СТРАХОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
PREVENTER

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройствам для обеспечения безопасности спортсменов и промышленных альпинистов, занимающихся лазаньем (далее для краткости именуемых "верхолазами"). Более конкретно, изобретение относится к созданию страховочного устройства, которое позволяет верхолазу заниматься лазаньем без напарника (обеспечивающего страховку), но оставаться защищенным от последствий падения.
Уровень техники
Верхолазы обеспечивают свою защиту в процессе лазанья тем, что прикрепляются (пристегиваются) к веревкам, которые фиксируются на поверхности, используемой для лазанья. Верхолаз прикрепляется к одному концу веревки, а его напарник осуществляет выдачу ему этой веревки. При лазании с верхней страховкой веревка выпускается сверху либо напарником, находящимся над верхолазом, либо напарником, находящимся на земле и выдающим веревку, проведенную через блок, находящийся на верхнем конце маршрута, а затем спускающуюся к верхолазу. В обоих случаях верхолаз защищен от последствий падения своим напарником, надежно захватывающим веревку. Если верхолаз падает, то, независимо от того, выдается ли ему веревка сверху (при лазании с верхней страховкой) или снизу (при лазании с нижней страховкой), его безопасность определяется внимательностью и квалификацией страхующего его напарника.
Описанный метод страховки, который применяется как при лазании на открытом воздухе, так и при лазании в помещениях, означает, что верхолазы должны заниматься спортом вместе с напарником.
При лазании на открытом воздухе данное условие принимается как неизбежное. Однако трудности, связанные с поиском напарника при лазании с использованием стен в закрытых помещениях, привели к созданию самостраховочных устройств для использования в центрах для лазанья в закрытых помещениях. Обычно эти устройства выполняются на основе пружин, так что не требуют подключения к источнику питания. Подобные устройства используют вместо веревки ленту, способную нести нагрузку. Лента наматывается на центральный барабан подпружиненной инерционной катушки. Пружина всегда стремится втянуть ленту в катушку, так что если лента не нагружена, она всегда будет полностью смотана внутрь устройства. Обычно катушку закрепляют на верхнем конце маршрута, а конец размотанной ленты фиксируют на полу, у начала маршрута. Верхолаз, подходя к началу маршрута, отцепляет ленту от закрепленного в полу кольца. Он защелкивает карабин, имеющийся на конце ленты, на поясе, входящем в его обвязку, и может начинать подъем. Если он случайно отцепит конец ленты, этот конец мгновенно оказывается на верхнем конце маршрута. По мере подъема верхолаза происходит втягивание ленты посредством пружины. Если верхолаз срывается, тормозное устройство, имеющееся внутри катушки, медленно спускает его на землю.
Известные самостраховочные устройства, как правило, построены по описанному принципу. Данные устройства, использующие фрикционные тормозные диски, являются эффективными в отношении обеспечения безопасности. Однако, как правило, они пригодны только для верхолазов с массой в интервале 35-140 кг и обычно имеют ограничения по высоте маршрута, в пределах которой они способны эффективно функционировать. Обычно предел высоты для подобных устройств составляет 12 м, однако стены, предназначенные для лазанья, все чаще имеют высоту 20 м или более. Другим потенциальным недостатком известных устройств является то, что они требуют частых проверок и обслуживания, обычно через каждые 12 месяцев.
Другие устройства аналогичного назначения для опускания верхолазов на землю используют пневмоцилиндры.
В документе FR 2727026 было предложено устройство в виде электрической лебедки, у которой имеется управляющий механизм, регулирующий натяжение веревки в процессе подъема верхолаза по маршруту. Однако управляющий механизм данного устройства обладает рядом недостатков. В частности, в случае выхода механизма управления из строя может возникнуть опасная ситуация, когда веревка непрерывно выдается с барабана. Кроме того, управляющий механизм, предложенный в документе FR 2727026, не может различить ситуации, когда верхолаз срывается и когда веревка, используемая при лазании, натянута по другим причинам, например, когда верхолаз требует наличия у веревки некоторой "слабины", чтобы совершить какой-то маневр на стене, по которой он поднимается. Ни одно из существующих устройств не обеспечивает возможности подъема верхолаза от уровня пола. Такая возможность была бы полезна в целях облегчения обслуживания стены, используемой для лазанья, например для перестановки или замены зацепов для рук. Самостраховочные устройства, обладающие опцией подъема с помощью электродвигателя, могут найти применение и в профессиональной (неспортивной) деятельности, в которой применяется безопасное лазанье с применением веревки, например, при обслуживании зданий или обрезке деревьев.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании страховочного устройства, обеспечивающего безопасное лазанье без помощи со стороны напарника, осуществляющего страховку. При этом устройство должно быть свободно, по меньшей мере, от одного или более из упомянутых недостатков.
Страховочное устройство по изобретению содержит:
катушку, связанную с приводом;
веревку для лазанья, одним концом прикрепленную к катушке и, при использовании устройства, прикрепленную к верхолазу на участке вблизи своего дистального конца, и
управляющий механизм, содержащий средство восприятия нагрузки и электронную систему управления и диагностики.
При этом управляющий механизм выполнен с возможностью управления указанной катушкой при осуществлении первого режима в методе лазанья, при котором катушка, в процессе использования устройства, обеспечивает устранение слабины веревки на ее отрезке между верхолазом и катушкой, а средство восприятия нагрузки выполнено с возможностью обнаруживать приложение веса верхолаза к веревке и переключать катушку во второй режим, соответствующий падению или спуску верхолаза, причем во втором режиме катушка останавливается, а верхолаз зависает на веревке. Электронная система управления и диагностики выполнена с возможностью отслеживать функционирование указанной катушки и управляющего механизма и, при обнаружении неисправности, переключать катушку в третий соответствующий наличию неисправности режим, в котором катушка останавливается при выявлении несоответствия в функционировании катушки и/или управляющего механизма.
Привод катушки предпочтительно содержит электродвигатель.
