可分離式螺旋管的制作方法
【專利摘要】分離式螺旋管是一種模塊化垂直升降單元，由復合鋼帶、支撐輪、滾筒、壓帶機構(gòu)等主要部件組成；從鋼帶儲藏盤出來的一根復合鋼帶，經(jīng)過壓帶結(jié)構(gòu)強迫發(fā)生扭轉(zhuǎn)及變形使下層復合鋼帶的上部凹槽連續(xù)性插入剛形成螺旋管的上層復合鋼帶的下沿，從而不斷我自復合形成螺旋管的上升運動，可分成右旋螺旋管或左旋螺旋管兩種形式；本發(fā)明的有益效果是：1)設(shè)備所占自身高度很??；2)運動原理簡單，運動過程可靠；3)可分離式螺旋管可以標準化成批生產(chǎn)，模塊化搭建各種舞臺升降臺。
【專利說明】可分離式螺旋管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機械式垂直升降裝置，在電機等外部動力驅(qū)動下帶載升降。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過專利檢索可知，目前已有US2173685A、CN1037126A、CN1093335A等近似的專 利，以下逐一進行分析：
[0003] 1939年的專利（US2173685A)公開了一種起重裝置："它包括了一條可繞成螺旋線 的連續(xù)或環(huán)連的金屬帶；兩個構(gòu)件，也就是轉(zhuǎn)子和定子，它們同心布置，以便在它們之間預 留出一個環(huán)形空間；一個用于上述的金屬帶在上述環(huán)形空間內(nèi)螺旋上升的導軌；在上述兩 個同心構(gòu)件的外層構(gòu)件里有一條狹縫，金屬帶可以通過該狹縫經(jīng)過上述軌道；金屬帶與兩 個同心構(gòu)件中的里層構(gòu)件嚙合的工具和使轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動的工具。"經(jīng)過分析可知，該 起重裝置存在以下不足之處：（1)鋼帶5中的大量銷7、孔6采用"銷插入孔內(nèi)定位"的運動 原理存在很多問題，在工程上無法實施。首先，無法加工如此數(shù)量、精準配合孔和銷。由于 所有孔6和銷7均在同一條剛帶5上，故無法采用"配做"這種最簡單的加工工藝；在1939 年這個時代沒有數(shù)字化加工設(shè)備（光電編碼器、PLC、自動化控制系統(tǒng)等在1970年后才陸續(xù) 出現(xiàn)），靠純粹的手動加工是無法保證一條剛帶5上大約500個（實際上可能更多）左右的 銷7均需精確插入相同數(shù)量的孔6內(nèi)。只要有任何一個銷7沒有插入孔6內(nèi)，鋼帶5將無 法順利通過螺旋狀空間而毀壞。其次，運行過程不可靠。具備加工中心等數(shù)字化精密加工 設(shè)備的今天，即使加工出符合使用要求的銷7和孔6,也會銷7在成型后始終承受巨大的垂 直剪切力（見US2173685A圖4)而向下彎曲并容易發(fā)生塑性變形（設(shè)備運動原理如此，無法 改變），運動一定次數(shù)后，那些變形較大的銷7將無法保證后續(xù)精確插入孔6內(nèi)而發(fā)生故障。 (2)循環(huán)鏈9和圓錐滾子10的運動過程互相干涉，所設(shè)想的運動在工程中無法實現(xiàn)。軸承 中的小金屬球具有六自由度才可以做循環(huán)運動，而循環(huán)鏈9只有一個前后運動的自由度， 在受壓力作用下（設(shè)備外部負載轉(zhuǎn)換成每個循環(huán)鏈的壓力）無法形成循環(huán)運動。更惡劣的 是，最上面一個圓錐滾子10會產(chǎn)生巨大水平力頂著最上端的一節(jié)循環(huán)鏈9 (見US2173685A 圖7)，直接導致最上端的一節(jié)循環(huán)鏈9無法向下運動而使循環(huán)運動沒法實現(xiàn)。（3)工程案 例。采用本項技術(shù)所生產(chǎn)的設(shè)備在國際上未見實物、照片、報道等。
