ТУРНИКЕТ
TURNSTILE

Предлагаемое изобретение относится к турникетам-триподам с автоматической штангой антипаники и может быть использовано для контролируемого пропуска людей на пропускных пунктах различного назначения.
В случае чрезвычайных ситуаций, например при пожаре, существует необходимость обеспечения свободного прохода через турникет, что достигается обычно переводом штанги, занимающей горизонтальное положение и препятствующей проходу («проход закрыт»), в опущенное вертикальное положение («проход открыт»); такие штанги называют штангами антипаники, а механизм, который обеспечивает перевод штанги из положения «проход закрыт» в положение «проход открыт» и обратно - механизмом антипаники.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является «Турникет с автоматическими штангами» (патент US 5605015, кл. МПК: Ε06В 11/08, дата публ. 25.02.1997 г.), содержащий запорное устройство со ступицей, вращающейся вокруг оси под углом приблизительно 45 градусов к горизонту. Запорное устройство позволяет блокировать и разблокировать вращение ступицы в любом направлении. По меньшей мере две преграждающие штанги шарнирно закреплены на ступице так, что ось шарнира перпендикулярна продольной оси соответствующей штанги. Каждая штанга поворачивается между по существу горизонтальным положением «заперто» и опущенным положением, позволяющим беспрепятственный проход через турникет. Для каждой штанги имеется запорная планка, которая удерживает соответствующую штангу в запертом положении. Электромагнит имеет спусковое устройство во взведенном положении. При исчезновении питания электромагнит приводит в действие запирающий болт для поворота штанги в опущенное положение. При возобновлении подачи напряжения ступица начинает вращаться с помощью электродвигателя, что автоматически возвращает штанги в запертое положение.
Недостатком данного турникета является то, что в случае исчезновения питающего напряжения в момент, когда не одна из преграждающих штанг не занимает исходное горизонтальное положение, срабатывание электромагнита не приводит к опусканию штанги в положение «проход открыт» и требуется вручную повернуть ступицу штанг так, чтобы одна из штанг заняла горизонтальное положение. Кроме того, перевод преграждающей штанги из положения «проход открыт» в положение «проход закрыт» (возврат в рабочее положение) производится электроприводом путем вращения преграждающих штанг вокруг оси ступицы штанг; это делает невозможным применение данного устройства в электромеханических турникетах, при проходе через которые вращение штанг на некотором угле поворота ступицы штанг производится вручную.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании механизма антипаники для электромеханического турникета-трипода, который автоматически переводит турникет в состояние «проход открыт» как по команде тревоги, независимо от момента поступления такой команды, так и при исчезновении питания (авария энергоснабжения при пожаре) и автоматически восстанавливает штангу турникета в рабочее состояние «проход закрыт» по команде с удаленного устройства или при возобновлении электропитания.
Достижение указанного результата обеспечивается тем, что турникет содержит неподвижную стойку; жестко связанную со стойкой плиту механизма с подшипниковым узлом; вал, установленный с возможностью вращения в подшипниковом узле; жестко соединенную с валом ступицу с преграждающими штангами, каждая из которых выполнена с хвостовиком, содержащим зацеп; механизм позиционирования штанг; механизм блокировки вращения штанг; механизм антипаники, включающий узел удержания штанги в положении «проход закрыт», содержащий подпружиненный ригель, перемещающийся в направляющих ступицы штанг и взаимодействующий с зацепом штанг; устройство плавной доводки преграждающих штанг до исходного положения, датчик угла поворота, блок электронного управления, блок питания, световую и звуковую индикации, пульт дистанционного управления.
В соответствии с изобретением каждая из штанг снабжена зубчатым сектором, а механизм антипаники дополнительно снабжен следующими узлами и механизмами: механизмом опускания штанги, включающим электромагнит с подвижным якорем, связанным с подпружиненным рычагом с возможностью линейного и углового перемещения относительно этого рычага, имеющего неподвижную ось вращения и профильную поверхность для воздействия на ригель; узлом взвода механизма опускания штанги, обеспечивающим зубчато-реечное зацепление зубчатой рейки, движущейся в пазах стойки турникета, с приводом от мотор-редуктора, а также с помощью оси, жестко связанной с зубчатой рейкой, - подъем подпружиненного рычага с якорем в исходное положение; механизмом подъема штанги с двумя зубчато-реечными зацеплениями, выполненными с возможностью блокировки несанкционированного вращения ступицы со штангами в начале своего движения, а в конце - с возможностью взаимодействия с зубчатым сектором штанги; приводом, содержащим электрический мотор-редуктор, с выходным валом которого жестко соединен вал с зубчатыми шестернями, а также содержащим датчик углового положения вала и контроллер, при этом цикл работы привода включает вращение в одном направлении на угол, обеспечивающий подъем штанги в горизонтальное положение с одновременным взводом механизма опускания штанги, и затем обратное вращение на такой же угол для возврата привода в исходное положение.
