[发明专利]登高助力装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种登高助力装置，尤其是适用于在风塔、通信塔、烟囱等长行程登高的场合、为操作人员提供助力、从而减少劳动强度的登高助力装置。

背景技术

在风塔、通信塔、烟囱等具有较大高度的设备设施中，通常都安装有供工作人员上下使用的爬梯。为了减少工作人员的劳动强度——这一方面可以提高劳动效率、另一方面也会间接提高安全性，部分设施中安装了与爬梯相配套的由含有电机的驱动主机提供动力的助力装置，这种装置通过开环或闭合的绳索与工作人员的安全带相连接，由电机驱动绳索从而向工作人员提供助力。

在文献号为EP1277495A1、200420072742.7的专利文献中公开了使用开环的牵引绳的助力装置，牵引绳的一端被固定至位于爬梯下部的驱动主机的卷筒上，另一端向上绕过位于爬梯顶部的转向轮后成为自由端，与工作人员的安全带相连。这一技术方法，在机械传动领域被称为强制驱动；其优点是牵引绳的直线运动与主机的旋转完全同步，但也存在以下这些缺点：卷筒的体积和重量较大、牵引绳在卷筒上的相互挤压会导致寿命降低、每次使用前必须使自由端回到指定位置、自由端上下运行时容易因为自身的摆动而与爬梯及周边设施发生干涉、碰撞、甚至卡死。

由于卷筒驱动存在的上述缺点，所以在登高助力装置中，由位于爬梯下部的包含电机和驱动轮的驱动主机、位于爬梯上部的转向轮、及一根闭合的连接两者的驱动绳构成的驱动系统得到了广泛应用。在文献号为DE20216895U1、EP1319796A1、WO2005/088063、WO2005/095750、WO2009/126541、200720103979.0、200820059968.1的专利文献中，都公开了使用这一系统的助力装置。

作为公知技术，通过闭合驱动绳提供助力的核心，是驱动主机要通过由驱动轮-驱动绳构成的摩擦副向驱动绳输出驱动力；而这一传动方式，从机械传动的角度而言，被称为曳引传动。登高助力装置的曳引特性可以概括为：驱动轮两侧的驱动绳的拉力(以下简称为T₁、T₂)之和等于张紧力(以下简称为N)；拉力之差等于驱动力(以下简称为F)；拉力的比值符合欧拉公式。具体可以用下列公式表达：

T₁+T₂＝N

T₁-T₂＝F

T₁/T₂＝e^fα其中，f为驱动轮-驱动绳间的当量摩擦系数，α为驱动绳在驱动轮上的包角。

联立可得：即：该装置所能输出的最大助力取决于f、α和N。

对于登高助力装置而言，随着驱动轮和驱动绳的选定及机构的确定，f、α值即已确定且保持稳定；而张紧力N虽在设备安装时通过调整符合了设计要求，但其数值会逐渐变小并最终导致整个装置的驱动力不足，其现象表现为在驱动过程中驱动轮和驱动绳间出现打滑及磨损。闭合驱动绳张紧力会逐渐变小是由绳索的固有特性决定的：首先绳索在张紧力作用下会出现残余变形，这在登高行程较大的场合尤其显著；其次在运转过程中，绳索经过驱动轮和转向轮时的弯折会导致疲劳变形。上述变形都属于永久变形且随着时间累积和使用次数的增加而不断变大。因此，必须有效检测驱动轮的实际张紧力，并补偿驱动绳的永久变形。

在上述专利中，仅WO2005/088063示意性地给出了一个张紧装置，但该杠杆结构对于绳索永久变形的补偿能力相当有限；在市场上已有的产品中，亦未见到可以有效监测张紧力、并能通过简单操作对其予以调整的装置及方法。目前，为了应对登高助力装置中闭合绳索的残余变形，通常采用以下办法：

1.在安装调试的过程中，利用在绳缆行业广泛使用的紧绳器尽可能紧地收紧绳索，在收紧状态下将绳索连接为闭合，之后拆去紧绳器。这种作业方法会导致绳索、登高助力装置的结构件、甚至安装登高助力装置的设备设施都会承受较大载荷，影响整个装置以及设备设施的寿命和安全性；

2.当驱动绳发生较大的永久变形并导致驱动轮和驱动绳间出现打滑时，拆开绳索接头，按照项1所述的方法重新收紧绳索，之后剪去多余的部分并重新连接。由于需要使用紧绳器及结绳工具，所以登高助力装置的使用者无法在发现驱动绳打滑后立刻解决，只能暂停使用，在下次到达现场时携带相关工具并予以处理。事实上，使用紧绳器收紧绳索，以及结绳的工作都具有一定的技术性及劳动强度，除非受过培训，否则大部分登高助力装置的使用者无法完成操作。

采用闭合驱动绳的登高助力装置必须有效解决以下问题：