机械式转轴角超加速开关装置 【技术领域】
本发明涉及速度测量装置技术领域，特别涉及转轴角加速度测量装置技术领域，具体是指一种机械式转轴角超加速开关装置，尤其是能识别危险角加速度的开关。
背景技术
目前，公知的转轴角速度测量装置主要为电子式，通过电子式测量的角速度可以计算出角加速度，目前市场上还没有独立的机械式转轴角加速度测量装置，更没有独立的机械式转轴角超加速开关装置。
而作为保护装置，由于可靠性方面的原因，当前位能负载的上下移动，特别是大型的位能负载，如在港口、船厂、矿山矿井、建工机械安装、电梯等众多的起重系统中，都使用机械式测量安全保护装置。当前起重系统的转轴测量装置只有机械式角速度测量装置，和由此发展的角超速开关。其作用是在起重系统的转轴转速过高时向制动装置发出报警信号，然后制动装置开始工作。
但是在位能系统失控故障后，重物失控下坠，重物开始带动系统转轴转动；在故障前期，重物虽然有极高的下降加速度，系统转轴也有极高的转动角加速度，但此时重物下降速度并不高，系统转轴转速也不高，因此超速开关并不能识别出故障已经发生；因此，对于这类问题，超速开关响应慢，等到其检测到起重系统的转轴转速过高向制动装置发出报警信号时，此时起重系统所提升的重物的运动速度极高，制动力矩和能量都很大(动能是与速度平方成正比的)，制动装置往往超负载工作而易损坏和失效，有的系统由于结构的限制，其制动装置只能制动静态负载，而对于大冲击的动态负载机构本身无法满足，这时就会导致重大事故，机毁人亡。因此当前的起重系统，特别是重型起重系统，单靠超速开关的安全保护装置是有缺陷的。
【发明内容】
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种机械式转轴角超加速开关装置，该机械式转轴角超加速开关装置采用机械方式将角加速度转变为指示零件位移，并在加速度达到设定值时触发行程开关报警，该设计巧妙紧凑，结构简单，经济可靠，适用广，对起吊物失控初期可迅速发出报警。是一种新型安全保护装置。
为了实现上述目的，本发明的机械式转轴角超加速开关装置采用如下技术方案：
该机械式转轴角超加速开关装置，其特点是，包括主轴、弹性部件、圆柱凸轮、至少二个凸轮随动器、与所述凸轮随动器相同数量的从动杆、从动盘、行程开关和机座，所述主轴可转动安装在所述机座中用于传入外部转动，所述圆柱凸轮安装在所述主轴上与所述主轴构成铰链副，所述凸轮随动器与所述圆柱凸轮的凸轮曲面构成空间凸轮副，所述从动杆与所述主轴轴向平行且两端分别固定所述从动盘和所述凸轮随动器，所述从动杆沿所述主轴轴向方向可移动并在所述主轴纵向方向相对所述主轴限位或所述从动盘沿所述主轴轴向可滑动套接在所述主轴上并在所述主轴纵向方向相对所述主轴限位，所述行程开关设置在所述机座上与所述从动盘配合设置，所述弹性部件两端分别连接所述主轴和所述圆柱凸轮/从动盘。
上述“配合设置”指的是当所述凸轮曲面推动所述凸轮随动器沿轴向移动，进而推动所述从动盘沿轴向移动一定位移，将与行程开关接触，触发行程开关工作，行程开关发出报警信号。
较佳地，所述凸轮随动器设置有第一轴承，所述第一轴承抵靠所述的圆柱凸轮的凸轮曲面，从而所述凸轮随动器和所述凸轮曲面之间摩擦是滚动摩擦。
较佳地，所述弹性部件为至少一涡卷弹簧，所述涡卷弹簧的两端分别固定所述主轴和所述圆柱凸轮。
更佳地，所述涡卷弹簧的数目至少为2，至少所述涡卷弹簧之一与其余所述涡卷弹簧的涡旋方向相反。
较佳地，所述弹性部件为压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别抵靠所述主轴和所述从动盘。
更佳地，所述机械式转轴角超加速开关装置还包括调整松紧螺母，所述调整松紧螺母安装在所述主轴上，所述主轴通过所述调整松紧螺母抵靠所述压缩弹簧。
更佳地，所述凸轮曲面的特征曲线相对于所述从动杆和所述主轴所在平面呈对称设置或非对称设置。可根据需要进行设计。
