ФАСАДНЫЙ ПОДЪЕМНИК С ВЕРТИКАЛЬНЫМ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ЛЮЛЬКИ
FRONT ELEVATOR WITH VERTICAL AND HORIZONTAL MOVEMENT OF CRADLE

Область техники
Изобретение относится к области строительства, проведения ремонта, восстановления и обслуживания  фасадов крупногабаритных зданий и сооружений.
Уровень техники
В качестве прототипа принято «Устройство для транспортировки грузов» Патент Российской Федерации RU 2116415 C1. От предложенного изобретения описанное в Патенте РФ RU 2116415 C1 устройство имеет следующие отличия:
- для перемещения люльки по фасаду используется лебёдка с двумя барабанами, устанавливаемая на отдельном фундаменте рядом со зданием. В условиях плотной городской застройки это не всегда осуществимо;
- для перемещения люльки в горизонтальном направлении используется та же лебёдка с синхронным включением вращения одного канатного барабана на сматывание каната, а другого канатного барабана - на разматывание каната.
Схема не гарантирует защиты от перекосов люльки или от её опрокидывания при синхронном сматывании одного каната на барабан и разматывании другого каната с барабана по следующим причинам:
- концы тяговых канатов закреплены в захваты платформы без возможности регулировки их длины непосредственно в процессе эксплуатации;
- тяговые канаты конструктивно имеют разную длину от барабана до места заделки, разную  длину, намотанную на барабаны, поэтому инерция покоя двух разных  канатных систем с барабанами будет не одинаковой. Значит, скорость набора оборотов приводами барабанов будет тоже не одинаковой. Это приведёт к перекосу платформы;
- вытяжка канатов на разных ветвях в процессе эксплуатации будет разной, со временем канаты будут сильно отличаться от первоначальной длины. Длинный канат вытянется значительно больше чем короткий. Это приведёт к существенному перекосу платформы и необходимости корректировки длины канатов и их перемотке. Для этого потребуется время и специальное оборудование.
Известно «Устройство для транспортировки грузов» по Патенту РФ RU 2117126 С1. От предложенного изобретения описанное в Патенте РФ RU 2117126 С1 устройство имеет следующие отличия:
- для перемещения люльки по фасаду используется лебёдка с двумя барабанами, устанавливаемая на отдельном фундаменте рядом со зданием. В условиях плотной городской застройки это не всегда осуществимо;
- для перемещения люльки в горизонтальном направлении используется та же лебёдка с синхронным включением вращения одного канатного барабана на сматывание каната, а другого канатного барабана - на разматывание каната.
Схема не гарантирует защиты от перекосов люльки или от её опрокидывания при синхронном сматывании одного каната на барабан и разматывании другого каната с барабана по следующим причинам:
- концы тяговых канатов закреплены в захваты платформы без возможности регулировки их длины непосредственно в процессе эксплуатации;
- тяговые канаты конструктивно имеют разную длину от барабана до места заделки, разную длину, намотанную на барабаны, поэтому инерция покоя двух разных  канатных систем с барабанами будет не одинаковой. Значит, скорость набора оборотов приводами барабанов будет тоже не одинаковой. Это приведёт к перекосу платформы;
- вытяжка канатов на разных ветвях в процессе эксплуатации будет разной, со временем канаты будут сильно отличаться от первоначальной длины. Длинный канат вытянется значительно больше чем короткий. Это приведёт к существенному перекосу платформы и необходимости корректировки длины канатов и их перемотке. Для этого потребуется время и специальное оборудование.
Известно «Устройство для подвески строительной люльки» по Патенту РФ RU 2074299 C1. От предложенного изобретения описанное устройство имеет следующие отличия:
- Устройство имеет комплект сменного оборудования: штангу, каретку, канатную систему. Для переналадки устройства с вертикальных строчек обслуживания фасада на горизонтальные строчки и наоборот требуется замена штанги на каретку (или каретки на штангу), замена и переналадка канатно-блочной системы. В условиях регламентированных сроков выполнения ремонтных работ на здании это приводит к непроизводительным потерям рабочего времени.
