CN111039136A - 抗老化的自动扶梯滚轮 - Google Patents

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Abstract

本发明的抗老化的自动扶梯滚轮，包括轮毂(1)，以及分别设于所述轮毂(1)内圈和外圈上的轴承(2)和轮缘(3)；所述轮缘(3)由热塑性弹性体注塑成型；所述热塑性弹性体的材料配方由主料和辅料组成，按重量份计，主料包括：聚醚型TPU 100份，ABS树脂20～35份，大分子偶联剂7～10份；辅料包括：炭黑1～3份，抗氧剂0.05～1份，光稳定剂0.02～0.05份。该滚轮耐湿热水解老化能力强，能更好的适应南方城市地铁系统的工作环境，同时，符合T/CEA301‑2019的各项要求。

Description

抗老化的自动扶梯滚轮
技术领域
本发明涉及自动扶梯梯级滚轮，具体是涉及抗老化的自动扶梯滚轮。
背景技术
城市轨道交通已成为我国城市交通的主干，而地铁则是城市交通的主要组成部分。自动扶梯因其高效的输送能力，被广泛应用于地铁系统，是地铁的重要子系统。地铁系统的可靠性、可用性、可维修性和安全性(RAMS)依赖于包括自动扶梯在内的各子系统的RAMS。
地铁具有客流量大、高峰客流时间长等特点，用于地铁的自动扶梯需要针对这些特点的技术要求来保证达到所需的RAMS水平。为此，中国电梯协会专门制定了行业标准T/CEA 301-2019《地铁用自动扶梯技术规范》，该标准已于2019年06月12日发布，定于2020年01月01日实施。
梯级滚轮是保证自动扶梯正常运行的重要部件。现有技术中，自动扶梯梯级滚轮通常由轮毂以及分别设于所述轮毂内圈和外圈上的轴承和轮缘组成；其中，轮缘采用耐水、耐油的弹性材料制造，近年来热塑性聚氨酯(TPU)作为轮缘材料得到广泛应用。聚酯型TPU因其机械性能优于聚醚型TPU，故轮缘材料多采用聚酯型TPU以适应地铁系统的高负荷工作环境，但是，聚酯型TPU中酯基的极性强，在湿热环境下，容易发生水解反应，耐湿热老化能力较差，这一缺点在南方城市表现的比较明显。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了抗老化的自动扶梯滚轮。该滚轮耐湿热水解老化能力强，能更好的适应南方城市地铁系统的工作环境，同时，符合T/CEA 301-2019的各项要求。
本发明的技术方案是：抗老化的自动扶梯滚轮，包括轮毂，以及分别设于所述轮毂内圈和外圈上的轴承和轮缘；所述轮缘由热塑性弹性体注塑成型；
所述热塑性弹性体的材料配方由主料和辅料组成，按重量份计，主料包括：聚醚型TPU 100份，ABS树脂20～35份，大分子偶联剂7～10份；辅料包括：炭黑1～3份，抗氧剂0.05～0.1份，光稳定剂0.02～0.05份；
所述热塑性弹性体的制作方法步骤如下：
a.将主料干燥处理后加入高速混合机中，熔融后，搅拌下预混得到物料A；
b.将辅料加入高速混合机中与熔融状态的物料A混合后，搅拌均匀得到物料B；
c.将物料B从高速混合机的出料口排出直接注入螺杆挤出机的料筒中，通过挤出造粒方式获得所述热塑性弹性体。
与现有技术相比，本发明的抗老化的自动扶梯滚轮中，轮缘采用特定材料配方制得的热塑性弹性体注塑成型，取得了如下显著的进步：(1)主料中没有使用聚酯型TPU，而是采用聚醚型TPU，醚基的极性远低于酯基，其耐水解性远小于聚酯型TPU，制得的轮缘耐湿热老化能力强；(2)以聚醚型TPU、ABS树脂和大分子偶联剂为主料，大分子偶联剂使聚醚型TPU和ABS树脂结合在一起，得到稳定的共混物，配以特定的辅料，制得热塑性弹性体，用其注塑成型获得滚轮的轮缘，滚轮性能优异，符合T/CEA 301-2019的各项要求。
作为优化，前述的抗老化的自动扶梯滚轮中，所述热塑性弹性体的材料配方的辅料还包括木糖醇2～5份。辅料中增加木糖醇作为填料，在轮缘因环境潮湿吸入少量水分后，木糖醇遇水发生溶解，会吸收热量，起到阻碍湿热水解的作用，进一步提高了轮缘的耐湿热老化性能，且试验表明，加入适量的木糖醇作为填料，对材料其他方面的性能不会产生明显的负面影响，制得的滚轮仍然符合T/CEA 301-2019的要求。
作为优化，前述的抗老化的自动扶梯滚轮中，所述热塑性弹性体的材料配方，按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂35份，大分子偶联剂10份；辅料为：炭黑1份，抗氧剂0.05份，光稳定剂0.03份，木糖醇5份。
