ФАСАДНЫЙ ПОДЪЁМНИК С ВЕРТИКАЛЬНЫМ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ЛЮЛЬКИ
FACADE LIFT 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 лебедка 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 же лебедка 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 ее опрокидывания при синхронном наматывании 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 барабанов лебедки до мест заделки в люльке и разную длину канатов намотанных 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 может привести к перекосу платформы;
- вытяжка канатов на разных ветвях в процессе эксплуатации будет разной, со временем длина канатов изменится и будет сильно отличаться от их первоначальной длины. Длинный канат вытянется значительно больше, чем короткий. Это приведет к существенному перекосу платформы и необходимости корректировки длины канатов и их перемотке. Для этого потребуется время и специальное оборудование;
- левый и правый края платформы никак не фиксируются от перекосов во время горизонтального перемещения.
Указанные недостатки могут привести к существенным перекосам платформы в процессе ее движения, особенно в начале движения, и как следствие - к опрокидыванию платформы.
Известно «Устройство для транспортировки грузов» по Патенту Российской Федерации RU 2117126 С1. От предложенного изобретения описанное в Патенте РФ RU 2117126 С1 устройство имеет следующие отличия:
- для перемещения люльки по фасаду используется лебедка 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 лебедка 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 ее опрокидывания при синхронном наматывании 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 барабанов до мест заделки в люльке и разную длину канатов намотанных 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 приведет к перекосу платформы;
- вытяжка канатов на разных ветвях в процессе эксплуатации будет разной, со временем длина канатов изменится и будет сильно отличаться от их первоначальной длины. Длинный канат вытянется значительно больше, чем короткий. Это приведет к существенному перекосу платформы и необходимости корректировки длины канатов и их перемотке. Для этого потребуется время и специальное оборудование;
- левый и правый края платформы никак не фиксируются от перекосов во время горизонтального перемещения.
Указанные недостатки могут привести к существенным перекосам платформы в процессе ее движения, особенно в начале движения, и как следствие - к опрокидыванию платформы.
Известно «Устройство для подвески строительной люльки» по Патенту РФ RU 2074299 C1. От предложенного изобретения описанное в Патенте RU 2074299 C1 устройство имеет следующие отличия:
- в составе устройства предусмотрен комплект сменного оборудования: штанга, каретка, канатная система. Конструкция является сложной. 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.
Известен «Фасадный подъемник с вертикальным и горизонтальным перемещением люльки» по Патенту РФ RU 2704655 С1. От предложенного изобретения описанный в Патенте РФ RU 2704655 С1 фасадный подъемник имеет следующие отличия:
- вместо одного тягово-грузового каната, пропущенного через две лебедки, подъемник имеет отдельный тяговый канат, левая и правая ветви которого запасованы на два фрикционных канатных барабана, и два отдельных грузовых каната, пропущенных через две лебедки подъема - опускания;
- грузовые канаты, по которым люлька перемещается в вертикальном направлении, жестко заделаны в раму тележки и перемещаются вместе с тележкой и люлькой в горизонтальном направлении;
- ветви тягового каната в несколько витков запасованы на два фрикционных канатных барабана с возможностью свободного вращения либо их жесткой фиксации от вращения, что при попеременной фиксации фрикционных канатных барабанов от вращения обеспечивает работу фрикционного канатного барабана вместе с тяговым канатом в качестве тягового органа тележки и, как следствие, перемещение тележки с подвешенной к ней люлькой в горизонтальном направлении влево или вправо, при этом в качестве движущей силы для перемещения тележки с подвешенной к ней люлькой в горизонтальном направлении используется сила веса люльки при перемещении последней по грузовым канатам в вертикальном направлении вниз;
- лебедки люльки одновременно и синхронно вращаются только в одном направлении: либо на подъем люльки вверх, либо на опускание люльки вниз;
- траектория перемещения люльки в нужную точку в горизонтальном направлении имеет ступенчатую зигзагообразную форму, а не форму прямой горизонтальной линии на заданной высоте.
Известны подъемники 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 жестким направляющим, стационарно вмонтированным в наружную стену здания или сооружения, либо являющимся частью этого сооружения. Упомянутые подъемники предназначены исключительно для перемещения в вертикальном направлениии не позволяют выполнять перемещение люльки в горизонтальном направлении.
