CN107934716A - 一种用于电梯的提升介质 - Google Patents

Abstract

一种用于电梯的提升介质，涉及电梯系统中的提升介质。使用金属加强纤维和非金属加强纤维两种不同的加强纤维，非金属加强纤维包覆在金属加强纤维外，使金属加强纤维与金属加强纤维之间相互无接触，金属加强纤维可以增加曳引介质提供抗剪切能力。选用模量和抗拉强度接近的加强纤维，利用树脂进行固化，保证在受到拉伸时，非金属加强纤维和金属加强纤维可以均匀受力，共同发挥作用，减小了不同纤维材料混合使用时的撕裂风险，提高了疲劳寿命。金属加强纤维采用超高强度钢丝，可以有效减少钢材用量，非金属加强纤维采用碳纤维，可以使骨架承力构件的重量得到有效降低，降低了转动惯量，进一步提高电梯运行速度。

Description

一种用于电梯的提升介质

技术领域

本发明涉及电梯系统中的提升介质，特别涉及一种用于电梯的提升介质。

背景技术

目前，典型的电梯提升系统包括轿厢，配重、提升绳索、曳引机、控制系统，其中曳引机在电梯控制系统的控制下，通过提升绳索将电机的旋转运动转化成轿厢的垂直运动。典型的曳引机上设有带摩擦面的曳引轮，提升绳索与曳引轮接触受到摩擦后实现驱动力的传递。

目前，电梯系统大多采用圆形钢丝绳和铸铁曳引轮，现有的钢丝绳与铸铁的摩擦系数较小，而由于较小的摩擦系数限制了曳引能力，所以通常需要对曳引轮进行开槽来提高摩擦系数，这也加剧了钢丝绳的磨损，降低了提升绳索的使用寿命。

针对钢丝绳存在的不足，业界不断尝试采用新的材料。1999年，奥蒂斯电梯公司在授权公告号为1222656C、专利名称为“电梯的拉力构件”中首先了一种扁平皮带状的提升介质，其采用了直径比较小的钢丝绳与聚氨酯相结合的复合材料替代传统了直径比较粗的钢丝绳。使电机的尺寸的减小，曳引机可以直接放置于井道之中，降低了建筑物顶层的机房建筑的成本。但尽管这种提升介质代替传统钢丝绳有许多优点，但是也有缺点，其与传统钢丝绳相比，重量降低并不明显，转动惯量仍然较大，限制了电梯速度的进一步提升。

2014年，通力股份公司在专利公告号为CN 104555658A，名称为“用于提升装置的绳索以及电梯”中，公开了一种使用碳纤维复合材料作为提升介质，将碳纤维置于环氧树脂中，外层包覆聚氨酯材料制成的一种扁平带，由于碳纤维的密度远小于钢丝，因而这种新型曳引提升介质可以明显减轻重量，降低了转动惯量，可以应用于高层高速电梯之中。这种使用碳纤维作为骨架材料的提升带，尽管使用了环氧树脂进行了包覆，但由于碳纤维丝的抗剪切能力比较差，在电梯使用过程中受到挤压或者异物冲击时存在断丝风险，具有一定的安全隐患，同时由于环氧树脂耐弯曲疲劳性能低于热塑性聚氨酯，在实际使用过程中这种碳纤维曳引提升带的使用寿命也低于使用钢丝绳作为骨架材料的提升带。

现有的这些解决方案尽管在性能上比传统钢丝绳索有了明显提升，但仍然难以实现最优的曳引材料性能需求，即降低曳引介质重量的同时，保证曳引介质具有足够的强度、抗剪切能力、可弯曲性能以及较长的使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于电梯的提升介质，解决了传统的提升介质抗剪切能力低、疲劳寿命低的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种用于电梯的提升介质，为扁平带状结构，包括若干平行的骨架承力构件，该骨架承力构件包裹在包覆层内部，其技术要点是，所述的骨架承力构件由多根复合材料股绳捻制而成，该复合材料股绳包括金属加强纤维和非金属加强纤维，所述的金属加强纤维和非金属加强纤维平行设置，均匀分布，非金属加强纤维包覆在金属加强纤维外，使金属加强纤维与金属加强纤维之间相互无接触，并通过树脂将金属加强纤维和非金属加强纤维固化。

