CN103663057B - 一种电梯用拉伸绳索 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的电梯用拉伸绳索，其特征在于，由能够独立承载的至少一承载体以及包覆层组成，拉伸绳索横截面采用椭圆形状进行设计，椭圆的短轴垂直于拉伸绳索的完全方向。相比圆形截面的涂塑钢丝绳，本发明主要存在两点优势，（1）在承载力相同的情况下，该拉伸绳索增大了与曳引轮的接触面积，受力更加均匀，提高了涂覆层的寿命，（2）该曳引绳中多个独立承载体平行排列，每一承载体直径约为2mm，根据GB7588中绳径比不小于40的要求，曳引轮直径可以降低至100mm左右。本发明的拉伸绳索在使用中，需要牵引滑轮具有与该绳索外形互补的沟型，以便电梯运行中两者之间能够良好啮合，提高绳索的导向性并抑制偏磨的发生。

Description

一种电梯用拉伸绳索
技术领域
本发明涉及电梯用绳索技术领域，特别涉及电梯用拉伸绳索。
背景技术
曳引式电梯利用两条或多条钢丝绳连接电梯轿厢和配重，通过钢丝绳与曳引绳轮之间相互作用力，牵引轿厢上下运动，达到人员或货物的运输目的。钢丝绳的失效及寿命是电梯运行品质及安全中不可忽视的问题。考虑钢丝绳的寿命及电梯安全，GB7588中要求曳引轮与钢丝绳的直径比值不得低于40:1。传统钢丝绳直径通常≥8mm，因此对应的绳轮直径需要不小于320mm。如此之大的绳轮，不仅降低了井道空间的利用率，而且增加了安装强度和曳引机成本。此外，为了适应井道尺寸限制，电梯系统在井道内的布局通常要求钢丝绳通过两个或两个以上绳轮。绳轮数量的增加，严重降低了传统钢丝绳的使用寿命。由于钢丝绳的硬度往往远高于曳引轮（通常为QT600或QT700），容易造成曳引轮沟槽在较短的时间内则发生明显磨损，极大降低曳引轮的使用寿命。在愈加重视节能环保的今天，降低绳轮直径，增加钢丝绳及曳引轮寿命正逐渐成为提高电梯企业竞争力的重要手段之一。
钢丝绳的直径以及钢丝之间、绳股之间、钢丝绳与曳引轮之间的磨损是影响钢丝绳寿命的主要因素，只有有效的解决这几点，才能够同时达到提高钢丝绳寿命以及降低曳引轮直径的目的。目前，相应的解决方案主要体现在两个方面，即（1）降低作为独立承载体钢丝绳的直径，（2）通过涂覆弹性体的方法减少电梯运行中钢丝绳内部以及与外部金属之间的磨损。具体实施方案也主要有两种，即（1）覆盖有聚氨酯弹性体，包含并行排列多根独立承载钢丝绳的扁平钢带，相关专利有CN100564222、CN1902119B、CN101497413等（2）在传统钢丝绳基础上，涂塑树脂、聚氨酯等弹性体的涂塑钢丝绳，相关专利有CN1177100C、EP1426482等。
公告号为CN100564222的专利《电梯系统》中，公开了一种用于电梯轿厢牵引的扁平结构钢带。该钢带由多根独立的承载芯线以及聚氨酯弹性体包覆层组成，其宽度远大于厚度。由于选用直径为0.10mm到0.20mm的高强度钢丝，独立承载芯线的直径可控制在2mm左右，且减少了各条芯线之间以及芯线与曳引轮之间直接的金属接触。
拉伸绳索的柔性是影响其弯曲疲劳性能的重要因素，其大小可由惯性矩进行度量。由于承载体截面为圆形，因此惯性矩I＝πd4/64，其中d为独立承载体直径。显而易见，随着d的减小，惯性矩将急剧降低，曳引绳的柔性将显著增加。扁平钢带中，在保持承载体总截面积不变的情况下（保持相当的承载能力），将传统钢丝绳中绞制在一起的一个独立承载体分成多个截面积很小的独立承载体，进而导致曳引绳的柔性显著增加，极大的降低了对曳引轮直径的要求。经认证，使用扁平钢带，即使曳引轮直径减少到约100mm，钢带也具有很高的寿命。然而，这种扁平结构钢带具有一些难以避免的不足，如：（1）大的宽厚比，使扁平钢带的扭转刚度较低，而且由于电梯安装精度的问题，曳引绳很难避免的要产生扭转应力，因此钢带比钢丝绳更容易发生变形，容易导致异常磨损；（2）扁平钢带的导向较差，在曳引轮表面容易发生沿曳引轮轴向的相对运动，进而引起偏磨，降低寿命，削弱了其寿命长，免维保这一优势；（3）显著增加曳引轮轴向长度，进而提高对曳引轮用材料的要求。以上几点不足，在一定程度上限制了扁平钢带电梯运行品质与推广。
公告号为CN1902119B的专利《电梯设备》中，公开了一种具有楔形结构的扁平钢带。相比专利CN100564222，此专利增加了钢带的导向性，但并没有有效的避免大宽厚比对振动的不良影响，而且楔形结构根部在变形应力作用下容易产生较大的应力集中，进而导致钢带破裂失效。
