ЛЕБЕДКА С НАМАТЫВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ
WINCH WITH WINDING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к лебедке, содержащей барабан, несущее средство, намоточное устройство и корпус, при этом корпус содержит опорный узел для барабана и линейную направляющую для намоточного устройства.
Уровень техники
Лебедки с цилиндрическим барабаном для наматывания и сматывания несущего средства известны в самых разнообразных вариантах исполнения. Они используются в различных областях от сценического оборудования до шахтных лебедок или краностроения. При этом термин "несущее средство" включает в себя как канаты, в частности, стальные канаты, так и электрические кабели, которые передают электрические токи или сигналы при помощи различных жил кабеля. Во многих случаях для механической разгрузки от натяжения жил кабеля в такой кабель вводятся также тяговые пряди. Они также являются "несущим средством" в контексте изобретения.
Канаты и электрические кабели, как правило, имеют круговое поперечное сечение, поэтому предпочтительно, чтобы на цилиндрической наружной поверхности барабана была предусмотрена спиральная канавка. Эта спиральная канавка в части шага и контура поперечного сечения согласуется с диаметром наматываемого несущего средства. Контур поперечного сечения является ответным поперечному сечению несущего средства. Шаг канавки по меньшей мере равен диаметру несущего средства.
Такое наматывание кабеля или несущего средства на барабан является особенно предпочтительным, поскольку при наматывании между несущим средством и канавкой образуется очень большая контактная поверхность. При наматывании несущего средства на барабан или сматывании с барабана несущее средство не закручивается, не перегибается и не повреждается каким-либо иным образом.
Для того чтобы обеспечить укладку несущего средства в канавку барабана при самых неблагоприятных условиях, как известно, используются так называемые наматывающие устройства. Эти наматывающие устройства представляют собой не что иное, как направляющую несущего средства, которая установлена параллельно оси вращения барабана и перемещается в зависимости от вращения барабана. Если барабан совершил один оборот, то намоточное устройство перемещается на величину шага канавки, выполненной на барабане.
Для того чтобы обеспечить требуемую связь между наматывающим устройством и числом оборотов барабана используются известные ходовые трапецеидальные винты и шариковинтовые пары, которые устанавливаются параллельно барабану и соединяются с ним при помощи зубчатого ремня или цилиндрической зубчатой передачи. На ходовом винте находится гайка, которая соединена с частью намоточного устройства. Таким образом обеспечивается соединение между наматывающим устройством и барабаном. Такой вариант осуществления функционирует, однако является относительно трудоемким в изготовлении и требует подгонки резьбовой тяги для каждого диаметра несущего средства. Кроме того, он требует наличия соединения между барабаном и резьбовой тягой. Это приводит к относительно высоким производственным расходам и делает все устройство подверженным ошибкам.
DE 19817933 А1 описывает лебедку с наматывающим устройством, содержащим соединительный ролик и два направляющих ролика, расположенных в одной плоскости и снабженных полукруглыми канавками. Эти полукруглые канавки направляют несущее средство.
Из JP S5647891 U известна лебедка, в которой около соединительного ролика расположен направляющий или прижимной ролик, прижимающий несущее средство к канавке барабана.
Аналогичные конструкции известны из US 1,659,160, GB 702414 и DE 10 2012003855 А1.
Раскрытие сущности изобретения
Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить лебедку, которая работает надежно и с низким уровнем шума. Последний аспект имеет значение прежде всего при использовании лебедки в сценическом оборудовании. Любой шум, скрип или дребезжание во время работы являются недопустимыми в этой отрасли. Кроме того, лебедка должна обеспечивать возможность простой адаптации к различным диаметрам несущего средства, а несущее средство даже при неблагоприятных условиях эксплуатации должно направляться в максимально возможном "щадящем" режиме.
