移动除湿机
CONSTRUCTION MACHINERY
83
2019/11总第525期
李 斌1，王金路1，刘 庆2
（1. 沈阳建筑大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110168；2. 辽宁军锋机械制造有限公司，辽宁 抚顺 113122）
［摘要］本文研究一种提升机用的新型卷绳机构，该机构为一种具有压绳力自反馈功能的“S ”型卷绳机构。介绍了这种提升机构的结构形式和工作原理，建立了压绳轮对牵引绳的压力与牵引绳拉力之间的数学模型，给出了该提升机构在工作状态不发生打滑的条件，最后分析了牵引绳在摩擦轮上的静止弧与结构参数之间的关系，并建立了数学表达式，为新型“S ”型卷绳机构提升机的设计奠定了理论基础。 ［关键词］“S ”型卷绳机构；压绳力；自反馈；摩擦传动；静止弧
［中图分类号］TD534 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2019）11-0083-04
Research on “S” type rope reel mechanism with self -feedback function
LI Bin ，WANG Jin -lu ，LIU Qing
近年来，随着我国城市建设的快速发展，高层、超高层建筑也越来越多，用于高层、超高层建筑外墙施工和维修的设备得到了快速发展。要将外墙施工或维修设备升降到指定楼层，必然需要一种承载能力强、提升速度快的提升机构，而电动爬升式提升机无疑是一种较好的选择。目前，市场上的电动爬升式提升机按卷绳方式一般有2种结构形式，一种为“α”型结构，另一种为“S ”型结构。而无论是哪种结构形式，大都采用末端由拉簧或压簧提供压绳力，使压绳轮压紧牵引绳，达到使牵引绳与摩擦轮“V ”型槽两侧面紧密接触，从而产生所需的摩擦力以满足提升力要求，使提升机沿着牵引绳不断向上爬升，实现向上提升重物的目 的［1-2］。但这种结构形式的卷绳机构压绳力为固定值，当重物超过预估值时，系统可能出现打滑，具有一定的局限性。与常规结构形式不同，本文主要研究一种新的电动爬升式提升机卷绳机构，使牵引绳的压紧力随提升力的变化而变化，当提升力增加时，压绳轮对牵引绳的压力也增加，系统的驱动摩擦力也随之增大。反之驱动力就随之减小，这样有利于提高牵引绳的寿命，也有利于提高系统工作状态的安全性。
1 自反馈系统的形式和功能
图1所示为“S ”卷绳机构自反馈系统示意
图，其卷绳机构主要由张紧轮、压绳杆、压绳轮、拉杆、摩擦轮1和摩擦轮2组成。牵引钢丝绳如图1所示方式缠绕，当实行爬升作业时，入绳端产生一
入绳端
出绳端
32
4
龙脑抑菌剂
1
5
6
1. 拉杆
2. 压绳轮
3. 压绳杆
4. 摩擦轮1
5. 张紧轮
6. 摩擦轮2
图1 “S ”型卷绳机构自反馈系统示意图
DOI:10.ki.cm1981.2019.11.012［收稿日期］2019-06-13
［通讯地址］李斌，辽宁省沈阳市浑南新区浑南东路9号沈阳建筑大学机械工程学院
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84 建筑机械个提升拉力，使牵引绳对张紧轮产生压力，并带动拉杆驱动压绳杆，使压绳轮压紧摩擦轮上的牵引钢丝绳，使之形成出绳端的拉力，进而产生牵引绳的牵引力。由于与拉杆连接的张紧轮的轮轴两端外伸部分都受到箱体滑动槽的制约，只能进行水平移动，不能产生上下方向的移动，保证了拉
杆只能有水平运动趋势。产生压绳轮的压力与牵引绳的牵引力形成自反馈的效果。
2 牵引绳与压绳轮之间的力学关系
图2所示为“S ”型卷绳机构自反馈系统受力
模型图。以摩擦轮1中心O 点为坐标原点建立坐标系，设摩擦轮2中心O 1点坐标为（x 1，-y 1），张紧轮中心O 2点坐标为（x 2，-y 2），两摩擦轮半径为R ，压绳轮半径为r 1。可推导出压绳轮圆心O 3坐标为（-（R +r 1），0），压绳杆固定铰点O 4坐标为（-（R +r 1），y 4），拉杆和压绳杆铰点O 5坐标为（-（R +r 1），-y 2）。根据O 3、O 4、O 5坐标从而推导出压绳杆的两力臂L 1、L 2分别为
L 1=y 4，L 2=y 2
2)图2 “S ”型卷绳机构自反馈系统受力模型图对摩擦轮2与张紧轮进行几何分析，求出牵引绳与摩擦轮2切点处半径与摩擦轮2水平轴线的夹角α，由图2可知
()21'cos x x x r α=-- )1
2
'tan sin y y x h r αα-=++ 'sin cos x h R αα
=- 2222
2
sin bc a a b c
α-+-= ()()()11
2221242241==F L S y y bc a a b c y a b pS +-+-+ ()()()22224224y y bc a a b c p y a b +-+-=+ 12sin 2F N θ= 0130
1
=2=sin 2F S N F μμμθ= 0=sin 2μμθ ()12133=S S e S e μλλμλ+= 22
266x y R +=
16162=2y y k x x -+- 66