[0004] 1989年的專利（CN1037126A)則提出來一種全新的思路，采用了一條水平鋼帶和 一條垂直鋼帶進行復合運動。其中水平剛帶上的上表面和下表面均有一條連續(xù)性的凹槽， 分別用來連續(xù)性卡住垂直鋼帶的上沿和下沿，從而形成類是千斤頂?shù)臋C構(gòu)。根據(jù)這個專利 所生產(chǎn)的設(shè)備在中國的國家大劇院、重慶大劇院、上海大劇院、上海東方藝術(shù)中心、青島大 劇院、武漢琴臺大劇院、省會文化藝術(shù)中心（濟南）、杭州大劇院等場合大量使用；世界其他 國家也同樣大量應用。它的缺點是造價昂貴，另外帶上、下凹槽的水平鋼帶國內(nèi)無法生產(chǎn)。
[0005] 專利（CN1093335A)用于物品裝卸系統(tǒng)，由于使用行業(yè)不同而不具備可比性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足或則部分零件國內(nèi)無法生產(chǎn)的現(xiàn)狀， 提出了一種運行可靠、制造簡單、造價便宜，完全新穎的一種模塊化的舞臺升降臺的驅(qū)動單 元?？煞蛛x式螺旋管同時具有自身所占基坑淺，升降行程大，運行速度快等優(yōu)點。下面就主 要三點進行說明：
[0007] 連接方式完全不同a)可分離螺旋管在重力作用下，上層復合鋼帶的下沿連續(xù)性 插入下層復合鋼帶的凹槽而不斷形成螺旋管。這種凹槽和鋼帶下沿互相插接的連接模式簡 單、可靠，不需要特殊加工設(shè)備也可以快速加工復合鋼帶，工藝簡單、造價便宜，復合過程也 無需精確配合，運行十分可靠（見圖3、圖4) ;b)專利US2173685A所有銷與所有的孔均需 百分百的高精確配合，相互間只要發(fā)生微小變形就無法準確配合，運動可靠性很差；c)專 利CN1037126A它通過兩條鋼帶來實現(xiàn)：其中上面水平剛帶上的下表面的凹槽和下面水平 剛帶上的上表面的凹槽，連續(xù)性卡住中間的垂直鋼帶的上沿和下沿從而形成空心管。
[0008] 承重結(jié)構(gòu)完全不同a)可分離螺旋管固定在滾筒上、在空間狀態(tài)呈現(xiàn)螺旋狀分 布、只能純粹相對做高速旋轉(zhuǎn)運動的支撐輪組來承重螺旋管中復合鋼帶（見圖3) ;b)專 利US2173685A采用了復雜的、運行原理也不可靠的循環(huán)鏈機構(gòu)、圓錐滾子組來承重；c) CN1037126A中空間螺旋狀分布的承重結(jié)構(gòu)一"惰輥"同支撐輪組相比，似乎相通之處頗多， 細究之下存在極大的差異而無法互換：1)CN1037126A的"惰輥"支撐著水平鋼帶，而支撐輪 托著可分離式螺旋管的復合鋼帶的下沿（這里也可以近乎理解成US2173685A中的"垂直鋼 帶"）。兩者由于接觸方式不同，直接導致復合鋼帶的處理難度比水平鋼帶的處理難度高很 多。2)由于運動原理不同，螺旋狀分布的"惰輥組"數(shù)量比螺旋狀分布的支撐輪組的數(shù)量多 (從專利CN1037126A的圖2可以看出），這樣水平鋼帶的受力均勻性比復合鋼帶的受力均 勻性CN1037126A要好。
[0009] 可分離螺旋管是模塊化的產(chǎn)品同其他兩種專利技術(shù)存在較大差別。舞臺升降臺一 般由臺面板、驅(qū)動單元、驅(qū)動機構(gòu)等單元組成，其中臺面板根據(jù)不同演出形式進行定制，驅(qū) 動單元可采用工廠標準化、模塊化產(chǎn)品--可分離式螺旋管，驅(qū)動機構(gòu)則是標準的外購件。 根據(jù)演出節(jié)目需要、升降舞臺形狀不同，采用一套或則幾套可分離螺旋管作為模塊化驅(qū)動 單元，像搭建積木一樣靈活組合成所需的升降舞臺。使用這種模塊化的舞臺升降臺可以用 來改造原先沒有舞臺升降臺的舊劇場，不必擔心對已有土建基坑進行大動干戈；舞美人員 也可采用這種模塊化升降單元來重新搭建已有舞臺升降臺，從而改變舞臺升降臺的大小、 數(shù)量、最大行程等。2012年全國春晚節(jié)目中所使用的304塊可以"跳舞"的舞臺升降臺群， 它搭建在1號演播廳基坑內(nèi)。如果采用本項技術(shù)，成品運到現(xiàn)場后可以在10天內(nèi)完成搭建 及聯(lián)調(diào)，減少基坑開挖費用及工期，加快工程進度，為后續(xù)的節(jié)目編排留出更多時間。