Эта задача решена при помощи лебедки соответствующего типа с отличительными признаками, раскрытыми в пункте 1 формулы изобретения. При этом согласно изобретению, в частности, предусмотрено, что намоточное устройство содержит соединительный ролик с буртиком. Этот буртик входит в канавку барабана.
Оси вращения барабана и соединительного ролика расположены, как правило, параллельно друг другу. Однако возможно также установить ось вращения соединительного ролика с небольшим наклоном относительно оси вращения барабана. При этом угол между осями вращения барабана и соединительного ролика соответствует углу подъема спиральной канавки барабана. В результате обеспечивается вращение соединительного ролика с особенно низким трением и малым выделением шума.
Альтернативно или дополнительно буртик соединительного ролика может быть выполнен с поперечным сечением, несколько более узким, чем профиль канавки. В этом случае буртик может плотно и с небольшим трением входить в зацепление со спиральной канавкой барабана, даже если оси вращения соединительного ролика и барабана проходят параллельно друг другу.
Корпус лебедки согласно изобретению содержит две боковые стенки. Эти боковые стенки могут быть изготовлены из листовой стали, например, способом лазерной резки на станке с компьютерным числовым программным управлением. На боковых стенках расположен опорный узел для барабана. Опорный узел может быть выполнен в виде подшипников скольжения и/или подшипников качения. Барабан предпочтительно устанавливается обоими концами на опоры, обеспечивающие возможность вращения.
Расстояние между боковыми стенками корпуса определяется перекладинами. Эти перекладины могут представлять собой предпочтительно металлические цилиндрические стержни, которые имеют на концах внутреннюю резьбу и соединяются с боковыми стенками корпуса при помощи резьбового соединения.
По меньшей мере одна из перекладин одновременно выполнена в виде линейной направляющей для намоточного устройства. В одном дополнительно усовершенствованном варианте осуществления две или более перекладин, расположенных параллельно друг другу, выполнены в виде линейных направляющих для намоточного устройства.
В этом случае рама или корпус намоточного устройства на обеих сторонах содержит направляющие втулки, предпочтительно выполненные из полимерного материала с оптимальным коэффициентом трения, например, из политетрафторэтилена (ПТФЭ), или из металла, например, из латуни. Эти втулки скользят по перекладинам, которые образуют линейные направляющие.
Намоточное устройство согласно изобретению содержит направляющий ролик для несущего средства, при этом в направляющем ролике предусмотрена круговая канавка, дно которой имеет ширину, по меньшей мере равную диаметру несущего средства. Поэтому несущее средство располагается на дне канавки, оптимально направляется направляющим роликом и не может отклоняться в боковых направлениях. Поскольку намоточное устройство согласно изобретению соединяется с барабаном при помощи соединительного ролика, намоточное устройство также перемещается вдоль барабана. Это перемещение намоточного устройства посредством соединительного ролика связано с вращением барабана. Благодаря этому, во время наматывания несущего средства на барабан направляющий ролик всегда обеспечивает укладку несущего средства посредине канавки барабана, т.е., без смещения. При разматывании несущего средства с ролика также обеспечивается прямолинейный сход несущего средства с барабана без смещения и механических нагрузок. Благодаря направляющему ролику, барабан также освобождается от действия боковых сил, которые могут передаваться на лебедку несущим средством.
Намоточное устройство содержит также прижимной ролик. Этот прижимной ролик входит в канавку направляющего ролика. Между наружным диаметром прижимного ролика и дном канавки направляющего ролика остается достаточное пространство для размещения наматываемого несущего средства. Вследствие взаимодействия направляющего ролика и прижимного ролика исключается самопроизвольное соскакивание несущего средства с направляющего ролика.
Намоточное устройство согласно изобретению даже при неблагоприятных условиях эксплуатации обеспечивает идеальную ориентацию несущего средства относительно канавки барабана. Благодаря этому, осуществляется очень точное и щадящее наматывание несущего средства на барабан. Это происходит независимо от рабочего положения и ориентации лебедки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления соединительный ролик имеет два буртика. При этом оба буртика входят в канавку барабана. Осевое расстояние между буртиками равно шагу спиральной канавки. Оно может быть также равно целому числу, кратному шагу спиральной канавки. Это еще больше улучшает соединение между намоточным устройством и барабаном.