Кроме того, мотор-редуктор снабжен редуктором, например цилиндрическим зубчатым, с передаточным отношением, допускающим передачу движения в обратном направлении от выходного вала к мотору с моментом, не превышающим максимальный крутящий момент мотор-редуктора.
Благодаря такой конструкции механизма антипаники обеспечен автоматический перевод турникета в состояние «проход открыт» как по команде тревоги, так и при исчезновении электропитания независимо от момента поступления такой команды и положения штанг в этот момент и автоматическое восстановление турникета в рабочее состояние «проход закрыт» по команде или при возобновлении электропитания турникета.
Турникет поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид турникета сбоку в положении штанги «проход закрыт»;
фиг. 2 - общий вид турникета сбоку в положении штанги «проход открыт»;
фиг. 3 - штанга антипаники турникета;
фиг. 4 - узел удержания штанги в положении «проход закрыт»;
фиг. 5, 6 - механизм опускания штанги в положении штанги «проход закрыт»;
фиг. 7, 8 - механизм опускания штанги в положении штанги «проход открыт»;
фиг. 9, 10 - узел взвода механизма опускания штанги в положении «начало взвода»;
фиг. 11, 12 - узел взвода механизма опускания штанги в положении «конец взвода»;
фиг. 13, 14 - механизм подъема штанги в положении «начало подъема»;
фиг. 15, 16 - механизм подъема штанги в положении «конец подъема»;
фиг. 17, 18 - привод механизма антипаники.
Дополнительным иллюстративным материалом является фиг. 19, где для большей наглядности представлен общий вид механизма антипаники в аксонометрии.
Турникет состоит из неподвижного корпуса 1, в верхней части которого расположен его механизм, включающий, кроме прочего, ступицу 2 с тремя прикрепленными к ней преграждающими штангами 3. В исходном рабочем положении одна из трех преграждающих штанг 3 занимает горизонтальное положение «проход закрыт» и служит препятствием для несанкционированного прохода (фиг. 1). При поступлении сигнала от кнопки тревоги или при исчезновении электропитания штанга падает, поворачиваясь на своей оси, жестко закрепленной в ступице, и устанавливается в вертикальное положение «проход открыт» (фиг. 2).
Механизм антипаники турникета-трипода состоит из нескольких узлов и механизмов:
- узел удержания штанги в положении «проход закрыт»;
- механизм опускания штанги;
- узел взвода механизма опускания штанги;
- механизм подъема штанги;
- привод механизма антипаники.
Конструкция штанги показана на фиг. 3; как видно, она включает, среди прочего, хвостовик 3.1 с зацепом 3.2, зубчатым сектором 3.3 и отверстием для оси поворота штанги 3.4, выполненные как одно целое. Зацеп 3.2 служит для удержания штанги в горизонтальном положении «проход закрыт», а зубчатый сектор 3.3 - для подъема штанги из положения «проход открыт» в положение «проход закрыт». Зацеп 3.2 сделан разрезным, состоящим из двух частей, для обеспечения возможности размещения других частей механизма антипаники (ригеля). Такую конструкцию имеют все три штанги турникета.
На фиг. 4 показан узел удержания штанги в положении «проход закрыт». Этот узел включает зацеп штанги 3.2, ось 4 поворота штанги 3, ригель 5 и пружины сжатия 6. Ось 4 поворота штанги 3 установлена в ступице 2 так, что штанга может вращаться вокруг этой оси. Ригель 5 имеет зацеп 5.1 и толкатель 5.2, выполненные как одно целое. Ригель 5 установлен в направляющих ступицы 2 с возможностью возвратно-поступательного движения вверх-вниз, при этом при отсутствии силового воздействия на ригель 5 пружины 6, нижние концы которых упираются в ступицу 2, поджимают ригель в крайнее верхнее положение, тем самым удерживая зацеп штанги 3.2 и штангу 3 от опускания под действием собственного веса в положение «проход открыт». В механизме используются две пружины 6 для возможности размещения по центру узла удержания штанги зубчатого сектора 3.3 штанги.