Раскрытие изобретения.
Фасадный подъемник 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 тягово-грузового каната;
- два удерживающих каната, жестко заделанных в раму тележки;
- две лебедки, обеспечивающие перемещение люльки как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении;
- два фиксатора люльки на удерживающих канатах;
- систему обводных блоков;
- блок уравнивающий;
- груз натяжной тягово-грузового каната;
- два груза натяжных для удерживающих канатов.
Суть предложенного изобретения состоит в том, что в конструкции фасадного подъемника предусматриваются два удерживающих каната, жестко прикрепленных к тележке снизу, которые при необходимости горизонтального перемещения люльки фиксируются в стационарных фиксаторах, установленных на люльке и, таким образом, вместе со стационарными фиксаторами становятся жесткими висячими опорами люльки, что предотвращает отклонение люльки от горизонтального положения и ее возможное опрокидывание при горизонтальном перемещении, а перемещение люльки, как вертикальное, так и горизонтальное, обеспечивается при помощи одних и тех же ветвей тягово-грузового каната, пропущенных через две проходных лебедки, установленных непосредственно на люльке, при этом для вертикального перемещения люльки обе лебедки одновременно включаются на вращение в одном направлении, а для горизонтального перемещения люльки обе лебедки одновременно включаются на вращение в разных направлениях: одной лебедки на перепуск ветви тягово-грузового каната вверх, а другой лебедки на перепуск ветви тягово-грузового каната вниз.
Появление данного предложенного изобретения связано с резким ростом объемов строительства жилых и общественных зданий, ростом объемов 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 подъемников обеспечивает возможность перемещения люльки только в вертикальном направлении. Это приводит к излишним затратам времени на демонтаж и монтаж конструкций фасадного подъемника 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 подъемника, т. к. люлька имеет возможность перемещаться в горизонтальном направлении вдоль фасада. Для обеспечения перемещения люльки подъемника в горизонтальном направлении не требуются дополнительные тяговые устройства и лебедки. Горизонтальное перемещение люльки обеспечивается теми же самыми лебедками и канатами, что и вертикальное перемещение люльки вверх-вниз. Управление горизонтальным перемещением люльки обеспечивается так же, как и вертикальным, - непосредственно из люльки самими рабочими.
Изобретение может быть применено и для уже эксплуатируемых стандартных серийно выпускаемых промышленностью фасадных подъемников с их небольшой модернизацией и доукомплектованием. В систему управления фасадного подъемника добавляется возможность подачи команд на вращение лебедок подъема и опускания люльки в разные стороны: одной лебедки на перепуск каната вверх, а другой лебедки на перепуск каната вниз. При этом конструкции, механизмы и системы безопасности самого подъемника не изменяются.
Краткое описание чертежей.
Принципиальная схема фасадного подъемника 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 тягово-грузового левая.
4-п. Ветвь каната тягово-грузового правая.
5-л. Канат удерживающий левый.
5-п. Канат удерживающий правый.
6-л. Лебедка левая.
6-п. Лебедка правая.
7-л. Фиксатор каната левый.
7-п. Фиксатор каната правый.
8. Люлька.
9. Система обводных блоков.
10. Блок уравнивающий.
11. Груз натяжной G.
12. Груз натяжной g.
13. Здание.
Рама с направляющими элементами и упорами 1 предназначена для восприятия нагрузки от тележки 2, люльки 8 со всеми смонтированными на ней агрегатами, механизмами, канатами, снаряжением и рабочим экипажем, а также для обеспечения возможности перемещения тележки 2 с люлькой 8 в горизонтальном направлении. Упоры рамы служат для ограничения хода тележки 2 в крайних положениях, а также для закрепления концов левой 4-л и правой 4-п ветвей тягово-грузового каната.
Тележка 2 предназначена для закрепления концов левого 5-л и правого 5-п удерживающих канатов и размещения на ней блока левого 3-л и блока правого 3-п.