Оба буртика соединительного ролика могут быть также расположены на обоих концах соединительного ролика, при этом наматываемое или сматываемое несущее средство проходит через оба буртика. В этом случае один из буртиков не может входить в канавку барабана и прокатывается по перемычке между двумя соседними витками канавки.
В одном упрощенном варианте осуществления функции соединительного ролика и направляющего ролика выполняются одним роликом. Это означает, что соединительный ролик на осевом расстоянии по меньшей мере от одного буртика содержит канавку, в которую направляется несущее средство. Таким образом, получается более компактная и экономичная конструкция.
Несущее средство может представлять собой электрический кабель, в частности, с тяговой прядью, или канат. При этом могут применяться стальные канаты, а также канаты из арамида или иных волокон.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления лебедка содержит датчик угла поворота и/или выключатель конечного положения, соединенный с барабаном. Выключатели конечного положения служат для того, чтобы предотвратить слишком большое сматывание несущего средства с барабана. В противном случае сила тяжести, действующая на несущее средство, могла бы создавать чрезмерную нагрузку на крепление несущего средства к барабану. Как правило, предусматривается, чтобы угол охвата несущего средства вокруг барабана составлял не менее 360°. Предпочтительно этот угол равен 720° или более. В этом случае растягивающие усилия, которые прикладываются несущим средством к барабану, передаются посредством фрикционного сцепления между намотанным несущим средством и барабаном, а не через механический зажим, при помощи которого несущее средство механически соединяется, как правило, с внутренней частью барабана. Механический зажим является полезным в конструкции лебедки и во время работы лебедки обеспечивает дополнительное крепление несущего средства.
На стороне другого конечного положения, т.е. когда барабан является заполненным, также требуется выключатель конечного положения. Он должен предотвращать втягивание в лебедку конца несущего средства. В частности, если на конце несущего средства подвешен крюк или груз, например, осветительный прибор, слишком далекое втягивание этого конца в лебедку приводило бы к повреждениям лебедки и/или крюка/груза.
Конструктивные детали передачи электрической мощности и/или электрических сигналов от корпуса лебедки к барабану или к прикрепленным к барабану электрическим кабелям (например, через контактные кольца) не являются предметом изобретения; они известны специалистам и поэтому не поясняются подробнее.
Краткое описание чертежей
Другие достоинства и предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены на прилагаемых чертежах, в их описании и в формуле изобретения. Все признаки, раскрытые на чертежах, в их описании и в формуле изобретения согласно изобретению могут присутствовать как по отдельности, так и в любой комбинации.
На чертежах показаны:
ФИГ. 1 - вид в изометрии лебедки согласно изобретению со стороны привода;
ФИГ. 2 - второй вид в изометрии лебедки согласно изобретению;
ФИГ. 3 - вид сбоку лебедки с приводом;
ФИГ. 4 - лебедка согласно изобретению со снятой боковой стенкой;
ФИГ. 5 - вид в изометрии намоточного устройства согласно изобретению;
ФИГ. 6-8 - другие подробные виды намоточного устройства согласно изобретению;
ФИГ. 9 - вид спереди барабана, линейной направляющей и намоточного устройства;
ФИГ. 10 - прижимной ролик для несущего средства в канавке барабана; и
ФИГ. 11 и 12 - покомпонентные виды лебедки согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На чертежах показаны различные виды варианта осуществления лебедки. Для большей наглядности частично представлены не все детали лебедки.
Так, например, на ФИГ. 4 не представлена одна из двух боковых стенок, чтобы лучше видеть барабан, его опорный узел, датчик угла поворота и его соединение с барабаном посредством зубчатого ремня.