公告号为CN1177100C的专利《缆索及采用这种缆索的电梯》中，在传统钢丝绳基础上，利用弹性体包覆层，润滑剂等手段，将各钢丝、各绳股以及钢丝绳与曳引轮之间有效的隔离开来，减少金属与金属之间的磨损，从而提高钢丝绳的寿命。此专利由于仍然采用绳股互捻结构，虽然能够在保证寿命的同时降低与曳引轮的绳径比，从而减小曳引轮直径，但是其承载体本身柔性没有变化，故其许用曳引轮直径的降低程度相比扁平钢带有显著差距。同时，由于圆形结构，在扭转应力作用下，曳引绳在曳引轮沟槽中容易发生扭转，导致异常磨损的发生，进而降低其使用寿命。
以上各种专利均匀一些难以避免的不足之处，而且两类方案在一定程度上存在互补。因此需要对各因素进行综合分析，进而开发一种新型的电梯曳引绳，进而最大程度的避免上述问题，进一步提高电梯的品质及安全性。
发明内容
本发明主要解决以上出现的多种问题而提供一种电梯用拉伸绳索，在保证曳引轮直径极大降低的同时，明显提高其使用寿命，减少维保成本，并避免电梯运行品质的下降。而且，电梯曳引轮直径的大幅降低，有利于主机体积的减小，显著缩减电机制造成本和建筑成本。
为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
综合评估已有专利发明的优缺点以及电梯运行的实际情况，本发明中拉伸绳索由能够独立承载的至少一承载体以及包覆层组成，拉伸绳索横截面采用椭圆形状进行设计，椭圆的短轴垂直于拉伸绳索的完全方向。
在本发明的一个优选实施例中，包含多根独立的承载体，且每一承载体均由多根承载芯线捻制而成。
在本发明的一个优选实施例中，多根独立承载体沿拉伸绳索长度方向平行排列，相互之间利用包覆层隔离。
在本发明的一个优选实施例中，每一承载体内的承载芯线之间采用采用包覆层或润滑材料隔离。
在本发明的一个优选实施例中，所述润滑材料可以选用润滑脂或聚四氟乙烯树脂。由于聚四氟乙烯树脂涂覆层较薄，因此各承载体排列更加紧密，使得曳引绳单位截面积的承载能力更强。此外，承载体内封存有润滑剂，进一步减少捻制在一起作为承载芯线的高强钢丝之间的磨损，从而提高曳引绳寿命。
在本发明的一个优选实施例中，所述聚四氟乙烯树脂涂覆在每一承载芯线的表面上。
在本发明的一个优选实施例中，所述润滑脂涂覆在承载芯线之间。
在本发明的一个优选实施例中，涂覆有聚四氟乙烯树脂的承载芯线之间相互接触。
在本发明的一个实施例中，所述的拉伸绳索外周面形成一外椭圆，该外椭圆的长轴与短轴的比值r不宜过大，合理范围为1≤r≤2。
在本发明的一个实施例中，所述外椭圆的焦距与长轴之间的比值为1.618。
在本发明的一个实施例中，所述承载体为多根，采用内外两层方式布置，其中外层的多根承载体间隔分布在一个内椭圆的圆周上，相互之间存在一定距离的间隔；所述内椭圆位于所述外椭圆中，两者相近似；所述内层的承载体位于所述的内椭圆中。
在本发明的一个优选实施例中，所述内层的承载体沿内椭圆的长轴方向均布设置。
在本发明的一个优选实施例中，所述的内层的承载体为三根，其中一根位于所述内椭圆的中心，另外两根承载体位于所述内椭圆的焦点处。
在本发明的一个优选实施例中，位于所述内椭圆中心的承载体采用承载芯线以1+6+12+18四层结构捻制而成，位于内椭圆的圆周上的承载体和位于内椭圆两焦点位置上的承载体采用承载芯线以1+6+12三层结构捻制而成。
在本发明的一个优选实施例中，位于所述内椭圆中心的承载体所用的承载芯线的直径大于位于内椭圆的圆周上的承载体和位于内椭圆两焦点位置上的承载体所用的承载芯线的直径。
在本发明的一个实施例中，承载芯线可为金属芯线或高强度非金属芯线。
在本发明的一个优选实施例中，承载芯线为高强度钢丝。所述高强度钢丝的直径控制在0.1mm-0.2mm范围内。
在本发明的一个优选实施例中，承载芯线为抗拉强度高于2000N/mm2的高强度钢丝。
在本发明的一个优选实施例中，所述高强度非金属芯线选用具有高弹模、高强度的芳纶纤维或碳纤维。
在本发明的一个优选实施例中，包覆层由非金属弹性体材料制成。
在本发明的一个优选实施例中，制备包覆层的材料可以选用聚氨酯、氯丁橡胶以及氢化丁腈橡胶等具有良好耐磨、耐老化、耐水、耐油性能的非金属弹性体。
在本发明的一个实施例中，制备包覆层的材料选用聚氨酯弹性体材料，其填充于各承载芯线之间，并包覆在拉伸绳索外围。电梯运行过程中，拉伸绳索在通过曳引轮时发生弯曲，由于曲率的差异，各承载体之间存在相对的位移，采用聚氨酯弹性体材料间隔能有效避免相邻承载体在此位移过程中的磨损。此种情况下，承载体间的聚氨酯弹性体材料要发生变形，因此要保证一定的柔性和厚度，避免反复受力变形导致的失效。而且，要选择良好的粘结剂和工艺，使聚氨酯弹性体材料与承载体之间具有良好的结合力。此拉伸绳索通过表面的聚氨酯弹性体材料与曳引轮接触，因此首先要考虑的是具有高的耐磨性以及一定的厚度。同时，为了保证聚氨酯弹性体材料涂覆层的寿命，以及电梯运行的需要。