В режиме лазанья (т.е. подъема) управляющий механизм обеспечивает устранение слабины веревки, заставляя, через электронную систему управления и диагностики, катушку наматывать (т.е. сматывать на себя) веревку при обнаружении слабины. После того как слабина будет выбрана, катушка получает команду на остановку. Когда к веревке приложено легкое натяжение, например, когда верхолаз спускается контролируемым образом, катушка может получить команду на то, чтобы выдавать веревку. В режиме падения или спуска, когда к веревке приложен вес верхолаза, катушка получает команду на остановку. После этого любым из пригодных способов может быть начат выпуск (разматывание) веревки для спуска верхолаза, как это было описано выше. В режиме обнаружения неисправности катушка останавливается и выдается тревожный сигнал.
Электронная система управления и диагностики принимает выходные сигналы от других частей управляющего механизма, включая датчики. Реагируя на эти сигналы, она управляет приводом катушки. В типичном варианте привод катушки содержит трехфазный электродвигатель, а электронная система управления и диагностики управляет инвертором, задающим скорость и направление вращения электродвигателя, а следовательно, и катушки. Одновременно электронная система управления и диагностики осуществляет функцию диагностики, которая может быть реализована на различных уровнях. Сигналы, используемые системой управления, включающие сигналы датчиков, в том числе микропереключателей или потенциометров, как это будет описано далее, могут сравниваться друг с другом, причем любое несоответствие инициирует режим обнаружения неисправности. Аналогично режим обнаружения неисправности может быть инициирован по результатам сравнения входных напряжений на инверторе с его выходными напряжениями. Для формирования входных сигналов в целях диагностики могут быть использованы и иные датчики, например служащие для независимого обнаружения движения катушки, или дополнительные, "избыточные" датчики в управляющем механизме для целей добавочной проверки. Наличие функции диагностики существенно повышает безопасность при работе страховочного устройства. Хотя риск возникновения неисправности может быть мал, ее потенциальные последствия могут быть серьезны, включая серьезные повреждения или даже смерть верхолаза. Например, если катушка в результате неисправности бесконтрольно выдает веревку, верхолаз может быть опущен с опасной высоты без какой-либо защиты. Поэтому страховочное устройство по изобретению в отсутствие соответствующей системы самодиагностики едва ли могло бы получить необходимое официальное разрешение на применение.
Электронная система управления и диагностики предпочтительно является программируемой. Инвертор, служащий для управления скоростью и направлением вращения катушки, также предпочтительно является программируемым. Наличие программируемой электронной системы управления и программируемого инвертора позволяет обеспечить широкую функциональность системы управления, тогда как возможности оперативного управления скоростью и направлением вращения катушки могут быть практически безграничны. Это позволяет адаптировать режим работы страховочного устройства по изобретению к конкретным условиям и используемым типам лазанья просто путем перепрограммирования электронной системы управления и диагностики.
При этом должно быть понятно, что термин "веревка для лазанья" (сокращенно "веревка") охватывает любые виды шнуров, тросов и аналогичных средств, способных выдерживать вес верхолаза в случае падения. Например, веревка для лазанья может быть изготовлена из натуральных или синтетических волокон, тканевой ленты или стальной проволоки. Поскольку страховочное устройство по изобретению может эффективно применяться с традиционной веревкой для лазанья, лазанье с его использованием хорошо имитирует лазанье с напарником, пользующимся такой веревкой.
Управляющий механизм может быть сконструирован или запрограммирован таким образом, что в режиме лазанья катушка начинает наматывать на себя веревку, как только у веревки появляется слабина. При этом веревка будет сматываться с катушки и выдаваться верхолазу, когда веревка испытывает силу натяжения, меньшую, чем вес верхолаза. При такой схеме веревка имеет нужное натяжение при лазании с верхней или с нижней страховкой, а у верхолаза имеется возможность выбрать веревку на себя, если этого требует выполнение определенного маневра по поверхности для лазанья.
Однако для повышения безопасности, особенно в отношении неопытных верхолазов, может оказаться целесообразным ограничить возможности катушки. Например, при лазании с верхней страховкой режим лазанья может включать только сматывание веревки на катушку при наличии слабины и остановку катушки после выборки слабины, т.е. при небольшом натяжении веревки она не выдается (не сматывается с катушки). Данный вариант не позволяет верхолазу выбрать отрезок веревки с катушки, что могло бы сделать защиту верхолаза недостаточной в случае его срыва.
Из соображений безопасности в тех вариантах изобретения, в которых управляющий механизм по-разному управляет катушкой при лазаний с верхней страховкой и нижней страховкой, страховочное устройство целесообразно снабдить предохранительным средством (таким как ключ/замок или электронный кодовый замок), предотвращающим попытку использования устройства в режиме, не соответствующем применяемому методу лазания (с верхней или с нижней страховкой).
Если с катушки был смотан большой отрезок веревки, который не испытал натяжения в процессе лазанья, его будет необходимо снова намотать на катушку для следующего использования устройства. Было обнаружено, что в подобных ситуациях веревка может неплотно наматываться на катушку, если в процессе сматывания к ней не прикладывается никакое натяжение. Неплотно намотанные (свободные) витки веревки могут цепляться за механизм страховочного устройства и мешать правильному и надежному его функционированию. Поэтому страховочное устройство по изобретению может быть снабжено механизмом с прижимным роликом, выполненным с возможностью создавать натяжение между веревкой, наматываемой на катушку, и катушкой. Данный механизм используется, только когда выбран специальный режим сматывания, чтобы не создавать помех для нормальной работы управляющего механизма, которая зависит от натяжения веревки. Механизм с прижимным роликом способствует равномерному, упорядоченному укладыванию веревки на катушку при наматывании.
Если это необходимо, например, в случае использования страховочного устройства по изобретению с очень длинной веревкой, особенно тонкой, типа стального кабеля, оно может быть снабжено специальным механизмом, контролирующим укладку веревки на катушку. Подобные устройства хорошо известны применительно к сматыванию очень длинных отрезков кабеля или веревки. Такой механизм может, например, содержать направляющую, которая натягивает веревку и осуществляет в процессе намотки возвратно-поступательное перемещение по ширине катушки для того, чтобы задавать положение витков веревки в процессе их наматывания на катушку.