=1y k x -⋅- ()
1622114=2Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+- 61=πarccos x R λ+ （1）21'cos
x x x r =-- ()12'tan sin y y x h r αα-=++ x h R αα=- 222
22sin bc a a b c a b α-+-=+ (()()()1112221242241==S F L S y bc a a b c y a b pS =+-+-+ ()()()2222424y bc a a b c p y a b +-+-=+ 12sin 2F N θ=
01301=2=sin 2F S N F μμμθ= 0=sin 2μμθ ()12133=S S e S e μλλμλ+= 22266x y R += 16162=2y y k x x -+- 66=1y k x -⋅- (
)16214=2Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+- 61=πarccos x R λ+ （2）21'cos x x r =-- (12'tan sin y y x
h r α-=++ '
sin cos x h R αα=- ()()()11
22124241==F S y y bc a a b c y a b pS +-+
-+ ()()()2224224y y bc a a b c p y a b +-+-=+ 12sin 2F N θ= 01301=2=sin 2F S N F μμμθ= 0
=sin 2μμθ ()12133=S e S e μλλμλ+= 22266x y R += 1
6162=2y y k x x -+- 66=1y k x -⋅- ()1622114=2Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+- 61
=πarccos x R λ+ （3）式中 r ——张紧轮半径。联立式（1）、（2）、（3）推导出21'cos x x x r =-- (12'tan sin y y x h r α-=++ 'sin cos h R α=- sin α=)()()()12112
2212422
41sin ==S L L F L S y y bc a a b c y a b pS α+=+-+-+ ()()
()22
224224y y bc a a b c p y a b +-+-=+ 12sin 2F N θ= 01301=2=sin F S N F μμμθ= 0=sin 2μμθ ()12133=S S e S e μλλμλ+= 22266x y R += 16162=2y y k x x -+- 66=1y k x -⋅- ()
1622114=2Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+- 6x （4）式中 a =x 2-x 1；b =y 1-y 2；c =R +r 。如图2所示，设压绳轮对牵引绳施加的压紧力为F 1，拉杆拉力为T 。因为O 4点为压绳杆铰点，对O 4点取矩，则拉杆拉力与压绳轮对牵引绳法向压力的关系为T ·（L 1+L 2）-F 1·L 1=0 （5）设入绳端拉力即牵引绳拉力为S 1，则根据受力状态得牵引绳拉力S 1和拉杆拉力T 的函数关系式为T =S 1sin α （6）根据式（4）-（6）可得21'cos x x x r =-- (12'tan sin y y x h r α-=++ 'sin cos h R α=- 22222sin bc a a b c a b α-+-=+ ()()(()1121112422
41sin ==S L L F L S y y bc y a b pS α+=+-+ ()
θ= 01301=2=sin 2F S N F μμμθ= 0=sin
2μμθ ()
12133=S S e S e μλλμλ+=
22266x y R +=
（7）式中 p ——比例系数。21'cos x x x r =-- (12'tan sin y y x h r α-=++ 'sin cos h R α=- 22222sin bc a a b c a b α-+-=+ (()()
()1
12112221242241==S L L F L S y y bc a a b c y a b pS +=+-+-+ ()(()
24224y y bc p y a b +-=+ θ= 01301=2=sin 2F S N F μμμθ= 0=sin 2μμθ ()12133=S S e S e μλλμλ+= 式（7）显示了压绳轮对牵引绳压力与牵引绳的拉力成正比的关系。比例系数p 的表达式由轮心坐标位置等结构参数组成，通过调整这些相关的参数，可以改变p 值，从而能够改变牵引绳的拉力S 1和压绳轮压力F 1之间的关系。在正常状态下不宜调整摩擦轮中心的位置，只调整x 2的值来改变p 值，Copyright©博看网 All Rights Reserved.
