專利名稱：自供能升降方法和超高節(jié)能升降機、電梯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自供能量的升降方法，以及依該方法設(shè)計制造的升降機、電梯。
現(xiàn)有的升降機、電梯都是以電作為升降的動力。中國專利9123401.X、92222595.8所公開的升降梯、提升裝置僅僅是可節(jié)省吊箱本身升降所需的能量，91223510.1所公開的位能式升降機，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用水泵需耗電，液體傳遞能量時液體流動本身也會損耗能量。
本發(fā)明旨在克服上述缺點，而提供一種自供能量的升降方法，以及依該方法設(shè)計制造的超高節(jié)能升降機、電梯，使升降機、電梯的起動、加速、運行、減速、停下僅是能量在升降機、電梯內(nèi)部的轉(zhuǎn)移，而不是消耗了外界送來的能量(電力)。
自供能升降方法是將一儲能系統(tǒng)的重物懸于卷在卷筒的繩上，一升降系統(tǒng)的被提升物懸于卷在另一卷筒的繩上，該兩卷筒通過輪杠桿相互作用，在改變了或不改變儲能重物或被提升物的重量時，均可調(diào)節(jié)輪杠桿力臂(半徑)的長度，使重物卷筒上所產(chǎn)生的力大于被提升物卷筒上所產(chǎn)生的力，被提升物被提升或減速下降，反之，被提升物下降或減速上升，兩力相等時，則靜止或做勻速運動。
依上述方法制造的升降機、電梯中有一儲能重物(1)懸于卷在卷筒(3)的鋼索(2)上，卷筒(3)的軸(4)和一變速器(箱)相連，變速器再和傘齒輪(5)相連，或直接和傘齒輪(5)相連，傘齒輪(5)連接著一能在其傘頂和傘邊緣間順著傘齒輪的輪齒與其嚙合著移動的可調(diào)齒輪(6)?？烧{(diào)齒輪(6)另一面還可嚙合一個與傘齒輪(5)一樣(相同性質(zhì))，但傘頂方向與之相反的傘齒輪(11)，傘齒輪(11)的軸(12)通過變速器之后連著卷筒(13)或直接連著卷筒(13)。或可調(diào)齒輪(6)直接或通過變速器之后連著卷筒(13)，卷筒(13)再通過卷在其上面的鋼索(14)吊著重物(15)。
當(dāng)可調(diào)齒輪(6)向上調(diào)到一定程度時，被提升物(15)可被提升或減速下降;下調(diào)到一定程度時，被提升物(15)可下降或減速上升;調(diào)到平衡位置時則做勻速運動或者靜止。
儲能重物和被提升物可相對換，被提升物作為儲能重物。
本發(fā)明提供了一種自供能的升降方法，依該方法制造的升降機、電梯的升降僅是能量在升降機、電梯內(nèi)部的轉(zhuǎn)換，可節(jié)省大量的能源，并且其結(jié)構(gòu)原理簡單、造價低，使用方便，可用手動操作。特殊情況下，人力可提供部分能量。


圖1為超高節(jié)能升降機、電梯的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為可調(diào)齒輪控制器的正視圖。
圖3為可調(diào)齒輪控制器的左視圖。
圖4為超高節(jié)能電梯的吊箱、垂直井道結(jié)構(gòu)圖。
圖5為兩升降機間交換儲能重物的原理圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述本發(fā)明由儲能重物(1)、卷筒(3、13)、鋼索(2、14)、軸(4、8、12)、傘齒輪(5、11)、可調(diào)齒輪(6)、可調(diào)齒輪控制器(7)、絲桿(10)、滑軌(9)、被提升物(15)、吊箱(16)、垂直井道(18)、離合器(51、52、55、56)等組成。