Механизм опускания штанги включает (фиг. 5 - фиг. 8) электромагнит 7, жестко закрепленный винтами 8 на кронштейне 9 плиты 10 механизма, жестко связанной с корпусом 1 турникета. Якорь 11 электромагнита 7 и жестко соединенная с якорем ось 12 связаны с рычагом 13 таким образом, что ось 12 свободно входит в отверстие рычага 13 с возможностью перемещения оси 12 вниз относительно рычага 13 до смыкания витков пружины сжатия 15; перемещение оси 12 вверх ограничивает упор 14, выполненный, например, в виде гайки, навинченной на ось 12. Пружина сжатия 15 необходима для компенсации кинематических погрешностей от износа деталей механизма антипаники в процессе эксплуатации. Рычаг 13 может качаться на оси 16, жестко установленной на плите 10 механизма. На рычаге 13 имеется фигурная поверхность 17, выполненная, например, в виде дуги окружности и предназначенная для плавного надавливания на толкатель 5.2 ригеля 5. Пружина растяжения 18 своим верхним зацепом 18.1 соединена с рычагом 13, а нижним 18.2 - со стойкой 19, жестко установленной на плите 10 механизма так, что пружина 18 стремится повернуть рычаг 13 против часовой стрелки (вниз).
На фиг. 5 и фиг. 6 показано положение механизма опускания штанги в исходном положении «проход закрыт» до поступления сигнала на открытие прохода, а на фиг. 7 и фиг. 8 - положение механизма опускания штанги в положении «проход открыт» после поступления сигнала на открытие прохода.
Работа механизма опускания штанги происходит следующим образом. Если на электромагните 7 имеется номинальное напряжение, он удерживает силой электромагнитного поля якорь 11 и связанный с якорем рычаг 13. При обесточивании электромагнита 7 его сила удержания уменьшается и пружина 18 поворачивает рычаг 13 против часовой стрелки, надавливая фигурной поверхностью 17 рычага 13 на толкатель 5.2 ригеля 5. Ригель 5 движется вниз, сжимая пружины 6, при этом ригель выходит из зацепления с зацепом 3.2 штанги и штанга под действием своего веса опускается вниз в положение «проход открыт». Если не одна из штанг в момент подачи команды на открытие прохода не находится в исходном горизонтальном положении, тогда механизм позиционирования турникета доводит ближайшую штангу до исходного горизонтального положения, при этом толкатель 5.2 ее ригеля 5 плавно наезжает на фигурную поверхность 17 рычага 13 и, двигаясь вниз, освобождает зацеп 3.2 штанги; штанга под действием своего веса опускается вниз в положение «проход открыт».
Узел взвода механизма опускания штанги (фиг. 9 - фиг. 12) включает зубчатую шестерню 20, зубчатую рейку 21, ось 22. Зубчатая шестерня 20 может совершать вращательные движения как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. При этом находящаяся в зацеплении с ней зубчатая рейка 21 совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз в пазах стойки турникета. С зубчатой рейкой 21 жестко связана ось 22.
Работа узла взвода механизма опускания штанги происходит следующим образом. В начальном положении якорь 11 электромагнита 7 под действием пружины 18 оторван от электромагнита 7 (фиг. 9 и фиг. 10). При вращении зубчатой шестерни 20 по часовой стрелке зубчатая рейка 21 поднимается вверх и осью 22 поднимает рычаг 13 вместе с якорем 11. При подводе якоря 11 на близкое расстояние к электромагниту 7 последний, если на него подано напряжение, притягивает и удерживает якорь. После этого зубчатая шестерня 20 вращается в обратном направлении против часовой стрелки и опускает зубчатую рейку 21 в исходное крайнее нижнее положение; механизм опускания штанги находится в исходном положении.
