一种内排线卷扬提升机

摘要

本发明提供了一种内排线卷扬提升机，包括伺服电机、减速器和卷扬设备，其中所述卷扬设备包括卷扬机箱体，滚珠花键通过固定齿轮与左端盖的中央机械连接，所述滚珠花键与减速器同轴联动；固定齿轮通过行星齿轮与齿轮支撑盘固定连接，齿轮支撑盘上的往复丝杠齿轮与滚珠花键机械连接，复丝杠齿轮与往复丝杠机械联动；滚珠花键上还通过滚珠花键套连接卷筒，往复丝杠穿过卷筒；所述卷筒的左右两端分别设有卷筒左挡板和卷筒右挡板；所述内排线卷扬提升机还包括与滚珠花键相联的多圈绝对值编码器。本发明可作为航空绞车应用于各种直升机上，用于完成货物或人员的上升及下降，在空间、承载能力、安全性能等方面都可满足使用要求。

权利要求

1.一种内排线卷扬提升机，包括伺服电机（1）、减速器（2）和卷扬设备，其特征在于所述卷扬设备包括卷扬机箱体（4）、设在其左右两端的右端盖（3）和左端盖（10），滚珠花键（13）通过固定齿轮（8）与左端盖（10）的中央机械连接，所述滚珠花键（13）与减速器（2）同轴联动；固定齿轮（8）通过行星齿轮（9）与齿轮支撑盘（6）固定连接，齿轮支撑盘（6）上的往复丝杠齿轮（7）与滚珠花键（13）机械连接，往复丝杠齿轮（7）与往复丝杠（5）机械联动；

滚珠花键（13）上还通过滚珠花键套（16）连接卷筒（15），往复丝杠（5）穿过卷筒（15）；所述卷筒（15）的左右两端分别设有卷筒左挡板（14）和卷筒右挡板（17）；所述内排线卷扬提升机还包括与滚珠花键（13）相联的多圈绝对值编码器（12）。

2.根据权利要求1所述的内排线卷扬提升机，其特征在于所述多圈绝对值编码器（12）通过多圈绝对值编码器固定架（11）固定在滚珠花键（13）上。

3. 根据权利要求1所述的内排线卷扬提升机，其特征在于所述减速器（2）是行星齿轮减速器（2）。

4. 根据权利要求1所述的内排线卷扬提升机，其特征在于所述内排线卷扬提升机还包括测量所述提升机载重的荷载传感器。

5. 根据权利要求4所述的内排线卷扬提升机，其特征在于所述荷载传感器测得的实际荷载大于额定荷载1.5倍时，伺服电机（1）进入恒扭矩工作模式。

6. 根据权利要求1所述的内排线卷扬提升机，其特征在于收绳时，当缠绕在所述卷筒

2

（15）上的钢丝绳（19）末端的大钩到达设定位置之前，按S＝k×V的提前量进行刹车制动，其中V为提升速度，单位为米/秒，S为制动距离，单位为米，k为常数，取值范围是1.2-1.8。

说明书

一种内排线卷扬提升机

【技术领域】

[0001] 本发明涉及一种卷扬提升机，特别是一种具有超载防护功能的内排线卷扬提升机。【背景技术】

[0002] 卷扬提升机一般包括驱动装置、滚筒、排线机构、传动机构、控制机构等几部分。

[0003] 驱动装置包括机械式、液压气动式、电动式。其中，机械式较适合驱动力需要不大、结构简单的提升机构；液压气动式可提供较大的驱动力，控制精度也较高，但设备庞大，维护成本高；电动式具有使用方便、结构相对简单的优点，可应用于精密张力可控，速度可调的场合。

[0004] 排线机构分为内排线和外排线。其中，内排线机构布置在卷盘内部，正常工作时会迫使卷盘轴向移动实现紧密排线；外排线机构则是排线机构布置在卷盘外部，正常工作时会迫使导向机构和张力机构轴向移动。内排线机构节省空间和设备，通过滚筒自身的转动即可以完成排线及换向。

[0005] 控制机构主要以实现加减速、上升下降、控制收放绳长度等功能。控制机构一般由传感器、控制器、显示装置等几部分内容组成，以实现其所要实现的功能。

[0006] 因此，选择恰当的组件以获得速度更高、起停控制更精确、结构更简单、安全性能更高的提升机一直是本领域技术人员的追求。此外，当提升机出现超载状况下时，现有的卷扬提升机通常会因超载而出现电流过大损坏电器设备，甚至出现设备失控、载重物坠下等危险情况，是必须极力避免的。【发明内容】