- Горизонтальное перемещение люльки осуществляется при помощи двух ручных лебёдок, расположенных в люльке, при этом одна лебёдка работает на сматывание каната, а другая - на разматывание.
Известны подъёмники по Патентам РФ RU 2442621 C1, RU 2355623 C2 и RU 2351528 C2. Однако эти устройства отличаются от предложенного изобретения тем, что их люльки перемещаются строго в вертикальном направлении по жёстким направляющим, стационарно вмонтированным в наружную стену здания или сооружения, либо являющимся частью этого сооружения. Упомянутые подъёмники предназначены исключительно для перемещения в вертикальном направлении и не позволяют выполнять перемещение люльки в горизонтальном направлении.
Раскрытие изобретения
Фасадный подъёмник предназначен для проведения ремонта, восстановления и обслуживания  строительных конструкций и поверхностей фасадов крупногабаритных зданий и сооружений и содержит:
- раму с направляющими элементами и упорами, смонтированную по краю кровли здания или сооружения;
- тележку с левым и правым отклоняющими блоками;
- люльку;
- две ветви тягового каната;
- два грузовых каната;
- две лебёдки для перемещения люльки в вертикальном направлении;
- два фрикционных канатных барабана (шпиля);
- систему обводных блоков;
- блок уравнивающий;
- груз натяжной.
Суть предложенного изобретения состоит в том, что для горизонтального перемещения люльки вдоль фасада здания используется сила тяжести самой люльки при движении её в вертикальном направлении вниз.
Появление изобретения связано с резким ростом объёмов строительства жилых и общественных зданий, ростом объёмов работ по ремонту, восстановлению и обслуживанию фасадов, балконов и лоджий, карнизов и водоотводных систем зданий и сооружений. Ускоренные темпы сдачи в эксплуатацию новых зданий и сооружений потребовали изменений в концептуальных подходах к организации работ по ремонту, восстановлению, обслуживанию фасадов зданий в сторону сокращения сроков выполнения, снижения непроизводительных затрат рабочего времени. Для решения этих задач требуются новые оригинальные технические устройства.
Как правило, основная масса эксплуатируемых фасадных подъёмников обеспечивает возможность перемещения люльки только в вертикальном направлении. Это приводит к излишним затратам времени на демонтаж и монтаж конструкций фасадного подъёмника для работы на очередном вертикальном участке фасада здания.
Техническим результатом
предложенного изобретения является выполнение задачи по обеспечению доступа на любой участок фасада здания или сооружения без демонтажа и последующего монтажа фасадного подъёмника, т. к. люлька имеет возможность перемещаться в горизонтальном направлении вдоль фасада. Для обеспечения перемещения люльки подъёмника в горизонтальном направлении не требуются дополнительные тяговые устройства и лебёдки. Горизонтальное перемещение люльки обеспечивается штатными, входящими в комплект подъёмника лебёдками перемещения люльки либо вверх - либо вниз. Управление горизонтальным перемещением люльки обеспечивается так же, как и вертикальным, - непосредственно из люльки самими рабочими.
В качестве исходного устройства для разработки настоящего изобретения  принят серийно выпускаемый промышленностью сертифицированный фасадный подъёмник для обслуживания и ремонта вертикальных фасадов, имеющий две проходных лебёдки (правую и левую) для подъёма или опускания люльки в вертикальном направлении либо вверх - либо вниз.
Изобретение может быть применено и для уже эксплуатируемых, стандартных, серийно выпускаемых промышленностью фасадных подъёмников с их небольшой модернизацией и доукомплектованием. При этом конструкции, механизмы и системы безопасности самого подъёмника не изменяются и не переделываются.
Краткое описание чертежей
Принципиальная схема фасадного подъёмника приведена на Фиг. 1.
1.
Рама с направляющими элементами и упорами.
2.
Тележка.
3-л.
Блок левый.
3-п.
Блок правый.
4-л.
Ветвь каната тягового левая.
4-п.
Ветвь каната тягового правая.
5-л.
Канат грузовой левый.
5-п.
Канат грузовой правый.
6-л.
Лебёдка люльки левая.
