АВТОМАТИЧЕСКИЙ ШЛАГБАУМ

Полезная модель относится к области устройств, преграждающих движение транспортных средств, а именно к автоматическим шлагбаумам с электрическим приводом. Автоматический шлагбаум может использоваться для контроля движения автомобильного транспорта на различных объектах, в частности на автомагистралях, автостоянках, паркингах, а также в качестве пешеходного перекрывателя в метро для регулирования прохода на эскалаторы, траволаторы и пр.
Известен автоматический шлагбаум (RU, п. 2094280, д.оп. 27.10.1997), содержащий установленный на тумбе с фундаментом электропривод, включающий в себя электродвигатель, связанный через редуктор с валом, на котором закреплен заградительный брус с катафотами и противовесом. Шлагбаум снабжен гидрогасителем, связанным с валом с возможностью амортизации заградительного бруса при его опускании, масса противовеса выбрана с возможностью смещения центра масс заградительного бруса относительно оси вращения и создания момента силы тяжести, необходимого для опускания установленного в вертикальное положение бруса, а редуктор выполнен двухступенчатым. При этом в электропривод введена электромагнитная муфта, напрессованная на вал и помещенная в ступице зубчатого колеса второй ступени редуктора, первая ступень которого выполнена в виде червячной самотормозящей пары.
Недостатками являются сложность конструкции привода, что снижает надежность и повышает весогабаритные характеристики данного привода, а также наличие металлоемкого противовеса заградительного бруса.
Известен автоматический шлагбаум (RU, п.м. 63368, д.оп. 27.05.2007), содержащий основание, буферную систему, состоящую из поворотной оси, преграждающего элемента и механизма его поворота, электродвигатель, связанный через редуктор с механизмом поворота и упоры крайних положений буферной системы. Шлагбаум снабжен противовесом в виде пружины, а основание выполнено в виде рамы, на верхней части которой закреплены поворотная ось, расположенная в горизонтальной плоскости, и поворотный механизм, выполненный в виде установленных на горизонтальной поворотной оси двух рычагов и демпферной тяги. Причем один рычаг соединен с преграждающим элементом, имеющим возможность поворота в вертикальной плоскости, а на конце второго рычага закреплены одними своими концами демпфирующая тяга и пружина, второй конец которой закреплен на раме, а демпфирующая тяга связана с редуктором, выполненным в виде системы винт-гайка. При этом внутри рамы размещены электродвигатель и редуктор, связанные между собой ременной передачей.
Недостатком являются низкие эксплуатационные качества, которые вызваны сложностью и громоздкостью конструктивного исполнения привода. Электропривод и редуктор размещены на основании раздельно и связаны между собой ременной передачей, что увеличивает габариты основания, усложняет ремонт шлагбаума при замене привода и усложняет монтируемость привода при сборке шлагбаума. Кроме того, использование двухрычажной системы в механизме поворота шлагбаума также усложняет его конструкцию.
Известен шлагбаум (RU, п.м. 114326, д.оп. 20.03.2016), принятый за прототип и содержащий основание, расположенную в горизонтальной плоскости поворотную ось, на которой размещен преграждающий элемент и механизм его поворота, приводное устройство, соединенное с механизмом поворота, и противовес. Приводное устройство выполнено в виде привода телескопического линейного перемещения, а механизм поворота выполнен в виде двуплечего рычага, установленного на поворотной оси, одно плечо которого связано с противовесом, а второе связано с выдвижным элементом телескопической части приводного устройства.
Недостатком является соединение привода телескопического линейного перемещения с рычагом, жестко закрепленным на поворотном валу преграждающего элемента, который обладает инерцией при движении, что приводит к передаче ударных и вибрационных нагрузок от преграждающего элемента непосредственно на детали привода. При этом требуется точная настройка выключения привода в крайних положениях преграждающего элемента, т.к. неправильная настройка отключения привода может привести к поломке или заклиниванию всего механизма. А также привод применяют из расчета пускового момента, а не мощности, необходимой для движения преграждающего элемента.
Целью полезной модели является создание автоматического шлагбаума простой конструкции и повышенной надежности в работе за счет повышения демпфирующей способности механизма поворота.
Техническим результатом является повышение надежности автоматического шлагбаума.
