本實用新型涉及運動健身模擬設備的技術領域，具體地指一種室內攀巖機的液壓控制系統。

背景技術：

隨著時代的不斷發(fā)展，人們對生活質量要求的不斷提高，擁有健康、協調的身材成為當下的一種潮流，各類健身場館亦如雨后春筍般在全國各地興起。2016攀巖項目正式進入2020年東京奧運會，從此攀巖將成為奧運會唯一的攀爬類項目。而作為攀巖人才短缺的中國已經開始了新一輪的攀巖運動推廣普及工作，將重點推進“攀巖進校園”工程，計劃在未來5年內，使開展攀巖運動的學校達到1000所。但由于室外攀巖運動的局限性，普及大眾的室內攀巖運動將會成為廣大新興攀巖愛好者的選擇。

目前國際上的室內攀巖運動普遍存在代入感不強、攀巖形式單調的問題。世界上大多數室內攀巖體驗館采用的仍然是攀巖墻的形式，其在一個大型場館內的墻壁上分為多種不同的路徑供人們自主選擇攀爬。這種結構單調乏味并且缺乏路徑變換，很難滿足攀巖愛好者的健身需求。當今市面上的室內攀巖機只有履帶格式攀巖機和家用小型腳踏式攀巖機。前者因為攀爬方式單一且路徑需要人工調整少有人問津，后者僅僅是家用腳踏機器導致攀巖體驗性太低。其他的室內攀巖機想法都存在眼高手低的情況，仍無法解決路徑變換限制的問題。

當今國內市場上的室內攀巖機主要分為國外生產的Treadwall系列攀巖機和國內生產的多種仿照機，這些攀巖機的傳動形式主要分為電機傳動與液壓傳動，前者主要通過電機帶動鏈條旋轉實現整機傳動，后者主要通過人的重力帶動液壓系統進行傳動。電機傳動的方法雖能基本實現攀巖機的整體運動，但無法與用戶的攀爬速度相調節(jié)，并且需要大量電能輸入，易影響用戶的攀巖體驗感，且經濟效益較差；現有的液壓傳動方式已基本實現了人體自重機械能的輸入，但存在缺乏急停保護與難以計算機控制的缺陷，無法保證用戶在攀巖機上進行攀巖運動的安全性。

因此，本領域急需一種新的液壓傳動系統，能實現用戶在攀巖機上攀爬的速度同步性、急停保護與計算機安全控制等多種功能，使用戶在室內攀巖機上攀巖時，整機具有足夠的穩(wěn)定性與可靠性。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種穩(wěn)定性好，運行可靠的室內攀巖機的液壓控制系統。

本實用新型所采用的技術方案為：一種室內攀巖機的液壓控制系統，包括外部支撐架和攀巖機本體框架，所述攀巖機本體框架安設在外部支撐架上，在攀巖機本體框架包括內部支撐架，在內部支撐架上設有攀巖機轉動機構，所述攀巖機轉動機構包括沿攀巖機本體框架外圍方向豎向循環(huán)轉動的鏈條和多個平行于攀巖機本體框架橫向的橫板，各鏈條與鏈輪及鏈輪軸對應配置，且各鏈條設置在內部支撐架的兩側位置，各橫板相互緊鄰固定于各鏈條上，隨鏈條循環(huán)轉動。其特征在于：所述攀巖機轉動機構的整體傳動是依靠攀爬者自身重力以及攀爬時作用在攀巖機上的力進行傳動，所述鏈輪軸的轉速通過液壓控制系統控制，所述攀巖機液壓控制系統包括與上部鏈輪軸相連接的傳動齒輪、齒輪泵、油箱、三位四通電磁閥、比例節(jié)流閥、PLC控制系統和流量傳感器，所述傳動齒輪與齒輪泵上的齒輪相嚙合，所述齒輪泵的吸油口與油箱相連，排油口通過三位四通電磁閥與比例節(jié)流閥相連，所述比例節(jié)流閥通過流量傳感器與油箱相連，所述PLC控制系統與比例節(jié)流閥和流量傳感器相連。

按上述技術方案，所述齒輪泵的吸油口通過濾油器與油箱相連。

按上述技術方案，在齒輪泵的排油口設置有安全閥。

按上述技術方案，所述安全閥為比例溢流閥。

按上述技術方案，所述攀巖機本體框架的兩側通過第一軸承與外部支撐架相連，在外部支撐架上設有驅動裝置和變幅機構，所述驅動裝置安設在外部支撐架上，用于驅動變幅機構，所述變幅機構與攀巖機本體框架相連，用于實現攀巖機本體框架在一定角度范圍內擺轉。

