专利名称：无级变速恒功率升降机的制作方法
一种卷筒钢丝绳升降机，尤其是升降速度和载重量可调的无级变速恒功率升降机由电动机、无级变速器、减速器以及限位器和防坠器组成。
通常的升降机提升速度和载重量是额定值，超载和超速的范围很小，且十分危险，上升和下降、轻载和重物提升速度相同，效益低、安全性差。升降作业物料大小和重量差别较大为适应各种情况实现一机多用需要能够自动变换转速，扩大应用范围，并配以辅助装置确保安全与可靠性。
本发明提供一种升降速度无级变速达到升降重量按转速增减比例扩大的无级变速恒功率升降机。该升降机随时可以控制调整速度达到缓速平稳准确停位平层或者符合安放的需要。另外该升降机的转动与升降限位器及防坠器组合，实现高低极限和任意高度自动限位平层，而且当发生意外断绳下坠或者高速下降时自动防坠器具有瞬间制动防坠作用，停位后也能人为控制防止滑降。
本发明是这样实现的1、由制动电动机直联无级变速器，该变速器的转速与转矩按恒功率特性随时可调，手动自动均可。
2、无级变速器输出轴通过卷筒腔内与另一端的减速器传动。该减速器采用行星摆线针轮减速器，其输出轴于架脚中固定，而机座和针齿壳联接升降机卷筒进行转动。
3、减速器末端装有蜗杆将卷筒转数传递到升降限位器的转盘上，该转盘有圆周滑槽，其上有可微调的撞块在回转时与转盘外圆周上分布着的一组行程开关对应撞触断开，在需要停位处自动停位，最高最低极限始终限位。
4、升降机必有吊篮等载物器，并且是通过钢丝绳升降的。当钢丝绳意外破断或者升降机失控吊篮高速滑降下坠是必须杜绝的，所以吊篮上有自动防坠器，当发生上述瞬间将吊篮制止于井架支柱上，在排除故障后恢复升降。
5、从电动机、无级变速器、卷筒及减速器成为两支脚“一”字型安装在槽钢底架上成为机电一体化、内润滑传动与制动，结构紧凑外形美观，自动变速效率倍增，安全可靠经久耐用，一机多用全面配备。
本发明的主要关键与特征是采用行星钢球无级变速器将制动电机的转速进行恒功率变速传递到行星摆线针轮减速器；减速器转动件末端设有蜗杆将卷筒转数转换为限位器的转盘回转角度变化；吊篮上的防坠装置采用斜楔增力与断绳失重后弹簧瞬间推进爆发将吊篮总重量按斜度增力比例增大转化为制动力确保失控吊篮迅速平稳可靠地静挂于井架支柱或钢绳或扁钢上。本发明的整体结构及独立的部件结构具有高效高寿命和便于自动控制。由于通常的变速器、减速器、限位器和防坠器难以达到上述这些要求而使无级变速恒功率升降机至今处于空白。
以下结合附图详细说明本发明的结构细节和实施例。
图1是无级变速恒功率升降机(以下简称升降机)总体结构图。
图2是行星钢球无级变速器(以下简称变速器)部分的结构图。
图3和图4是变速器工作原理及高低转速工位传动计算方法和示例。
图5和图6是变速器简支梁式输出机构图。
图7和图8是升降机与限位器联动及限位原理。
图9、图10、图11和图12是斜楔防坠器(以下简称防坠器)的结构图，图9和图11是制动状态，图10和12是未制动平时状态。
图1中1、电动机，2、变速器转输入轴，3、联接法兰，4、自动调速电机，5、蜗轮，6、蜗杆，7、轴承，8、均载环，9、移动座，10、可移动外压圈，11、钢球行星轮(又称钢球)，12、固定外压圈，13、滚轮，14、销轴，15、机座，16、主动轮，17、碟簧组，18、输出轴，19、轴承，20、油封，21、轴承，22、油封，23、轴承，24、联轴节，25、卷筒，26、输入轴，27、轴承，28、偏心套或偏心轴承，29、轴承，30、摆线轮，31、针齿销，32、针齿套，33、针齿壳，34、销套，35、销轴，36、输出轴，37、轴承，38、机壳，39、蜗杆，40、限位器，41、支脚，43、底架。
