CN100545071C - 用于大功率摩擦副的摩擦轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其在升降机领域内用于钢丝绳传动装置或类似物的摩擦轮的新型结构，其包括摩擦轮基体(1)、摩擦轮轮圈(2)和在外侧上加工在该轮圈(2)内的、用于以特殊的设计结构导引钢丝绳的槽(3)。采用此新型摩擦轮应能实现改善力传递。本发明的特征在于，为了改进所述摩擦轮轮圈(2)内的槽与钢丝绳(4)之间的力传递，沿圆周线在摩擦轮轮圈(2)或特殊的轮圈结构内，置入由相同或不同材料制成的作为槽轨段的彼此间隔一定距离的轮圈段(5)以及由高能磁铁构成的镶嵌物(6)，其中，作为用于所述轮圈段(5)的材料采用总是具有大摩擦系数的例如泡沫钢或纤维复合陶瓷等。作为所述轮圈段的替代方式，摩擦轮轮圈可总体上由所述材料制成，并且将由高能磁铁制成的镶嵌物直接置入其中。

Description

用于大功率摩擦副的摩擦轮

技术领域

本发明涉及尤其在升降机领域内用于钢丝绳传动装置或类似物的摩擦轮的新型结构，采用本发明应能改善力传递。

本发明的主要应用领域是

-用于多绳运输的升降机摩擦轮，

-升降机负荷小时可选择单绳运输的摩擦轮，例如

·用钢丝绳运输的升降平台(例如屋面维修设备，安装设备)，

·用钢丝绳运输的用于立式钢绳结构的行驶设备(悬桥，钢绳张紧的大厅屋顶，缆索起重机，索道)，

·选择的索道传动装置，

·选择的滑动升降椅传动装置，

·用于任意使用情况下的连续式升降卷扬机。

本发明的另一个应用领域是机械式连续运输机，它们按“动态耦合力的封闭环路(Kraftschluβ)”的传动原理工作以及满足磁性材料的先决条件。

背景技术

升降机摩擦轮的现有技术的特点在于，它的那些方案以库仑摩擦定律为基础，利用技术设计的均匀的槽。

在采矿工业的矿井提升设备的负荷范围内已知一些方案，这些方案通过不同的、但软材料的槽垫提高钢丝绳-摩擦轮系统的传动能力，但这些方案不适用于升降机运输。大约在80年前采矿业开始考虑使用电磁铁改进力传递。

对此，在相关的专利文献DE 346727C中提出，摩擦轮的容纳所述负载机构的槽由一些扇形段组成，这些扇形段设计为一系列具有交变极性的电磁铁的极靴，它们的磁力线从一个极到相邻极穿过所述负载机构延伸。

对于在电缆敷设船上的电缆拖曳设备，由US 3512757已知一种方案，它意欲将一些磁铁置入卷扬机的导轮内。在这些情况中考虑使用传统的磁铁，传统的磁铁占用很大的空间位置和需要附加的技术费用，并因而只能在大尺寸和单绳运输时使用。

由DE 3312522A1已知一种尤其在采矿工业中使用的摩擦轮，其中在轮缘的槽内置入一个在轮缘圆周上自由运动的、一个柔韧的弹性环和一些固定在该环上的衬里元件形式的衬里。

在DE 3626045A1中也介绍了一种用于采矿工业中的摩擦轮，其中沿轮圈的槽的圆周线设一个自由运动的衬片。该衬片由两层组成，亦即由一种弹性材料带组成的上层和直接贴靠在该轮圈上的分成段的层组成，所述段刚性地互相连接。

在这里，所述的段由一种(滑动)轴承材料制成。

DE 3923192A1的主题是一种尤其在采矿工业中用于单绳运输的摩擦轮，它包括一个摩擦轮轮圈，在该摩擦轮轮圈的槽内彼此有一间隙地自由设置一些衬片垫。这些V形的衬片垫在其两个腿端设有沿摩擦轮的运动方向连续延伸的孔，一缠绕着这些槽的牵引工具穿过这些孔。

在专利文献DE 1.202.587B中介绍了一种应用于采矿工业中的绳轮和摩擦轮的装铠，其中，用轻金属、硬塑料等制成的衬里固定在摩擦轮的基体上，并同时增大摩擦系数和提高衬里的耐磨生。