重物(1)連著鋼索(2)懸在卷筒(3)上，會產(chǎn)生一力矩M通過軸(4)傳到傘齒輪(5)上。由于傘齒輪(5)各處的半徑(力臂)不相等，在力矩M＝FR不變的情況下，各處發(fā)出來的力不一樣，傘頂處半徑(力臂)小的地方發(fā)出的力大，傘邊緣處半徑(力臂)大的地方發(fā)出的力小。所以為了提升重物(15)，就可將可調(diào)齒輪(6)向傘齒輪(5)傘頂處上調(diào)便可以在可調(diào)齒輪(6)上產(chǎn)生大力，用以提升重物(15)。從圖(1)可知當(dāng)可調(diào)齒輪(6)向傘齒輪(5)傘頂上調(diào)之時，同時也是向傘齒輪(11)的傘邊緣方向下調(diào)。由于傘齒輪(11)同樣是在邊緣處半徑最大，力臂最長，所以可調(diào)齒輪(6)，在傘齒輪(11)的邊緣處最容易推動傘齒輪(11)轉(zhuǎn)動，提升重物(15)，這等于又一次增大了重物(1)的提升力。如果將可調(diào)齒輪(6)向相反的方向調(diào)動，被提升物(15)所產(chǎn)生的提升力也同樣可增大，把重物(1)提升起來，自己則下降。
這樣升降機、電梯(上升或下降)的起動、加速、運行、減速停下均可調(diào)動可調(diào)齒輪(6)，通過升降機中的儲能重物和被提升物間進行能量轉(zhuǎn)移(既有勢能的轉(zhuǎn)移、也有勢能和動能的轉(zhuǎn)換)來實現(xiàn)。
一輪子在另一輪子的不同半徑處貼合而(相互作用)產(chǎn)生不同的切向力作用效果的輪子組稱為單面可調(diào)輪杠桿。可調(diào)齒輪(6)和傘齒輪(5)，或可調(diào)齒輪(6)和傘齒輪(11)就是單面可調(diào)輪杠桿。
一輪子同時在(相間隔的)另兩個輪子的不同半徑處貼合而產(chǎn)生不同的切向力作用，并且該輪子跟一個輪子的小半徑處貼合之時，就一定跟另一輪子的大半徑處貼合，這樣的輪子組稱為雙面可調(diào)輪杠桿。傘齒輪(5)、可調(diào)齒輪(6)、傘齒輪(11)就是雙面可調(diào)輪杠桿。
如果在圖(1)的傘齒輪(11)后面再接1個或若干個單面可調(diào)輪杠桿或雙面可調(diào)輪杠桿，那么重物(1)或被提升物(15)的提升力可以再增大，一直增大到無限大。
本發(fā)明是建立在下面的理論研究之上的轉(zhuǎn)動定律剛體在合外力矩的作用下，所獲得的角加速與合外力矩的大小成正比，與剛體的轉(zhuǎn)動慣量成反比。即M＝JB。M為合外力矩，J為剛體的轉(zhuǎn)動慣量，β為角加速度。
轉(zhuǎn)動剛體上發(fā)出的切向力取名為轉(zhuǎn)動剛體力。轉(zhuǎn)動剛體力定律轉(zhuǎn)動剛體力與剛體的轉(zhuǎn)動慣量、角加速度成正比，與剛體上的發(fā)力點到剛體轉(zhuǎn)軸的距離(力臂)成反比。即F＝Jβ/d(因為M＝Jβ，M＝Fd，所以Fd＝Jβ，F(xiàn)＝Jβ/d)。F為剛體力，J為剛體的轉(zhuǎn)動慣量，d為剛體上的發(fā)力點到剛體的轉(zhuǎn)軸的距離。
如果在剛體上加有一合外力矩，則該剛體上某點發(fā)出的切向力還必需加上，剛體所具有的合外力矩除以發(fā)力點到剛體轉(zhuǎn)軸的距離。