在本发明的一个优选实施例中，在制备包覆层的材料复合有自润滑材料，以控制包覆层与曳引轮（钢或球墨铸铁）之间合理的摩擦系数，最好控制在0.3-0.6。
在本发明的一个优选实施例中，所述自润滑材料为塑料短纤维。
在本发明的一个优选实施例中，所述承载体采用增强纤维树脂基复合材料制成。
在本发明的一个优选实施例中，所述增强纤维为高强度、高模量的碳纤维或芳纶纤维。
在本发明的一个优选实施例中，所述增强纤维与树脂基体的体积比不低于9∶1。
在本发明的另一个实施例中，所述承载体为一个，采用增强纤维树脂基复合材料制成，具有一个内椭圆形状。
所述增强纤维为高强度、高模量的碳纤维或芳纶纤维。
所述增强纤维与树脂基体的体积比不低于9∶1。
在本发明的另一个实施例中，所述承载体外周面所形成的内椭圆的中心与所述的拉伸绳索外周面所形成的外椭圆中心重合。
所述承载体外周面所形成的内椭圆与所述的拉伸绳索外周面所形成的外椭圆两者相近似。
由于高强度、高模量的碳纤维或芳纶纤维的树脂基复合材料本身具有良好的抗弯曲疲劳性能，因此无需通过降低承载体截面尺寸来提高寿命。因此，可以在保持整体外围尺寸不变的情况下，进一步增大承载体面积，使绳索具有更高的承载能力以及抗扭转变形能力。
相比圆形截面的涂塑钢丝绳，本发明主要存在两点优势，（1）在承载力相同的情况下，该拉伸绳索增大了与曳引轮的接触面积，受力更加均匀，提高了涂覆层的寿命，（2）该曳引绳中多个承载绳芯平行排列，为独立承载体，且绳芯直径约为2mm，根据GB7588中绳径比不小于40的要求，曳引轮直径可以降低至100mm左右。
本文所述的拉伸绳索在使用中，需要牵引滑轮具有与该绳索外形互补的沟型，以便电梯运行中两者之间能够良好啮合，提高绳索的导向性并抑制偏磨的发生。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图3为本发明实施例3的结构示意图。
图4为本发明实施例4的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，图中所示的电梯用拉伸绳索，由一个包覆层1和由11根承载体所组成。拉伸绳索横截面采用椭圆形状进行设计，椭圆的短轴垂直于拉伸绳索的长度方向。拉伸绳索外周面形成一外椭圆1a，该外椭圆1a的长轴与短轴的比值r不宜过大，合理范围为1≤r≤2。外椭圆1a的焦距与长轴之间的比值为1.618。
包覆层1为采用非金属弹性体材料制成，具体采用热塑性聚氨酯橡胶制成。该聚氨酯弹性体材料填充于各承载芯线之间，并包覆在拉伸绳索外围。电梯运行过程中，拉伸绳索在通过曳引轮时发生弯曲，由于曲率的差异，各承载体之间存在相对的位移，采用聚氨酯弹性体材料间隔能有效避免相邻承载体在此位移过程中的磨损。此种情况下，承载体间的聚氨酯弹性体材料要发生变形，因此要保证一定的柔性和厚度，避免反复受力变形导致的失效。而且，要选择良好的粘结剂和工艺，使聚氨酯弹性体材料与承载体之间具有良好的结合力。此拉伸绳索通过表面的聚氨酯弹性体材料与曳引轮接触，因此首先要考虑的是具有高的耐磨性以及一定的厚度。同时，为了保证聚氨酯弹性体材料涂覆层的寿命，以及电梯运行的需要。
另外在热塑性聚氨酯橡胶复合有自润滑材料，具体为塑料短纤维，以控制包覆层与曳引轮（钢或球墨铸铁）之间合理的摩擦系数，最好控制在0.3-0.6。
11根承载体沿平行于曳引绳长度方向间隔且对称的嵌入包覆层1中，其采用内外两层方式布置，其中外层的8根承载体2a间隔分布在一个内椭圆2b的圆周上，相互之间存在一定距离的间隔。内椭圆2b位于外椭圆1a中，两者相近似。
内层的3根承载体位于内椭圆中，并沿内椭圆2b的长轴方向均布设置，其中一根承载体2c位于内椭圆2b的中心，另外两根承载体2d、2e位于内椭圆2b的两个焦点处。
11根承载体均为采用多根独立的抗拉强度高于2000N/mm2的高强度钢丝捻制而成的钢丝绳芯。高强度钢丝的直径为0.1mm-0.2mm。多根独立的高强度钢丝沿拉伸绳索长度方向平行排列，相互之间利用包覆层1隔离。
位于内椭圆2b中心的承载体2c采用高强度钢丝以1+6+12+18四层结构捻制而成，位于内椭圆2b的圆周上的承载体2a和位于内椭圆两焦点位置上的承载体2d、2e采用高强度钢丝以1+6+12三层结构捻制而成。位于内椭圆2b中心的承载体所用的高强度钢丝的直径大于位于内椭圆2b的圆周上的8根承载体2a和位于内椭圆2b两焦点位置上的承载体2d、2e所用的高强度钢丝的直径。