所述大分子偶联剂可以是HDPE-g-MAH；所述光稳定剂可以是光稳定剂622；所述抗氧剂可以是抗氧剂168。
作为优化，前述的抗老化的自动扶梯滚轮中，所述轮毂由位于内侧的铝芯和位于外侧的SMC衬环构成；所述铝芯的内圈加工有阶梯挡环，所述轴承一端与阶梯挡环相抵靠，另一端与设于铝芯内圈上的弹簧挡圈相抵靠，实现轴向限位；所述SMC衬环由SMC复合材料模压成型，覆盖于铝芯的外圈上；所述轮缘覆盖于SMC衬环的外圈上。本发明的抗老化的自动扶梯滚轮通过采用铝芯和SMC衬环构成轮毂，具有质轻的特点，符合轻量化的设计要求，有利于降低自动扶梯能耗，同时，由于SMC衬环替代了部分轮缘材料，轮缘厚度较小，更不易变形、脱胶，且轮缘注塑成型时，内部气泡更容易排除，使用过程中更不易开裂，进一步延长了滚轮的使用寿命，从而，进一步提高了地铁系统的RAMS水平。
作为优化，前述的抗老化的自动扶梯滚轮中，所述铝芯的外圈上，在靠近两端的附近，沿周向分别设有至少一个第一环形凹槽；对应的，所述SMC衬环内圈上设有与所述第一环形凹槽相配合的第一环形凸起。该结构使得铝芯和SMC衬环结合更加牢固。
作为优化，前述的抗老化的自动扶梯滚轮中，所述SMC衬环的外圈中部沿周向设有第二环形凸起；对应的，所述轮缘的内圈上设有与所述第二环形凸起相配合的第二环形凹槽。同样，该结构可以使SMC衬环和轮缘的结合更加牢固。作为进一步的优化，在所述SMC衬环的外圈上，所述第二环形凸起与SMC衬环的端部通过向内侧凹陷的第一弧面连接；对应的，在所述轮缘的内圈上，第二环形凹槽和轮缘的端部通过向内侧拱起的第二弧面连接；所述第一弧面与所述第二弧面在空间上重合。该结构可以进一步提高轮缘和SMC衬环间的结合强度，防止轮缘发生脱胶。
作为优化，前述的抗老化的自动扶梯滚轮中，所述铝芯的外圈上具有通过滚花加工形成的网格状花纹。通过在铝芯上设置网格花纹可以提高铝芯和SMC衬环的结合强度。
附图说明
图1是本发明实施例1-6的抗老化的自动扶梯滚轮的结构示意图；
图2是本发明实施例7-9的抗老化的自动扶梯滚轮的结构示意图；
图3是本发明实施例7-9中的轮毂的结构示意图；
图4是本发明中实施例7-9中的铝芯的结构示意图；
图5是本发明中实施例7-9中的SMC衬环的结构示意图；
图6是本发明实施例7-9中的轮缘的结构示意图。
附图标记为：1-轮毂，101-铝芯，1011-阶梯挡环，1012-第一环形凹槽，102-SMC衬环，1021-第一环形凸起，1022-第二环形凸起，1023-第一弧面；2-轴承；3-轮缘，301-第二环形凹槽，302-第二弧面；4-弹簧挡圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
按照T/CEA 301-2019《地铁用自动扶梯技术规范》的规定，地铁用自动扶梯滚轮需要按要求进行轮缘与轮毂剥离强度试验、滚轮寿命试验、耐油试验、耐水试验、耐水解试验、梯级滚轮过载试验，合格条件见下表1；其中，滚轮试验寿命按照试验条件之2)进行，测试载荷按照梯级链滚轮要求选取。
表1：T/CEA 301-2019规定的滚轮合格条件
Figure BDA0002344146140000061
实施例1：
参见图1，与现有技术相同，本实施例的抗老化的自动扶梯滚轮，由轮毂1，以及分别设于所述轮毂1内圈和外圈上的轴承2和轮缘3构成；其中，轮毂1采用铝合金制得。
与现有技术不同的是，本实施例中，轮缘3采用针对地铁用自动扶梯新研发的热塑性弹性体注塑成型。
滚轮制造过程如下：
(1)制备热塑性弹性体
本实施例的热塑性弹性体的材料配方由主料和辅料组成，按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂35份，大分子偶联剂10份；辅料为：炭黑1份，抗氧剂0.05份，光稳定剂0.03份。
其中：聚醚型TPU是拜耳(Desmopan)955U；ABS树脂是台化(TAIRILAC)ANC160；大分子偶联剂是HDPE-g-MAH；光稳定剂是光稳定剂622；抗氧剂是抗氧剂168。
所述热塑性弹性体的制作方法步骤如下：
a.将主料干燥处理后加入高速混合机中，熔融后(控制温度为225±5℃)，搅拌下预混得到物料A；