Блоки левый 3-л и правый 3-п предназначены для изменения направления левой 4-л и правой 4-п ветвей тягово-грузового каната и для передачи горизонтальной силы, равной части силы веса люльки 8, на тележку 2 при вращении лебедок 6-л и 6-п в разных направлениях. Тем самым обеспечивается перемещение тележки 2 с подвешенной к ней люлькой 8 по направляющим элементам в горизонтальном направлении влево или вправо.
Левая 4-л и правая 4-п ветви тягово-грузового каната предназначены для подвешивания люльки 8, восприятия силы веса люльки 8 и для передачи этой силы на блок левый 3-л или на блок правый 3-п и далее - на тележку 2.
Канат удерживающий левый 5-л и канат удерживающий правый 5-п предназначены для восприятия силы веса люльки 8 при их фиксации в фиксаторах 7-л и 7-п, когда лебедки 6-л и 6-п вращаются в разных направлениях.
Лебедки левая 6-л и правая 6-п предназначены для обеспечения перемещения люльки 8 вверх и вниз, вправо и влево.
Фиксаторы 7-л и 7-п предназначены для фиксации удерживающих канатов 5-л и 5-п и предотвращения перемещения люльки 8 в вертикальном направлении вниз при работе одной из лебедок 6-л или 6-п на перепуск ветвей тягово-грузового каната 4-л или 4-п вверх.
Люлька 8 предназначена для размещения рабочего экипажа, материалов и инструментов.
Система обводных блоков 9 предназначена для изменения направления левой 4-л и правой 4-п ветвей тягово-грузового каната с последующим выводом его на блок уравнивающий 10.
Блок уравнивающий 10 предназначен для равномерного распределения нагрузки от натяжного груза G 11 на обе ветви тягово-грузового каната 4-л и 4-п и его перепуска с одной ветви на другую при горизонтальном перемещении тележки 2.
Груз натяжной G 11 предназначен для создания необходимого натяжения ветвей тягово-грузового каната 4-л и 4-п с целью обеспечения необходимой для работы лебедок 6-л и 6-п силы трения между витками ветвей тягово-грузового каната 4-л и 4-п и канатными барабанами лебедок.
Грузы натяжные g 12 предназначены для создания необходимого натяжения удерживающих канатов 5-л и 5-п с целью обеспечения правильной, безотказной работы фиксаторов канатов 7-л и 7-п и жестких висячих опор.
При разработке конструкторской документации и рабочих чертежей для изготовления новых фасадных подъемников с использованием настоящего изобретения в конструкции подъемника должны быть предусмотрены серийно выпускаемые и сертифицированные устройства для предотвращения падения или перекосов люльки подъемника при обрыве грузовых канатов или при их самопроизвольном разматывании в случае пропадания электропитания.
Принцип работы фасадного подъемника.
Рабочее положение.
Тележка 2 находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы 1.
Люлька 8 висит на ветвях тягово-грузового каната 4-л и 4-п.
Удерживающие канаты 5-л и 5-п не зафиксированы в фиксаторах 7-л и 7-п.
Перемещение люльки 8 вверх - вниз.
Тележка 2 находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы 1.
Люлька 8 висит на ветвях тягово-грузового каната 4-л и 4-п.
Удерживающие канаты 5-л и 5-п не зафиксированы в фиксаторах 7-л и 7-п.
Включаются лебедки 6-л и 6-п на одновременный перепуск ветвей тягово-грузового каната 4-л и 4-п вверх или вниз.
Распределение сил, действующих на люльку 8 в рабочем положении и при движении ее вверх или вниз, показано на Фиг. 2.
Перемещение тележки 2 с люлькой 8 вправо.
Тележка 2 находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы 1.
Люлька 8 висит на ветвях тягово-грузового каната 4-л и 4-п.
Удерживающие канаты 5-л и 5-п зафиксированы в фиксаторах 7-л и 7-п.
Одновременно включаются лебедка левая 6-л на перепуск левой ветви тягово-грузового каната 4-л вверх и лебедка правая 6-п на перепуск правой ветви тягово-грузового каната 4-п вниз. При этом длина левой ветви тягово-грузового каната 4-л становится больше, а длина правой ветви тягово-грузового каната 4-п становится меньше на такую же величину. Таким образом, тележка 2 вместе с люлькой 8 перемещаются вправо по прямой горизонтальной траектории на заданной высоте.