CONSTRUCTION MACHINERY 852019/11总第525期来改变S 1和F 1的比例关系。3 牵引绳不打滑状态系统结构参数图3所示的“S ”卷绳机构摩擦轮绳槽的结构形式是一种“V ”型槽，压绳轮对牵引绳施加的压力为F 1，则牵引绳在绳槽上产生的法向压力N
为图3 牵引绳受力截面图21'cos x x x r =-- (12'tan sin y y x h r α-=++ 'sin cos h R α=- 222b c - )
)22222a a b c b -+-+ )
()222224a b c p y a b +-=+ 12sin 2F N θ= μμμθ= 0=sin 2μμθ ()12133=S S e S e μλλμλ+= 22266x y R += 161
62=2y y k x x -+- 66=1y k x -⋅- ()1622114=2Rx d x x y ++ 2422242
1
1114416d R y R x y R y =+- 61=πarccos x R λ+ （8）式中 θ——V 型槽的角度。则牵引绳在压绳轮处产生的摩擦张紧力为21'cos x x x r =-- (12'tan sin y y x h r α-=++ 2c )
)22221=a b c pS +- ()(
)
()22224224y y bc a a b c p y a b +-+-=+ 12sin 2F N = 01301=2=sin 2F S N F μμμθ= μμθ ()12133=S S e S e μλλμλ+= 22266x y R += 161
62=2y y k x x -+- 66=1y k x -⋅- ()1622114=2Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+- 61=πarccos x R λ+ （9）式中 μ0——钢丝绳与摩擦轮的摩擦系数； μ——当量摩擦系数。21'cos x x x r =-- sin h r α++ 222b c b - ()(
)
()222124224
1==S y y bc a a b c y a b pS α+-+-+ ()()
()22224224y y bc a a b c p y a b +-+-=+ 12sin 2F N = 01301=2=sin 2F S N F μθ= 0=sin 2μμθ μλ+= 22266x y R += 16162=2y y k x x -+- 66=1y k x -⋅- ()1622114=2Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+- 如图4所示，牵引绳在摩擦轮1上的包角为λ1，在摩擦轮2上的包角为λ2，这2个包角之和为牵引绳在摩擦轮上的总包角λ。在系统临界状态，根据欧拉公式有sin r α 22222
sin bc a a b c a b α-+-=+ (()()()112112221242241sin ==S L L F L S y y bc a a b c y a b pS α+=+-+-+ ()()
()22224224y y bc a a b c p y a b +-+-=+ 12sin 2F N = 01301=2=sin 2F S N F μθ= 0=sin 2μ ()12133=S S e S e μλλμλ+= x y R +=
16162=2y y k x x -+- 66=1y k x -⋅- （10）设牵引绳与摩擦轮1切点B 点坐标为（x 6，-y 6），摩擦轮2和摩擦轮1中间牵引绳的斜率为k ，根据几何关系有
图4 卷绳机构的包角与静止弧模型图'sin cos h R α=- 22222sin bc a a b c a b α-+-=+ ()112122sin S L L F b c α+=- )
2c - ()12133=S S e S e μλλλ+= 22266x y R += x x -+- 66=1y k x -⋅- ()1622114=2Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+-
（11）'sin cos h R α=- 22222sin bc a a b c a b α-+-=+ ()