b.将辅料加入高速混合机中与熔融状态的物料A混合后，搅拌均匀得到物料B；
c.将物料B从高速混合机的出料口排出直接注入双螺杆挤出机的料筒中，通过挤出造粒方式(料筒Ⅰ区185±5℃，料筒Ⅱ区190±5℃，料筒Ⅲ区200±5℃，料筒Ⅳ区205±5℃，机头和模具205±5℃)获得所述热塑性弹性体。
(2)制造滚轮
通过机加工获得轮毂1，然后将轮毂1置于注塑模具中，将过程(1)中制得的热塑性弹性体通过注塑成型(注塑温度220±5℃)形成轮缘3，最后装配上轴承2和弹簧挡圈4，获得产品(滚轮)。
实施例2：
与实施例1不同的是，本实施例中，热塑性弹性体的材料配方按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂20份，大分子偶联剂7份；辅料为：炭黑3份，抗氧剂0.1份，光稳定剂0.02份。
实施例3：
与实施例1不同的是，本实施例中，热塑性弹性体的材料配方按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂30份，大分子偶联剂8份；辅料为：炭黑2份，抗氧剂0.07份，光稳定剂0.03份。
将实施例1-3制得的抗老化的自动扶梯滚轮按照中国电梯协会标准T/CEA 301-2019《地铁用自动扶梯技术规范》进行试验，结果表明，本发明的滚轮符合T/CEA 301-2019的要求，且性能优异。
表2：实施例1-3的测试结果
Figure BDA0002344146140000081
实施例4：
与实施例1不同的是：本实施例中，所述热塑性弹性体的材料配方，按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂35份，大分子偶联剂10份；辅料为：炭黑0.01份，抗氧剂0.05份，光稳定剂0.03份，木糖醇5份。
实施例5：
与实施例4不同的是本实施例中，所述热塑性弹性体的材料配方，按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂35份，大分子偶联剂10份；辅料为：炭黑1份，抗氧剂0.05份，光稳定剂0.03份，木糖醇3份。
实施例6：
与实施例4不同的是本实施例中，所述热塑性弹性体的材料配方，按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂35份，大分子偶联剂10份；辅料为：炭黑1份，抗氧剂0.05份，光稳定剂0.03份，木糖醇2份。
将实施例4-6制得的抗老化的自动扶梯滚轮按照中国电梯协会标准T/CEA 301-2019《地铁用自动扶梯技术规范》进行试验，结果表明，热塑性弹性体配方中加入适量的木糖醇后，制得的滚轮符合T/CEA 301-2019的要求，且机械性能没有明显下降。由于加入了木糖醇，如果出现雾天，空气较潮湿，轮缘吸入少量水分后，此时木糖醇会发生溶解，吸收热量，阻碍水解的发生。待天气转晴，空气湿度下降，轮缘中的水分会蒸发出来，恢复至常规状态。
表3：实施例4-6的试验结果
Figure BDA0002344146140000091
实施例7：
与实施例1不同的是，本实施例中，所述轮毂1由位于内侧的铝芯101和位于外侧的SMC衬环102构成；所述铝芯101的内圈加工有阶梯挡环1011，所述轴承2一端与阶梯挡环1011相抵靠，另一端与设于铝芯101内圈上的弹簧挡圈4相抵靠，实现轴向限位；所述SMC衬环102由SMC复合材料模压成型(本实施例中，使用的SMC符合材料是M1S4F2S GB/T 15568-2008)，覆盖于铝芯101的外圈上；所述轮缘3覆盖于SMC衬环102的外圈上。
所述铝芯101的外圈上，在靠近两端的附近，沿周向分别设有至少一个第一环形凹槽1012；对应的，所述SMC衬环102内圈上设有与所述第一环形凹槽1012相配合的第一环形凸起1021。
所述SMC衬环102的外圈中部沿周向设有第二环形凸起1022；对应的，所述轮缘3的内圈上设有与所述第二环形凸起1022相配合的第二环形凹槽301。
在所述SMC衬环102的外圈上，所述第二环形凸起1022与SMC衬环102的端部通过向内侧凹陷的第一弧面1023连接；对应的，在所述轮缘3的内圈上，第二环形凹槽301和轮缘3的端部通过向内侧拱起的第二弧面302连接；所述第一弧面1023与所述第二弧面302在空间上重合。