При использовании страховочного устройства по изобретению оно обеспечивает постоянное натяжение веревки. При лазании с верхней страховкой управляющий механизм включает электродвигатель катушки для сматывания на нее веревки при каждом появлении слабины, т.е. при отсутствии натяжения. Это эффективно имитирует ситуацию, в которой за верхолазом следит напарник, поддерживающий веревку натянутой, чтобы в случае срыва верхолаза его свободное падение до того, как его удержит страховка, не могло произойти на значительное расстояние. В случае срыва управляющий механизм по изобретению переключается в режим падения и обеспечивает остановку катушки.
Если катушка приводится во вращение электродвигателем, связанным с ней непосредственно через коробку передач, то в зависимости от передаточных отношений, использованных в приводе, включающем электродвигатель и коробку передач, сорвавшийся верхолаз будет либо удержан веревкой страховочного устройства вблизи точки, в которой произошел срыв, либо вес верхолаза будет достаточным, чтобы привести во вращение катушку, коробку передач и электродвигатель с постепенным опусканием верхолаза на землю. Желательно выбрать привод таким, чтобы он удерживал верхолаза вблизи точки его срыва. В этом случае сорвавшийся верхолаз может снова закрепиться на поверхности для лазанья, чтобы продолжить лазанье. Альтернативно он может активировать режим спуска с помощью пульта дистанционного управления, как это будет описано далее, чтобы спустить себя на землю, при этом катушка работает от привода. Должно быть понятно, что веревка не должна сматываться с катушки, когда верхолаз поднимается вверх по поверхности для лазанья или находится в стационарном положении, например, стоя на поверхности для лазанья или удерживаясь на ней. Это могло бы привести к наличию большой слабины веревки, т.е. верхолаз не был бы надежно защищен в случае падения. Соответственно, при нормальной работе управляющий механизм производит спуск только в случае, когда веревка натянута весом верхолаза.
Управляющий механизм согласно изобретению предпочтительно содержит также таймер, автоматически запускающий, после истечения регулируемого периода времени, режим спуска, чтобы безопасно опустить верхолаза на землю, когда натяжение веревки соответствует весу верхолаза.
Такой автоматический спуск верхолаза, натягивающего веревку своим весом, по истечении заданного периода времени особенно удобен при обучении лазанью детей или новичков. Им не требуется применять дистанционное управление, чтобы спуститься после того, как они потратили определенное время, пытаясь совершить подъем. Поскольку скорость спуска является малой и контролируемой, они могут, если захотят, снова закрепиться на поверхности для лазанья без ослабления безопасности. Режим спуска прекращается сразу же, как только вес верхолаза больше не создает натяжения веревки, так что управляющий механизм начинает функционировать в нормальном режиме, т.е. удерживать веревку натянутой. По желанию заданное время можно установить равным нулю, так что опускание будет начинаться всегда, когда натяжение веревки создается весом верхолаза.
Страховочное устройство по изобретению предпочтительно содержит пульт дистанционного управления, способный инициировать, в первом режиме своего функционирования, работу страховочного устройства и подачи, во втором режиме, сигнала на управляющий механизм, инициирующий разматывание веревки для осуществления спуска. Предпочтительно пульт дистанционного управления является беспроводным. Может иметься также дублирующий пульт (беспроводной или подключенный по проводам), чтобы, когда это необходимо, например в критических ситуациях, устройством мог управлять ассистент. Пульт дистанционного управления может быть удобно закреплен на снаряжении или одежде верхолаза. При этом отпадает необходимость в напарнике или ассистенте на любой стадии лазанья. Дистанционное управление может быть запрограммировано таким образом, чтобы верхолаз мог останавливаться во время подъема. Такая особенность позволяет верхолазам повторно закрепиться в заданной точке на стене, чтобы возобновить лазанье. Данное решение полезно и в промышленных применениях, когда требуется находиться в определенной точке соответствующей структуры.
Необходимо также учесть, что в некоторых обстоятельствах, например при обслуживании искусственной поверхности для лазанья, желательно, чтобы катушка могла действовать как подъемное устройство, поднимающее лицо, производящее обслуживание. В подобных случаях стандартные режимы работы катушки могут быть отменены, например, введением ключа или кода с пульта дистанционного управления с получением доступа к дополнительному режиму (режиму подъема) управляющего механизма страховочного устройства по изобретению. Данный режим допускает наматывание веревки, испытывающей натяжение. Применение страховочного устройства по изобретению в качестве подъемного устройства может оказаться полезным и для многих промышленных применений. При использовании катушки с соответствующим приводом (обладающим достаточным крутящим моментом) страховочное устройство по изобретению можно применять и для подъема различных грузов, например строительных материалов, тогда как еще одно устройство поддерживает верхолаза, который должен использовать данные материалы. Аналогично с помощью устройства по изобретению верхолаз может быть доставлен непосредственно в требуемую точку. Из соображений безопасности при подъеме верхолаза предпочтительно пользоваться двумя веревками. Применяемая в этом случае катушка страховочного устройства разделена на две отдельные секции. Каждая из таких секций может быть снабжена отдельной веревкой, так что в одном страховочном устройстве могут использоваться две совместно используемые веревки. Альтернативно можно использовать два устройства по изобретению так, чтобы веревка каждого из них была прикреплена к поднимаемому верхолазу. Каждое из этих двух устройств может быть установлено на одном из углов фасада здания. Такое решение позволяет поднять верхолаза к любой точке по высоте и ширине здания за счет управления наматыванием веревки индивидуально для каждой из пространственно удаленных катушек.
При использовании устройства в промышленных применениях система дистанционного управления также может быть снабжена таймером, что позволит арендовать страховочное устройство с расчетом оплаты по времени использования.