112122sin S L L F L b c α+=- )2c - 12133λ= 22266y R += 16162=2y y k x x -+- Rx d x x y ++ 242224211114416d R y R x y R y =+- （12）根据两直线垂直关系得(12'tan sin y y x h r α-=++ 'sin cos h R α=- 222
22sin bc a a b c a b α-+-=+ )
22b c +- )
22b c - ()12133=S S e S e μλλλ+= 22266y R += 16162=2y y k x -+- 66=1y k x -⋅- Rx d x x y ++ 24222421116y R y - 61=πarccos R λ+ （13）根据式（11）-（13），可得 21
(12'tan sin y y x h r α-=++ 'sin cos h R α=- 22222
sin bc a a b c α-+-= )
22b c - )
2c - sin 2()12133=S S e S e μλλλ+= 22266y R += 16162=2y y k x -+- 66=1y k x -⋅- ()1622114=2Rx d x x y ++ x R λ+ （14）式中 (12'tan sin y y x h r α-=++ 'sin cos h R α=- 22222sin bc a a b c a b α-+-=+ sin 2()12133=S S e S e μλλλ+= 22266y R += 16162=2y y k x -+- 66=1y k x -⋅- ()1622114=2x d x y ++ d x R λ+ 由图4可得摩擦轮1和摩擦轮2的包角分别为21'cos x x x r =-- (12'tan sin y y x h r α-
=++ 'sin cos h R α=- 222-+-)22c - )
2c 0=sin 2μ ()12133=S S e S e μλλλ+= 22266y R += 16162=2y y k x -+- 66=1y k x -⋅- 16224=x d x + 2422
2
4211114416d R y R x y R y =+- 61=πarccos x R λ+ （15）
62=πarccos x R
λα++ μλ≤ 0sin 201sin
2e p μλθ
μθ≤ ()S S e μλγ-=
（16）当系统正常工作时，牵引绳不发生打滑的条件为提升力应小于临界极限值，所以有Copyright©博看网 All Rights Reserved.
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建筑机械
++
13S S e μλ
≤ μλ
表贴式永磁同步电机θμθ
≤
()13S S e μλγ-= 00sin 2ln =sin 2p θμθ
γλμ⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪
⎝⎭-⋅
（17）将式（7）、（9）带入式（17）得到S 型卷绳机构不发生打滑的条件为 α++
13S S e λ
≤ 0sin
2
01sin 2
e
p μλθμθ≤ μλγ-= 00
硅胶假乳
sin 2ln =sin 2p θμθγλμ⎛⎫ ⎪ ⎪
⎪⎝⎭-⋅
（18）当结构参数满足式（18）的条件时，系统不会出现打滑；从表达式可以看出，此反馈系统打滑与否与“S ”型卷绳机构提升机的牵引绳拉力无关，只与系统结构参数有关，这为“S ”型卷绳机构提升机自反馈系统的设计提供了依据。但要注意
的是随着牵引绳拉力的增大，压绳轮对牵引绳的压紧力增大，法向压力过大，会加大牵引绳磨损，发
生牵引绳“散股”现象［3］。
4 系统参数对卷绳机构静止弧的影响
在实际的摩擦轮传动中牵引绳在传动轮上的
围包角分为静止弧和滑动弧，在静止弧上牵引绳的拉力没有变化，在滑动弧上牵引绳拉力遵循欧拉公
式［1］。当2个摩擦轮“S ”型排列时，因2个摩擦轮绳槽部分完全相同，所以牵引绳在摩擦轮1上的运动可以看作是在摩擦轮2上运动的继续。设整个卷绳机构反馈系统的静止弧所对应的角为γ，则滑动弧所对应的角为λ-γ，根据欧拉公式，可得α++ 13S S e λ
≤ 0sin 2
01sin 2e p λ
μ≤ ()
13S S e