6-п.
Лебёдка люльки правая.
7-л.
Фрикционный канатный барабан левый (шпиль левый).
7-п.
Фрикционный канатный барабан правый (шпиль правый).
8.
Люлька.
9.
Система обводных блоков.
10.
Блок уравнивающий.
11.
Груз натяжной.
12.
Здание.
1
2
8
2
8
4-л
4-п
Рама с направляющими элементами и упорами  предназначена для восприятия нагрузки от тележки  с подвешенной к ней люлькой, а также для обеспечения возможности перемещения тележки  с подвешенной к ней люлькой  в горизонтальном направлении. Упоры рамы служат для ограничения хода тележки в крайних положениях, а также для закрепления концов левой  и правой  ветвей тягового каната.
2
5-л
5-п
3-л
3-п
Тележка  предназначена для закрепления концов левого  и правого  грузовых канатов и размещения на ней левого блока  и правого блока .
3-л
3-п
4-л
4-п
8
2
7-л
7-п
8
2
8
Блоки левый  и правый  предназначены для изменения направления левой  и правой  ветвей тягового каната и для передачи горизонтальной силы, равной части силы веса люльки , на тележку  через зафиксированный от вращения левый  или правый  шпиль и соответствующую ветвь тягового каната при перемещении люльки  вниз. Тем самым обеспечивается перемещение тележки  с подвешенной к ней люлькой  по направляющим элементам в горизонтальном направлении влево или вправо.
4-л
4-п
8
3-л
3-п
2
Левая  и правая  ветви тягового каната предназначены для восприятия части силы веса перемещающейся в вертикальном направлении вниз люльки  и для передачи этой силы на левый блок  или на правый блок  и, далее - на тележку .
5-л
5-п
8
2
Канаты грузовые левый  и правый  предназначены для подвешивания люльки  к тележке , передачи вертикальной нагрузки от висящей люльки на тележку.
6-л
6-п
8
5-л
5-п
Лебёдки люльки левая  и правая  предназначены для обеспечения перемещения люльки  в вертикальном направлении по канатам грузовым и  вверх или вниз.
7-л
7-п
4-л
4-п
8
3-л
3-п
2
Шпили левый  и правый  предназначены для попеременной фиксации или перепуска ветвей тягового каната  и  с целью передачи горизонтальной силы, возникающей от силы веса люльки , перемещающейся в вертикальном направлении вниз, на левый блок или на правый блок  и, далее - на тележку .
2
8
При одновременно зафиксированном от вращения положении обоих шпилей обеспечивается фиксация тележки  от самопроизвольного перемещения в горизонтальном направлении при производстве работ с люльки .
7-л
7-п
6-л
6-п
4-л
4-п
При одновременно зафиксированном от вращения положении обоих шпилей  и  и включении лебёдок люльки  и  на перемещение вниз происходит выравнивание нагрузок на левую  и правую  ветви тягового каната при наладке фасадного подъёмника после его монтажа.
8
При одновременно расфиксированном для вращения положении обоих шпилей обеспечивается свободное перемещение люльки  в вертикальном направлении вверх или вниз без горизонтального перемещения.
7-л
7-п
7-л
7-п
6-л
6-п
8
Шпили  и  могут свободно вращаться на своих осях или могут быть зафиксированы от вращения. Способ фиксации шпилей  и , тип и конструкция фиксаторов определяются при рабочем конструировании. Шпили могут крепиться как к корпусам лебёдок  и , так и к корпусу люльки . Кинематическая связь шпилей с механизмами лебёдок отсутствует.
8
Люлька  предназначена для размещения рабочего экипажа, материалов и инструментов.
9
4-л
4-п
10
Система обводных блоков  предназначена для изменения направления левой  и правой  ветвей тягового каната с последующим выводом его на блок уравнивающий .
10
11
4-л
4-п
2
Блок уравнивающий  предназначен для равномерного распределения нагрузки от натяжного груза  на обе ветви тягового каната  и  и его перепуска с одной ветви на другую при горизонтальном перемещении тележки .