Технический результат достигается тем, что в автоматическом шлагбауме, содержащем корпус, горизонтальный преграждающий элемент, установленный на поворотном валу с возможностью поворота в вертикальной плоскости, механизм его поворота и привод в виде мотор-редуктора, механизм поворота выполнен в виде фрикционной передачи, состоящей из верхнего ведомого шкива, жестко связанного с поворотным валом, нижнего ведущего шкива, жестко закрепленного на выходном валу мотор-редуктора, замкнутого приводного ремня, установленного с регулируемым натяжением между указанными шкивами, и средства натяжения приводного ремня, выполненного с возможностью линейного отклонения нижнего ведущего шкива.
Приводной ремень может быть выполнен поликлиновым.
Средство натяжения приводного ремня может быть выполнено в виде горизонтального основания, шарнирно закрепленного на корпусе, с закрепленным на основании мотор-редуктором, и с возможностью их отклонения прижимным элементом.
Прижимной элемент может быть выполнен в виде пружины сжатия.
Прижимной элемент может быть выполнен в виде газового амортизатора.
Верхний шкив может быть снабжен ограничителем, установленным с возможностью взаимодействия со стопорами, закрепленными на корпусе.
Ограничитель может быть установлен с возможностью взаимодействия с концевыми выключателями, закрепленными на корпусе.
Поворотный вал может быть снабжен ограничителем, выполненным в виде двуплечего рычага, жестко закрепленного на поворотном валу с возможностью взаимодействия с верхней поверхностью корпуса.
В верхней части корпуса могут быть установлены контактные или бесконтактные датчики крайних положений преграждающего элемента.
Для поднятия преграждающего элемента большого веса на верхнем шкиве может быть закреплена балансировочная пружина, второй конец которой закреплен на корпусе.
Для блокировки закрытого положения преграждающего элемента на корпусе может быть установлена электромеханическая защелка.
Электродвигатель может быть выполнен асинхронным общепромышленного исполнения.
Редуктор может быть выполнен в виде червячного редуктора закрытого типа с масляной ванной общепромышленного исполнения.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид шлагбаума спереди. На фиг. 2 представлен вид шлагбаума сбоку. На фиг. 3 представлено расположение стопоров и концевых выключателей. На фиг. 4 представлен вариант шлагбаума с прижимным элементом в виде амортизатора.
Автоматический шлагбаум содержит несущий корпус 1, в верхней части которого установлен горизонтальный поворотный вал 2, на котором жестко закреплен преграждающий элемент 3. Горизонтальный преграждающий элемент 3 установлен на горизонтальном поворотном валу 2 с возможностью поворота в вертикальной плоскости с помощью привода и механизма поворота. Механизм поворота выполнен в виде фрикционной передачи, состоящей из верхнего ведомого шкива 4, жестко связанного с поворотным валом 2, нижнего ведущего шкива 5, жестко закрепленного на валу мотор-редуктора, и замкнутого приводного ремня 6, установленного с регулируемым постоянным натяжением между указанными шкивами 4 и 5. Мотор-редуктор включает электродвигатель 7 и редуктор 8 червячного типа.
Соединение поворотного вала 2 с выходным валом редуктора 8 ременной передачей, в отличие от рычажной передачи прототипа, обеспечивает повышение демпфирующей способности механизма поворота преграждающего элемента 3. Ременная передача от нижнего шкива 5 на выходном валу редуктора 8 к верхнему шкиву 4 на поворотном валу 2 и к закрепленной на нем преграждающему элементу 3 за счет своей упругости демпфирует ударные и вибрационные нагрузки от преграждающего элемента 3 и обеспечивает защиту мотора-редуктора, что повышает надежность работы шлагбаума.
Фрикционная ременная передача характеризуется нагрузочной способностью, которая зависит от силы сцепления, которая складывается из двух составляющих - силы трения, возникающей при взаимодействии поверхностей приводного ремня 6 и шкивов 4 и 5, и силы натяжения приводного ремня 6, созданной натяжным устройством.