较佳地，所述行程开关是自复位开关或手动复位开关。
较佳地，所述行程开关具有若干常开触点和若干常闭触点。
更佳地，所述机械式转轴角超加速开关装置还包括第二轴承，所述圆柱凸轮通过所述第二轴承安装在所述主轴上。
较佳地，所述机械式转轴角超加速开关装置还包括至少一个滑套，所述滑套固定在所述从动盘中并套设在所述主轴上，所述从动盘通过所述滑套沿所述主轴轴向可滑动套接在所述主轴上并在所述主轴纵向方向相对所述主轴限位。
较佳地，所述机械式转轴角超加速开关装置包括至少两个滑套，所述滑套固定在所述主轴或与所述主轴固联的结构上，所述从动杆穿设在所述轴套中从而通过所述轴套沿所述主轴轴向方向可移动并在所述主轴纵向方向相对所述主轴限位。
更佳地，所述滑套是直线轴承、滑动导向轴套、滚珠式导向轴套或滚珠花键。
较佳地，所述机械式转轴角超加速开关装置还包括配重盘，所述配重盘固定在所述圆柱凸轮上。
更佳地，所述配重盘中空，所述主轴穿设其中。
较佳地，所述主轴为双出轴或单出轴。从而可以利用出轴端连接外部转动通过主轴传入机械式转轴角超加速开关装置。
较佳地，所述机械式转轴角超加速开关装置将角加速度转变为指示零件位移，并在加速度达到设定值时触发行程开关报警，所述设定值可通过调整所述圆柱凸轮的重量、所述弹性部件的特性参数和/或所述行程开关的位置进行调整。
本发明的有益效果具体如下：
1、本发明采用机械方式将转轴角加速度转变为从动盘的位移，并在加速度达到一定值时触发行程开关，发出报警信号，设计巧妙，由于是检测转轴角加速度，可以在系统失控时迅速发出报警信号，响应时间短、可靠性高，极大提高了系统的安全性；
2、本发明包括主轴、机座、弹性部件、凸轮随动器、圆柱凸轮、从动杆、从动盘和行程开关，体积小，结构简单；
3、本发明有很大的适用范围，特别是大型的位能负载，如在港口、船厂、矿山矿井、建工机械安装、电梯等众多的起重系统中，起到安全保护的作用，也可以用于其它需要进行角加速度监控的场所。
【附图说明】
图1是本发明的第一个具体实施例的立体示意图。
图2是图1所示的具体实施例的剖视示意图。
图3是本发明的第二个具体实施例的立体示意图。
图4是图3所示的具体实施例的剖视示意图。
图5是本发明的第三个具体实施例的立体示意图。
图6是图5所示的具体实施例的剖视示意图。
图7是本发明的第四个具体实施例的立体示意图。
图8是图7所示的具体实施例的剖视示意图。
【具体实施方式】
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
实例一
请参见图1～图2所示，图1～图2显示的是本发明的机械式转轴角超加速开关装置的第一个具体实施例，包括主轴1、机座2、涡卷弹簧4、二个凸轮随动器5、圆柱凸轮6、第二轴承7、二个从动杆8、从动盘9、滑套10和行程开关11，外界的转动通过可转动安装在所述机座2中的所述主轴1传入，所述圆柱凸轮6通过所述第二轴承7安装在所述主轴1上与所述主轴1构成铰链副，所述凸轮随动器5与所述圆柱凸轮6的凸轮曲面15构成空间凸轮副并且其转轴安装在所述从动杆8上，所述从动杆8受约束而始终与所述主轴1轴向平行且两端分别固定所述从动盘9和所述凸轮随动器5，所述从动盘9与所述主轴间通过所述滑套10相联从而与所述主轴1构成移动副，所述滑套10固定在所述从动盘9上两者为一体，从而所述从动盘9沿所述主轴1轴向可滑动套接在所述主轴1上并在所述主轴1纵向方向相对所述主轴1限位，所述行程开关11设置在所述机座2上与所述从动盘9配合设置，所述涡卷弹簧4两端分别连接所述主轴1和所述圆柱凸轮6。
上述“配合设置”指的是当所述凸轮曲面15推动所述凸轮随动器5沿轴向移动，进而推动所述从动盘9沿轴向移动一定位移，将与行程开关11接触，触发行程开关11工作，行程开关11发出报警信号。