[0010] 上述可知，可分離螺旋管已經(jīng)不是對專利US2173685A、CN1037126A等專利的局部 性改良，而是采用全新的設(shè)計理念，提供了一種先進的、新穎的、模塊化的升降裝置。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
[0012] 外部動力（例如電機減速器等，本圖中未示意）驅(qū)動帶小齒輪的地軸做順時針轉(zhuǎn) (或逆時針轉(zhuǎn)），通過大、小齒輪的嚙合運動，帶動滾筒的逆時針（或順時針轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)動。復 合鋼帶平時放置在鋼帶儲藏盤內(nèi)，當滾筒發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)動時，復合鋼帶經(jīng)過壓帶結(jié)構(gòu)發(fā)生 扭轉(zhuǎn)變形并同時進入滾筒內(nèi)的螺旋狀空間，同時下層復合鋼帶的凹槽連續(xù)性插入上層復合 鋼帶的下沿，形成螺旋管的上升運動；當滾筒發(fā)生順時針轉(zhuǎn)動時形成分離運動，下層復合鋼 帶的凹槽連續(xù)性退出上層復合鋼帶的下沿并縮回鋼帶儲藏盤內(nèi)，復合管不斷分解成復合鋼 帶，形成螺旋管的下降運動；固定十字導靴限制可分離螺旋管的旋轉(zhuǎn)運動，只能做上升或則 下降運動。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 1、本可分離螺旋管中的鋼帶制造工藝簡單，不需要特殊加工設(shè)備。
[0015] 2、本可分離螺旋管的運動原理簡單、長期運行的可靠性也很好。在壓帶機構(gòu)作用 下，下層復合鋼帶的凹槽連續(xù)性插入上層復合鋼帶的下沿而不斷形成螺旋管。這種凹槽和 鋼帶下沿互相插接的連接方式簡單，相互間不存在精確配合關(guān)系，長期運行也不會使復合 鋼帶產(chǎn)生變形而影響設(shè)備的可靠性。
[0016] 3、本可分離螺旋管可以作為一種模塊化的標準單元而在工廠內(nèi)大量生產(chǎn)，運到現(xiàn) 場后化可以快速拼裝成各種類型的舞臺升降臺。
[0017] 4、本可分離螺旋管即使沒有外置導軌、導靴，也可以單獨升降，使用靈活。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0018] 圖1是本發(fā)明的可分離螺旋管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖中：1、上端固定版；2、固定十字導靴；3、導靴壓板；4、中心軸；5、中心壓板；6、 推力軸承一；7、復合鋼帶；8、壓帶機構(gòu)；9、支撐輪；10、滾筒；11、鋼帶儲藏盤；12、下部齒輪 箱；13、平面軸承；14、地軸（帶小齒輪）；15、推力軸承二。
[0020] 圖2是圖1的俯視圖。
[0021] 圖3是復合鋼帶形成過程原理性示意圖。
[0022] 圖4是上、下層復合鋼帶的連接原理圖。
[0023] 圖5是用可分離螺旋管所搭建的舞臺升降臺的示意圖。
[0024] 圖中：16、混泥土立柱；17、舞臺升降臺導軌；18、舞臺升降臺導靴；19、上部安裝基 座；20、下部安裝基座。
[0025] 圖6是圖5的俯視圖。

【具體實施方式】：