Трение между поверхностями контакта приводного ремня 6 и шкивов 4 и 5 обеспечивает передачу мощности от нижнего ведущего шкива 5 поверхности приводного ремня 6 и от нее - верхнему ведомому шкиву 4. Приводной ремень может быть выполнен плоским, клиновым или, предпочтительно, поликлиновым. Поликлиновые ремни максимально сочетают достоинства плоских ремней - монолитность и гибкость, что снижает растягиваемость приводного ремня 6 со временем и повышает сохранение его стабильного профиля, и клиновых - повышенную силу сцепления со шкивами 4 и 5, что при меньших габаритах обеспечивает большую нагрузочную способность и имеет высокие скоростные характеристики. Использование поликлинового замкнутого приводного ремня 6 повышает надежность фрикционной ременной передачи.
Верхний 4 и нижний 5 шкивы установлены в одной вертикальной плоскости, что обеспечивает отсутствие перекоса приводного ремня 6 и повышает надежность работы. Верхний шкив 4 жестко связан с поворотным валом 2 и преграждающим элементом 3 с возможностью поворота на 90° в вертикальной плоскости. Нижний шкив 5 жестко связан с выходным валом редуктора 8 с возможностью поворота на 360° в вертикальной плоскости. В зависимости от соотношения диаметров шкивов 4 и 5 ременная передача работает с передачей 2:1 и более, то есть при перемещении преграждающего элемента 3 на угол 90° в вертикальной плоскости нижний шкив 5 поворачивается на угол 180° и более соответственно. При этом крутящий момент, создаваемый редуктором 8, передается на преграждающий элемент 3 с помощью ременной передачи увеличенным в два раза и более, а необходимый для поднятия преграждающего элемента 3 момент мотор-редуктора снижается 2 раза и более, что повышает надежность шлагбаума. В прототипе момент от линейного привода передается на преграждающий элемент 1:1.
Приводной ремень 6 фрикционной передачи установлен между верхним 4 и нижним 5 шкивами с натяжением. Приводной ремень 6 должен иметь достаточное постоянное натяжение, чтобы не проскальзывать относительно ведущего шкива 4 при рабочих нагрузках. Натяжение приводного ремня 6 повышает силу трения, силу сцепления, нагрузочную способность механизма поворота, предотвращает соскальзывание приводного ремня 6 со шкива 4, что повышает надежность работы шлагбаума.
Средство натяжения приводного ремня 6 выполнено с возможностью линейного отклонения нижнего ведущего шкива 5. Натяжение приводного ремня 6 с помощью линейного перемещения нижнего ведущего шкива 5 относительно верхнего ведомого шкива 4 позволяет использовать ременную передачу в прямом и обратном вращении с одинаковым значением передаваемой нагрузки. Средство натяжения приводного ремня 6 не взаимодействует непосредственно с приводным ремнем 6 для поддержания его натяжения, а с помощью прижимного элемента 11 отклоняет с постоянным усилием нижний ведущий шкив 5, закрепленный на выходном валу мотора-редуктора, и соответственно мотор-редуктор.
Средство натяжения приводного ремня 6 выполнено в виде горизонтального основания 9, шарнирно закрепленного на корпусе 1 с закрепленным на основании 9 мотором-редуктором. Горизонтальное основание 9 выполнено с возможностью отклонения прижимным элементом в вертикальной плоскости относительно шарнира 10. Приводной ремень 6 установлен с возможностью регулирования его натяжения между указанными шкивами 4 и 5. Прижимной элемент позволяет осуществить натяжение с заданным постоянным усилием, при этом заданное усилие не меняется со временем, например, по причине вытягивания приводного ремня 6.
Прижимной элемент может быть выполнен в виде пружины сжатия 11, с помощью которой регулируют натяжение приводного ремня 6 путем отклонения подвижного основания 9, на котором закреплен мотор-редуктор. Пружина сжатия 11 одета на верхний конец резьбовой шпильки 17, который проходит через отверстие в подвижном основании 9 и выступает над основанием 9, а нижний конец шпильки 17 шарнирно закреплен на нижней поверхности корпуса 1. Усилие пружины 11 настраивают с достаточно большой точностью настройки рабочей нагрузки путем сжатия пружины 11 с помощью закручивания гайки с шайбой на шпильке 17 над пружиной 11. Горизонтальное основание 9 закреплено подвижно и удерживается приводным ремнем 6, тем самым дополнительно обеспечивая натяжение приводного ремня 6 весом мотор-редуктора. Конструкция средства натяжения также проста в обслуживании и регулировке.
