ШЛАГБАУМ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к области шлагбаумов.
Уровень техники
Обычно шлагбаумы используются для контроля доступа на различные объекты. В частности шлагбаумы широко используются для контроля въезда и выезда транспорта на закрытые огороженные территории и другие объекты, доступ к которым необходимо ограничить, например на промышленные, складские, торговые и офисные охраняемые зоны, автостоянки, места парковки и пр.. Также шлагбаумы широко используются на железнодорожных переездах.
В документе EP 0487755 A1 раскрыт шлагбаум, содержащий электродвигатель, приводящий в действие гидравлический насос, и гидравлический цилиндр, к которому подается гидравлическая текучая среда, при этом стержень гидравлического цилиндра приводит в действие стрелу шлагбаума. Иными словами, электромотор приводит в движение гидравлический насос, насос перекачивает гидравлическую текучую среду, которая приводит в движение поршень гидроцилиндра, связанный механически со стрелой. Недостатком данного технического решения является сложный и дорогостоящий ремонт, обусловленный наличием большого количества технически сложных элементов, таких как электродвигатель, гидравлический насос и цилиндр. Кроме того, недостатком данного решения является ограниченный диапазон рабочих температур, обусловленный тем, что текучая среда, за счет которой приводится в действие стрела шлагбаума, при низких температурах может густеть, а при повышенных температурах обладать повышенной текучестью, вследствие чего может быть нарушена работоспособность шлагбаума, связанная с неправильной работой гидравлического насоса или цилиндра.
В качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели рассмотрен шлагбаум, раскрытый в документе RU 2229405 C1, включающий в себя электропривод подъема стрелы шлагбаума, содержащий электродвигатель, представляющий из себя мотор-редуктор, содержащий ротор, статор и редуктор. Кроме того, электродвигатель содержит зубчатую передачу и выходной вал, который приводит в действие стрелу шлагбаума. Механический редуктор понижает обороты электродвигателя и преобразует вращение мотора в перемещение стрелы, Недостатком данного технического решения является малый КПД, обусловленный значительными потерями на трение по причине наличия большого количества трущихся поверхностей. Это можно обьяснить наличием большого количества механических элементов в цепочке электродвигатель - стрела, таких как зубчатая передача и выходной вал, а также тем фактом, что электродвигатель содержит редуктор. Кроме того, недостатком данного технического решения является узкий диапазон рабочих температур, который можно объяснить наличием большого количества трущихся поверхностей, требующих смазки. Таким образом, для снижения потерь на трение требуется применение значительного количества смазочных материалов. Смазочные материалы ограничены температурным диапазоном. При пониженных температурах смазочные материалы густеют, при этом увеличивается сопротивление (вплоть до полного останова деталей), при повышенных температурах смазочные материалы обладают высокой текучестью, при этом увеличивается износ трущихся поверхностей.
Таким образом, задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в увеличении надежности шлагбаума, обеспечении универсальности шлагбаума, а также в повышении энергетической эффективности шлагбаума.
Раскрытие полезной модели
Указанная задача решена путем создания шлагбаума, из конструкции которого исключены промежуточные звенья между электродвигателем и стрелой. Шлагбаум согласно настоящей полезной модели имеет прямой привод, т.е. стрела напрямую прикрепляется к электродвигателю, в частности к подвижному статору. Таким образом электрическая энергия преобразуется в механическое движение стрелы без промежуточных звеньев в виде редуктора или гидропривода.
Согласно одному из вариантов реализации настоящей полезной модели, шлагбаум содержит электродвигатель, содержащий статор и ротор, стрелу и основание, и отличается тем, что ротор неподвижно установлен на основании, стрела закреплена на статоре, а статор выполнен с возможностью поворота вокруг ротора вместе со стрелой. Таким образом удается избавиться от промежуточных узлов и деталей в цепочке электродвигатель - стрела, что приводит к уменьшению трения в системе за счет уменьшения количества трущихся поверхностей и, как следствие, снижает количество требуемых смазочных материалов. Технический результат, достигаемый настоящей полезной моделью, заключается в увеличении КПД, широком диапазоне рабочих температур,, в компактности и простоте конструкции шлагбаума, а также в повышенном сроке эксплуатации шлагбаума.
Согласно еще одному варианту реализации настоящей полезной модели, шлагбаум дополнительно содержит блок управления электродвигателем, выполненный с возможностью управления углом поворота статора электродвигателя.
Согласно еще одному варианту реализации настоящей полезной модели, шлагбаум дополнительно содержит по меньшей мере один противовес, соединенный при помощи троса со статором.