即F＝Jβ/d+M/d。
又由于合外力矩一般是載荷而很大，剛體本身所發(fā)出的力Jβ/d太小而可忽略，因而剛體力F＝M/d。
即不考慮剛體本身時，加有合外力矩的剛體力定律剛體力(F)與剛體所具有的合外力矩(M)成正比，與剛體上的發(fā)力點到剛體的轉(zhuǎn)軸距離(d)成反比。
本發(fā)明中的剛體為傘齒輪(5、11)，剛體所具有的合外力矩為重物(1)、被提升物(15)各自通過連接自己的鋼索、卷筒分別加在傘齒輪(5、11)上的力矩，發(fā)力點到剛體的轉(zhuǎn)軸距離(d)則是可調(diào)齒輪(6)在傘齒輪(5、11)齒面上不同位置所在半徑。致于剛體本身所發(fā)出的力則可忽略不計。
卷筒(3)的軸(4)上可接一變速器(箱)把速度變快，這樣重物的移動距離、速度可相對很小，從而重物的升降過道可相對很短，升降時受到的空氣阻力也小，浪費的能量就少。傘齒輪的轉(zhuǎn)速快也會使其傳遞的力相對變小，有利于可調(diào)齒輪的移動。
傘齒輪(11)后也可接一變速器將速度變慢，相當(dāng)于把傘齒輪(11)變快，讓可調(diào)齒輪易移動，當(dāng)然這也會使被提升物的移動距離相對變短，所以必須綜合考慮。由于被提升物比重物輕得多，據(jù)能量守恒定律，重物移動一段子距離，被提升物就必須移動很長的一段距離，使兩邊的做的功相等。故而，無論怎樣變速，變速比最終必須滿足重物在升降過道的底和頂間移動時，足以將最大負荷時的被提升物在底樓和頂樓間提升。
可調(diào)齒輪(6)上連著一控制器(7)，控制器(7)應(yīng)不妨礙可調(diào)齒輪(6)與傘齒輪(5、11)嚙合，但又可叉住可調(diào)齒輪(6)沿著軸(8)在傘齒輪(5、11)的傘頂與傘邊緣間移動，且可調(diào)齒輪(6)自己也能自由地轉(zhuǎn)動。控制器(7)的中部有一螺孔，有絲桿(10)旋在里面，轉(zhuǎn)動絲桿(10)可帶動控制器(7)沿軸(8)在(控制器(7)下面的)滑軌(9)上移動。
也可在控制器(7)上做一撥塊，或者在絲桿(10)上連一輪盤，用手撥動撥塊或轉(zhuǎn)動盤輪，使控制器(7)移動;或者用兩根繩系住控制器(7)，或者絲桿(10)上連一卷筒，繩卷住卷筒，遠遠地拉動繩的兩頭，就可遠距離地使控制器向不同的方向移動;或者用電動機帶動絲桿(10)轉(zhuǎn)動，使控制器(7)向不同的方向移動，從而使可調(diào)齒輪(6)在傘齒輪(5、11)的傘頂和傘邊緣間移動。
如果只有一個傘齒輪(5或11)，那么可調(diào)齒輪(6)的內(nèi)孔上則應(yīng)有凸起或凹槽，穿在內(nèi)孔里的軸(8)上則應(yīng)有相應(yīng)的凹槽或凸起，使可調(diào)齒輪(6)既可在軸(8)上移動，又可帶軸(8)轉(zhuǎn)動，從而輸出、人力矩。
本發(fā)明的電梯可有一名電梯工來駕駛。吊箱(16)中開一窗口(17)，在垂直井道(18)上和吊箱窗口(17)相對應(yīng)的位置標(biāo)出區(qū)分樓的層次的分辨記號…，75下、74下、…、71下、70、71上、72上、73上、…、75上、75下、64下、…、61下、60、61上、…、64上、65上，55下、54下、…?！?5下”表示在7樓的范圍到7樓往下走還差5，“73上”表示在7樓的范圍，到7樓往上走還差3，“70”表示7樓，“64下”表示在6樓的范圍到6樓往下走還差4等等，這樣駕駛員就可以依據(jù)樓的層次標(biāo)記駕駛。