图中制动电动机轴1与变速器输入轴联动，电动机与变速器联接法兰3固联，电动机1传动二个主动轮16，二个主动轮16是圆弧圆锥体，外侧的蝶簧组17始终压紧着再压到一组钢球11上，主动轮16转动带动钢球11自转并再压到二个外压圈10和12的内凹圆弧工作面上，由于二个外压圈10和12都不转动(外压圈10可作轴向移动)，钢球11自转同时沿二个外压圈圆弧凹槽滚动公转。在钢球11圆周上均布着与钢球11同数量的滚轮13和销轴14，销轴14两端分别与输出轴18和均载环8对应紧固为整体，并支承在轴承7、轴承19上成为简支梁式输出机构，由于钢球11的公转推动滚轮13和销轴14、输出轴18同步转动。由于输出轴18经联轴节24与左端的减速器的输入轴26固联将传动到偏心套(或者偏心轴承)28，使摆线轮30作平动，因为输出轴36及销轴35不能转动就形成针齿壳33及固联一起的机壳38、卷筒25产生运转，卷筒上的钢丝绳(图中未标)即作升降吊篮。由于机壳38末端装有蜗杆39，并传递到升降限位器40的传动副上，限位器40是独立部件，其有蜗轮或斜齿轮和减速齿轮副及转盘、撞块等构成回转件，回转转盘上有圆周凹槽上装有撞块，撞块在转盘槽中可微调工位，以便将升降实际高度与转盘转角对应起来，并与转盘外圆周上分布着的一组行程开关一一对应，当需要在某一高度(或楼层)停位平层时，预先将该高度所对应行程开关的闭合电路接通，然后当转盘的撞块转到该行程开关被撞触后，该高度的电路断开升降停止。由于最高与最低极限高度必须自动限位，所以该限位器的高低极限的行程开关预先已经闭合，一旦转盘撞块撞触，升降即停止，具有保护功能。转盘外围的行程开关数量按需选用，虽然撞块均与各行程开关回转中撞触与脱离，但只有预先已闭合上的那个行程开关撞触时升降停止，未预先闭合的高度对应行程开关升降不受影响。
升降机与限位器是集中控制的，可遥控，工作安全操作方便。
吊篮上的防坠器是独立装置，也是本升降机辅助部件，后面另有述及。
图2是行星钢球无级变速器，图中1、电动机轴伸，2变速器输入轴，3、联接法兰，4、调速控制电动机，5、调速蜗轮，6、蜗杆，7、轴承，8、均载环，9、移动座，10、移动外压圈，11、钢球，12、固定外压圈，13、滚轮，14、销轴，15、机座，16、主动轮，17、碟簧组，18、输出轴，19、轴承，20、油封，21、轴承，22、油封，23、轴承，24、联轴节。二个主动轮16是圆弧圆锥体，圆弧半径＝钢球11的半径+A，A不受限制，常取8～15毫米，这使凹凸接触传力时接触应力降低润滑充分。钢球11的数量按需选用，常用3～6件。二个外压圈10和12均不转动，但外压圈10相对于外压圈12作轴向进退移动，进行调速控制。当电动机4或手轮转动蜗杆6传动蜗轮5，由于蜗轮5有内螺旋使移动座9带动外压圈10作轴向进退移距，进行调速。二个外压圈10和12是内凹圆弧面与二个主动轮16构成包容抱合着一组钢球，凹凸共曲，这是主要特征。凹凸共曲接触应力大幅度降低，润滑充分，磨损少发热低，寿命长。钢球11的公自转将转速和转矩传递到滚轮13上，滚轮13活动配套于销轴14上，销轴14两端紧固于输出轴18和均载环8构成梁式刚性(不移动)转臂输出机构。钢球11是中间滚动体在此是行星轮，它既无心轴又无轴孔。直接采用钢球，虽无转臂可言，但具有转臂输出的机构和性能，传动效率高，无转臂的钢球作转臂输出恒功率传动无级变速器这是其特征所在。这是将通常装在钢球上的转臂移出到筒支梁式销轴输出轴输出机构上，钢球11无物理心轴调速位移方便且属于滚动位移，而通常作轴向与径向调速位移的转臂在这里却固联未作轴向和径向位移而成为“刚性”，强度增大，调速轻松，停机可调速。滚轮13为凹形并对中钢球11成凹凸共曲，销轴14二端紧配支承，径向尺寸可减小而强度足够。均载环8通过轴承7装配在联接法兰3上。从主动轮16、钢球11和外压圈10和12的圆弧工作面的触点在调速中均在变动，即主、中间及从三变动，而通常的传动副仅一件或二件触点(工作面)在变动。这样本传动副的耐磨性和寿命就大幅度提高了，且是特征与关键所在。