按上述技術方案，所述驅動裝置為蝸輪蝸桿機構，所述變幅機構包括變幅旋桿、第一變幅連桿和第二變幅連桿，所述蝸輪蝸桿機構對稱安設在外部支撐架上，兩蝸輪蝸桿機構的蝸輪套裝在變幅旋桿的兩端，所述變幅旋桿橫向安設在外部支撐架上，所述第一變幅連桿的上端與變幅旋桿相固連，下端與第二變幅連桿的前端相鉸接，所述第二變幅連桿的尾端與攀巖機本體框架的下端相鉸接。

按上述技術方案，所述第一變幅連桿與第二變幅連桿之間呈一定夾角設置。

按上述技術方案，在第二變幅連桿上設有凹槽，當第一變幅連桿和第二變幅連桿發(fā)生相對運動時，凹槽用于容納第一變幅連桿。

按上述技術方案，所述攀巖機轉動機構包括沿攀巖機本體框架外圍方向豎向循環(huán)轉動的鏈條和多個平行于攀巖機本體框架橫向的橫板，各鏈條與鏈輪及鏈輪軸對應配置，且各鏈條設置在內部支撐架的兩側位置，各橫板相互緊鄰固定于各鏈條上，隨鏈條循環(huán)轉動。

本實用新型所取得的有益效果為：

1、本液壓系統能通過控制系統完成整機的急停保護，并通過PLC閉環(huán)控制系統實現人機速度的同步性，對用戶攀巖過程中的安全性與攀爬體驗性具有較大地提升。且其能有效解決在不同情況下攀巖機的內部傳動穩(wěn)定性問題，并通過耗能低高效率的液壓傳動作為傳動方式，即提升了整機的經濟效益，也能有效提升用戶的室內攀巖樂趣。

2、通過設置支撐變幅裝置，利用驅動裝置帶動變幅機構的傳動，即實現了攀巖機的精確角度變幅，增強了用戶的攀巖體驗，其中驅動裝置采用蝸輪蝸桿帶動變幅機構轉動，完成了變幅機構的自動卡死工作，工作穩(wěn)定可靠。

3、通過在第二變幅連桿上設置用于容納第一變幅連桿的凹槽，其用于防止攀巖機變幅過程中因傾角較大，而出現的機構間相互干涉的情況。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結構示意圖。

圖2為本實用新型的系統原理圖；

圖3位本實用新型的執(zhí)PLC閉環(huán)控制系統執(zhí)行框圖。

圖4為傳動齒輪的布置示意圖。

圖中：1—油箱、2—輸油管道、3—濾油器、4—齒輪泵、5—安全閥、6—三位四通電磁閥、7—回油管道、8—比例節(jié)流閥、9—PLC閉環(huán)控制系統、10—流量傳感器、11—鏈條、12—鏈輪、13—帶座式軸承、14—鏈輪軸、15—齒輪、16—攀巖機本體框架、17—外部支撐架、18—軸承、19—橫版、20—攀巖抓手、21—防護軟墊板、22—變幅旋桿、23—蝸輪蝸桿機構、24—第一變幅連桿、25—第二變幅連桿。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖所示，本實施例提供了一種室內攀巖機的液壓控制系統，包括外部支撐架17和攀巖機本體框架16，所述攀巖機本體框架16安設在外部支撐架17上，攀巖機本體框架16包括內部支撐架2，在內部支撐架2上設有攀巖機轉動機構，所述攀巖機轉動機構包括沿攀巖機本體框架外圍方向豎向循環(huán)轉動的鏈條11和多個平行于攀巖機本體框架橫向的橫板19，在內部支撐架2上設置有三根鏈輪軸14及三對鏈輪12，所述三根鏈輪軸14呈鈍角三角形布置，同時各鏈條11與鏈輪12及鏈輪軸14對應配置，使攀巖機本體框架16背部呈鈍角三角形狀。各鏈條11設置在內部支撐架2的兩側位置，并通過外殼防護。各橫板19是相互緊鄰固定于各鏈條11上，鏈條11通過K型鏈結附件與橫板19固定連接，實現機器上橫板19的循環(huán)運動，在攀巖機本體框架的上設有多個攀巖抓手20，所述攀巖抓手20配置在橫板19上。所述攀巖機轉動機構的整體傳動是依靠攀爬者自身重力以及攀爬時作用在攀巖機上的力進行循環(huán)傳動，所述鏈輪軸12的轉速通過攀巖機液壓控制系統控制。