上述方案中，所述的非金属加强纤维的直径为5～10微米； 所述金属加强纤维的直径为60～100微米，金属加强纤维的数量为5～20根，金属加强纤维的抗拉强度大于3500Mpa；所述的树脂的弹性模量低于1Gpa。

上述方案中，所述的金属加强纤维和非金属加强纤维具有相似抗拉强度和弹性模量，即金属加强纤维的抗拉强度与非金属加强纤维的抗拉强度、金属加强纤维的弹性模量与非金属加强纤维的弹性模量之间的公差均为正负15%。

上述方案中，所述复合材料股绳截面的填充面积为：树脂占总截面积的50%以下，非金属加强纤维占总截面积的20%～40%，金属加强纤维占总截面积的20%-40%之间。

上述方案中，复合材料股绳与曳引轮的接触面长度至少为3倍捻距长度。

上述方案中，每根单复合材料股绳的截面为扇形，若干单复合材料股绳捻制后的截面为圆形，且该圆形中各个单复合材料股为面接触。

上述方案中，所述的非金属加强纤维为碳纤维丝，所述的金属加强纤维为钢丝。

上述方案中，所述的碳纤维丝的直径为7微米，所述的钢丝的直径为80微米，钢丝为10根，钢丝的抗拉强度大于4000Mpa，，所述的柔性树脂弹性模量为0.5Gpa。

上述方案中，所述的柔性树脂为改性环氧树脂。

上述方案中，所述复合材料股绳截面的填充面积为：树脂占总截面积的40%，碳纤维丝占总截面积的30%，钢丝占总截面积的30%。

本发明的有益效果：该用于电梯的提升介质，使用金属加强纤维和非金属加强纤维两种不同的加强纤维，非金属加强纤维包覆在金属加强纤维外，使金属加强纤维与金属加强纤维之间相互无接触，非金属加强纤维可以有效地降低曳引介质的重量，金属加强纤维可以增加曳引介质提供抗剪切能力。选用两种模量和抗拉强度接近的加强纤维，并利用树脂进行固化，保证在受到拉伸时，非金属加强纤维和金属加强纤维可以均匀受力，共同发挥作用，减小了不同纤维材料混合使用时的撕裂风险，提高了疲劳寿命。而金属加强纤维采用超高强度钢丝，可以有效减少钢材用量，非金属加强纤维采用碳纤维，可以使骨架承力构件的重量得到有效降低，降低了转动惯量，进一步提高电梯运行速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电梯提升机构结构示意图；

图2为本发明实施例中提升介质的横截面示意图；

图3为本发明实施例中提升介质的承力构件的结构示意图；

图中序号说明如下：1轿厢、2反绳轮、3提升介质、4曳引机、5对重、6电梯提升机构、7骨架承力构件、8包覆层、9复合材料股绳、10金属加强纤维、11非金属加强纤维、12树脂。

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～图3和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例采用的提升介质安装在电梯提升机构中。如图1所示，提升介质3通过曳引机4、反绳轮2连结轿厢1和对重5，组成电梯提升机构6。提升介质3的一侧表面与曳引机4贴合，曳引机4的旋转通过与提升介质3的摩擦转化为提升介质3的线性运动，进而将牵引力传递到轿厢1，实现电梯的线性运动。