[0026] 參見圖1?圖6所示：一種可分離螺旋管的垂直升降裝置，它包括：下部齒輪箱12 同下部安裝基座20通過螺栓連接，下端安裝基座20通過預埋件同基坑固定；可正、反轉(zhuǎn)驅(qū) 動的地軸（帶小齒輪）14通過推力軸承二15固定在下部齒輪箱12上；可正、反轉(zhuǎn)的滾筒10 通過平面軸承13承重在下部齒輪箱12上；固定十字導靴2通過中心軸4下端的長方形截 面固定在下部齒輪箱12中間長方形的凹槽內(nèi)而無法旋轉(zhuǎn)、安裝在滾筒10上的推力軸承一 6及中心壓板5作用下使中心軸4只能固定在中心軸位置卻無法上下運動，這樣共同確保 固定十字導靴2自身的穩(wěn)定性及其中心軸與滾筒10的中心軸的同軸度；儲藏狀態(tài)的復合鋼 帶7位于鋼帶儲藏盤11內(nèi)，復合鋼帶7通過壓帶機構(gòu)8的產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形并進入滾筒10所 形成的螺旋狀空間內(nèi)，成型狀態(tài)的復合鋼帶7的下沿同滾筒10內(nèi)側(cè)壁固定的、呈現(xiàn)空間螺 旋狀分布的支撐輪9形成滾動接觸；螺旋管的上端同上端固定板1相連，上端固定板1同上 部安裝基座19通過螺栓相連。
[0027] 圖4是上層復合鋼帶7下沿同下層復合鋼帶7凹槽的連接原理，圖3是復合鋼帶 7的儲藏狀態(tài)、變形狀態(tài)、成型狀態(tài)等各階段運動狀態(tài)圖。首先是上升運動：隨著滾筒10做 逆時針方向的連續(xù)轉(zhuǎn)動，從鋼帶儲藏盤11從來的復合鋼帶7經(jīng)過壓帶機構(gòu)8的垂直壓力作 用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，即復合鋼帶7處于變形狀態(tài)，扭轉(zhuǎn)變形的下層復合鋼帶7上端的凹槽在 嚙合處同上層復合鋼帶7的下沿恰好接觸，并開始插入上層復合鋼帶7的下沿，同時進入滾 筒10的螺旋狀空間內(nèi)。進入滾筒10后的復合鋼帶7變成垂直狀態(tài)，并在上部重載作用下， 使得垂直狀態(tài)的上、下層復合鋼帶7互相緊密的壓合在一起，這樣復合鋼帶7就不斷復合成 螺旋管而形成整體上升運動。其次下降運動：同上升運動的過程相反，此刻滾筒10需做順 時針方向的轉(zhuǎn)動。成型狀態(tài)的復合鋼帶7經(jīng)過壓帶機構(gòu)8,使得傾斜的下層的復合鋼帶7的 凹槽從垂直狀態(tài)的上層復合鋼帶7的下沿中脫離開來，重新送入鋼帶儲藏盤11中。整體鋼 帶的運動過程可以參見圖1 (剖面上展示相對關(guān)系）、圖2 (平面上展示相對關(guān)系）、圖3 (主 視圖上展示相對位置示意）、圖4 (鋼帶復合運動的原理圖）。
[0028] 所述支撐輪9呈空間螺旋狀分布，通過同承重復合鋼帶7下沿的滾動接觸，來支撐 外部負載（見圖1、圖2、圖3所不）。
[0029] 所述的壓帶機構(gòu)8主要迫使運動過程中的復合鋼帶7發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，從而迫使下 層復合鋼帶7的凹槽能順利插入上層復合鋼帶7的下沿（見圖1、圖2、圖3所示）。
[0030] 所述的復合鋼帶7的凹槽，現(xiàn)公開一種實例：內(nèi)側(cè)間斷分布的小剛帶7. 2、連續(xù)性 分布的外側(cè)小剛帶7. 3和垂直鋼帶7. 6的上端通過連接件7. 4連接并固定在一起，大量的 連接件7. 4均勻的固定在復合鋼帶7上。其中在復合鋼帶7的內(nèi)側(cè)，連接件7. 4、內(nèi)側(cè)間斷 分布的小剛帶7. 2均需要避開固定十字導靴2的運動路徑，防止相互間運動干涉（見圖4 所示）。
[0031] 所述的固定十字導靴2,主要是限制復合鋼帶7上的滑軌7. 5只能在內(nèi)置的導靴里 滑動，從而達到螺旋管自身只能垂直上升或則垂直下降而不必依靠外部再單獨設(shè)置導軌， 而專利US2173685A、CN1037126A均無此功能。