11
4-л
4-п
7-л
7-п
Груз натяжной  предназначен для создания необходимой силы трения между витками ветвей тягового каната  и , намотанных на шпили, и поверхностью шпилей  и . Эта сила трения исключает:
а) проскальзывание каната по поверхности шпиля вдоль направления каната при любых режимах работы фасадного подъёмника;
2
8
2
8
4-л
4-п
8
7-л
7-п
б) проскальзывание каната по поверхности шпиля перпендикулярно направлению каната в тех случаях, когда возникают горизонтальные силы от допустимого ветрового давления и от действия силы веса тележки  с люлькой  на направляющие элементы вследствие допустимого отклонения направляющих элементов от горизонтального положения. Возникающие горизонтальные силы могут побуждать к горизонтальному перемещению тележку  с люлькой  и перепуску ветвей тягового каната и  при перемещении люльки только в вертикальном направлении вверх или вниз при обоих расфиксированных для вращения шпилях  и .
4-л
4-п
7-л
7-п
7-л
7-п
2
2
2
7-л
7-п
При наличии необходимой силы трения между витками  ветвей тягового каната  и , намотанными на шпили  и , и поверхностью шпилей  и  обеспечивается фиксация тележки  в выбранном положении и защита от самопроизвольного перемещения тележки  в горизонтальном направлении прирасфиксированных для вращения обоих шпилях во время перемещения люльки только в вертикальном направлении вверх или вниз. Требуемая для нормальной работы фасадного подъёмника и надёжной фиксации тележки  сила трения между витками каната и поверхностью шпилей  и  обеспечивается оптимальным сочетанием следующих факторов:
а) веса натяжного груза 11;
4-л
4-п
7-л
7-п
б) количества витков ветвей тягового каната  и , намотанных на шпили  и ;
в) формы и размеров рабочей поверхности шпиля. Конструктивно рабочая поверхность шпиля может быть выполнена:
- цилиндрической;
- коноидальной;
- тороидальной.
2
7-л
7-п
При коноидальной и тороидальной форме рабочей поверхности шпилей в составе общей силы трения, удерживающей тележку  от незапланированного горизонтального перемещения, должна быть учтена сила трения между витками каната, намотанными на шпили  и , возникающая от давления витков большего диаметра на витки меньшего диаметра.
2
7-л
7-п
Таким образом, исключается возможность незапланированного, самопроизвольного перемещения тележки  в горизонтальном направлении при обоих расфиксированных для вращения шпилях  и .
Серийно выпускаемые фасадные подъёмники оснащаются устройствами для улавливания грузовых канатов при их обрыве или при самопроизвольном разматывании при пропадании электропитания. Принципиально они не влияют на работу предлагаемой схемы устройства фасадного подъёмника, поэтому, для упрощения восприятия принципа работы предлагаемого фасадного подъёмника, в принципиальную схему не включены. Они в обязательном порядке должны быть предусмотрены при разработке конструкторской документации и рабочих чертежей для изготовления новых фасадных подъёмников и комплектации готовых фасадных подъёмников.
Вместо шпилей для фиксации ветвей тягового каната могут быть применены и другие устройства, например: захваты, зацепы, фрикционные колодки и др.
Принцип работы фасадного подъёмника.
Рабочее положение
2
1
Тележка  находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы .
8
5-л
5-п
Люлька  висит на грузовых канатах и .
7-л
7-п
Левый и правый шпили  и  зафиксированы от вращения.
Перемещение люльки 8 вверх-вниз
2
1
Тележка  находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы .
8
5-л
5-п
Люлька  висит на грузовых канатах и .
7-л
7-п
Левый и правый шпили  и  расфиксированы для вращения.
4-л
4-п
8
Левая и правая ветви тягового каната  и не воспринимают нагрузку от веса люльки.
6-л
6-п
8
Включаются лебёдки  и  на перемещение люльки  вверх или вниз.
Перемещение тележки 2 вправо
2
1
Тележка  находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы .
8
5-л
5-п
Люлька  висит на грузовых канатах и .
7-л
Левый шпиль  расфиксирован для вращения.
7-п
Правый шпиль  зафиксирован от вращения.