本实施例采用的提升介质为扁平带状结构，如图2所示，包括若干平行的骨架承力构件7，该骨架承力构件7包裹在包覆层8内部，其中的包覆层8为聚氨酯耐磨材料。骨架承力构件7由多根复合材料股绳9捻制而成，该复合材料股绳9包括直径较细的金属加强纤维10和密度较低的非金属加强纤维11，且金属加强纤维10和非金属加强纤维11平行设置，均匀分布，非金属加强纤维11包覆在金属加强纤维10外，使金属加强纤维10与金属加强纤维10之间相互无接触，改善复合材料股绳9中的应力分布。通过树脂12将金属加强纤维10和非金属加强纤维11固化。该结构可以有效地提高复合材料股绳9的疲劳寿命，使得复合材料股绳9以及由复合材料股9绳捻制而成的骨架承力构件7具备抗剪切能力。同时，捻制的复合材料股绳9，在骨架承力构件7弯曲的情况下，平行放置的复合材料股绳9在弯曲半径内侧受压应力，外侧受拉应力，拉应力和压应力随着捻制方向改变，总体达到平衡，使得复合材料股绳9的疲劳寿命得到提高。

非金属加强纤维11的直径为5～10微米。金属加强纤维10的直径为60～100微米，金属加强纤维10的数量为5～20根，金属加强纤维10的抗拉强度大于3500Mpa。本实施例中采用的金属加强纤维10相比传统钢丝绳行业，其抗拉强度提高了一倍，相比于电梯行业中钢丝绳复合钢带所采用的钢丝绳，这种超高强度的金属加强纤维10抗拉强度提高了50%，这对减小金属加强纤维10的用量是有好处的。具体而言，在同等安全强度要求下，使用这种超高强度金属加强纤维10可以有效的减少金属加强纤维10的使用量，降低骨架承力构件7的重量，可以使得复合提升带的重量得到降低。树脂12的弹性模量低于1Gpa，这种设计对降低固化后的复合材料股绳9的弯曲刚度是有好处的，它可以减低骨架承力构件7的弯曲刚度，进而降低曳引提升介质3的弯曲刚度，减小弯曲半径，使得曳引机4中使用直径更小的曳引轮成为可能。本实施例中的树脂，应满足在50毫米弯曲半径下，不应出现裂纹，制成本发明所述提升介质后，弯曲疲劳在一千二百万次以上。可以利用SEM扫描电镜，观察树脂的断口，检验树脂13是否满足。

金属加强纤维10和非金属加强纤维11具有相似抗拉强度和弹性模量，即金属加强纤维10的抗拉强度与非金属加强纤维11的抗拉强度、金属加强纤维10的弹性模量与非金属加强纤维11的弹性模量之间的公差均为正负15%。例如，采用两种加强纤维一种为抗拉强度4000Mpa以上、弹性模量210Gpa的碳纤维丝，一种为抗拉强度3500Mpa以上，弹性模量190Gpa的超细高强度钢丝。该结构可以使得复合材料股绳中的加强纤维具备相近的延伸特性，骨架承力构件7在受到拉伸时，内部材料受力均匀能够有效提高骨架承力构件的抗疲劳性能，避免提前脱层。

复合材料股绳9截面的填充面积为：树脂12占总截面积的50%以下，非金属加强纤维11占总截面积的20%～40%，金属加强纤维10占总截面积的20%-40%之间。将树脂12的比例保持在50%以下，有利于保证复合材料股绳9的抗拉强度。

复合材料股绳9与反绳轮2及曳引机4的接触面长度至少为3倍捻距长度。其中捻距指的是一根复合材料股绳9在骨架承力构件7中旋转360度后，达到同一个位置时，在骨架承力构件7中沿轴线方向行走的距离。捻距的设定使得骨架承力构件7在反绳轮2曳引机4上弯曲时，有利于内外应力的平衡。