所述攀巖機液壓控制系統包括與上部鏈輪軸14相連接的傳動齒輪15、油箱1、輸油管道2、濾油器3、齒輪泵4、安全閥5、三位四通電磁閥6、回油管道7、比例節(jié)流閥8、PLC閉環(huán)控制系統9以及流量傳感器10。所述齒輪泵4的吸油口通過濾油器3及輸油管道2與油箱1相連，排油口通過三位四通電磁閥6與比例節(jié)流閥8相連，所述比例節(jié)流閥8通過流量傳感器10與油箱相連，所述PLC控制系統9與比例節(jié)流閥8和流量傳感器10相連。安全閥5選用為比例溢流閥。

所述傳動齒輪15與齒輪泵4上的齒輪相嚙合，其中，所述齒輪泵4通過由人體自重輸入的機械能輸入驅動，從油箱1中吸油，油液經濾油器2進入齒輪泵3，油液經過泵腔后從低壓變?yōu)楦邏海瑢崿F機械能到液壓能的轉變。

所述三位四通電磁閥6與安全閥5處于兩條支路上，三位四通電磁閥6通過閥芯的移動將液壓系統分為三種工況：一種是無負載的調試狀態(tài)，此時三位四通電磁閥6處于下工位，液壓油通過回路直接流回到油箱中；另一種是正常的工作情況，此時三位四通電磁閥6處于上工位，部分液壓油沿三位四通電磁閥6流向比例節(jié)流閥8，而多余的液壓油將經過安全閥5流回油箱；最后一種是急停保護狀況，系統控制三位四通電磁閥6閥芯移動，使三位四通電磁閥6迅速回到中位，此時右側回路失去液壓油供應，比例節(jié)流閥8快速閉合閥口，從而實現整機的快速急停。

所述安全閥5在系統正常工作時，其所在的支路作為多余液壓油回流的支路；當系統進行急停保護時，三位四通電磁閥6迅速回到中位，此時回路中壓力逐漸增加，使得安全閥5快速打開閥口，實現左側回路的液壓油快速回流，減小因系統急停而造成的齒輪泵3的傷害程度。

所述PLC閉環(huán)控制系統9通過控制比例節(jié)流閥8實現流量大小的調節(jié)。

如圖2所示，本液壓系統的PLC閉環(huán)控制系統9為模擬量閉環(huán)控制系統，其左虛線框為PLC閉環(huán)控制系統9，所述PLC閉環(huán)控制系統9包括PID控制器、A/D轉換器和D/A轉換器。在該系統中，流量傳感器10檢測液壓系統的流量信號，將其轉換成模擬量后輸出給模擬量輸入模塊，然后經過A/D轉換后得到與速度成比例的數字量。PID控制器將得到的數字量與設定的流量值進行比較，然后按照PID控制規(guī)律對誤差進行計算，得到適合于此時傳動速率結果，再將運算的結果以模擬量輸出，最后經過D/A轉換器變成電流信號。電流信號傳遞到執(zhí)行器上后，控制步進電機調節(jié)比例節(jié)流閥8的閥口大小，從而實現對整機傳動速度與流量的控制。

如圖3所示，本液壓系統中齒輪泵4布置的位置如此圖。鏈輪軸14通過帶座式軸承13固定在攀巖機上，與鏈輪12相連接。當用戶在攀巖機上進行攀爬時，重力帶動鏈條11傳動，從而使鏈輪12旋轉帶動鏈輪軸14運動。鏈輪軸14與齒輪泵4之間用齒輪15連接，鏈輪軸14的傳動帶動齒輪15旋轉，從而使人體自重的機械能傳遞到齒輪泵4中，完成整機的能量輸入。

下面結合附圖說明本實用新型的一次工作過程：

當在對液壓系統進行調試時，使三位四通換向閥6處于下工位，此時液壓油通過齒輪泵4后直接沿回路流入油箱中，查看攀巖機是否能夠進行正常運轉工作，若能輕易轉動，則攀巖機可正常工作；反之則不能正常工作，需要進一步調試。