Для обозначения одинаковых деталей используются одинаковые ссылочные номера. Совместный обзор ФИГ. 1-9 позволяет хорошо понять конструктивное исполнение лебедки согласно изобретению, и, в частности, ее намоточного устройства.
На ФИГ. 1 представлен вид в изометрии лебедки 1 согласно изобретению. Согласно изобретению лебедка 1 содержит корпус 3, который состоит из боковых стенок 5 и нескольких перекладин 7. Перекладины 7 одновременно служат в качестве распорных элементов для боковых стенок 5. Одна или несколько перекладин могут также образовывать линейные направляющие для намоточного устройства (не видимого на ФИГ. 1) согласно изобретению. Перекладины 7 в этом варианте осуществления представляют собой стержни из материала круглого сечения, которые имеют на концах внутреннюю резьбу. В соответствующих местах на боковых стенках 5 предусмотрены проходные отверстия. Через эти проходные отверстия во внутреннюю резьбу перекладин завинчиваются винты. Таким образом, перекладины 7 и боковые стенки 5 закрепляются, образуя прочный корпус 3.
На ФИГ. 1 не все перекладины 7 снабжены ссылочными номерами. Барабан 9 установлен с возможностью вращения между боковыми стенками 5. Барабан 9 на ФИГ. 1 примерно до половины покрыт несущим средством 11. Как показано на ФИГ. 1, на левой половине барабана 9 намотано несущее средство 11. На правой половине барабана 9 несущее средство отсутствует. Несущее средство 11 может представлять собой электрический кабель, передающий электрическую мощность и сигналы на груз, который может быть подвешен к нижнему концу несущего средства 11. На ФИГ. 1 груз не показан, однако, показана подвесная скоба 13, к которой может быть прицеплен груз.
На верхнем конце корпуса 3 можно видеть зажим 15. При помощи этого зажима 15 лебедка согласно изобретению может быть прикреплена к несущей трубе 17 (не является частью лебедки). Разумеется, лебедка 1 может быть также прикреплена к точке крепления другим способом.
На правой стороне ФИГ. 1 представлен привод 19. Он содержит электрический двигатель и редуктор, который может быть выполнен в виде самотормозящего червячного редуктора. В привод 19, который в этом варианте осуществления выполнен в виде редукторного электродвигателя, может быть встроен первый датчик 23 угла поворота. На одной или на обеих боковых стенках 5 может быть установлен выключатель 24 конечного положения. Один или два выключателя 24 конечного положения препятствуют слишком большому сматыванию несущего средства с барабана 9 или слишком большому наматыванию на барабан 9.
На ФИГ. 2 лебедка 1 представлена в другом ракурсе. Привод 19 на этом чертеже можно видеть на левой стороне корпуса 3. На этом виде показано намоточное устройство 21 согласно изобретению. Детали этого намоточного устройства 21 более подробно поясняются со ссылками на ФИГ. 5-10. На стороне лебедки 1, противоположной приводу 19, прикреплен блок 25 управления.
На ФИГ. 3 показан вид сбоку лебедки 1 с приводом 19.
На ФИГ. 4 лебедка согласно изобретению представлена с частичным вырезом. При этом боковая стенка 5 и привод 10 удалены.
На этом виде наглядно показаны перекладины 7.
Также хорошо видны винты, которые завинчиваются во внутреннюю резьбу на торцевой стороне перекладин 7, чтобы соединить не показанную боковую стенку 5 с перекладинами 7.