每根单复合材料股绳9的截面为扇形，若干单复合材料股绳9捻制后的截面为圆形，且该圆形中各个单复合材料股绳9为面接触。该结构可以明显提升骨架承力构件7的有效截面积，所谓有效截面积是指同等截面积内加强纤维的面积。这对进一步降低骨架承力构件7的直径是有好处的，其可以在保证使用同样数量的加强纤维时，骨架承力构件直径更小，从而降低提升介质3的厚度，进一步减低提升介质3的重量。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，所述的非金属加强纤维11为碳纤维丝，所述的金属加强纤维10为钢丝。在复合材料股绳中碳纤维丝和钢丝平行设置，均匀分布，碳纤维丝包覆在钢丝周围，使得钢丝与钢丝之间相互无接触。在通过拉挤工艺使用树脂将碳纤维丝和钢丝固化为一个整体，所述拉挤工艺使一种将纤维材料浸润到液态树脂中，充分渗透后，经过加热固化的工艺。经过固化后，超高强度的钢丝11和碳纤维丝12的受力较为均匀，这两种长纤维可以有效的将牵引力传递到轿厢1上。

所述的碳纤维丝的直径为7微米，所述的钢丝的直径为80微米，钢丝为10根，钢丝的抗拉强度大于4000Mpa，所述的柔性树脂弹性模量为0.5Gpa。

所述的柔性树脂12为改性环氧树脂。

所述复合材料股绳截面的填充面积为：树脂占总截面积的40%，碳纤维丝占总截面积的30%，钢丝占总截面积的30%。这种配比可以在确保骨架承力构件7抗剪切性能满足要求的前提下，最大可能的降低骨架承力构件7的重量。

本实施例中采用，骨架承力构件7中使用了4～10根复合材料股绳9，更优化的选择是5～8根复合材料股绳，最优的选择是6根复合材料股绳，使单复合材料股绳9的截面成圆形。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于电梯的提升介质，为扁平带状结构，包括若干平行的骨架承力构件，该骨架承力构件包裹在包覆层内部，其特征在于，所述的骨架承力构件由复合材料股绳捻制而成，该复合材料股绳包括金属加强纤维和非金属加强纤维，所述的金属加强纤维和非金属加强纤维平行设置，均匀分布，非金属加强纤维包覆在金属加强纤维外，使金属加强纤维与金属加强纤维之间相互无接触，并通过树脂将金属加强纤维和非金属加强纤维固化。

2.如权利要求1所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，所述的非金属加强纤维的直径为5～10微米； 所述金属加强纤维的直径为60～100微米，金属加强纤维的数量为5～20根，金属加强纤维的抗拉强度大于3500Mpa；所述的树脂的弹性模量低于1Gpa。

3.如权利要求1所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，所述的金属加强纤维和非金属加强纤维具有相似抗拉强度和弹性模量，即金属加强纤维的抗拉强度与非金属加强纤维的抗拉强度、金属加强纤维的弹性模量与非金属加强纤维的弹性模量之间的公差均为正负15%。

4.如权利要求1所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，所述复合材料股绳截面的填充面积为：树脂占总截面积的50%以下，非金属加强纤维占总截面积的20%～40%，金属加强纤维占总截面积的20%-40%之间。

5.如权利要求1所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，复合材料股绳与曳引轮的接触面长度均至少为3倍捻距长度。

6.如权利要求1所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，每根单复合材料股绳的截面为扇形，若干单复合材料股绳捻制后的截面为圆形，且该圆形中各个单复合材料股为面接触。

7.如权利要求1～5任一权利要求所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，所述的非金属加强纤维为碳纤维丝，所述的金属加强纤维为钢丝。

8.如权利要求6任一权利要求所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，所述的碳纤维丝的直径为7微米，所述的钢丝的直径为80微米，钢丝为10根，钢丝的抗拉强度大于4000Mpa，，所述的柔性树脂弹性模量为0.5Gpa。

9.如权利要求7任一权利要求所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，所述的柔性树脂为改性环氧树脂。

10.如权利要求6所述的用于电梯的提升介质，其特征在于，所述复合材料股绳截面的填充面积为：树脂占总截面积的40%，碳纤维丝占总截面积的30%，钢丝占总截面积的30%。