При использовании для поддержки лазанья с верхней страховкой страховочное устройство со свисающей вниз веревкой может быть установлено в верхней точке маршрута подъема. Однако предпочтительно установить устройство на земле. Для использования в этом случае катушки при лазании с верхней страховкой веревка перекидывается через блок, закрепленный в верхней точке маршрута подъема. Установка катушки у начала маршрута облегчает доступ к ней для обслуживания, а также позволяет применять страховочное устройство по изобретению для лазанья с нижней страховкой. В некоторых ситуациях, например при применении страховочного устройства для обеспечения безопасности верхолаза, работающего снаружи здания, страховочное устройство может быть установлено с возможностью перемещения на рельс или на направляющую. Такое решение может быть использовано, в частности, в центре скалолазания, в котором страховочное устройство, используемое при лазании с верхней страховкой, может быть установлено на рельс, проложенный по верхнему краю стены, используемой для лазанья.
При этом страховочное устройство можно установить на конкретном выбранном маршруте подъема на стену. Кроме того, такая установка страховочного устройства позволит легко перемещать его (например, используя колеса, движущиеся по рельсам) по заданной траектории, например вдоль верхнего края здания. В результате, используя страховочное устройство, можно получить доступ к любой точке здания. По желанию, возможно дистанционное управление перемещением устройства. Если желательно, чтобы верхолаз двигался по заданному маршруту, возможно с изменением высоты, страховочное устройство можно запрограммировать на перемещение вдоль рельса и на наматывание веревки на катушку или разматывание с нее в соответствии с выбранным маршрутом. В других применениях, например при уходе за деревьями или другими объектами, страховочное устройство по изобретению легко монтируется для обеспечения мобильности на грузовике или ином транспортном средстве.
Когда устройство используется при лазании с нижней страховкой, веревка удерживается натянутой и выдается (сматывается с катушки) только, когда верхолаз поднимается, т.е. веревка имеет некоторое натяжение. В случае падения верхолаза управляющий механизм переключает катушку в режим падения или спуска, так что верхолаз сразу же "зависает" на веревке, зафиксированной относительно самой верхней точки расположения элементов устройства. После этого он может быть опущен на землю с заданной (безопасной) скоростью аналогично тому, как это происходит при верхней страховке.
При лазании с нижней страховкой особенно важно обеспечить точное управление натяжением веревки, а также операциями ее сматывания на катушку и с катушки. В отличие от лазанья с верхней страховкой управляющий механизм должен позволять верхолазу вытянуть какой-то отрезок веревки из катушки, чтобы он мог в процессе лазанья поднимать веревку для ее прощелкивания ("навешивания") через точку промежуточной страховки (такую как временный или постоянный анкерный крюк или приспособление для "быстрой протяжки"). Данная операция "вытягивания" отрезка веревки должна производиться быстро, с примерно удвоенной скоростью по сравнению с нормальным функционированием. Однако процесс вытягивания веревки не должен активировать отключающий переключатель, который может заставить катушку выдать еще больше веревки или остановить катушку. Аналогично, когда веревка была прощелкнута в точке промежуточной страховки, устройство должно обеспечить сматывание на катушку любого избытка выпущенной веревки, чтобы обеспечить возврат к ситуации натянутой веревки. Испытания показали, что вышеописанная электронная система управления обеспечивает точное управление, необходимое для оптимальной безопасности и функциональности при лазании с нижней страховкой.
Управляющий механизм может содержать:
шарнирную ось, выполненную и установленную таким образом, что в процессе использования страховочного устройства катушка, связанная с приводом, находится в своем первом положении, когда веревка не испытывает натяжения, и поворачивается вокруг данной шарнирной оси в свое второе положение, когда веревка натянута;
по меньшей мере, один переключатель для управления приводом катушки, срабатывающий, в процессе функционирования страховочного устройства, когда катушка, связанная с приводом, перемещается между первым и вторым положениями,
и отключающий переключатель, выполненный с возможностью активироваться в процессе работы устройства, когда веревка испытывает силу натяжения, по существу, равную или превышающую вес верхолаза, пристегнутого к веревке, и обеспечить катушке возможность начать выпуск веревки.
В предпочтительном варианте катушка шарнирно поворачивается вокруг горизонтальной оси, а шарнирная ось расположена вблизи точки равновесия катушки и связанного с ней электродвигателя, но не точно в указанной точке. В этом случае катушка наклонена относительно горизонтали, причем обычно один ее конец опирается на опору (или на землю). Когда к веревке прикладывается натяжение, катушка поворачивается во второе положение, возвращаясь под действием силы тяжести в первое положение, когда веревка перестает быть под натяжением.
Разумеется, возможны и другие варианты выполнения управляющего механизма. Например, шарнирная ось может поворачивать катушку вокруг вертикальной оси, когда веревка оказывается под натяжением. В этом случае, когда веревка перестает быть под натяжением, катушка возвращается в свое первое положение под действием упругого смещающего компонента, выбранного из группы, включающей пружину, гидравлическое устройство, создающее натяжение; механическое устройство, создающее натяжение, и пневматическое устройство, создающее натяжение.
Переключатель (переключатели), используемый (используемые) для управления функционированием катушки, могут являться микропереключателем (микропереключателями), расположенным (расположенными) в точке (точках) контакта между концом (концами) катушки и соответствующей опорой или землей. Микропереключатель срабатывает при наклоне катушки, под ее давлением в момент ее контакта с землей или опорой. В управляющем механизме могут использоваться и альтернативные переключатели, срабатывающие при наклоне.
При лазании с верхней страховкой переключатели работают таким образом, чтобы обеспечить втягивание веревки (сматывание на катушку), когда она не натянута, а катушка находится в первом положении. Когда веревка натянута и катушка переходит во второе положение, срабатывание переключателя (переключателей) обеспечивает остановку катушки. Для обеспечения плавности операций, т.е. непрерывного втягивания веревки, когда верхолаз поднимается, и почти немедленной остановки катушки, когда верхолаз делает паузу в подъеме, желательно, чтобы диапазон наклона катушки вокруг шарнирной оси был мал. В типичном случае он может составлять всего 5 мм.