[0007] 本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种控制更精确、结构更简单、安全性能更高的内排线卷扬提升机，并具备荷载防护功能，确保设备在超载情况下的稳定安全运行。

[0008] 为了实现上述目的，本发明提供了一种内排线卷扬提升机，包括伺服电机1、减速器2和卷扬设备，其中所述卷扬设备包括卷扬机箱体4、设在其左右两端的右端盖3和左端盖10，滚珠花键13通过固定齿轮8与左端盖10的中央机械连接，所述滚珠花键13与减速器2同轴联动；固定齿轮8通过行星齿轮9与齿轮支撑盘6固定连接，齿轮支撑盘6上的往复丝杠齿轮7与滚珠花键13机械连接，复丝杠齿轮7与往复丝杠5机械联动；滚珠花键13上还通过滚珠花键套16连接卷筒15，往复丝杠5穿过卷筒15；所述卷筒15的左右两端分别设有卷筒左挡板14和卷筒右挡板17；所述内排线卷扬提升机还包括与滚珠花键13相联的多圈绝对值编码器12。

[0009] 根据上述内排线卷扬提升机的一种优选实施方式，其中所述多圈绝对值编码器12通过多圈绝对值编码器固定架11固定在滚珠花键13上。

[0010] 在本发明中，多圈绝对值编码器是用于测量转速以计算位置的编码器，是能够购买获得的产品，例如上海华茗仪器仪表有限公司销售的AVM58N系列、ATM60系列多圈绝对值编码器。

[0011] 在本发明中，优选地所述减速器2是行星齿轮减速器2。

[0012] 更优选地，所述伺服电机是伺服/变频电机。

[0013] 根据一种特别优选的实施方式，所述内排线卷扬提升机还包括测量所述提升机载重的荷载传感器，所述荷载传感器20安装在卷扬机箱体4的下部，并通过螺栓与箱体4固定在一起。

[0014] 优选地，所述荷载传感器测得的实际荷载大于额定荷载1.5倍时，伺服电机1进入恒扭矩工作模式。

[0015] 收绳时，当缠绕在所述卷筒15上的钢丝绳19末端的大钩到达设定位置之前，按S2
＝k×V的提前量进行刹车制动，其中V（单位米/秒）为提升速度，k取值为1.2-1.8，S为制动距离（单位米）。

[0016] 在本申请中，k的实际点值可根据提升速度在1.2-1.8范围内进行调整。一般情况下，提升速度越快，惯性越大，k取值越大，制动距离也相应越大。本领域技术人员还可根据卷扬提升机大钩的载重、绳系的摩擦系数对k的具体取值进行适当调节，但只要k取值在1.2-1.8范围内，都可以实现本发明的技术方案。

[0017] 本发明的内排线卷扬提升机具有以下优势：

[0018] 1、排线机构采用内部驱动，减少了外部驱动设备所占用的空间；

[0019] 2、采用了伺服/变频电机驱动，低速运行稳定，过载能力强，寿命长，噪声低，无电磁干扰；

[0020] 3、卷筒的换向采用往复丝杠实现，不必增加额外的换向装置，有效减少了部件的数量及节省了更多的空间；

[0021] 4、采用多圈绝对值编码器实现上升与下降过程中的实时位置监控及极限位置保护，稳定性及安全性能卓越；

[0022] 5、通过具有过载防护功能的荷载传感器，确保提升机在超载情况下的安全稳定。

[0023] 本发明可作为航空绞车应用于各种直升机上，用于完成货物或人员的上升及下降，在空间、承载能力、安全性能等方面都可满足使用要求。【附图说明】

[0024] 图1为本发明的内排线卷扬提升机主视结构图。

[0025] 其中：1、伺服电机；2、行星齿轮减速器；3、右端盖；4、卷扬机箱体；5、往复丝杠；6、齿轮支撑盘；7、往复丝杠齿轮；8、固定齿轮；9、行星齿轮；10、左端盖；11、多圈绝对值编码器固定架；12、多圈绝对值编码器；13、滚珠花键；14、卷筒左挡板；15、卷筒；16、滚珠花键套；17、卷筒右挡板；18、轴承压盖；19、钢丝绳、20荷载传感器。
【具体实施方式】