实施例2
如图2所示，该实施例的电梯用拉伸绳索与实施例1的电梯用拉伸绳索的区别在于，该实施例的高强度钢丝包覆有良好润滑性能的聚四氟乙烯树脂涂覆层3，聚四氟乙烯树脂涂覆层3厚度为0.3-0.6mm，使得相邻钢丝绳芯之间排列更加紧密，然后利用包覆层1的热塑性聚氨酯橡胶填充其余部位。此外，每根承载体内封存有专用润滑剂，进一步减少捻制在一起的高强钢丝之间的磨损，从而提高曳引绳寿命。
另外该实施例的承载体数量相比实施例1增加至13根，也采用内外两层方式布置，其中外层的10根承载体2a间隔分布在一个内椭圆2b的圆周上，相互之间存在一定距离的间隔。内椭圆2b位于外椭圆1a中，两者相近似。
内层的3根承载体位于内椭圆中，并沿内椭圆2b的长轴方向均布设置，其中一根承载体2c位于内椭圆2b的中心，另外两根承载体2d、2e位于内椭圆2b的两个焦点处。
实施例3
如图3所示，图中所示的电梯用拉伸绳索与实施例2的电梯用拉伸绳索的区别在于，所有的承载体2a、2c、2d、2e均采用高强度高模量的碳纤维或芳纶纤维增强的树脂基复合材料制成。高强度高模量的碳纤维或芳纶纤维与树脂基体的体积比不低于9∶1。
由于高强度、高模量的碳纤维或芳纶纤维的树脂基复合材料本身具有良好的抗弯曲疲劳性能，因此无需通过降低承载体截面尺寸来提高寿命。因此，可以在保持整体外围尺寸不变的情况下，进一步增大承载体面积，使绳索具有更高的承载能力以及抗扭转变形能力。
实施例4
如图4所示，图中所示的电梯用拉伸绳索与实施例1的电梯用拉伸绳索区别在于，在包覆层1内只有一个独立的承载体2，该承载体2由高强度高模量的碳纤维或芳纶纤维增强的树脂基复合材料制成，具有一个内椭圆2f形状。高强度高模量的碳纤维或芳纶纤维与树脂基体的体积比不低于9∶1。
承载体2外周面所形成的内椭圆2f的中心与拉伸绳索外周面所形成的外椭圆1a中心重合,两者相近似。
由于高强度、高模量的碳纤维或芳纶纤维的树脂基复合材料本身具有良好的抗弯曲疲劳性能，因此无需通过降低承载体截面尺寸来提高寿命。因此，可以在保持整体外围尺寸不变的情况下，进一步增大承载体面积，使绳索具有更高的承载能力以及抗扭转变形能力。

Claims (30)

1.电梯用拉伸绳索，其特征在于，由能够独立承载的至少一承载体以及包覆层组成，拉伸绳索横截面采用椭圆形状进行设计，椭圆的短轴垂直于拉伸绳索的长度方向；在制备包覆层的材料复合有自润滑材料，以控制包覆层与曳引轮之间合理的摩擦系数在0.3-0.6之间；制备包覆层的材料填充于各承载芯线之间，并包覆在拉伸绳索外围。
2.如权利要求1所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，每一承载体均由多根承载芯线捻制而成。
3.如权利要求2所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，多根独立的承载体沿拉伸绳索长度方向平行排列，相互之间利用包覆层隔离。
4.如权利要求2所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，每一承载体内的承载芯线之间采用采用包覆层或润滑材料隔离。
5.如权利要求4所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述润滑材料选用润滑脂或聚四氟乙烯树脂。
6.如权利要求5所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述聚四氟乙烯树脂涂覆在每一承载芯线的表面上。
7.如权利要求5所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述润滑脂涂覆在承载芯线之间。
8.如权利要求1所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述的拉伸绳索外周面形成一外椭圆，该外椭圆的长轴与短轴的比值r为1≤r≤2。
9.如权利要求8所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述外椭圆的焦距与长轴之间的比值为1.618。
10.如权利要求8所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述承载体为多根，采用内外两层方式布置，其中外层的多根承载体间隔分布在一个内椭圆的圆周上，相互之间存在一定距离的间隔；所述内椭圆位于所述外椭圆中，所述内椭圆与所述外椭圆相似；所述内层的承载体位于所述的内椭圆中。