При лазании с нижней страховкой переключатели управляют иными действиями. Веревка выпускается, когда находится под небольшим натяжением, останавливается, когда имеется слабина или когда натяжение, по существу, равно или превышает вес верхолаза. Отключающий переключатель срабатывает, когда к веревке приложен вес верхолаза, т.е. когда страховочное устройство переключается в режим падения или спуска. В этом случае может оказаться желательным или необходимым спуск верхолаза на землю. Отключающий переключатель посылает сигнал в электронную систему управления и диагностики, которая выдает разрешение на спуск, например, когда спуск разрешен таймером или когда поступает команда от пульта дистанционного управления, имеющегося у верхолаза, как это описано выше.
Отключающий переключатель может содержать смещающее средство, которое препятствует срабатыванию переключателя (например, микропереключателя), пока к веревке не будет приложен, по меньшей мере, вес верхолаза и ее натяжение сместит катушку из ее исходного положения, что приведет к срабатыванию переключателя. Смещающее средство может, например, содержать пружину сжатия или противовес.
Могут быть предложены и иные механизмы для отключающего переключателя. Например, катушка может быть освобождена для выдачи веревки по сигналу датчика нагрузки или тензодатчика, измеряющего нагрузку, приложенную к катушке и веревке. Если в приводе катушки использован электродвигатель, может быть применено электронное средство мониторинга нагрузки на электродвигатель.
Управляющий механизм предпочтительно содержит также пульт дистанционного управления, служащий для включения привода катушки и для отключения нормального режима работы управляющего механизма, когда это необходимо, например, для проведения обслуживания, как это описано выше.
Управляющий механизм предпочтительно содержит:
управляющий рычаг, приводимый в действие посредством веревки, и смещающее средство, причем указанный рычаг и смещающее средство выполнены таким образом, что при использовании страховочного устройства рычаг удерживается смещающим средством в первом положении, когда веревка не находится под натяжением, и переходит во второе положение, когда веревка становится натянутой;
по меньшей мере, один переключатель для управления приводом катушки, срабатывающий при переходе управляющего рычага между указанными первым и вторым положениями, и
отключающий переключатель, активирующийся, когда веревка испытывает усилие натяжения, по существу, равное или превышающее вес верхолаза, прикрепленного к веревке, и обеспечивающий при использовании устройства выдачу веревки с катушки до ослабления натяжения.
Переключатель (переключатели), срабатывающий (срабатывающие) в результате движения управляющего рычага, может (могут) представлять собой микропереключатель (микропереключатели), срабатывающий (срабатывающие) при контакте с этим рычагом. В качестве альтернативы может быть применен потенциометр, который может быть установлен на подшипнике барабана катушки и реагировать на движения управляющего рычага, обеспечивая непрерывную обратную связь в отношении положения и/или движения рычага для программируемой электронной системы управления. Данный вариант обеспечивает сокращение количества подвижных элементов и повышение чувствительности к движению управляющего рычага.
Смещающее средство может, например, представлять собой груз или грузы, стремящиеся удержать управляющий рычаг в его первом положении. В этом случае чувствительность управляющего механизма может быть настроена для различных ситуаций изменением количества или размеров установленных в нем грузов. При испытаниях страховочного устройства по изобретению с применением рычажного управляющего механизма было обнаружено, что для различных ситуаций при лазании оптимальный вес грузов может варьировать в широких пределах (от 1 кг до 9 кг применительно к использованному оборудованию), особенно в зависимости от трения, испытываемого веревкой на поверхности для лазанья и при прохождении через промежуточные точки страховки.
В качестве удобной альтернативы грузам смещающее средство может содержать исполнительный элемент с электрическим приводом, который воздействует на смещающий компонент, прикладывающий к управляющему рычагу изменяющуюся нагрузку. Достоинство такого решения состоит в том, что его легко настроить на оптимальную нагрузку, прикладываемую к управляющему рычагу в конкретной ситуации. Когда верхолаз готовится к подъему на стену или на небольшое препятствие, он может воспользоваться контроллером (например, поворачивая имеющуюся на нем рукоятку), чтобы плавно повышать нагрузку, прикладываемую к данному рычагу исполнительным элементом вместе со смещающим компонентом. Когда веревка только начинает двигаться вверх, наматываясь на катушку, можно задать нагрузку на рычаг таким образом, чтобы скомпенсировать трение, испытываемое веревкой. В случае создания переменной нагрузки на управляющий рычаг посредством исполнительного элемента с электрическим приводом и смещающего компонента, использование потенциометра для определения перемещения рычага (как это описано выше) является особенно эффективным. Электронная система управления и диагностики может быть использована для создания, с помощью смещающего компонента, возрастающего сопротивления движению управляющего рычага.
В качестве альтернативы конструкции, в которой электродвигатель приводит во вращение катушку непосредственно через коробку передач, в приводную цепь может быть встроен муфтовый механизм. Например, электродвигатель может через коробку передач постоянно вращать приводной вал, с которым катушка функционально связывается только, когда активируется узел муфты (например, электромагнитная муфта), чтобы осуществить сцепление с приводным валом. В такой схеме для управления муфтой может быть, например, использован управляющий механизм, содержащий управляющий рычаг и смещающее средство (как это описано выше).
Данный вариант может применяться при лазании как с верхней, так и с нижней страховкой.
При лазании с верхней страховкой, когда веревка не находится под натяжением, управляющий механизм активирует муфту, и катушка приводится во вращение, чтобы выбрать слабину веревки. Когда веревка находится под натяжением, муфта расцепляется с приводным валом, заставляя катушку остановиться.
При лазании с нижней страховкой, когда веревка находится под натяжением (недостаточным для срабатывания отключающего переключателя), муфта сцепляется с приводным валом, чтобы осуществить выпуск веревки. Когда веревка не находится под натяжением, муфта расцепляется с приводным валом, так что катушка останавливается.