На этом виде показан второй датчик 27 угла поворота. Этот второй датчик 27 угла поворота при помощи зубчатого ременного привода 29 соединен с барабаном 9. Таким образом, каждое поворотное движение барабана 9 фиксируется первым датчиком 23 угла поворота и дополнительно вторым датчиком 27 угла поворота. На основании сигналов этих датчиков 23 и 27 может быть реализовано также функционирование выключателей конечного положения. Это означает, что при достижении первого и второго конечного положения барабана привод 19 выключается. Благодаря этому предотвращается слишком большое сматывание несущего средства 11 с барабана 9 или слишком большое наматывание несущего средства 11 на барабан. В противном случае возникало бы столкновение подвесной скобы 13 (см. ФИГ. 1) с корпусом 3 или с намоточным устройством 21, что необходимо эффективно предотвращать. Для этого служат выключатели конечного положения.
Выключатели конечного положения или концевые выключатели 24 могут быть также расположены на боковых стенках 5 и могут срабатывать, когда намоточное устройство оказывается вблизи одной из боковых стенок 5. На ФИГ. 4 можно видеть выключатель конечного положения или концевой выключатель 24, который предотвращает как слишком большое наматывание несущего средства 11 на барабан 9, так и слишком большое сматывание несущего средства 11 с барабана 9. Когда выключатель 24 конечного положения выключается, привод 19 останавливается.
На ФИГ. 1 на левой боковой стенке 5 показан выключатель конечного положения или концевой выключатель 24, который предотвращает слишком большое разматывание несущего средства 11. Корме того, на ФИГ. 1 на правой боковой стенке 5 показан выключатель конечного положения или концевой выключатель, который предотвращает слишком большое наматывание несущего средства 11 и вследствие этого втягивание подвесной скобы 13.
На ФИГ. 5 представлены барабан 9, несущее средство 11, а также две перекладины 7, на которых установлено намоточное устройство 21. Обе боковые стенки 31 намоточного устройства 21 также наглядно показаны на ФИГ. 5. Намоточное устройство 21 направляется по двум перекладинам 7. Намоточное устройство 21 содержит две боковые стенки 31, между которыми расположены различные распорные элементы. Эти распорные элементы недостаточно хорошо видны на ФИГ. 5. Они служат также в качестве осей для различных роликов намоточного устройства. Кроме того, на ФИГ. 5 можно видеть направляющий ролик 33. При помощи направляющего ролика 33 несущее средство выводится из лебедки или втягивается в лебедку.
Направляющий ролик 33 и его конструкция наглядно показаны на ФИГ. 6 и 7. Как видно на ФИГ. 6 и 7, в направляющем ролике 33 имеется круговая канавка 35. Канавка 35 служит для того, чтобы направлять несущее средство. Дно 37 канавки по ширине и в идеальном случае также по профилю согласуется с диаметром D несущего средства.
В представленном варианте осуществления несущее средство представляет собой кабель с круговым поперечным сечением и диаметром D. Вследствие этого дно 37 канавки имеет радиус, который составляет примерно 0,5 диаметра D.
Канавка 35 имеет гораздо большую глубину, чем диаметр D несущего средства 11, поэтому несущее средство направляется с боковых сторон боковыми стенками канавки 35. Это эффективно предотвращает выскакивание несущего средства 11 из канавки 35.
В намоточное устройство 21 может быть дополнительно встроен еще один ролик, а именно, прижимной ролик 39, чтобы еще более эффективно предотвращать выскакивание несущего средства 11 из канавки 35. Этот прижимной ролик 39 установлен таким образом, чтобы его буртик входил в канавку 35, при этом несущее средство 11 в радиальном направлении внутри прилегает к дну 37 канавки, а радиально снаружи направляется буртиком прижимного ролика 39. С боковых сторон несущее средство удерживается боковыми стенками канавки 35. Форму прижимного ролика 39 можно видеть на ФИГ. 9. Он имеет две боковые фаски, угол которых соответствует углу наклона боковых сторон канавки 35.
На ФИГ. 8 наглядно показано взаимодействие канавки 35 и буртика прижимного ролика 39, который входит в канавку 35. Вид сбоку на ФИГ. 8 и ФИГ. 9 показывают, что несущее средство 11 очень хорошо направляется канавкой 35 направляющего ролика 33 и прижимным роликом 39.