比如從9樓到3樓，把可調(diào)齒輪(6)往下調(diào)，吊箱就會下降，當(dāng)下降速度達到一定程度時，把可調(diào)齒輪(6)往上調(diào)，調(diào)到平衡位置讓吊箱勻速地下降(人可以通過超重、失重、平衡狀態(tài)來感覺)。當(dāng)快到3樓時，再將可調(diào)齒輪(6)上調(diào)，吊箱減速下降，重物減速上升……到了3樓時便正好停下來，立即制動(剎車)。當(dāng)?shù)跸淅镒吡嘶蛴謥砹烁嗟娜艘禃r，先解除制動，升降機可能會有瞬間的上升或下降，但這無關(guān)緊要，只要立即將可調(diào)齒輪(6)調(diào)動，吊箱又會上升或下降(電梯工駕駛多了自然會有經(jīng)驗，關(guān)鍵是吊箱速度為零時才制動，便不會損失能量)。
這是電梯工在吊箱里通過電器控制駕駛，電梯工也可在室外駕駛。此時，可通過滑輪和長繩把輪杠桿控制部分移到外面(遠遠的地方)，但外面必須能看到吊箱移動，或者吊箱上有標(biāo)志露出來能被看到。吊箱旁邊的墻上還必須有樓層標(biāo)記。這樣就可以完全用人力撥動可調(diào)齒輪(6)來控制了。
如果是礦井乘人升降機或者是普通乘人電梯，一般來講，人上去了就一定要下來，所以能量可以基本上保持平衡。但畢竟會有摩擦損耗，尤其是可能有的人乘電梯上而走路下，或者乘電梯下而走路上。此時(特別是早上)可以請一些鍛煉身體的人(尤其是大樓員工)乘電梯下而跑路上或乘電梯上而跑路下，以調(diào)整儲能重物的位置。當(dāng)然也可以用電力調(diào)整，電力調(diào)整不需要特別的控制裝置，因只需把重物提起或放下就行了。
對于港口，一般是使用起重機不斷地把重物從船上吊起來，或者裝上船。如使用本升降機就會使儲能重物連續(xù)地下降或上升，而使升降機無法使用。此時可將若干臺升降機連在一起，提升重物的升降機不斷地把其儲能重物放下，而放下重物的升降機不斷地把其儲能重物提起，當(dāng)前者把其儲能重物降到底，后者把其儲能重物提到頂時，再把他們的儲能重物交換，就可繼續(xù)不斷地提升或放下重物了。例如，(如圖5)假設(shè)有兩升降機甲乙連在一起，甲乙兩升降機的(儲能重物)卷筒(53、54)兩端各有一離合器(51、56和52、55)。當(dāng)離合器(51、55)閉合，離合器(52、56)打開時，甲升降機提升物品，其卷筒(53)把儲能重物放下，乙升降機放下物品，其卷筒(54)把儲能重物提起。甲的儲能重物下降到底，乙的升到頂時，把離合器(51、55)打開，同時把離合器(52、56)關(guān)閉，這樣就把儲能重物交換了。
在沒有電的地方使用本升降機特別好，就算是有的重物只要提起來而不要放下去或者只要放下去而不要提起來也是如此。比方講，要提起礦井中一個跟人一樣重的礦石來，如果讓人去背就會很困難，但獨單一個人走下去或走上來就相對輕松多了。而有了本升降機，只要一個人坐升降機下去，然后把礦石換進去，自己則走上來，那么通過本升降機就可輕松地把和人一樣重的礦石提起來。特別是本升降機對被提升物的重量不限制，可重可輕，不必分割，這一點尤其方便。
傘齒輪(5、11)的圓錐角大于0度小于等于90度最好。
權(quán)利要求
1.一種自供能升降方法，其特征在于將一儲能系統(tǒng)的重物懸于卷在卷筒的繩上，一升降系統(tǒng)的被提升物懸于卷在另一卷筒的繩上，該兩卷筒通過輪杠桿相互作用，調(diào)節(jié)輪杠桿力臂的長度，使儲能重物卷筒所產(chǎn)生的力大于被提升物卷筒所產(chǎn)生的力，被提升物被提升或減速下降；反之，被提升物下降或減速上升，兩力相等時，則靜止或做勻速運動。