11.如权利要求10所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述内层的承载体沿内椭圆的长轴方向均布设置。
12.如权利要求11所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述的内层的承载体为三根，其中一根位于所述内椭圆的中心，另外两根承载体位于所述内椭圆的焦点处。
13.如权利要求12所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，位于所述内椭圆中心的承载体采用承载芯线以1+6+12+18四层结构捻制而成，位于内椭圆的圆周上的承载体和位于内椭圆两焦点位置上的承载体采用承载芯线以1+6+12三层结构捻制而成。
14.如权利要求13所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，位于所述内椭圆中心的承载体所用的承载芯线的直径大于位于内椭圆的圆周上的承载体和位于内椭圆两焦点位置上的承载体所用的承载芯线的直径。
15.如权利要求2所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述的承载芯线为金属芯线或高强度非金属芯线。
16.如权利要求15所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述的承载芯线为高强度钢丝。
17.如权利要求16所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述高强度钢丝的直径控制在0.1mm-0.2mm范围内。
18.如权利要求2所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述的承载芯线为抗拉强度高于2000N/mm2的高强度钢丝。
19.如权利要求15所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述高强度非金属芯线选用具有高弹模、高强度的芳纶纤维或碳纤维。
20.如权利要求1至19任一项权利要求所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，包覆层由非金属弹性体材料制成。
21.如权利要求1至19任一项权利要求所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，制备包覆层的材料选用聚氨酯、氯丁橡胶或氢化丁腈橡胶。
22.如权利要求1所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述自润滑材料为塑料短纤维。
23.如权利要求1所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述承载体采用增强纤维树脂基复合材料制成。
24.如权利要求23所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述增强纤维为高强度、高模量的碳纤维或芳纶纤维。
25.如权利要求23所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述增强纤维与树脂基体的体积比不低于9∶1。
26.如权利要求1任一项权利要求所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述承载体为一个，采用增强纤维树脂基复合材料制成，具有一个内椭圆形状。
27.如权利要求26所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述增强纤维为高强度、高模量的碳纤维或芳纶纤维。
28.如权利要求26所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述增强纤维与树脂基体的体积比不低于9∶1。
29.如权利要求26所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述承载体外周面所形成的内椭圆的中心与所述的拉伸绳索外周面所形成的外椭圆中心重合。
30.如权利要求29所述的电梯用拉伸绳索，其特征在于，所述承载体外周面所形成的内椭圆与所述的拉伸绳索外周面所形成的外椭圆相似。
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