μλγ-= θγλμ⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭-
⋅ （19）联立式（7）、（9）、（19）推导出卷绳机
构静止弧和系统参数关系的表达式为α++
13S S e λ≤ 0sin
201sin 2e p λμ≤ ()13S S e λγ-= 00
sin 2ln =sin 2p θμθγλμ⎛⎫ ⎪ ⎪
⎪⎝
⎭-⋅ （20）因为只讨论卷绳机构静止弧分别与摩擦轮2坐标和张紧轮坐标之间的关系，将其余参数设为定量，根据实际机构设计情况，假设2个摩擦轮半径R =180mm ，张紧轮半径r =56mm ，压绳杆固定铰点
O 4纵坐标y 4=180mm 。钢丝绳与摩擦轮的摩擦系数μ0=0.2，摩擦轮V 型槽的角度θ=45°，压绳轮半径r 1=40mm 。
令张紧轮的横坐标x 2=278mm ，纵坐标y 2= 220mm ，根据静止弧所对的角γ的表达式，建立MATLAB 曲面图，得出静止弧所对的角γ随摩擦轮2坐标变化关系如图5所示。
令摩擦轮2的横坐标x 1=83mm ，纵坐标y 2= 440mm ，根据静止弧所对的角γ的表达式，建立MATLAB 曲面图，得出静止弧所对的角γ随张紧轮坐标变化关系如图6所示。
0100
200
玻璃钢拉挤模具300
2
46
810600
550
500450400
350
1(mm)
Y 1(mm)
X Y
图5 γ随摩擦轮2坐标变化关系
00
4000246
810300300
200
200
100100
500
400
2(mm)
Y 2(mm)
X Y
图6 γ随张紧轮坐标变化关系
分析图5中曲面可以发现，“S ”卷绳机构自反馈系统的静止角γ随摩擦轮2横坐标x 1增大而逐渐增大，随纵坐标y 1增大而逐渐减小。
图6曲面显示出了“S ”卷绳机构自反馈系统的静止角γ随张紧轮横坐标x 2增大而逐渐减小，随纵坐标y 2增大而逐渐增大。
（下转第90页）
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90
建筑机械
由表达式（20）可知，该卷绳机构的静止角γ不随牵引绳拉力的变化而变化，只随系统结构参数变化而改变。
5 结束语
本文介绍了“S ”型卷绳机构自反馈系统的结构组成与工作原理，分别推导出了牵引绳拉力与压绳轮压力的关系，牵引绳不打滑的条件和系统静止弧的表达式，得到了静止角与牵引钢丝绳拉力不相关的结
论，并利用MATLAB 软件对“S ”型卷绳机构自反馈系统的参数之间的关系进行了分析，为新型“S ”型卷绳机构提升机的设计奠定了基础。［参考文献］
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［J ］. 矿山机械，1998，26（2
）：31-
32.
依据转运需求编号及转运调度策略模块，建立转运需求对应的转运任务记录，并将转运任务记录插入到《转运任务队列表》中，形成最佳的转运任务分配；中控系统按转运任务表的先后次序下发转运任务给双小车工作站2及工位工作站5；依据转运任务，双小车工作站2自动到达转运起始工位，工位工作站5将托盘（含工件）从工序设备工作站6处推入到转运起始工位；双小车工作站2自动举起托盘（含工件）到位，再夹紧托盘，自动同步运输至目的工位后，松开托盘并放下托盘，工位工作站5将目的工位处的托盘（含工件）推入到下道工序设备工作站6，至此完成本次转运任务，中控系统4保存本次转运入《转运记录表》中；继续执行《转运任务队列表》转运任务至作业全部完成。
5 结束语
本转运系统能智能化地根据流水线工位情况、工序作业情况、作业工艺要求、调度策略等建立转运任务，转运任务自动传递给双小车工作站，由双小车工作站控制双小车沿双轨完成转运任务，实现了大尺寸、重物件的自动流转及工序的衔接，保证了流水线生产的连续性，转运效率高，定位精准，大大降低工人辅助工作量。
为保证智能化转运，设计有由生产工艺流程建立对应的《转运需求记录表》、由调度策略模块建立最佳的转运方案；采用同步控制算法、同步安全策略等措施保障两车运行的同步性；转运目的工位的精准控制：转运前及转运中采用各自采用安全策略，保障运行安全平稳；采用工业以太网总线，实现高效稳定的控制，能实现与企业的
MES 、ERP 等网络无缝接入，实现远程的操作、维护等。
（上接第86页）
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