在专利文献DE 1.120.702B中介绍了一种用于采矿工业竖井运输的摩擦轮的特殊衬里材料，它由一种特殊的浇铸合金GAl Si制成。这种衬里决与热塑性或类似热塑性塑料制成的衬里块交替地装设在摩擦轮圆周上。

通过由先有技术已知的在摩擦轮轮圈的槽内敷设衬垫，可以达到改善采矿工业中的摩擦轮磨损和摩擦特性的目的。为此所需的结构方案很复杂。对于摩擦轮直径与钢丝绳直径之比很大时，例如大于40，可以联想到相应地应用在升降机中的结构也必然是复杂的。倾向于轻型结构的趋势要求升降机的所述直径比在20至30的范围内。在这里，由于增大了压应力和钢丝绳力不相同引发的剪应力，使迄今已知的衬垫材料不起作用。

利用磁场提高传动能力从采矿工业和单绳作业的拖曳卷扬机中已知。但这些方案在结构上是复杂的，需要占用大的空间位置以及技术设备昂贵。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，尤其在大的钢丝绳力状况和/或摩擦轮与钢丝绳的直径比小时存在极端负荷的情况下显著提高从升降机摩擦轮传递到待传动的钢丝绳上的力。本发明所要解决的技术问题还包括分别在简化设计其他系统部件的情况下一种类似的、对提高传动滚筒/钢传送带的配对以及传动滚筒/链的配对中的力传递的改善。

按照本发明上述技术问题通过一种用于大功率摩擦副的摩擦轮得以解决，所述摩擦轮由摩擦轮基体、摩擦轮轮圈和在外侧上加工到所述轮圈内的用于导引钢丝绳的槽组成，其中，为了改进摩擦轮轮圈内的槽与钢丝绳之间的力传递，沿圆周线在所述摩擦轮轮圈或一专用的轮圈结构中，置入由与摩擦轮轮圈相同或不同材料制成的作为槽轨段的彼此间隔一定距离的轮圈段以及与所述轮圈段交替地置入作为镶嵌物的高能磁铁，其中，作为用于所述轮圈段的材料采用总是具有大摩擦系数的钢泡沫材料和/或纤维复合陶瓷等。

按照本发明的技术方案，沿在摩擦轮轮圈内存在的槽的圆周线间隔一定距离地置入设计为高能磁铁的镶嵌物，高能磁铁由具有能量积(Energieprodukten)为例如385kJ/m³的稀土族制成，它们表面一致地埋入到所述槽轨的相配凹槽内。这种布局结构可用于实施多个并列的槽。在所述镶嵌物之间可分别补充式地安设轮圈段。

作为用于上述摩擦轮轮圈或轮圈段的材料，可以使用传统的摩擦轮材料，如灰铸铁(GG)等，但也可采用新的摩擦系数更大的结构材料，如钢泡沫材料(Stahlschaumwerkstoffe)和纤维复合陶瓷，这些材料满足在升降机摩擦轮或类似的应用中对耐压强度和耐磨强度的要求。

若选择采用轮圈段，则为此优选应使用钢泡沫材料和/或纤维复合陶瓷。

通过这种特殊的方法成功地做到提高库仑摩擦力，因为在采用例如纤维复合陶瓷时，静摩擦系数的值达到0.4，以及除此之外通过按规则的距离置入作为镶嵌物的高能磁铁，源自钢丝绳力的法向力叠加一个由磁力产生的法向力。对于此见解适用下列公式：

F_uMgn＝μ_Mgn·F_Mgn

公式中

F_uMgn：表示在磁铁区域内作用在摩擦轮圆周上的切向阻力，防止由于较大的钢丝绳力引起钢丝绳伸长或滑动；

F_Mgn：表示磁吸附力；

μ_Mgn：表示磁铁区域内的摩擦系数。

在采用上述高能磁铁时，其作为永久磁铁在吸附力、硬度、形状、耐磨强度方面应制造成与使用情况相适应。按这样的方式它们布置在各自槽轨内，即，使得磁铁的轴线以及进而使得磁力线沿径向定向。