Поскольку в этом варианте катушка не соединена непосредственно с коробкой передач и электродвигателем, у нее нет ограничений против быстрого вращения с выдачей веревки, когда ее натягивает вес верхолаза. В связи с этим, чтобы предотвратить бесконтрольный спуск при срабатывании отключающего переключателя управляющего механизма под действием приложенного к веревке веса верхолаза, муфта получает команду на быстрое чередование сцепления и расцепления с приводным валом. Такой режим приводит к постепенному спуску верхолаза на землю, поскольку катушка вращается под действием веса верхолаза, но при этом и тормозится за счет кратковременных подключений к приводному валу через муфту.
Данное решение дает особое преимущество: оно позволяет использовать более одной катушки в сочетании с единственным электродвигателем. Электродвигатель обеспечивает постоянное вращение приводного вала, с которым могут связываться несколько катушек, взаимно смещенных, например, вдоль верхнего края стены, используемой для лазанья с верхней страховкой в закрытом помещении. Каждая катушка, когда это требуется, подключается к приводному валу через муфту под контролем управляющего механизма, как это описано выше. Такое решение позволяет заниматься лазаньем нескольким верхолазам без использования отдельного электродвигателя для каждого из них. Кроме того, когда веревка натягивается весом верхолаза, спуск осуществляется автоматически, не требуя никакой команды от пульта дистанционного управления.
Краткое описание чертежей
Другие предпочтительные особенности и достоинства изобретения станут ясны из нижеследующего подробного описания некоторых его вариантов, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан вариант страховочного устройства по изобретению, настроенного для лазанья с верхней страховкой.
Фиг.2а-2с схематично иллюстрируют применение страховочного устройства по изобретению при лазании с верхней страховкой и с нижней страховкой.
На фиг.3 (3a-3b) представлен еще один вариант страховочного устройства по изобретению с альтернативным управляющим механизмом.
На фиг.4 показан вариант страховочного устройства по изобретению, в котором единственный электродвигатель приводит во вращение три катушки, подключаемые к нему посредством муфт.
На фиг.5 показан еще один вариант страховочного устройства по изобретению.
На фиг.6 представлен еще один вариант страховочного устройства, снабженный механизмом с прижимным роликом.
Фиг.7а, 7b схематично иллюстрируют использование страховочных устройств по изобретению для обеспечения доступа к фасаду здания.
Сходные элементы имеют сходные обозначения на всех чертежах.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан вариант страховочного устройства по изобретению. Страховочное устройство 1 содержит электродвигатель 2, который через коробку 8 передач приводит во вращение центральный вал 4 катушки 6. К катушке 6 прикреплена веревка 9 для лазанья (на фиг.1 для ясности показано лишь несколько витков этой веревки).
Катушка, электродвигатель и коробка передач установлены на люльке 10, у которой имеется несущая пластина 12. Несущая пластина 12 установлена на горизонтальной шарнирной оси 14, которая расположена рядом с точкой 16 равновесия устройства, но не точно в ней. Поэтому в отсутствие нагрузки, приложенной через веревку 9 для лазанья, люлька 10 наклонена под тяжестью устройства и опирается на опору 18. Когда веревка 9 натянута, люлька 10 поворачивается до упора во вторую опору 19.
В рассматриваемом примере страховочное устройство 1 рассчитано на установку в верхней точке маршрута для использования при лазании с верхней страховкой, когда веревка 9 для лазанья выпускается вниз через прорезь 20 в несущей пластине 12.
Блок 21 управления содержит электронную систему 22 управления и диагностики и инвертор 23, который управляет работой электродвигателя 2. При использовании устройства 1, когда веревка 9 не находится под натяжением (т.е. имеет слабину, провисает), люлька лежит на опоре 18, так что микропереключатель 24, закрепленный на несущей пластине 12, между ней и опорой 18, срабатывает от контакта с опорой. Микропереключатель 24 выдает сигнал в электронную систему 22 управления и диагностики, которая командует инвертору 23 активировать электродвигатель 2, чтобы смотать веревку 9 на катушку 6. Когда веревка 9 оказывается натянутой, т.е. когда ее слабина полностью выбрана, страховочное устройство 1 поворачивается вокруг оси 14 до тех пор, пока она не упрется во вторую опору 19. При этом в результате контакта несущей пластины 12 со второй опорой 19 второй микропереключатель 28 подаст в электронную систему 22 управления и диагностики сигнал на остановку электродвигателя 2.
На второй опоре 19 установлен также отключающий блок 30, содержащий пружину сжатия и третий микропереключатель.
Когда натяжение веревки 9 ослабнет (т.е. когда верхолаз взберется выше), страховочное устройство повернется под влиянием силы тяжести и снова упрется в первую опору 18, так что срабатывание микропереключателя 24 вновь инициирует сматывание веревки на катушку. Описанное качание устройства 1 вокруг оси 14 по мере натягивания и ослабления веревки 9 в результате действий верхолаза используется для управления катушкой 6 с целью удерживания веревки 9 натянутой должным образом в процессе лазанья.
В случае срыва (падения) верхолаза веревка 9 натянется под действием веса верхолаза, так что страховочное устройство 1 повернется вокруг оси 14 до упора на вторую опору 19, сработает второй микропереключатель 28 и электродвигатель 2 будет остановлен (обесточен). Передаточные отношения шестерен в коробке 8 передач подобраны таким образом, чтобы удержать верхолаза зависшим на веревке без изменения его положения. Натяжение веревки 9 под действием веса верхолаза сжимает пружину, позволяя сработать третьему, отключающему микропереключателю, входящему в состав отключающего блока 30. Срабатывание отключающего переключателя делает возможным осуществить спуск. Если сорвавшийся верхолаз хочет спуститься, он может использовать имеющийся у него пульт дистанционного управления (не изображен), чтобы передать в электронную систему 22 управления и диагностики сигнал на начало разматывания веревки 9 катушкой 6.
Аналогично, когда верхолаз, завершивший подъем, хочет спуститься, он просто отстраняется от поверхности, по которой поднимался, чтобы натянуть своим весом веревку 9 и тем самым вызвать срабатывание отключающего блока 30. Затем он использует свой пульт дистанционного управления, чтобы инициировать разматывание веревки.