Как наглядно показано на ФИГ. 6, 7, 8 и 9, между боковыми стенками 31 намоточного устройства в непосредственной близости от барабана 7 расположен соединительный ролик 41. Соединительный ролик 41 находится между боковыми стенками 31 намоточного устройства 21 и установлен с возможностью вращения. В этом варианте осуществления соединительный ролик 41 содержит два буртика 43. Буртики 43 профилированы таким образом, чтобы они входили в канавку 45 барабана 9. Это означает, что при вращении барабана 9 намоточное устройство 21 перемещается в осевом направлении, т.е., на ФИГ. 9 направо или налево. Это осевое перемещение принудительно/десмодромно связано с вращением барабана 9 и зависит от шага спиральной канавки 45 барабана 9. Намоточное устройство 21 установлено для удержания и направления направляющим роликом 33 несущего средства 11 таким образом, чтобы во время наматывания оно поступало непосредственно в канавку 45 барабана 9. Наматывание несущего средства 11 осуществляется в результате соответствующего вращения барабана. Разматывание несущего средства 11 производится таким же образом, но только при измененном/противоположном направлении вращения барабана 9.
На ФИГ. 9 наглядно показано, что на левой стороне барабана 9 в канавку 45 намотано несущее средство 11. Правая половина барабана 9 является свободной. Направляющий ролик 33, прижимной ролик 39 и соединительный ролик 41 расположены между боковыми стенками 31 намоточного устройства 21 и установлены с возможностью вращения.
На ФИГ. 10 показан фрагмент лебедки 1 согласно изобретению. На чертеже показаны боковые стенки 5, барабан 9, несущее средство 11 и намоточное устройство 21.
В этом варианте осуществления между боковыми стенками 5 предусмотрен прижимной ролик 47, установленный параллельно барабану 9 с возможностью вращения. Он удерживает несущее средство 11 в канавке 45 барабана 9.
В упрощенном варианте расстояние между осями вращения барабана 9 и прижимного ролика 47 жестко задано.
В еще одном усовершенствованном варианте, представленном на ФИГ. 10, прижимной ролик 47 с подпружиниванием прижимается к барабану 9 или к намотанному на него несущему средству 11.
Для этого на обеих боковых стенках 5 предусмотрены кронштейны 49. На каждом из кронштейнов 49 установлен подшипник 51 для прижимного ролика 47. Подшипники 51, в свою очередь, прикреплены с подпружиниванием к кронштейнам 49 таким образом, чтобы они постоянно прижимали прижимной ролик 47 к барабану 9 или к намотанному на него несущему средству 11. Конструктивные детали подпружиненных подшипников на ФИГ. 10 не показаны, а две стрелки указывают направление, в котором прижимной ролик 47 прижимается к барабану 9. Эти стрелки направлены на ось вращения барабана.
В обоих вариантах предпочтительно, чтобы (цилиндрическая) контактная поверхность прижимного ролика 47 была выполнена из упругого материала. Прижимной ролик 47 представляет собой дополнительную конструктивную меру, которая предотвращает возможность выскакивания несущего средства 11 из канавки 45.
На ФИГ. 11 и 12 лебедка согласно изобретению для наглядности показана в двух различных покомпонентных видах (без ссылочных номеров). Согласно изобретению конструкция отличается очень простым намоточным устройством, которое в любых условиях обеспечивает точную подачу несущего средства в канавку 45 барабана 9. Намоточное устройство 21 согласно изобретению является простым, однако, очень надежным и малошумящим. При этом может быть предпочтительным изготовление буртиков 43 соединительного ролика 41 из полимерного материала, чтобы минимизировать шум при эксплуатации. То же самое относится к прижимному ролику и направляющему ролику 33. Барабан 9 может иметь покрытие из полимерного материала, в котором выбирается канавка 45. В этом случае также эффективно предотвращается возникновение рабочих шумов со стороны барабана 45.