При перепуске левой ветви тягово-грузового каната 4-л вверх натяжение этой ветви уменьшается, вплоть до полного снятия нагрузки на эту ветвь. Нагрузка, которая снимается с левой ветви тягово-грузового каната 4-л, воспринимается левым удерживающим канатом 5-л, зафиксированным в фиксаторе 7-л. Одновременно левый удерживающий канат 5-л, зафиксированный в фиксаторе 7-л, удерживает левую часть люльки 8 от движения вниз и таким образом предотвращает возможность перекоса и опрокидывания люльки 8.
При перепуске правой ветви тягово-грузового каната 4-п вниз натяжение этой ветви (нагрузка на эту ветвь) будет равно половине веса люльки 8. Нагрузка на блок правый 3-п становится больше, чем нагрузка на блок левый 3-л. Разница в этих нагрузках создает движущую силу для перемещения тележки 2 с люлькой 8 вправо.
Распределение сил, действующих на люльку 8 при движении ее вправо, показано на Фиг. 3. Диаграмма сил, действующих на блок правый 3-п тележки 2, показана на Фиг. 5.
Перемещение тележки 2 с люлькой 8 влево.
Тележка 2 находится в состоянии покоя на направляющих элементах рамы 1.
Люлька 8 висит на ветвях тягово-грузового каната 4-л и 4-п.
Удерживающие канаты 5-л и 5-п зафиксированы в фиксаторах 7-л и 7-п.
Одновременно включаются лебедка правая 6-п на перепуск правой ветви тягово-грузового каната 4-п вверх и лебедка левая 6-л на перепуск левой ветви тягово-грузового каната 4-л вниз. При этом длина правой ветви тягово-грузового каната 4-п становится больше, а длина левой ветви тягово-грузового каната 4-л становится меньше на такую же величину. Таким образом, тележка 2 вместе с люлькой 8 перемещаются влево по прямой горизонтальной траектории на заданной высоте.
При перепуске правой ветви тягово-грузового каната 4-п вверх натяжение этой ветви уменьшается, вплоть до полного снятия нагрузки на эту ветвь. Нагрузка, которая снимается с правой ветви тягово-грузового каната 4-п, воспринимается правым удерживающим канатом 5-п, зафиксированным в фиксаторе 7-п. Одновременно правый удерживающий канат 5-п, зафиксированный в фиксаторе 7-п, удерживает правую часть люльки 8 от движения вниз и таким образом предотвращает возможность перекоса и опрокидывания люльки 8.
При перепуске левой ветви тягово-грузового каната 4-л вниз натяжение этой ветви (нагрузка на эту ветвь) будет равно половине веса люльки. Нагрузка на блок левый 3-л становится больше, чем нагрузка на блок правый 3-п. Разница в этих нагрузках создает движущую силу для перемещения тележки 2 с люлькой 8 влево.
Распределение сил, действующих на люльку 8 при движении ее влево, показано на Фиг. 4. Диаграмма сил, действующих на блок левый 3-л тележки 2, показана на Фиг. 6.
Обоснование принципа работы фасадного подъемника.
Рабочее положение люльки 8, перемещение ее вверх или вниз (Фиг. 2).
В рабочем положении люльки 8 и при движении ее вверх или вниз на каждую ветвь тягово-грузового каната 4-л или 4-п действует сила, равная половине веса снаряженной люльки:
P =
где
P - сила натяжения ветви тягово-грузового каната 4-л или 4-п;
Q - сила веса снаряженной люльки 8.
Сила P приложена в точках А и В.
Удерживающие канаты 5-л и 5-п не зафиксированы в фиксаторах 7-л и 7-п, а нагрузка от силы веса люльки 8 на них не передается (точки C и D).
Перемещение тележки 2 с люлькой 8 вправо (Фиг. 3).
Удерживающие канаты 5-л и 5-п зафиксированы в фиксаторах 7-л и 7-п.
1
2
При перепуске левой ветви тягово-грузового каната 4-л вверх нагрузка на эту ветвь уменьшается и сила Р частично перераспределяется на висячую жесткую опору (сила P) - зафиксированный в фиксаторе 7-л левый удерживающий канат 5-л (в точку С ). Нагрузка на левую ветвь тягово-грузового каната 4-л уменьшается и становится равной Р.