Фиг.2а иллюстрирует общий принцип использования страховочного устройства 1 по фиг.1 при лазании с верхней страховкой. Страховочное устройство 1 расположено на верхнем краю поверхности 32 для лазанья. Верхолаз 34 взбирается по поверхности для лазанья, будучи пристегнутым к веревке 9, связанной со страховочным устройством 1. Веревка 9 поддерживается натянутой за счет ее контролируемого сматывания (втягивания) страховочным устройством, как это было описано выше со ссылкой на фиг.1. У верхолаза 34 имеется беспроводной пульт 38 дистанционного управления, который он использует для того, чтобы активировать страховочное устройство 1 при начале лазания и чтобы инициировать спуск (разматывание веревки), когда под действием веса верхолаза веревка натягивается и заставляет сработать отключающий переключатель.
На фиг.2b представлена альтернативная схема лазания с верхней страховкой, в которой страховочное устройство 1 расположено у нижнего края поверхности 32 для лазанья. Веревка 9 поднимается вверх и огибает блок 40, расположенный на верхнем краю указанной поверхности, а затем опускается к верхолазу 34.
На фиг.2с иллюстрируется лазанье с нижней страховкой. Верхолаз 34 поднимается по поверхности 32 для лазанья, периодически фиксируя ("прощелкивая") веревку 9 в карабинах 42, надежно закрепленных на поверхности для лазанья. В этом случае блок управления страховочного устройства 1 обеспечивает выпуск веревки 9, когда она натянута, т.е. когда она вытягивается верхолазом, за исключением случая, когда сила натяжения, по существу, равна или превышает вес верхолаза. В данной схеме режим падения или спуска запускается при срабатывании отключающего переключателя, блокирующего катушку на страховочном устройстве 1. После этого верхолаз, если он этого хочет, может инициировать спуск, обеспечивая с помощью пульта 38 дистанционного управления разматывание веревки 9, которая безопасно опустит верхолаза на землю.
На фиг.3 представлен еще один вариант страховочного устройства согласно изобретению, в котором управление катушкой посредством качания узла, содержащего катушку, коробку передач и электродвигатель, заменено движением рычага. Катушка 6 установлена в подшипниках 44 несущей люльки 10, расположенных по обоим концам приводного вала 4 катушки. Для большей наглядности электродвигатель и коробка передач, приводящие во вращение вал 4 катушки, не изображены. На виде сбоку (фиг.3а) показана только веревка 9 (тогда как несущая ее катушка не изображена). С обоих концов катушки в несущей люльке 10 на шарнирных осях 48 установлены две L-образные детали 46, так что обе эти детали могут поворачиваться вокруг оси, параллельной валу 4 катушки, из первого положения (показанного на фиг.3а сплошными линиями) во второе положение (показанное на фиг.3а штриховыми линиями).
L-образный профиль каждой из двух деталей 46 образован, по существу, вертикальным плечом 50 и, по существу, горизонтальным плечом 52. Детали 46 связаны одна с другой горизонтальным роликом 54, закрепленным каждым своим концом на верхнем конце вертикального плеча 50 каждой из L-образных деталей 46 с образованием управляющего рычага 56. Указанные вертикальные плечи имеют достаточную длину, так что ролик 54 расположен с зазором над катушкой и намотанной на нее веревкой 9 для лазанья, даже когда веревка 9 полностью намотана на катушку.
По существу, горизонтальные плечи 52 L-образных деталей 46 выполняют функцию грузов, которые стремятся повернуть управляющий рычаг 56 вокруг осей 48 в первое положение, в котором одно из вертикальных плеч 50 находится в контакте с микропереключателем 58, обеспечивая его срабатывание.
Веревка 9 для лазанья намотана на катушку 6 и проведена вокруг ролика 54 узла рычажного управляющего механизма, а затем вокруг фиксированного ролика 60, с которого она подается верхолазу (не изображенному на данном чертеже). Фиксированный ролик 60 установлен на несущей люльке 10 с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, которая параллельна оси ролика 54 рычажного управляющего механизма на основе управляющего рычага 56, когда он находится в своем первом положении, но смещена относительно ее в горизонтальном направлении. Это направление смещения фиксированного ролика 60 противоположно направлению, в котором управляющий рычаг движется под воздействием горизонтальных плеч (грузов) L-образных деталей.
При применении устройства для лазанья с верхней страховкой, когда веревка 9 не находится под натяжением, узел рычажного управляющего механизма удерживается в первом положении, так что микропереключатель 58 включен и подает сигнал в электронную систему 22 управления и диагностики на включение электродвигателя и коробки передач, чтобы намотать веревку 9 на катушку 6 (выбрать слабину). Когда веревка 9 становится натянутой, ее участок между фиксированным роликом 60 и катушкой оттягивает узел рычажного управляющего механизма во второе положение, в котором в результате контакта с вертикальным плечом 50 одной из L-образных деталей 46 срабатывает второй микропереключатель 62. По его сигналу электронная система 22 управления и диагностики останавливает электродвигатель и катушку 6.
Когда натяжение веревки 9 ослабеет (при дальнейшем подъеме верхолаза), управляющий рычаг 56 снова возвращается в свое первое положение под воздействием горизонтальных плеч 52 (грузов) L-образных деталей 46. Таким образом, движения управляющего рычага 56 между своими первым и вторым положениями по мере натяжения и ослабления веревки 9 в результате активности верхолаза используются для управления катушкой 6 с целью удерживания веревки 9 при требуемом натяжении в процессе лазанья с верхней страховкой.
Имеется также отключающий переключатель 64, срабатывающий, когда натяжение веревки становится равным или превышающим вес верхолаза. В рассматриваемом примере сигнал на блок управления 21 о переходе в режим спуска выдается датчиком, измеряющим нагрузку на катушку. Если после перехода устройства в режим спуска (т.е. при остановленной катушке) натягивающий веревку верхолаз захочет быть спущенным, он выдает с помощью беспроводного пульта дистанционного управления сигнал в блок управления на включение электродвигателя для разматывания веревки, которая спустит верхолаза на землю.