Прижимной элемент может быть выполнен в виде газового амортизатора 18 (фиг. 4), один конец которого закреплен на подвижном горизонтальном основании 9, а другой на верхней части корпуса 1. Амортизатор 18 давит с постоянной выбранной силой на подвижное основание 9, натягивая приводной ремень 6.
Прижимной элемент обеспечивает постоянное регулируемое натяжение приводного ремня. Усилие прижимного элемента регулируют в зависимости от габаритов и веса преграждающего элемента 3 таким образом, чтобы гарантировать его подъем с учетом внешних факторов, таких как ветра, снега и пр. Например, при длине 2 м можно настроить рабочую нагрузку 6 кг, при длине 4 м - 15 кг. При этом, если приложенное к преграждающему элементу 3 усилие превышает установленную рабочую нагрузку, то происходит остановка преграждающего элемента 3, верхнего шкива 4 и приводного ремня 6, и приводной ремень 6 проскальзывает на вращающемся нижнем шкиве 5 до срабатывания выключателей.
Проскальзывание приводного ремня 6 на нижнем шкиве 5 возникает при принудительной остановке преграждающего элемента 3 между крайними положениями и вращении нижнего шкива 5 от работающего электродвигателя 7, когда концевые выключатели 14 еще не сработали, или, когда ограничитель 12 верхнего шкива 4 остановлен упорным болтом 13, а концевые выключатели 14 не сработали, если концевые выключатели 14 настроены неточно. У прототипа неточная настройка может привести к поломке или заклиниванию механизма поворота. За счет разницы диаметров и площади контакта шкивов и приводного ремня 6 - сила трения на верхнем шкиве 4 больше, на нижнем шкиве 5 меньше. При ситуациях, когда верхний шкив 4 уже остановился и держит приводной ремень 6 за счет силы сцепления контактирующих поверхностей, а мотор-редуктор продолжает вращать нижний шкив 5 и усилие превышает силу сцепления приводного ремня 6 с нижним шкивом 5, на нижнем шкиве 5 происходит проскальзывание приводного ремня 6.
Натяжное устройство отрегулировано таким образом, что с одной стороны обеспечивает натяжение приводного ремня 6, достаточное для нормальной работы в пределах настроенных рабочих нагрузок. А с другой стороны - в аварийных ситуациях и при сбоях обеспечивает возможность проскальзывания приводного ремня 6 на нижнем шкиве 5, которое также повышает надежность шлагбаума. Указанное проскальзывание обеспечивает компенсацию нагрузки, по значению превышающую допустимую. Проскальзывание предотвращает поломку шлагбаума и повреждение машины или травмирования человека, т.к. усилие не большое. Это позволяет использовать шлагбаум для ограничения движения не только автотранспорта, но и людей, например проход на эскалаторы в метрополитене.
Верхний ведомый шкив 4 установлен с возможностью поворота на 90°. Верхний ведомый шкив 4 снабжен ограничителем 12, установленным с возможностью взаимодействия со стопорами, закрепленными на корпусе. Соответствующие стопоры выполнены, например, в вид упорных болтов 13. Например, на верхнем шкиве 4 закреплен ограничитель 12, упорные болты 13 и концевые выключатели 14 закреплены в верхней части корпуса 1 (фиг. 3). При подходе преграждающего элемента 3 в крайнее вертикальное или горизонтальное положение  закрепленный на верхнем шкиве 4 ограничитель 12 ограничивает ход поворотного вала 2 упором в болты 13, предварительно нажимая языки концевых выключателей 14. Упорные болты 13 гарантируют остановку преграждающего элемента 3 в конечных положениях, даже если не срабатывают концевые выключатели 14. При этом для предотвращения повреждения шлагбаума происходит проскальзывание приводного ремня 6 при вращении нижнего шкива 5 в паузе до срабатывания выключателей, что повышает надежность шлагбаума.
Поворотный вал 2 может быть снабжен ограничителем, выполненным в виде двуплечего рычага (не показано), жестко закрепленного на поворотном валу 2 с возможностью взаимодействия с верхней поверхностью корпуса 1 при подходе преграждающего элемента 3 в крайнее вертикальное или горизонтальное положение. Это дополнительно повышает надежность шлагбаума, т.к. уменьшается нагрузка на мотор-редуктор. В верхней части корпуса могут быть установлены контактные или бесконтактные датчики крайних положений преграждающего элемента 3 (не показано).