При этом
1
2
1
2
P = P + P; P ≤ P и 0 ≤ P < P.
При перепуске правой ветви тягово-грузового канта 4-п вниз нагрузка на эту ветвь остается прежней - равной силе Р. При этом зафиксированный в фиксаторе 7-п правый удерживающий канат 5-п остается не нагруженным (в точке D).
Возникает момент, стремящийся вывести люльку 8 из горизонтального положения против часовой стрелки. Однако жесткая висячая опора в точке С не дает опускаться левому краю люльки 8 вниз, а сила веса люльки Q создает выравнивающий момент
М = Q ·
относительно точки С, который предотвращает выход люльки из горизонтального положения.
Горизонтальный участок правой ветви тягово-грузового каната 4-п также испытывает натяжение, равное Р.
2
Горизонтальный участок левой ветви тягово-грузового каната 4-л при этом испытывает натяжение, равное Р.
2
При этом Р < Р.
2
Р - Р = S,
где S - сила, перемещающая тележку 2 с люлькой 8 вправо.
Диаграммы сил на правом блоке 3-п показаны на Фиг. 5.
Сила, действующая на правый блок 3-п, будет равна
F =  ,
где
F - сила, действующая на правый блок 3-п;
α - угол между направлениями каната, огибающего блок.
В нашем случае α = 90°.
Тогда
F = .
г
в
Таким образом, горизонтальная составляющая F силы F и вертикальная составляющая F силы F будут равны силе Р:
г
в
F = F = Р.
Перемещение тележки 2 с люлькой 8 влево (Фиг. 4).
Удерживающие канаты 5-л и 5-п зафиксированы в фиксаторах 7-л и 7-п.
1
2
При перепуске правой ветви тягово-грузового каната 4-п вверх нагрузка на эту ветвь уменьшается и сила Р частично перераспределяется на висячую жесткую опору (сила P) - зафиксированный в фиксаторе 7-п правый удерживающий канат 5-п (в точку D ). Нагрузка на правую ветвь тягово-грузового каната 4-п уменьшается и становится равной Р.
При этом
1
2
1
2
P = P + P; P ≤ P и 0 ≤P < P.
При перепуске левой ветви тягово-грузового канта 4-л вниз нагрузка на эту ветвь остается прежней - равной силе Р. При этом зафиксированный в фиксаторе 7-л левый удерживающий канат 5-л остается не нагруженным (в точке С).
Возникает момент, стремящийся вывести люльку 8 из горизонтального положения по часовой стрелке. Однако опора в точке D не дает опускаться правому краю люльки 8 вниз, а сила веса люльки Q создает выравнивающий момент
М = Q ·
относительно точки D, который предотвращает выход люльки 8 из горизонтального положения.
Горизонтальный участок левой ветви тягово-грузового каната 4-л также испытывает натяжение, равное Р.
2
Горизонтальный участок правой ветви тягово-грузового каната 4-п при этом испытывает натяжение, равное Р.
2
При этом Р < Р.
2
Р - Р =S,
где S - сила, перемещающая тележку 2 с люлькой 8 влево.
Диаграмма сил на левом блоке 3-л показана на Фиг. 6. Эта диаграмма идентична диаграмме для правого блока 3-п, изображенной на Фиг. 5, и отличается только направлением действия сил.
Расстояние между ветвью тягово-грузового каната и удерживающим канатом в проекции на плоскость чертежа показано условно. В реальности оно может быть несущественным либо равным нулю.
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 проемы.
Фасадный подъемник, предложенный настоящим изобретением, может быть запущен в серийное производство на предприятиях, специализирующихся на выпуске подъемно-транспортных машин и механизмов.
Предложенное изобретение может быть внедрено и на находящихся в эксплуатации фасадных подъемниках. Для этого необходимо произвести несложную модернизацию подъемника. При этом конструкции, оборудование, механизмы и системы безопасности действующих подъемников изменениям не подлежат, действующие нормы промышленной безопасности не нарушаются. Одновременно в качестве страхующих канатов в системе безопасности фасадного подъемника могут быть использованы удерживающие канаты, упомянутые в описании настоящего изобретения.
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.