2.依權(quán)利要求1所述方法設(shè)計制造的升降機、電梯，其特征是升降機、電梯中有儲能重物(1)懸于卷在卷筒(3)的鋼索(2)上，卷筒(3)的軸(4)和一變速器相連，變速器再和傘齒輪(5)相連，或卷筒(3)的軸(4)直接和傘齒輪(5)相連，傘齒輪(5)連接著一能在其傘頂和傘邊緣間順著傘齒輪的輪齒與其嚙合著移動的可調(diào)齒輪(6)，可調(diào)齒輪(6)另一面還可嚙合一個與傘齒輪(5)一樣，但傘頂方向與之相反的傘齒輪(11)，傘齒輪(11)通過變速器后連著卷筒(13)或直接連著卷筒(13)，或齒輪(6)直接或通過變速器后連著卷筒(13)，卷筒(13)再通過卷在其上面的鋼索(14)吊著重物(15)。
3.如權(quán)利要求2所述的升降機、電梯，其特征是儲能重物和被提升物可對換。
4.如權(quán)利要求2所述的升降機、電梯，其特征是所述的可調(diào)齒輪(6)被一控制器(7)叉住，控制器(7)中部有一螺孔，螺孔中旋有絲桿(10)，控制器(7)下面有滑軌(9)，轉(zhuǎn)動絲桿(10)可帶動控制器(7)沿軸(8)在滑軌(9)上移動。
5.如權(quán)利要求4所述的升降機、電梯，其特征是控制器(7)上有一撥塊，或絲桿(10)上有一輪盤，或控制器(7)上系有兩繩，或絲桿(10)上有一卷筒，卷筒上卷有繩，用手撥動撥塊或轉(zhuǎn)動輪盤或拉動繩的兩頭，使控制器(7)向不同的方向移動;或絲桿(10)由電動機帶動，使控制(7)向不同的方向移動，從而使可調(diào)齒輪(6)在傘齒輪(6、11)的傘頂和傘邊緣間移動。
6.如權(quán)利要求2所述的升降機、電梯，其特征是所述可調(diào)齒輪(6)的內(nèi)孔上有凸起或凹槽，穿在內(nèi)孔里的軸(8)上有相應(yīng)的凹槽或凸起。
7.如權(quán)利要求2或3所述的升降機、電梯，其特征是所述電梯使用的吊箱(16)中開有窗口(17)，在垂直井道(18)上和窗口(17)相對應(yīng)的位置標(biāo)有區(qū)分樓的層次的分辨記號。
8.如權(quán)利要求2所述的升降機、電梯，其特征是所述的升降機有若干臺連在一起，用離合器交換它們的儲能重物。
9.如權(quán)利要求2所述的升降機、電梯，其特征是所述傘齒輪(5、11)的圓錐角大于0度小于等于90度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自供能的升降方法和升降機、電梯。儲能重物(1)懸于連著傘齒輪(5)的卷筒(3)上，被提升物懸于連著傘齒輪(11)的卷筒(13)上，傘齒輪(5、11)均和一能在它們的傘頂和傘邊緣間移動的可調(diào)齒輪(6)嚙合，移動齒輪(6)就改變了輪杠桿力臂的長度，被提升物便會上升或下降。本發(fā)明可用于各種升降機、電梯中，把若干臺這種升降機連在一起，用離合器交換它們的儲能重物，則還可用于港口等地的起重機中，連續(xù)地只提升或降下貨物。
文檔編號B66B1/00GK1093677SQ93119900
公開日1994年10月19日 申請日期1993年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月3日
發(fā)明者劉鴻龍 申請人:劉鴻龍