При лазании с нижней страховкой отклик катушки 6 на положение управляющего рычага 56 изменяется на обратный, т.е. электронная система 22 управления и диагностики перепрограммируется на другую реакцию на сигналы микропереключателей. Более конкретно, катушка 6 выдает веревку, когда она натянута (когда рычажный управляющий механизм находится во втором положении), т.е. во время подъема верхолаза. И, наоборот, катушка тормозится, когда веревка 9 не натянута (рычажный управляющий механизм находится в первом положении).
В этом варианте при лазании с нижней страховкой отключающий переключатель 64 останавливает катушку 6, когда натяжение становится равным или превышающим вес верхолаза. Это позволяет верхолазу продолжать лазанье после срыва без потери высоты, обусловленной выдачей веревки сразу же после срыва.
На фиг.4 показан вариант страховочного устройства 1, предназначенный для установки в верхней точке поверхности для лазанья при лазании с верхней страховкой. При нормальном использовании электродвигатель 2 постоянно приводит во вращение вал 4, установленный в соответствующих подшипниках 66. Вал 4 несет три катушки 6 с веревками 9 для лазанья. При этом каждая из катушек может индивидуально подключаться к валу благодаря наличию электромагнитных муфт 68. Каждая электромагнитная муфта 68 по отдельности управляется соответствующим рычажным управляющим механизмом на основе управляющего рычага 56 (для наглядности показан только один такой механизм), аналогичным использованному в варианте по фиг.3. Рычажный управляющий механизм реагирует на натяжение соответствующей ему веревки 9, выдавая сигналы в электронную систему 22 управления и диагностики, которая управляет электромагнитной муфтой 68, заставляя ее связать катушку 6 с приводным валом или отключить ее от вала.
При использовании устройства каждая катушка 6 с помощью своей муфты 68 подключается к валу 4, когда соответствующая ей веревка 9 не находится под натяжением, так что эта веревка наматывается на катушку 6. Когда веревка находится под натяжением, рычажный управляющий механизм перемещается и в электронную систему 22 управления и диагностики поступает сигнал на расцепление муфты 68 с валом, т.е. на остановку наматывания веревки. Если же натяжение равно весу верхолаза или превышает его, датчик, определяющий нагрузку на катушку (в составе отключающего переключателя 64), подает в электронную систему 22 управления и диагностики сигнал на переход в режим спуска. В этом режиме электромагнитная муфта 68 попеременно быстро связывает катушку 6 с приводным валом 4 и отключает ее от него. Вес верхолаза, пристегнутого к веревке, заставляет катушку 6 выдавать веревку 9. Однако скорость спуска ограничивается до безопасного значения за счет торможения, имеющего место при кратковременном подключении, посредством муфты 68, катушки 6 к валу 4.
На фиг.5 показан еще один вариант страховочного устройства по изобретению, в основном, аналогичный варианту по фиг.3. Однако здесь нет грузов, служивших для удерживания управляющего рычага 56 в его первом положении, а обнаружение его перемещения обеспечивается иными средствами. Более конкретно, управляющий рычаг 56 удерживается в первом положении пружиной 70, связанной с ним через блок 72. Усилие, создаваемое пружиной 70, может регулироваться с помощью исполнительного элемента 74, управление которым осуществляет электронная система 22 управления и диагностики (не изображена, см. фиг.3b). В этом случае вместо микропереключателей положение и перемещение управляющего рычага 56 определяются потенциометром 76, установленным на подшипник катушки 6 и посылающим сигналы в электронную систему 22 управления и диагностики (см. фиг.3b), управляющую функционированием катушки и исполнительного элемента 74. Использование потенциометра 76 способно обеспечить большую чувствительность (и, следовательно, более точное управление), чем вариант с микропереключателями.
На фиг.6 показан еще один вариант, аналогичный представленному на фиг.3. Здесь имеется прижимной ролик 76, установленный на шарнирной оси 78 и перемещаемый с помощью исполнительного элемента 80 с электрическим управлением по дуге, соответствующей стрелке А. Когда страховочное устройство 1 используется при лазании в нормальном режиме, прижимной ролик 76 отведен от фиксированного ролика 60 и не препятствует функционированию управляющего рычага 56. Когда отрезок веревки 9, не находящийся под натяжением, создаваемым верхолазом, нужно смотать на катушку (на фиг.6 не изображена, см. фиг.3b), страховочное устройство 1 переводится в режим наматывания на катушку. При этом исполнительный элемент 80 подводит прижимной ролик 76 вплотную к фиксированному ролику 60, чтобы зажать веревку в точке X. Это создает эффект натяжения веревки в процессе ее наматывания, гарантирующий, что при наматывании на катушке не образуется никаких петель.
На фиг.7а показаны два страховочных устройства 1, 1а по изобретению, расположенные на противоположных концах верхнего края стены 82 здания. Верхолаз 34 связан веревками 9, 9а с обоими страховочными устройствами 1, 1а. По команде беспроводного пульта дистанционного управления (не изображен) верхолаз 34 может быть поднят при одновременной работе страховочных устройств 1, 1а. Давая соответствующим страховочным устройством 1, 1а команды на сматывание различных отрезков каждой веревки 9, 9а, верхолаз может осуществлять траверс стены 82, а также подниматься или опускаться.
На фиг.7b показано страховочное устройство 1, установленное на рельсе 84, проложенном по верхней кромке стены 82 здания. Верхолаз 34 связан со страховочным устройством 1, содержащим разделенную на две секции катушку, двумя веревками 9, 9а. Вторая веревка обеспечивает дополнительную безопасность. Верхолаз может управлять катушкой страховочного устройства 1 для осуществления подъема или спуска, а также задавать перемещение страховочного устройства 1 вдоль рельса 84 с помощью соответствующего электродвигателя. В результате верхолаз 34 может достичь любой части стены 82 для выполнения действий по ее обслуживанию.
В описанные варианты могут быть внесены различные модификации, не выходящие за пределы настоящего изобретения.