6-л
6-п
8
8
7-п
4-п
8
3-п
8
8
2
8
Включаются лебёдки  и  на перемещение люльки  вниз. При перемещении люльки  вниз правый, зафиксированный от вращения, шпиль  тянет правую ветвь тягового каната , которая принимает на себя часть силы веса люльки ,и, огибая правый блок , передаёт нагрузку от части веса люльки  на этот блок. Горизонтальная составляющая этой нагрузки, равная части веса люльки , перемещает тележку  вместе с люлькой  по направляющим элементам в горизонтальном направлении вправо.
4-л
7-л,
3-л
При этом левая ветвь тягового каната  остаётся ненагруженной и свободно перепускается вверх через расфиксированный для вращения левый шпиль  не передавая усилий на левый блок .
8
Таким образом, люлька  переместилась вниз и ровно на такое же расстояние вправо.
8
Для возвращения люльки  на прежнюю высоту необходимо выполнить следующие действия:
7-л
7-п
- левый и правый шпили  и  расфиксировать для вращения;
6-л
6-п
- включить лебёдки  и  на перемещение люльки вверх.
4-л
4-п
7-л
7-п
При этом левая и правая ветви тягового каната  и  будут перепускаться шпилями  и  вниз.
8
7-л
7-п
При достижении люлькой необходимой высоты зафиксировать левый и правый шпили  и от вращения.
8
8
а
б,
а
б
Траектория горизонтального перемещения люльки вправо, из точки  в точку  показана на Фиг. 2. При большом расстоянии между точками  и  траектория движения люльки  может быть ступенчатой, как показано на Фиг. 4.
8
Для перемещения люльки  по горизонтали может быть применена другая очерёдность перемещений:
8
- поднять люльку  в вертикальном направлении;
8
- выполнить перемещение люльки  в горизонтальном направлении вправо при одновременном перемещении её вниз.
3-п
Диаграмма сил, действующих на правый блок , показана на Фиг. 6.
Перемещение тележки 2 влево
2
1
Тележка  находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы .
8
5-л
5-п
Люлька  висит на грузовых канатах и .
7-л
Левый шпиль  зафиксирован от вращения.
7-п
Правый шпиль  расфиксирован для вращения.
6-л
6-п
8
8
7-л
4-л
8
3-л
8
8
2
8
Включаются лебёдки  и  на перемещение люльки  вниз. При перемещении люльки  вниз левый, зафиксированный от вращения, шпиль  тянет левую ветвь тягового каната , которая принимает на себя часть силы веса люльки , и, огибая левый блок , передаёт нагрузку от части веса люльки  на этот блок. Горизонтальная составляющая этой нагрузки, равная части веса люльки, перемещает тележку  вместе с люлькой  по направляющим элементам в горизонтальном направлении влево.
4-п
7-п,
3-п
При этом правая ветвь тягового каната  остаётся ненагруженной и свободно перепускается вверх через расфиксированный для вращения правый шпиль  не передавая усилий на правый блок .
8
Таким образом, люлька  переместилась вниз и ровно на такое же расстояние влево.
8
Для возвращения люльки  на прежнюю высоту необходимо выполнить следующие действия:
7-л
7-п
- левый и правый шпили  и расфиксировать для вращения;
6-л
6-п
- включить лебёдки  и  на перемещения люльки вверх.
4-л
4-п
7-л
7-п
При этом левая и правая ветви тягового каната  и  будут перепускаться шпилями  и  вниз.
8
7-л
7-п
При достижении люлькой необходимой высоты зафиксировать левый  и правый  шпили от вращения.
8
8
б
а,
б
а
Траектория горизонтального перемещения люльки влево, из точки  в точку  показана на Фиг. 3. При большом расстоянии между точками  и  траектория движения люльки  может быть ступенчатой, как показано на Фиг. 5.
Для перемещения люльки по горизонтали может быть применена другая очерёдность перемещений:
- поднять люльку в вертикальном направлении;
- выполнить перемещение люльки в горизонтальном направлении влево при одновременном перемещении её вниз.
3-л
Диаграмма сил, действующих на левый блок , показана на Фиг. 7.