[0026] 以下实施方式用于非限制性地说明本发明的技术方案。本发明的保护范围应当以权利要求书记载的技术方案为准。

[0027] 实施例1

[0028] 如图1所示的内排线卷扬提升机。其中，钢丝绳19缠绕在卷筒15上，滚珠花键13穿过滚珠花键套16及卷筒15，左端盖10和右端盖3通过轴承固定滚珠花键13的两端，伺服电机1连接行星减速器2。伺服电机1转动后，行星齿轮减速器2带动滚珠花键13转动，以带动滚珠花键套16、卷筒15和滚珠花键13左端齿轮支撑盘6转动。齿轮支撑盘6转动时驱动行星齿轮9绕固定齿轮8一起转动（此时行星齿轮9速度等于卷筒转速），而行星齿轮9转动的同时经过自身的输出齿轮与往复丝杠齿轮7啮合，驱动往复丝杠齿轮7转动（往复丝杠齿轮7的速度为卷筒转速的1/3），与往复丝杠齿轮7连接的往复丝杠5也随之转动，往复丝杠上的荷载传感器20制导卷筒15及滚珠花键套在滚珠花键13上左右移动，从而使得钢丝绳在卷筒旋转的同时在卷筒上进行有序排线。固定在滚珠花键左端的多圈绝对值编码器12记录排线的长度及位置信息并上传给上位机（控制器），进行后续的控制。荷载传感器响应重量变化，输出相应的数值，数值经单片机处理后，进行常规的重量显示及工作控制。

[0029] 更具体地，往复丝杠5左侧与齿轮支承盘6通过键及定位螺丝进行固定，剩余部分穿过卷筒的上通孔；行星齿轮减速器2通过螺栓固定在右端盖3上，其输出端与滚珠花键13右端通过键配合；伺服电机1通过螺栓固定在行星齿轮减速器2上，其输出轴与行星齿轮减速器2输入端通过键配合；滚珠花键13的两端分别通过轴承固定在左端盖10和右端盖3上；滚珠花键套16穿在滚珠花键13上；卷筒15通过键固定在滚珠花键套16上；固定齿轮8通过螺栓固定在左端盖10上；行星齿轮9通过轴承及挡圈固定在齿轮支撑盘6上；
导向舟20设置在卷筒15内，导向舟与往复丝杠5啮合；多圈绝对值编码器11外壳通过螺栓固定在左端盖10上，中心轴通过螺丝固定在滚珠花键13的左端。荷载传感器通过螺钉固定在卷扬机箱体4的下部。

[0030] 所述伺服电机1采用内转子，永磁、无刷、交流方式，例如选择杭州贝格达自动化技术有限公司的130SM-M1025产品。通过控制器可实现电机正反转控制，从而带动排线机构的卷筒实现正反转旋转，实现对钢丝绳的绕绳和放绳动作。

[0031] 使用时，伺服电机1中心轴旋转时带动行星减速器2工作，行星减速器2带动滚珠花键13及齿轮支撑盘6以n1转速旋转，经过行星齿轮9（齿数Z2），固定齿轮8（齿数Z1），往复丝杠齿轮7（齿数Z3）导向及减速后，此时往复丝杠5的速度：n2＝(Z2/Z3)×n1；与往复丝杠5啮合的导向舟，在往复丝杠5自转的同时，将带动卷筒15沿着往复丝杠5在滚珠花键13的轴向往复移动；当伺服/变频电机1转动时，卷筒15将沿着往复丝杠5往复移动，同时绕着滚珠花键13旋转。如果在卷筒15上绕线绳，就能实现一边缠绕，一边排绳。

[0032] 设定超载值为额定载荷的1.5倍。当载荷传感器检测载荷达到超载值时，电机进入恒扭矩工作模式。此时电机在恒定扭矩下打滑。即电机会打滑，但有扭矩输出，不会产生飞速。

[0033] 在本实施例中：额定载荷为250kg，超载值为额定载荷的1.5倍，即375kg，当载荷传感器检测载荷达到375kg时，电机进入恒扭矩工作模式。

[0034] 电机选用永磁、无刷、交流、内转子伺服/变频电机，主要参数如下：

[0035]

