4）和门板（2）的力传动点处，所述门板（2）对凸轮（4）的压力方向与凸轮（4）向关门转动的速度方向所成角度为直角或锐角。

8.根据权利要求6所述的所述凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述门板（2）上设有位置传感器（6），所述位置传感器（6）连接控制单元，所述控制单元控制电机（3）转动。

9.根据权利要求1所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述凸轮（4）与机架（1）间设有弹簧Ⅱ（7）。

10.根据权利要求1所述的凸轮结构驱动的闸机，其特征在于：所述的凸轮（4）为偏心轮并为轮辐结构或者所述的凸轮（4）非整周凸轮并在所述凸轮上开孔或者所述的凸轮（4）为偏心轮并在所述凸轮上开孔。

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