Согласно еще одному варианту реализации настоящей полезной модели, шлагбаум дополнительно содержит по меньшей мере одну пружину, соединенную одним концом со статором, а другим концом с основанием. Данная пружина выполняет роль противовеса, компенсируя вес стрелы в опущенном положении.
Согласно еще одному варианту реализации настоящей полезной модели, электродвигатель шлагбаума является бесколекторным электродвигателем.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено подробное описании конкретных вариантов реализации настоящей полезной модели со ссылками на прилагаемый чертеж. На чертеже показано следующее:
на фиг. 1 схематически изображен один из вариантов реализации настоящей полезной модели.
Осуществление полезной модели
Согласно одному из вариантов реализации настоящей полезной модели, шлагбаум содержит электродвигатель, стрелу, основание, а также блок управления электродвигателем и противовес.
Электродвигатель предпочтительно является бесколекторным (вентильным). Бесколекторный двигатель постоянного тока, использующийся в настоящем варианте реализации, состоит из ротора с обмотками трех фаз и статора с постоянными магнитами.
Согласно одному из вариантов реализации настоящей полезной модели, подвижной частью бесколекторного электродвигателя является статор, а неподвижной частью - ротор. Для вращения такого двигателя необходимо осуществлять в определенном порядке смену направления магнитного поля в обмотках ротора, при этом постоянные магниты статора будут взаимодействовать с магнитными полями ротора с приведением в движение подвижного статора.
Управление электродвигателем осуществляется посредством управляющего блока для управления электродвигателем. Управляющий блок выполнен с возможностью управления сменой магнитных полей в обмотках ротора для обеспечения вращения статора вокруг ротора, а также с возможностью управления углом поворота статора относительно ротора.
Преимущество использования бесколекторного электродвигателя заключается в упрощенной конструкции двигателя, малом весе и компактности. Также, по сравнению с обычными электродвигателями, в бесколекторных двигателях потери на коммутацию значительно меньше, так как вместо контактов коллектора и щеток используются электронные ключи. Бесколекторные двигатели имеют высокий КПД, в некоторых случаях КПД бесколекторных двигателей может достигаеть 93%. Конструкция бесколекторного двигателя позволяет эксплуатировать его в воде и агрессивных средах. Кроме того, бесколекторный электродвигатель, описанный выше, позволяет получить высокий момент со сравнительно низкими оборотами.
На фиг. 1 схематически изображен один из вариантов реализации настоящей полезной модели. Стрела 1 шлагбаума представляет собой стержень или брус.
Ротор 3 электродвигателя неподвижно установлен на неподвижном основании 4. Стрела 1 закреплена на статоре 2 электродвигателя, причем статор 2 установлен с возможностью поворота вокруг ротора 3 любым известным в области техники способом. Управляющий блок (не показан) электрически связан с электродвигателем, например посредством проводов.
Согласно одному из вариантов реализации полезной модели, шлагбаум дополнительно содержит противовес 5, выполненный с возможностью уравновешивания стрелы 1. Противовес 5 присоединен к статору 2 и обладает массой равной или превосходящей массу стрелы 1 для обеспечения возможности уравновешивания стрелы 1.
Согласно еще одному варианту реализации полезной модели, шлагбаум дополнительно содержит пружину (не показана), установленную с возможностью компенсации веса стрелы, находящейся в опущенном положении. В данном примере реализации пружина одним концом присоединена к статору 2, а другим концом к основанию 4. Когда стрела находится в опущенном положении, пружина натягивается, тем самым компенсируя вес стрелы и выполняя роль противовеса.
При работе блок управления подает электропитание на электродвигатель, в результате чего статор 2, на котором закреплена стрела 1, поворачивается относительно ротора 3 на определенный угол и приводит стрелу 1 в открытое (вертикальное) или закрытое (горизонтальное) положение.
Прикрепление стрелы шлагбаума непосредственно к вращающемуся статору электродвигателя позволяет исключить из конструкции шлагбаума такие звенья, как редуктор или гидропривод. Таким образом удается снизить потери на трение в связи с исключением из системы значительного количества трущихся поверхностей и как следствие повысить КПД системы. Кроме того, уменьшение количества трущихся поверхностей снижает количество необходимых смазочных материалов, которые обладают ограниченным диапазоном рабочих температур и могут густеть при пониженных температурах и преобретать высокую текучесть при повышенных температурах, вследствие чего снижается зависимость системы от свойств смазочных материалов и расширяется диапазон рабочих температур шлагбаума в целом.
Хотя настоящая полезная модель описана на примере конкретного варианта реализации, возможны различные изменения и модификации в объеме настоящей полезной модели, определяемом формулой полезной модели.