[0036] 卷筒：

[0037] (1)绳槽类型：lebus（又称折线绳槽，里巴斯线槽）

[0038] (2)钢丝绳直径d：3/16”（4.76mm）；

[0039] 卷筒槽距P=1.05×d（钢丝绳直径），计算出槽距P=1.05×3/16×25.4=5mm；

[0040] 卷筒槽深H1＝(0.25～0.4)×d，计算出H1=1.19～1.904mm，H1取值1.5mm；

[0041] (3)卷筒长度L（卷筒两端板之间距离）L=（n+0.5）×P（n为每层钢丝绳缠绕圈数），n取40圈，则L=（40+0.5）×5=202.5mm；

[0042] (4)筒绳直径比（D/d）取值不低于机构工作级别M8（值25），得到D≥25d（119mm），D取值140mm；

[0043] (5)卷筒挡板外径：D+2×35=210mm

[0044] 卷筒上绕绳5层，余3层预防乱绕时不溢出，共可绕8层。

[0045] 8层缆绳厚度约33.62mm，取值35mm；

[0046] 核算绳长：л×D×40 1层

[0047] +л×(D+2d)×40 2层

[0048] +л×(D+4d)×40 3层

[0049] +л×(D+6d)×40 4层

[0050] +л×(D+8d)×40 5层

[0051] ≈17.60+18.79+19.99+21.18+22.38=99.94m

[0052] (6)材质：铝合金

[0053] 往复丝杠

[0054] (1)总长：330mm，

[0055] 左端固定于齿轮支撑盘，剩余部分穿过卷筒上通孔；

[0056] (2)有效长度（丝杠两端换向槽距离，即导向舟的最大行程）：

[0057] 200mm（约为滚筒上两端绳槽距离）

[0058] (3)外径：理想值16mm

[0059] 双向丝杠旋转时，带动导向舟做往复运动，卷筒与丝杠及光杆间采用自润滑轴承，其与钢的摩擦系数0.08-0.25，取上限为0.25。卷筒与丝杠及光杆主要承受缆绳产生的压力300Kg。则需要双向丝杠向导向舟施加75Kg的横向力；

[0060] 最大转速2.1转/秒；

[0061] 丝杠左端端用轴承支撑，右端经导向舟和卷筒支撑。导向舟带动200mm长的卷筒运动，卷筒整体向丝杠施加600Kg压力（约为钢绳拉力乘以2。因为丝杠在卷筒半径的中点）[0062] (4)螺距：理想值10mm

[0063] 齿轮：

[0064] (1)往复丝杠齿轮，固定齿轮，行星齿轮；

[0065] (2)齿形：直齿轮

[0066] (3)总传动速比：3

[0067] 丝杠螺距15mm/绳槽间距5mm=3

[0068] (4)厚度：

[0069] 传动扭矩：钢绳拉力乘以卷筒半径，即300Kg×80mm，约为25Kg×m

[0070] 滚珠花键及滚珠花键套

[0071] 特性：工作时滚珠花键在承受径向扭矩的同时，滚珠花键套可以在花键轴上进行往复移动。其具有以下几个方面的优良特性：优良的摩擦特性，传动效率高、定位精度高、传动可逆性、使用寿命长、同步性能好。所以其广泛运用于各种工业设备，精密仪器，精密数控机床上。滚珠花键主要参数如下：

[0072]

[0073] 行星齿轮减速器

[0074] 特性：行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳。主要参数如下：

[0075]

[0076] 多圈绝对值编码器

[0077] 特性：多圈式绝对编码器是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。无需找参考点，而且不用一直记数，什么时候需要知道位置，什么时候就可以去读取它的位置。其在长度定位方面的优势更加明显。因此，编码器的抗干扰特性，数据的可靠性也因此大大提高了。多圈绝对值编码器的主要参数如下：

[0078]

[0079] 本实施例的卷扬提升机以0.4m/s的速度收绳，没有载重，k=1.35，根据S＝k×V2，得出此时S＝0.216m，即应当在距离大钩还有0.216m时开始制动。

[0080] 当速度为0.6m/s时，没有载重，k取值1.58，此时S＝0.5688m。即随着速度的增大，k值增大。

[0081] 当速度为0.6m/s时，载重50kg，k取值1.62，此时S＝0.5832m。即由于载重增加，也可以适当调整系统，以调整制动距离。只要k取值为1.2-1.8均可实现。

[0082] 本发明的内排线卷扬提升机具有以下优势：

[0083] 1、排线机构采用内部驱动，减少了外部驱动设备所占用的空间；

[0084] 2、采用了伺服/变频电机驱动，低速运行稳定，过载能力强，寿命长，噪声低，无电磁干扰；

[0085] 3、卷筒的换向采用往复丝杠实现，不必增加额外的换向装置，有效减少了部件的数量及节省了更多的空间；

[0086] 4、采用多圈绝对值编码器实现上升与下降过程中的实时位置监控及极限位置保护，稳定性及安全性能卓越；

[0087] 5、通过具有过载防护功能的荷载传感器，确保提升机在超载情况下的安全稳定。

[0088] 本发明可作为航空绞车应用于各种直升机上，用于完成货物或人员的上升及下降，在空间、承载能力、安全性能等方面都可满足使用要求。