变速器输出轴18通过联轴节24从卷筒腔内传动到另一端的行星摆线针轮减速器。
变速器的恒功率传动是由于二个外压圈10和12作轴向靠拢移动时，迫使钢球11作径向内移，钢球11又推开二个主动轮16再度压缩外侧的碟簧组，压紧力增大，这正是向低转速调转矩增大要求压紧力也增大来确保恒功率传动，高转速压紧力小而低转速压紧力按需定值增大，所以效率高。这里的碟簧由于变形的改变而具有自行增减压紧力的自动加压功能，而通常的碟簧属于恒压加压装置，而其它自动加压装置的承载力和寿命较差。碟簧加压而压紧力自行增减按需调整这又是本升降机之特征。
主动轮传动电动机的转矩，所以是恒定转矩，其圆周力是额定值。所以通常的变速器如果低转速时主动轮定值半径其圆周力不能超载，而且电机负载变动大。而本变速器的二个主动轮16与钢球11的传力触点工作半径大时而能传动的圆周力小；低速工作半径减小时而能传动的圆周力按比例增大，保持恒功率传动。上述特征均基于传动副的工作面为凹凸共曲的圆弧曲面体。各传动副作成圆弧曲面是本变速器的重要特征。图3和图4是变速器变速原理及转速计算式，以高、低二工位各传动副触点与工作半径确定示例说明。
图中10可移动外压圈，11、钢球，12、固定外压圈，16、主动轮，17、碟簧组。二个外压圈10和12是内凹圆弧曲面体，圆弧半径与钢球11的半径的关系是R＝r+B，B值任意但通常B＝8～15毫米。
二个主动轮16是圆弧圆锥体其半径值与外压圈相近。整体凹凸共曲其半径差较小，所以平均接触应力较低。
当二个外压圈10和12相对轴向分开移动时，钢球11受碟簧力作径向外移至极限工位，接触点A；当外压圈10受移动座9及螺旋传动相对靠近距离缩小，钢球11被迫作径向内移，触点A逐步移动，而钢球11与二个主动轮16的接触点B同时移动，二个主动轮16作轴向分开，使碟簧组的压紧力增大。
该A点到中心轴距离(以下均称工作半径)为r3，B点＝r1，A点至钢球中心距(以下均称工作半径)＝r21，B点至钢球中心距＝r2。当r1＝55，r2＝10，r21＝43，r3＝108时，速比i=55×4355×43+10×108=0.687,]]>输出转速n＝1500×0.687＝1030r/min。
图4是低速工位，这时触点A和B均作径向内移，其数值变为r1＝26.27，r2＝31.48，r21＝22.25，r3＝80，所以速比i=26.27×22.2526.27×22.25+31.48×80]]>＝0.1884，输出转速n＝1500×0.1884＝283r/min。变速比Rb＝1030/283＝3.6从附图3和4可见，二个外压圈10和12，二个主动轮16与钢球的工作半径均在变动，输出转速达到无级变速恒功率传动，各传动副圆弧曲线工作半径及移动弧长相近，属于滚动位移变速，传动副接触点油膜不会破坏，所以磨损小寿命长。附图5和6是变速器输出机构结构图7、均载环，8、支承轴承，11、钢球，13、滚轮，14、销轴，18、输出轴。
销轴14二端与输出轴18和均载环8的对应孔中紧配固接成整体，并支承于轴承7和19上成为简支梁式输出机构。凹形滚轮13与销轴14动配且在圆周上均布分隔着钢球组11。
附图7和8是升降机转动机壳末端上的蜗杆传动升降限位器中的蜗轮，再经过转换达到限位功能使吊篮自动停位平层，结构简单使用方便。