Механизм подъема штанги содержит зубчатую шестерню 23, зубчатую рейку-толкатель 24 и зубчатую рейку 25 штанги 3. На фиг. 13 и 14 показан механизм подъема штанги в положении «начало подъема», а на фиг. 15 и 16 - в положении «конец подъема». В положении «начало подъема штанги» зубчатая рейка 25 занимает верхнее положение. При этом ее нижняя часть находится в направляющих ступицы, а верхняя - в пазах стойки турникета. Этим обеспечивается блокировка вращения ступицы так, что штанга 3 в опущенном положении не может быть повернута вместе со ступицей 2 в другое положение, мешающее проходу. В конце подъема штанги 3 зубчатая рейка 25 полностью находится в направляющих ступицы. Зубчатая шестерня 23 может совершать вращательные движения как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. При этом находящаяся в зацеплении с ней зубчатая рейка-толкатель 24 совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз в пазах стойки турникета. При своем движении вниз зубчатая рейка-толкатель 24 толкает вниз зубчатую рейку 25, которая находится в постоянном зацеплении с зубчатым сектором 3.3 штанги 3. При движении вниз зубчатой рейки 25 штанга 3 поворачивается вокруг своей оси в положение «проход закрыт», пока зацеп штанги 3.2 не войдет в зацепление с подпружиненным зацепом 5.1 ригеля (фиг. 4). При этом штанга в конце поворота занимает положение «проход закрыт». Привод механизма антипаники включает электрический мотор-редуктор 26, с выходным валом которого жестко соединен вал 27 с зубчатыми шестернями 20 и 23, выполненными как одно целое с валом. Вал 27 имеет опору в виде подшипника 28, корпус которого жестко закреплен на плите 10 механизма. Также на валу 27 имеется фигурное кольцо 29, которое при своем повороте в определенном положении включает датчик 30 углового положения вала 27. Работой привода управляет контроллер (не показан). Для защиты от поломки механизма антипаники при силовом воздействии на штангу рукой в мотор-редукторе используется зубчатый редуктор, например цилиндрический, с передаточным отношением, допускающим передачу движения в обратном направлении от выходного вала редуктора к мотору с моментом, не превышающим максимальный крутящий момент мотор-редуктора.
На фиг. 19 показан общий вид механизма антипаники.
Работа механизма антипаники происходит следующим образом.
Исходное положение штанги турникета подняты в рабочее положение «проход закрыт», к турникету подается напряжение, электромагнит 7 удерживает якорь 11 и рычаг 13 в верхнем положении, мотор-редуктор 26 выключен, вал 27 неподвижен, штанга 3 удерживается посредством узла удержания штанги в положении «проход закрыт» (фиг. 4). Зубчатая рейка 25 механизма подъема штанги занимает крайнее нижнее положение, определяемое зацеплением с зубчатым сектором 3.3 штанги, а зубчатая рейка-толкатель 24 - крайнее верхнее положение, определяемое датчиком 30. Ступица штанг вращается при проходе людей вместе со штангами.
При поступлении команды на открытие прохода от кнопки тревоги или при исчезновении электропитания срабатывает механизм опускания штанги в положение «проход открыт», и штанга, которая находится в исходном горизонтальном положении, опускается вниз до упругого упора, открывая проход.
При поступлении команды на подъем штанги в рабочее положение «проход закрыт» или возобновлении электропитания включается мотор-редуктор 26 и вал 27 с шестернями 20 и 23 начинает вращаться по часовой стрелке (при виде слева). Одновременно начинают работать узел взвода механизма опускания штанги и механизм подъема штанги. Момент окончания работы этих механизмов определяется по превышению порога тока мотор-редуктора, заданного контроллером привода. Это происходит, когда зацеп 3.2 штанги войдет в зацепление с ригелем 5 и затем упрется в тело ступицы 2. После этого мотор-редуктор меняет направление вращения на обратное, перемещая зубчатую рейку 21 узла взвода механизма опускания штанги вниз, а зубчатую рейку 24 механизма подъема штанги вверх до положения, определяемого датчиком 30, и останавливается. Механизм антипаники находится в исходном положении и готов выполнить команду на открытие прохода.
Предложенная конструкция механизма антипаники электромеханического турникета-трипода обеспечивает автоматическое освобождение прохода по команде с удаленного устройства независимо от момента поступления такой команды или при исчезновении электропитания, а также автоматическое восстановление штанги в рабочее положение «проход закрыт» по команде с удаленного устройства или при возобновлении электропитания.