如图1～图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述凸轮随动器5设置有第一轴承(未示出)，所述第一轴承抵靠所述的圆柱凸轮6的凸轮曲面15，从而所述凸轮随动器5和所述凸轮曲面15之间的摩擦是滚动摩擦。
较佳地，所述涡卷弹簧4的数目至少为2，至少所述涡卷弹簧4之一与其余所述涡卷弹簧4的涡旋方向相反。即，可以有两个涡卷弹4簧，涡卷弹簧4一端固定在主轴1上，另一端固定在圆柱凸轮6上，这两个涡卷弹簧4的涡旋方向相反。也可以有三个及以上涡卷弹簧4，涡卷弹簧4一端固定在主轴1上，另一端固定在圆柱凸轮6上，至少有一个涡卷弹簧4的涡旋方向与其它涡卷弹簧4相反。如图1～图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述涡卷弹簧4的数目为2个，两涡卷弹簧4的涡旋方向相反。
较佳地，所述凸轮曲面15的特征曲线相对于所述从动杆8和所述主轴1所在平面可根据需要进行设计，可呈对称设置，也可以是非对称设置。如图1～图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述凸轮曲面15的特征曲线相对于所述从动杆8和所述主轴1所在平面呈对称设置，这样，圆柱凸轮6的凸轮曲面15使得主轴1不管有顺时间角加速度还是逆时针角加速度，都能推动从动杆8向相同方向运动；可以有不同的凸轮曲线，不同的凸轮曲线对应不同的主轴1角加速度与从动杆8位移关系。
所述行程开关11可以是自复位开关，也可以是手动复位开关。所述行程开关11具有常开触点和常闭触点，各触点数任意。
较佳地，所述滑套10是滑动导向轴套、滚珠式导向轴套或滚珠花键。如图1～2所示，在本发明的一具体实施例中，所述滑套10是滑动导向轴套。
较佳地，所述机械式转轴角超加速开关装置还包括配重盘3，所述配重盘3固定在所述圆柱凸轮6上。如图1～2所示，在本发明的一具体实施例中，所述配重盘6中空，所述主轴1穿设其中。
较佳地，所述主轴1可以是双出轴，也可以是单出轴，确保有一端出轴可以连接外部转动通过主轴传入角超加速开关装置。在部分应用中如果外部转动还需要连接其它部分，如超速开关、编码器等，这时，可能需要角超加速开关有双出轴。如图1～2所示，在本发明的一具体实施例中，所述主轴1是双出轴。
当主轴1开始角加速转动时，由于圆柱凸轮6与主轴1是铰接，圆柱凸轮6因转动惯量的存在而相对主轴1开始转动；由于圆柱凸轮6和主轴1间通过涡卷弹簧4相联，因此圆柱凸轮6相对主轴1的转动角度越大，则涡卷弹簧4变形越大，圆柱凸轮6转动角加速度越大；当圆柱凸轮6与主轴1相对转动角度达到一定时，涡卷弹簧4的变形达到使圆柱凸轮6的角加速度与主轴1的角加速度相同，装置达到平衡点；因为从动杆8与从动盘9以及滑套10固联，滑套10与主轴1没有相对转动，因此从动杆8与主轴1没有相对转动；当圆柱凸轮6相对主轴1转动时，同时也相对从动杆8转动，因此安装在从动杆8上的凸轮随动器5沿着圆柱凸轮6的凸轮曲面15运动，并带动从动盘9相对主轴1沿轴向运动；当主轴1的角加速值达到一定值时，从动盘9相对主轴1沿轴向运动也达到一定值并触发行程开关11工作，行程开关11发出报警信号；配重盘3与圆柱凸轮6固联为一体，配重盘3可以看作圆柱凸轮6的一部分，通过改变配重盘3的转动惯量可以改变圆柱凸轮6的转动惯量，从而调整触发行程开关11工作所需的角加速度。
实例二
请参见图3～图4所示，实例二是实例一的变形，基本上与图1～2所示的具体实施例相同，相同的零部件采用相同的附图标记，实例二与实例一相比增加了滑套座14，所述滑套座14固定在所述主轴1上是主轴1的延升，所述滑套10安装在所述滑套座14上，所述从动杆8穿过所述滑套10，所述从动杆8受所述滑套10的约束而只能沿平行所述主轴1的轴向运动。
较佳地，所述滑套10的数量与所述从动杆8数量相同。
实例三