镶嵌物段以及必要时附加的轮圈段，沿摩擦轮轮圈的360°圆周线分布地排列，其中，这些扇形段均匀地以圆周角α间隔开。

圆周角α的大小取决于摩擦轮-钢丝绳或摩擦轮-传动带的配对的所期望的传动能力。

这种技术方案(Ansatz)可以通过配备圆槽来实现，所述圆槽至少具有与楔槽在规定的楔角情况下和可达到的磨损状态下的摩擦系数相当的摩擦系数，但是与楔槽或根切的圆槽相反，所述圆槽确保显著减小槽的磨损(轻微压紧)以及就具体的设计而言确保更长的钢丝绳寿命。

为了满足极端的要求，例如力传递，此技术方案也可以配备有其他形式的槽，尤其有根切的圆槽。

摩擦轮的优化设计一方面涉及

·磁吸附力，高能永久磁铁的几何形状，其他物理参数的确定，磁铁的布局，和/或另一方面涉及

·由GG、塑料等、泡沫钢或复合陶瓷制成的摩擦轮轮圈的结构形状，选择式地根据提出的具体技术目的进行。

方案需要采用Eytelwein公式的一修正方程(Ansatz)

公式中

F1、F2：表示钢丝绳力

迟缓系数

e：自然对数的底

μ：虚摩擦系数

β：几何接触弧。

通过加宽已说明的摩擦轮沿轴向的结构，形成一个用于机械式连续运输机的传动滚筒，它的基本结构设计成与一摩擦轮相同，其中沿轴向，亦即沿传动滚筒的宽度，进行扩展所述轮圈段和镶嵌物的布置。

采用本专利具有诸多优点，尤其是：

·由于使用纤维复合陶瓷或钢泡沫材料以及诸如此类的材料，通过提高系数μ_system增大所述库仑摩擦力。

·所述库仑摩擦力与一通过由稀土族构成的高能磁铁产生的磁摩擦力叠加。

·按选择设计所述用于低磨损地传递大的周向力或者用于特殊用途的传递非常大的周向力的摩擦轮。

尤其通过采用圆槽可达到显著提高传动能力。

采取所述措施大大改善力传递，与之相联系的二次效果是：

·在钢丝绳传动中通过增大的并在技术上可传输的F1/F2比值节省了质量，可以在升降机技术中实现极轻的结构；

·可以减小所需要的摩擦轮直径；

·由于负荷减小而减小钢绳直径，因为在摩擦轮的区域内由于伸长和滑动造成的磨损明显减少；

·通过更小的摩擦轮直径提高摩擦轮转速使传动装置较小；

·降低了能耗；这总是与相关的经济性优点相关。

有利的是，在所述摩擦轮轮圈内或轮圈段内的槽设计为圆槽或根切的圆槽。

所述置入到所述槽轨内的轮圈段有利地具有一种圆弧形以及表面与所述槽轨一致地被置入到所述摩擦轮轮圈的能相配的形状配合的凹槽内。

有利的是，多个带有轮圈段和/或镶嵌物的槽轨沿所述相应宽的摩擦轮的轴向设置。

有利的是，所述摩擦轮基体由灰铸铁或铸钢或适用的复合材料或塑料加工而成，以及在该摩擦轮基体上防膨胀地加装上相应厚度的、由适合的灰铸铁或合金灰铸铁或铸钢或合金铸钢或泡沫钢或特殊陶瓷或特殊塑料制成的摩擦轮轮圈，该摩擦轮轮圈上设有彼此隔开一定距离的用于安放高能磁铁的凹槽。

附图说明

由下面参见附图对实施例的说明中给出本发明的其他详情、特征和优点。附图中：

图1表示摩擦轮轮圈的结构，包括布置在由高能磁铁构成的镶嵌物之间的由纤维复合陶瓷制成的轮圈段；

图2表示一槽段，它由一种与轮圈的其余设计结构不同的材料制成。在另一种结构方案中也可以用这种材料制成整个轮圈，然后在轮圈内加工出用于容纳高能磁铁的孔；

图3表示用于大功率摩擦副的摩擦轮的结构，其中在摩擦轮轮圈的槽轨内置入作为镶嵌段的高能磁铁。

具体实施方式

图1举例表示轮圈段5和必要时镶嵌物6沿摩擦轮轮圈2的360°圆周线的布置结构。轮圈段5在每个槽轨3内(见剖面图A-A)彼此按圆周角α隔开距离地排列。按另一种方式它们可以沿轴向由一个零件构成，所有的槽轨3都置于该零件中。