[0032] 圖5表示了一種采用可分離螺旋管作為模塊化升降裝置的舞臺升降臺的實例?？?分離螺旋管的下端同與基坑固定的下部安裝基座20之間通過螺栓相連，其上端同上部安 裝基座19也是通過螺栓相連。其中上部安裝基座19可以看成舞臺升降臺的臺面板，根據(jù) 演出需求來確定臺面板的具體尺寸。上部安裝基座19的兩側(cè)各安裝了一套舞臺升降臺的 導靴17,沿著安裝在混泥土立柱16上的舞臺升降臺導軌17做垂直的上升、下降運動，達到 抵消側(cè)向力增強舞臺升降臺運行的平穩(wěn)性。其中實線表示舞臺升降臺的最低位置，虛線表 示舞臺升降臺的相對高位，圖6則是其俯視圖。
[0033] 以上所述僅為本發(fā)明專利較佳的實施方式，并非用來限制本發(fā)明專利的實施范 圍，但凡在本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)所作的較小變化及修飾，皆應認為落入本大明專利的 保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 可分離式螺旋管是一種機械式垂直升降裝置，其包括有上端固定板1、固定十字導 靴2、復合鋼帶7、壓帶機構(gòu)8、滾筒10、支撐輪9、鋼帶儲藏盤11、地軸（帶小齒輪）14、下部 齒輪箱12、平面軸承13,所述的地軸（帶小齒輪）14將外部電機減速器等所傳遞的扭矩通 過小齒輪傳遞到滾筒10下端的大齒輪，驅(qū)動可分離式螺旋管上升或則下降，所述的滾筒10 的內(nèi)壁固定空間呈螺旋狀分布的、數(shù)量眾多的支撐輪9,其外壁則固定一套壓帶機構(gòu)10,所 述的復合鋼帶7,當滾筒10發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動而引起壓帶結(jié)構(gòu)10的強迫復合鋼帶7發(fā)生扭轉(zhuǎn)及 變形，使（剛從鋼帶儲藏盤11出來的）下層復合鋼帶7的上部凹槽連續(xù)性插入（已經(jīng)形成 螺旋管的）上層復合鋼帶7的下沿而不斷形成螺旋管，此刻（已經(jīng)形成螺旋管最下層的） 上層復合鋼帶7的下沿同空間螺旋狀分布的支撐輪9進行滾動摩擦并承重，所述的固定十 字導靴2內(nèi)部的導靴用來強制復合鋼帶7上面的滑軌7. 5只能上下滑行，所述的滾筒10通 過平面軸承13承重在下部齒輪箱12,所述的下部齒輪箱12同基坑的預埋件通過螺栓固定， 所述的上端固定板1同上部安裝基座19通過螺栓固定，
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐輪9在空間呈現(xiàn)右旋或左旋分布，如果支撐輪9在空間 呈現(xiàn)左旋分布則相應的滾筒10需要制作右旋支撐輪9的安裝孔、復合鋼帶7的右旋進帶開 孔等，復合鋼帶7在鋼帶儲藏盤11中也要預先進行右旋盤帶及制作上部右旋接頭，所形成 的可分離螺旋管也呈現(xiàn)右旋特征；如果支撐輪9在空間呈現(xiàn)左旋分布，則滾筒10、復合鋼帶 7、可分離螺旋管等均相應變成左旋結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定十字導靴2,通過中心軸4下端的長方形截面固定在下 部齒輪箱12的中間長方形的凹槽內(nèi)而無法旋轉(zhuǎn)、安裝在滾筒10上的推力軸承一 6和中心 軸壓板5使中心軸4只能固定在中心軸位置卻無法上下運動，這樣共同確保了固定十字導 靴2自身的穩(wěn)定性和中心軸與滾筒10中心軸的同軸度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋼帶7上沿凹槽成型的一種實例：內(nèi)側(cè)間斷分布的小剛 帶7. 2、連續(xù)性分布的外側(cè)小剛帶7. 3和垂直鋼帶7. 6的上端通過連接件7. 4連接并固定在 一起，大量的連接件7. 4均勻的固定在復合鋼帶7上，其中連接件7. 4、內(nèi)側(cè)間斷分布的小剛 帶7. 2均需要避開固定十字導靴2的空間運動路徑，防止相互間運動干涉。
【文檔編號】A63J5/02GK104107557SQ201410177371
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】鄭仙麗 申請人:鄭仙麗