[发明专利]一种垂直升降结构及其设计方法

权利要求书

1.一种垂直升降结构，包括卷扬机系统和钢丝绳；其特征在于，还包括环形的固定支撑基础和位于固定支撑基础内的环形钢结构；所述环形钢结构包括半径依次减小的钢内圈、钢中圈和钢外圈；所述卷扬机系统安装在固定支撑基础的底部；所述钢外圈的底部、钢中圈的底部和顶部以及钢内圈的底部和顶部均固定有滑轮，所述固定支撑基础的顶部设有滑轮；所述钢丝绳一端绕在卷扬机上，另一端依次绕过固定支撑基础顶部的滑轮、钢内圈底部的滑轮、钢内圈顶部的滑轮、钢中圈底部的滑轮、钢中圈顶部的滑轮和钢外圈底部的滑轮并固定在钢外圈的顶部；

所述钢外圈在钢中圈的导轨上上下移动，钢中圈在钢内圈的导轨上上下移动，钢内圈在固定支撑基础的导轨上上下移动；所述钢中圈的顶部、钢内圈的顶部和固定支撑基础的顶部均设有极限位的挡块，分别用于限制钢外圈、钢中圈和钢内圈的上升高度。

2.根据权利要求1所述的一种垂直升降结构，其特征在于，还包括拉力传感器，所述固定支撑基础的底部还设有第一滑轮；在卷扬机和固定支撑基础顶部的滑轮之间的钢丝绳还穿过拉力传感器并绕过第一滑轮。

3.根据权利要求1所述的一种垂直升降结构，其特征在于，所述卷扬机系统包括两个电机，两个电机分别连接在卷筒的两端，并均通过制动器和减速器连接。

4.根据权利要求1所述的一种垂直升降结构，其特征在于，所述钢外圈的顶部与固定支撑基础底部之间连接有拉线编码器；所述拉线编码器的拉线延伸方向和固定支撑基础底面垂直。

5.一种垂直升降结构的设计方法，其特征在于，设计如权利要求1～4任意一项所述的一种垂直升降结构，具体步骤如下：

步骤1，根据钢结构的最大重量G、质心在钢结构坐标系的位置(X，Y，Z)和钢丝绳承载力F，对钢丝绳数量N进行估算，估算原则为N＞G/F；

步骤2，确定好钢丝绳数量后，将垂直升降钢丝绳连接点的参数即钢丝绳与钢结构各连接点在钢结构坐标系中的坐标B_i＝(X_i，Y_i，Z_i),其中i＝1、2、3···N，以及钢丝绳与固定支撑基础各连接点在大地坐标系中的坐标即第一滑轮的坐标a_i＝(x_i，y_i，z_i),其中i＝1、2、3···N，作为优化对象计算出各钢丝绳上的受力f_i,其中i＝1、2、3···N。

步骤3，最后通过编程优化得到结构的最优参数。

6.根据权利要求5所述的一种垂直升降结构的设计方法，其特征在于，F×N＞1.5G。

7.根据权利要求5所述的一种垂直升降结构的设计方法，其特征在于，所述作为优化对象计算出各钢丝绳上的受力f_i,具体过程如下，

步骤201，建立各钢丝绳的受力f与G、(X，Y，Z)的关系表达式；

步骤202，计算各钢丝绳受力f_i,并保存；

步骤203，判断在该受力f_i下，钢丝绳对应的钢结构部分是否起升到位；

步骤204，在未起升到位的情况下，重复步骤202；

步骤205，在起升到位的条件下，求出全起升过程中各钢丝绳受力的最小值，并保存；

步骤206，通过改变钢丝绳的分布参数；重复步骤202、203、204和205；

步骤207，最终得出，起升到位并钢丝绳受力f_i最优值对应的结构参数。