Обоснование принципа работы фасадного подъёмника
4-л
4-п
7-л
7-п
8
10
11
На каждую канатную ветвь  или  в зафиксированном от вращения соответствующем шпиле  или  может действовать максимальная сила натяжения, равная сумме половины силы веса снаряжённой люльки и половины силы веса блока уравнивающего  с грузом натяжным . Сила от веса самого тягового каната не учтена.
S = Q/2 + P/2
где
S
4-л
4-п
- сила натяжения канатной ветви  или ;
Q
8
- сила веса снаряженной люльки ;
P
10
11.
- сила веса уравнивающего блока  с натяжным грузом
S
4-л
4-п
С такой же силой  натягиваются горизонтальные участки канатных ветвей и .
3-л
3-п
2
Сила, действующая на левыйили на правыйблокпри неподвижной тележке , будет равна
F = S/cos (α/2)
где
F
3-л
3-п
- сила, действующая на левый  или на правый  блок;
α
- угол между ветвями каната, огибающего блок.
В нашем случае α=90°.
Тогда
F = S/cos45°
Таким образом, горизонтальная составляющая F
силы F и вертикальная составляющая F
силы F будет равна силе S
г
в
F
= F
= S
г
в
F
г
Сила  должна быть больше суммы сил:
2
2
8
- силы трения качения колёс тележки  по направляющим элементам, создаваемой весом тележки  с люлькой ;
2
2
8
- силы трения качения в подшипниках колёс тележки, создаваемой весом тележки  и люльки ;
10
11
- силы трения качения в подшипниках всех блоков, создаваемой весом уравнивающего блока , натяжного груза , тягового каната;
10
11
- силы трения скольжения канатов в блоках, создаваемой весом уравнивающего блока , натяжного груза , тягового каната;
4-л
4-п
7-л
7-п
10
11
- силы трения скольжения витков ветвей тягового каната  и , намотанных на шпили  и , действующей вдоль витков каната, создаваемой весом уравнивающего блока , натяжного груза , тягового каната;
4-л
4-п
7-л
7-п
10
11
- силы трения скольжения витков ветвей тягового каната  и , намотанных на шпили  и , действующей поперёк витков каната, создаваемой весом уравнивающего блока , натяжного груза , тягового каната;
4-л
4-п
7-л
7-п
10
11
- силы трения скольжения между витками ветвей тягового каната  и , намотанными на шпили  и , создаваемой весом уравнивающего блока , натяжного груза , тягового каната;
8
2
- горизонтальной силы, которая возникает при воздействии силы веса люльки  и тележки  на направляющие элементы вследствие допустимого отклонения направляющих элементов от горизонтального положения.
3-л
3-п
Диаграммы сил на блоках  и  показаны на Фиг. 6 и Фиг. 7.
4-л
7-л.
4-п
7-п
На Фиг. 8 показана намотка канатной ветви  на шпиль Намотка канатной ветви  на шпиль производится аналогично, только в зеркальном отражении.
Осуществление изобретения
Изобретение может быть использовано строительно-монтажными и жилищно-коммунальными организациями для ремонта и технического обслуживания фасадов крупногабаритных зданий и сооружений, доставки грузов в здание, в том числе через оконные проёмы.
Фасадный подъёмник, предложенный настоящим изобретением, может быть запущен в серийное производство на предприятиях, специализирующихся на выпуске подъёмно-транспортных машин и механизмов.
Предложенное изобретение может быть внедрено и на находящихся в эксплуатации фасадных подъёмниках. Для этого необходимо произвести несложную модернизацию подъёмника. При этом конструкции, оборудование, механизмы и системы безопасности действующих подъёмников изменениям не подлежат, действующие нормы промышленной безопасности не нарушаются.
Технические решения, содержащиеся в изобретении, могут быть использованы при создании устройств, предназначенных для обслуживания, диагностики, реставрации и ремонта фасадов большинства типов существующих, проектируемых и строящихся зданий. Эти технические решения так же могут быть использованы при организации обслуживания зданий с привлечением промышленных альпинистов и верхолазов.