实例三请参见图5～图6所示，实例三是实例一的另一种变形，基本上与图1～2所示的具体实施例相同，相同的零部件采用相同的附图标记，图5～6显示的具体实施例与图1～2所示的具体实施例的差异在于，实例三中压缩弹簧13代替了实例一中涡卷弹簧4的功能，还包括调整松紧螺母12，所述压缩弹簧13的两端分别抵靠所述主轴1和所述从动盘9，所述调整松紧螺母12安装在所述主轴1上，所述主轴1通过所述调整松紧螺母12抵靠所述压缩弹簧13，所述压缩弹簧13还抵靠在与所述从动盘9固定的滑套10上。
当主轴1开始角加速转动时，由于圆柱凸轮6与主轴1只是通过第二轴承7联接，圆柱凸轮6与配重盘3的组合体因转动惯量的存在而相对主轴1开始转动；因为从动杆8与从动盘9以及滑套10固联，滑套10与主轴1没有相对转动，因此从动杆8与主轴1没有相对转动；当圆柱凸轮6相对主轴1转动时，同时也相对从动杆8转动，因此安装在从动杆8上的凸轮随动器5沿着圆柱凸轮6的凸轮曲面15运动，并带动从动盘9相对主轴1沿轴向运动；从动盘9沿主轴1轴向运动时会压缩所述压缩弹簧13，主轴1的角加速度越大，则从动盘9对压缩弹簧13的压缩量越大；压缩弹簧13的反作用弹力沿着滑套10、从动盘9、从动杆8、凸轮随动器5作用到圆柱凸轮6上，使圆柱凸轮6角加速运动；当压缩弹簧13的弹力使圆柱凸轮6产生角加速度值与主轴1的角加速度值相同时，装置达到平衡点；当主轴1的角加速值达到一定极值时，经过短暂的响应时间后从动盘9相对主轴1沿轴向运动也达到一定值并触发行程开关11工作，行程开关11发出报警信号；配重盘3与圆柱凸轮6固联为一体，配重盘3可以看作圆柱凸轮6的一部分，通过改变配重盘3的转动惯量可以可变圆柱凸轮6的转动惯量，从而调整触发行程开关11工作所需的角加速度；调整松紧螺母12安装在主轴1上，可以沿主轴1轴向螺旋前进或后退而调整压缩弹簧13的预紧力，从而调整触发行程开关11工作所需的角加速度。
实例四
实例四请参见图7～图8所示，实例四可以看作是实例二和实例三的结合体，相同的零部件采用相同的附图标记，其相当于在实例三的基础上增加了滑套座14，所述滑套座14固定在所述主轴1上是主轴1的延升，所述滑套10安装在所述滑套座14上，所述从动杆8穿过所述滑套10，所述从动杆8受所述滑套10的约束而只能沿平行所述主轴1的轴向运动。实例四的工作原理可以参考实例二和实例三。
较佳地，所述滑套10的数量与所述从动杆8数量相同。
本发明的角超加速开关装置不仅可以用于起重系统的角加速度测量和安全保护，也可以用于其它需要角加速度监控的场所。具体使用时，本发明的主轴1通过联轴器与起重系统(或其他需要监测的系统)任一转轴联接。本发明采用机械方式将转轴角加速度转变为指示零件的位移，并在加速度达到设定值时触发行程开关11，发出报警信号，能迅速发现故障已经发生并发出报警信号。设定值可通过圆柱凸轮6的重量(在具体实施例中可以调整配重盘3重量)、弹性部件(涡卷弹簧4或压缩弹簧13)的特性参数、调整松紧螺母12的位置和/或行程开关11的位置进行调整。当制动机构接收到本发明(亦可称为超角加速开关)发出的信号时，系统处于故障发生初期其动能并不大，因此制动机构可以有效地工作，阻止的系统故障的继续。这样，可以在系统失控时迅速发出报警信号，极大提高了系统的安全性，是一种新型安全保护装置。特别是大型的位能负载，如在港口、船厂、矿山矿井、建工机械安装、电梯等众多的起重系统中，起到安全保护的作用，也可以用于其它需要进行角加速度监控的场所。它体积小，结构简单、可靠性高、响应时间短，有很大的适用范围。
综上，本发明的机械式转轴角超加速开关装置采用机械方式将转轴角加速度转变为指示零件的位移，并在加速度达到一定值时触发行程开关，发出报警信号，设计巧妙，可以在系统失控时迅速发出报警信号，极大提高了系统的安全性，是一种新型安全保护装置，体积小，结构简单，可靠性高，响应时间短，适用范围广。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。