Привод механизма поворота преграждающего элемента 3 выполнен в виде мотора-редуктора, закрепленного на горизонтальном основании 9. Мотор-редуктор состоит из асинхронного двигателя 7 и червячного редуктора 8 общепромышленного исполнения. Электродвигатель 8 закреплен на редукторе 6. Электродвигатель 7 служит для создания вращающегося момента, необходимого для изменения положения преграждающего элемента 3. Червячный редуктор 8 может быть выполнен закрытого типа с масляной ванной. Червячный редуктор 8 может быть выполнен самотормозящимся. Червячный редуктор 8 предназначен для создания необходимой частоты вращения выходного вала. Мотор-редуктор обеспечивает бесперебойную работу шлагбаума в любых условиях, а именно при низких температурах, повышенной влажности, агрессивных средах на производстве. Использование асинхронного двигателя 7 и червячного редуктора 8 повышает надежность и долговечность устройства.
В зависимости от соотношения диаметров шкивов 4 и 5 каждый цикл перемещения преграждающего элемента 3 в вертикальное и затем опять в горизонтальное положение соответствует, как минимум, обороту червяного колеса на 180° и более. При соотношении диаметров 2:1 колебательному движению преграждающего элемента 3 на 90° соответствует вращательное движение нижнего шкива 5 на 180°, червячное колесо при этом проходит 180°. При соотношении диаметров 4:1 колебательному движению стрелы на 90° соответствует вращательное движение нижнего шкива на 360°, червячное колесо при этом проходит 360°. Использование более половины поверхности червячного колеса уменьшает нагрузку на червячную пару, что повышает надежность шлагбаума.
Для поднятия преграждающего элемента 3 большого веса на верхнем шкиве 4 закреплена балансировочная пружина 15, второй конец которой закреплен на корпусе 1.
На корпусе 1 установлена (не показано) электромеханическая защелка для блокировки закрытого положения преграждающего элемента 3. Установка на корпусе 1 электромеханической защелки обеспечивает блокировку закрытого положения преграждающего элемента 3 и предотвращает несанкционированный подъем преграждающего элемента 3 вручную. При отключении электропитания электромеханическая защелка отключается и можно вручную поднять преграждающий элемент 3 в открытое положение, также используя фрикционную ременную передачу.
Автоматический шлагбаум работает следующим образом. При подаче управляющего сигнала от блока управления 16 электродвигатель 7 передает крутящий момент нижнему ведущему шкиву 5, который закреплен на оси редуктора 8. От нижнего шкива 5 через приводной ремень 6 крутящий момент передают на верхний ведомый шкив 4 и жестко связанный с ним поворотный вал 2 и преграждающий элемент 3.
Подъем и опускание преграждающего элемента 3 происходит за счет силы сцепления приводного ремня 6 и верхнего ведомого шкива 4, т.к. она больше, чем на нижнем ведущем шкиве 5. При подъеме и опускании преграждающего элемента 3 в штатном режиме направление вращения поворотного вала 2 меняется на противоположное и мотор-редуктор также вращается с переменой направления вращения, попеременно с выключением в крайних положениях концевыми выключателями 14. В горизонтальном и вертикальном положениях преграждающий элемент 3 удерживают ограничителем 12 и упором 13 - стопором и силой сцепления приводного ремня 6 и верхнего шкива 4. В момент опускания преграждающего элемента 3 происходит натяжение балансировочной пружины 15, выполняющей роль противовеса, и обеспечивается плавный ход преграждающего элемента 3 во время работы. В поднятом положении преграждающего элемента 3 балансировочная пружина 15 находится в спокойном состоянии. При отклонении преграждающего элемента 3 на 90 градусов мотор-редуктор отключается двумя концевыми выключателями 14. При подъеме и опускании преграждающего элемента 3 происходит изменение коммутации обмоток электродвигателя 7. Электроника отслеживает необходимость изменения коммутации обмоток электродвигателя 7 для подъема и опускания преграждающего элемента 3 и отключение электродвигателя 7 при возникновении проскальзывания.
Таким образом, полезная модель повышает надежность автоматического шлагбаума.