當在攀巖機正常工作時，攀巖者在向上攀爬的同時通過自重帶動鏈輪12轉動，鏈輪12驅動鏈輪軸14旋轉將自重作為機械能輸入，機械能驅動齒輪泵3由從油箱1中吸油，此時油液經濾油器2進入齒輪泵3，油液在泵腔中從入口到出口實現低壓到高壓的變換，實現機械能到液壓能的轉換。此時三位四通換向閥6處于上工位，部分液壓油通過三位四通電磁閥6后進入比例節(jié)流閥8中，其他多余的液壓油通過安全閥4流回油箱。液壓油通過比例節(jié)流閥8后經過流量傳感器10，傳感器將反饋信號傳遞給PLC閉環(huán)控制系統9，控制系統通過計算分析得到電流信號后傳遞給比例節(jié)流閥8，其接收信號后，由其大小值來帶動步進電機調節(jié)閥口大小，從而實現整機的傳動速度與系統內流量的控制。最后液壓油經過流量傳感器10后的回油管道排回油箱。

當在特殊情況下進行攀巖機的急停保護時，系統控制三位四通電磁閥6閥芯快速移動，使三位四通電磁閥6處于中位，讓右側回路失去液壓油供應，此時PLC閉環(huán)控制系統9控制比例節(jié)流閥8快速閉合閥口，從而實現整機的快速急停；隨著左側回路的壓力逐漸增大，使回路中的安全閥5快速打開閥口，實現左側回路的液壓油回流，減小因系統急停對齒輪泵3的傷害程度。

本實施例中，為了進一步增加本攀巖機的體驗感及樂趣，所述攀巖機本體框架16的兩側通過軸承18與外部支撐架17相連，所述外部支撐架17還通過支撐變幅裝置與攀巖機本體框架16相連，以實現攀巖機本體框架擺動角度的調節(jié)。所述變幅裝置包括在外部支撐架17上設有的驅動裝置和變幅機構，所述驅動裝置安設在外部支撐架17上，用于驅動變幅機構，所述變幅機構與攀巖機本體框架16相連，用于實現攀巖機本體框架在一定角度范圍內擺轉。

本實施例中，所述驅動裝置選擇蝸輪蝸桿機構23，即在外部支撐架17的兩側對稱設置蝸輪蝸桿機構23。所述變幅機構包括變幅旋桿22、第一變幅連桿24和第二變幅連桿25，所述蝸輪蝸桿機構23安設在外部支撐架17上，兩蝸輪蝸桿機構23的蝸輪套裝在變幅旋桿22的兩端，所述變幅旋桿22橫向安設在外部支撐架17上，所述第一變幅連桿24的上端與變幅旋桿22相固連，下端與第二變幅連桿25的前端相鉸接，所述第二變幅連桿25的尾端與攀巖機本體框架的下端相鉸接，用于實現攀巖機本體框架在一定角度范圍內擺轉。其中，所述第一變幅連桿24與第二變幅連桿25之間呈一定夾角設置。

本實施例中，為了防止攀巖機變幅過程中因傾角較大，而出現的機構間相互干涉的情況發(fā)生，在第二變幅連桿25的前端上設有凹槽，當第一變幅連桿24和第二變幅連桿25發(fā)生相對運動時，凹槽用于容納第一變幅連桿24。同時第二變幅連桿25的尾部裝有第二軸承，用于支撐室內攀巖機本體框架的下部軸，第二軸承為座立式軸承。

當系統下達變幅指令時，蝸輪蝸桿機構的電機輸出動力，通過聯軸器帶動蝸桿進行旋轉，同時蝸桿帶動蝸輪旋轉，固定在蝸輪上的變幅旋桿22也隨之旋轉，其驅動兩側的第一變幅連桿24與第二變幅連桿25前后擺動，帶動室內攀巖機的下部軸前后位移，從而實現室內攀巖機的變幅運動。攀巖機的正負角變幅通過控制電機內轉子的正反轉實現。

當系統下達停止變幅指令時，蝸輪蝸桿機構的電機停止輸出動力，蝸桿停轉，從而蝸輪與變幅旋桿22停止轉動，此時兩側的第一變幅連桿24與第二變幅連桿25都停止擺動，由此室內攀巖機的下部軸位置固定，使攀巖機變幅停止。又由于蝸輪蝸桿機構23的自鎖特性，蝸輪無法帶動蝸桿，即當蝸桿停止轉動時，蝸桿無法進行相對位移導致變幅模塊實現角度變化，由此在停止變幅工作的同時，也實現了變幅機構的卡死工作。