图9、10、11、12是升降机吊篮断绳防坠或者停位后防止滑降的辅助装置——斜楔防坠器。下面详细说明无级变速恒功率升降机配套的斜楔防坠器的结构与实施例。
斜楔防坠器是一种升降机的吊篮或其它载物体上防止升降钢丝绳破断后产生制动防坠，尤其是采用斜面楔紧的斜楔防坠器是独立的防坠装置，是各种升降机的辅助设施。
升降机必须确保安全，当发生意外断绳时备有防坠器，通常的偏心轮防坠器制动工作面采用点或线接触并依赖于制动副锋利的刀刃高磨擦系数达到要求的制动力往往不可靠，常常出现刃口破损或者制动力不足而继续下坠，制动失效。
升降机的防坠器尤其是野外作业制动磨擦及转动件因环境影响而锈蚀粘结造成防坠功能失效，这比未装防坠器的更危险。为了长期有效防坠，需要维护简便、安全可靠、经久耐用的防坠器。
本发明提供一种利用斜面移动，将吊篮重力转化并成倍增大作用于井架支柱或钢绳上产生足够的制动力的斜楔防坠器。在吊篮上对准支柱或者深井提升的支承钢丝绳的左右两侧装有与其半径相适应的半圆弧长柱面的斜楔，该斜楔与固定的斜楔动配并支承在弹簧上成为活动件，它的自重而压缩着支承弹簧而处于下行程，由于背面的滑槽(如燕尾槽)方向外斜使下行程时圆弧制动柱面与支柱间存在3～5毫米的间隙，防坠器不影响吊篮升降。一旦发生断绳而失重或者超速下降而减重，支承弹簧由于压力减小而将活动斜楔推向上行程，因固定斜面关系产生一定的压紧力而夹紧井架支柱或者钢丝绳。这时固定斜楔继续随同吊篮下降，其斜面按斜率的杠杆比将吊篮总重按比例增大压紧到支柱上，足以制止吊篮下坠。由于左右对称装置，对支柱无弯矩产生，并且以圆弧柱面全接触制动，更加安全可靠。在故障排除后，吊篮上升一下，防坠制动排除，升降恢复，防坠器维持准备功能状态。下以结合附图详细说明斜楔防坠器的具体结构。
图9是斜楔防坠器(以下简称防坠器)制动工作状态，图11是俯视图，图11是防坠器平时状态，图12是俯视图。
图中1、固定斜楔，2、活动斜楔，3、弹簧心杆，4、支承弹簧，5、导轮，6、支柱。
固定斜楔1及其支承板整体焊接件或铸钢件固定于吊篮架体上。固定斜楔1的燕尾槽与活动斜楔2的燕尾动配，使活动斜楔2能够沿槽升降，断绳失重时，弹簧4将活动斜楔2推到上行程，圆弧柱面夹紧支柱6，这时活动斜楔与支柱6无相对运动就是说已经固定一起，但随着吊篮断绳后下坠而使固定斜楔向下行程，斜面楔角(大小按需确定)使其再楔紧，并越降越紧直至吊篮制止于支柱6上，防坠器在几秒钟瞬间完成防坠任务，固定斜楔1与活动斜楔2以燕尾槽式活动配合位移，达到上下行程活动斜楔2的圆弧柱面及圆弧齿状合夹紧支柱6，以及弹簧4和导杆3构成斜楔防坠器的主要特征结构。导轮5以马鞍形圆弧凹凸对应并应靠近支柱6，保持活动斜楔的圆弧工作柱面平时与支柱6有一定的均匀间隙，并防止吊篮升降中摇晃。导轮5外径与支柱6的外径保持滚滑状态。另外燕尾槽中有油脂润滑防止锈蚀，其实由于支承弹簧4的微振作用，燕尾槽相对活动始终维持良好状态。
因为防坠器是升降机应有的辅助装置，所以防坠器也作为无级变速恒功率升降机的组成部分。
斜楔防坠器对于各种支柱和钢绳均适用，只需改变活动斜楔的工作面(制动面)形状就行了，当然导轮的外径随着改变。
斜楔防坠器还可以双用，既在停位后为了防止滑动下降，只要人为向上推升滑动的斜楔1(将导杆向上推行)，当压紧支柱后具有防止滑降作用；松开导杆，升降照样。构成燕尾槽式倾斜角以及活动斜楔与固定斜楔具有上下行程，活动斜楔的自重压缩着支承弹簧，在发生断绳后吊篮包括活动斜楔失重，支承弹簧瞬间爆发推力将活动斜楔推向上行程，二个活动斜楔的圆弧柱面夹紧井架支柱或钢绳上，随后再经固定斜楔的斜面增力作用继续压紧，制动快速生效完成吊篮可靠防坠。