为了达到摩擦轮的规定的传动能力，可附加或唯一地选择镶嵌段6(高能磁铁)沿摩擦轮轮圈2的圆周的其他布局、结构和分布密度。

图2表示作为局部B的一轮圈段5的几何结构示例。

所述槽3的形状由其曲率半径决定，其中d相当于钢丝绳4的直径。一轮圈段5的宽度b和高度h的尺寸大体等于槽直径d的两倍，即b＝h～2d。轮圈段5的长度l至少是钢丝绳直径d的3倍，即l～3d。

图3表示用于大功率摩擦副的摩擦轮的结构，其具有作为镶嵌段的类似于按照图1所示结构置入的高能磁铁6。这些高能磁铁6具有一种圆柱形的形状(见局部图C)，并且对应于磁铁的高度h和直径d_M具有下列尺寸：h～25-35mm，d_M～20-32mm。

图中还表示出了极性。

目前此类磁铁达到的吸附力为40-700N。

作为用于摩擦轮基体1和摩擦轮轮圈2的材料，在两种实施例中采用传统的灰铸铁(GG)材料。

当轮圈采用高质量材料如泡沫钢、纤维复合陶瓷等时，它可以单独加工并以恰当的形式与基体连接。

附图标记清单

1摩擦轮基体

2摩擦轮轮圈

3槽，槽轨

4钢丝绳

5轮圈段

6镶嵌物(高能磁铁)

Claims (8)

1.用于大功率摩擦副的摩擦轮，所述摩擦轮由摩擦轮基体(1)、摩擦轮轮圈(2)和在外侧上加工到所述轮圈(2)内的用于导引钢丝绳的槽(3)组成，其特征为：为了改进摩擦轮轮圈(2)内的槽与钢丝绳(4)之间的力传递，沿圆周线在所述摩擦轮轮圈(2)中，置入由与摩擦轮轮圈(2)相同或不同材料制成的作为槽轨段的彼此间隔一定距离的轮圈段(5)以及与所述轮圈段(5)交替地置入作为镶嵌物的高能磁铁(6)，其中，作为用于所述轮圈段(5)的材料采用总是具有大摩擦系数的钢泡沫材料和/或纤维复合陶瓷。

2.按照权利要求1所述的摩擦轮，其特征为：在所述摩擦轮轮圈内或轮圈段(2)内的槽(3)设计为圆槽或根切的圆槽。

3.按照权利要求1或2所述的摩擦轮，其特征为：所述置入到所述槽轨(3)内的轮圈段(5)具有一种圆弧形以及表面与所述槽轨(3)一致地被置入到所述摩擦轮轮圈(2)的能相配的形状配合的凹槽内。

4.按照权利要求1或2所述的摩擦轮，其特征为：所述作为镶嵌物的高能磁铁(6)在槽轨(3)内的布置以这样的方式进行，即，使得磁场的轴线以及进而使得磁力线沿径向定向。

5.按照权利要求1或2所述的摩擦轮，其特征为：轮圈段(5)和镶嵌物(6)沿槽轨(3)的360°圆周线交替地且分别错开圆周角α地设置。

6.按照权利要求1或2所述的摩擦轮，其特征为：多个带有轮圈段(5)和/或镶嵌物(6)的槽轨(3)沿所述相应宽的摩擦轮(1)的轴向设置。

7.按照权利要求1或2所述的摩擦轮，其特征为：所述摩擦轮基体(1)由灰铸铁或铸钢或塑料加工而成，以及在该摩擦轮基体上防膨胀地加装上相应厚度的、由适合的灰铸铁或合金灰铸铁或铸钢或合金铸钢或泡沫钢制成的摩擦轮轮圈(2)，该摩擦轮轮圈上设有彼此隔开一定距离的用于安放高能磁铁的凹槽。

8.按照权利要求1或2所述的摩擦轮，其特征为：通过沿轴向加宽所述摩擦轮(1)形成一用于机械式连续运输机的传动转筒，其具有与一个摩擦轮相同的基本结构，以及所述轮圈段(5)和镶嵌物(6)可以沿轴向布置在该传动转筒的宽度上。

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