本实施例滚轮的制造过程：
1)制作铝芯101；(本实施例的铝芯101采用实施例1的轮毂1)
2)将铝芯101置于模压成型设备的模具中，通过模压成型SMC衬环102，得到轮毂1；
3)将轮毂1置于注塑模具中，注塑成型轮缘3，最后安装轴承2、弹簧挡圈4得到滚轮。
实施例8
本实施例中的轮毂1与实施例7相同，制作轮缘3的热塑性弹性体与实施例4相同。
实施例9
与实施例8不同的是，本实施例中，铝芯101的外圈上具有通过滚花加工形成的网格状花纹。
将实施例7-9制得的抗老化的自动扶梯滚轮按照中国电梯协会标准T/CEA 301-2019《地铁用自动扶梯技术规范》进行试验，结果表明，滚轮采用铝芯101和SMC衬环102复合而成的轮毂1，其仍然符合T/CEA 301-2019的要求，且机械性能有一定的增强。
表4：实施例7-9的试验结果
Figure BDA0002344146140000111
本发明的抗老化的自动扶梯滚轮为地铁用自动扶梯配套，但不限于在地铁用的自动扶梯中使用，也可以用于为其它自动扶梯配套。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (8)

1.抗老化的自动扶梯滚轮，包括轮毂(1)，以及分别设于所述轮毂(1)内圈和外圈上的轴承(2)和轮缘(3)；
其特征在于：
所述轮缘(3)由热塑性弹性体注塑成型；
所述热塑性弹性体的材料配方由主料和辅料组成，按重量份计，主料包括：聚醚型TPU100份，ABS树脂20～35份，大分子偶联剂7～10份；辅料包括：炭黑1～3份，抗氧剂0.05～0.1份，光稳定剂0.02～0.05份；
所述热塑性弹性体的制作方法步骤如下：
a.将主料干燥处理后加入高速混合机中，熔融后，搅拌下预混得到物料A；
b.将辅料加入高速混合机中与熔融状态的物料A混合后，搅拌均匀得到物料B；
c.将物料B从高速混合机的出料口排出直接注入螺杆挤出机的料筒中，通过挤出造粒方式获得所述热塑性弹性体。
2.根据权利要求1所述的抗老化的自动扶梯滚轮，其特征在于：所述热塑性弹性体的材料配方的辅料还包括木糖醇2～5份。
3.根据权利要求2所述的抗老化的自动扶梯滚轮，其特征在于：所述热塑性弹性体的材料配方，按重量份计，主料为：聚醚型TPU 100份，ABS树脂35份，大分子偶联剂10份；辅料为：炭黑1份，抗氧剂0.05份，光稳定剂0.03份，木糖醇5份。
4.根据权利要求1、2或3所述的抗老化的自动扶梯滚轮，其特征在于：所述轮毂(1)由位于内侧的铝芯(101)和位于外侧的SMC衬环(102)构成；所述铝芯(101)的内圈加工有阶梯挡环(1011)，所述轴承(2)一端与阶梯挡环(1011)相抵靠，另一端与设于铝芯(101)内圈上的弹簧挡圈(4)相抵靠，实现轴向限位；所述SMC衬环(102)由SMC复合材料模压成型，覆盖于铝芯(101)的外圈上；所述轮缘(3)覆盖于SMC衬环(102)的外圈上。
5.根据权利要求4所述的抗老化的自动扶梯滚轮，其特征在于：所述铝芯(101)的外圈上，在靠近两端的附近，沿周向分别设有至少一个第一环形凹槽(1012)；对应的，所述SMC衬环(102)内圈上设有与所述第一环形凹槽(1012)相配合的第一环形凸起(1021)。
6.根据权利要求5所述的抗老化的自动扶梯滚轮，其特征在于：所述SMC衬环(102)的外圈中部沿周向设有第二环形凸起(1022)；对应的，所述轮缘(3)的内圈上设有与所述第二环形凸起(1022)相配合的第二环形凹槽(301)。
7.根据权利要求6所述的抗老化的自动扶梯滚轮，其特征在于：在所述SMC衬环(102)的外圈上，所述第二环形凸起(1022)与SMC衬环(102)的端部通过向内侧凹陷的第一弧面(1023)连接；对应的，在所述轮缘(3)的内圈上，第二环形凹槽(301)和轮缘(3)的端部通过向内侧拱起的第二弧面(302)连接；所述第一弧面(1023)与所述第二弧面(302)在空间上重合。
8.根据权利要求4-6任一权利要求所述的抗老化的自动扶梯滚轮，其特征在于：所述铝芯(101)的外圈上具有通过滚花加工形成的网格状花纹。
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Citations (8)

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