权利要求
1.一种升降机尤其是升降速度与载重量可调的无级变速恒功率升降机由电动机、无级变速器和减速器及限位器和防坠器构成机电一体，其特征是行星钢球无级变速器由凹凸共曲传动副和简支梁式转臂输出机构及碟簧加压压紧力与转矩所需自行增减调整，卷筒固联的机壳末端上的蜗杆传动到升降限位器以及吊篮上装有防坠器组成多功能无级变速恒功率升降机。
2.根据权利要求1所述的无级变速恒功率升降机，其特征是行星钢球无级变速器由二个圆弧圆锥体的主动轮和二个内凹圆弧曲面体的外压圈始终包容并抱合着一组钢球行星轮，在钢球分布圆周上均布分隔着同数量的滚轮和销轴，销轴二端紧配于输出轴和均载环成为简支梁式转臂输出机构，碟簧加压使二个主动轮始终压紧一组无物理心轴钢球，压紧力与转矩所需成正比增减达到恒功率传动。
3.根据权利要求1所述的无级变速恒功率升降机，其特征是制动电动机与行星钢球无级变速器联接与传动，变速器的输出轴通过卷筒腔内传动和润滑另一端的行星摆线针轮减速器，减速器的输出轴与支脚固联而机壳和针齿壳与卷筒联接转动，末端上的蜗杆将卷筒转数转化到限位器的回转盘上，回转盘上的撞块可微调并与一组行程开关对应发生撞触，在预先已经闭合的任意高度所对应相关行程开关撞触时吊篮在该高度停位。
4.根据权利要求1所述的无级变速恒功率升降机，其特征是吊篮上装有斜楔防坠器，该防坠器有活动斜楔以自重压缩于支承弹簧上，背面与固定于吊篮架体上的固定斜楔之间有倾斜燕尾槽可作上下行程滑移，与活动斜楔一体的圆弧柱面在平时(下行程时)与井架支柱存在间隙，当发生断绳失重活动斜楔被支承弹簧推至上行程压紧夹紧井架支柱，然后固定于吊篮的固定斜楔继续斜面增力夹紧支柱，下坠吊篮制止。
5.根据权利要求4所述的斜楔防坠器，其特征是活动斜楔与固定斜楔以燕尾槽倾斜角活配、斜率增力、斜度上下行程抱合夹紧与松开，当发生断绳失重，活动斜楔被原已压缩的弹簧爆发力推向上行程夹紧支柱，吊篮总重通过斜面以斜率比例增力继续将活动斜楔压紧支柱。
6.根据权利要求4所述的斜楔防坠器，其特征是活动斜楔固接着半圆弧柱面，柱面上有齿状，二个半圆弧柱面对称布置于支柱两侧，一旦抱合夹紧，以面接触制动生效，一组导轮始终与支柱保持滚动滑行使活动斜楔的圆弧柱面与支柱(包括各种形状)之间间隙定值始终保持准备状态。
7.根据权利要求1所述的无级变速恒功率升降机，其特征是制动电动机联接行星钢球无级变速器，再通过卷筒腔内与行星摆线针轮减速器传动构成“一”字型机电一体，并配套组合与联动自动限位器及斜楔防坠器成为多用无级变速恒功率升降机。
全文摘要
一种卷筒钢丝绳升降机，升降速度和载重量可调的无级变速恒功率升降机由制动电动机、行星钢球无级变速器和行星摆线针轮减速器通过卷筒腔内润滑和传动。成为“一”字机型，转动机壳末端上的蜗杆与升降限位器传动将吊篮升降在任意高度自动停位平层和极限始终限位。吊篮上装有斜楔防坠器具有断绳自动防坠及停位后防止滑降。卷筒的转速与载重量增减对应成恒功率提升。凹凸共曲传动副和简支梁式输出机构及碟簧压紧力与转矩所需自行增减调整是变速器的特征，任意高度自动停位及吊篮上装有斜楔防坠器防止断绳下坠是升降机的配套装置，该防坠器利用斜面增力将失控失重吊篮的总重转化到斜楔上成倍增力后夹紧井架支柱或钢绳上，圆弧柱面包容抱合制动快速又可靠。
文档编号B66B11/04GK1769157SQ20041006299
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月7日 优先权日2004年11月7日
发明者陈广强 申请人:陈广强