CN1342130A - 采用扁平软性绳索的双滑轮绳索提升器 - Google Patents

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S·C·万
G·G·博纳特雷
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Otis Elevator Co
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Abstract

一种自提升电梯(10),包括固定在轿厢上并适于与固定牵引绳索(100,102)啮合的驱动或牵引滑轮(32,34)。

Description

采用扁平软性绳索的双滑轮绳索提升器
技术领域
本发明涉及一种绳索提升电梯。
发明背景
目前使用的典型绳索或液压电梯包括轿厢，所述轿厢借助外部机构，例如用于绳索电梯的牵引主机和用于液压电梯的液压活塞和泵，而在井道内垂直移动。带有这种外部提升主机的机器的位置可能在特定类型的设备和装置以及建筑物中产生问题。
设计师通过设计自提升电梯来试图解决这些问题，在这种电梯中，提升装置与电梯轿厢制成一体，从而不需要机房或其他指定的空间来容纳电梯提升机。在已有技术中，很多种设计形式都采用了齿条和齿轮装置，其中电梯轿厢上的小齿轮与垂直设置在井道内的线性齿条啮合，还采用了线性感应电机，其中第一和第二衔铁分别设置在电梯轿厢和井道上。还包括本领域的技术人员公知的其他装置。从速度、能源消耗、运行质量等方面来说，上述方案都具有多种缺点，都不能广泛地被采纳或应用。
发明简要说明
本发明的一个目的是提供一种自提升的绳索提升电梯。
根据本发明，电机轿厢带有至少一对由一个或多个也是固定在轿厢上的牵引机驱动的反向旋转的牵引滑轮。每个滑轮都容纳相应的固定绳索，所述绳索固定在电梯井道的上端并垂直向下悬挂。每一绳索的一部分卷绕在其对应滑轮的下部，一部分卷绕在另一成对滑轮的上部，并从其上垂直向下悬挂。每一绳索的下端或自由端被悬挂配重、弹簧或类似物拉伸。
工作时，驱动牵引滑轮转动，通过相对于固定绳索来移动轿厢，使轿厢在井道内垂直移动。
在本发明第二实施例中，第二电机轿厢在第一轿厢运动的井道内的至少一部分中运动。各绳索和滑轮对位于下述位置，即能够避免工作时轿厢之间发生干涉，从而使两轿厢在同一井道内同时运行。
在本发明的第三实施例中，井道包括多个适于与固定绳索啮合并支撑其一部分重量的绳索夹钳，这种夹钳特别适合用在高楼中，因为在高楼中绳索的长度和重量都很大。夹钳在轿厢接近时释放并在轿厢通过后重新啮合。通过对绳索提供中间支撑，所述夹钳就使该系统采用很长的绳索，否则的话，在这种系统中不能采用长绳索。
在本发明的第四实施例中，为了在绳索和滑轮之间形成有效和增强的牵引作用，采用了高摩擦力的扁平软性牵引绳索，从而减少了主机质量和系统费用。与传统的圆形绳索相比，这种牵引力的增加归功于扁平绳索增加了表面接触面积。通过用扁平绳索代替圆形绳索，驱动器或牵引滑轮的数目和直径可以减小。从总体上讲，这减少了机器费用，特别是在例如仅需要一个驱动滑轮而不是两个驱动滑轮时更是如此。因为驱动滑轮的直径减小了，所以驱动滑轮所需的扭矩将减小。这样，可以采用更小和更高效的驱动器。通过减少驱动滑轮和驱动器元件的数目和尺寸，就可以采用性价比更高和更小的轻质机器。这特别适用于诸如本发明系统的下述系统，即其中主机和驱动滑轮由电梯轿厢支撑并由电梯轿厢驱动移动。
在本发明的第五实施例中，表示了一种新型滑轮和绳索或皮带装置，其中牵引绳索或皮带以大约360度的环绕方式与驱动滑轮啮合，以达到最佳牵引方式。这种设置方式以最少的元件、材料质量、空间和相应费用实现了最大的牵引力。
在本发明的第六实施例中，表示了一种新型滑轮和绳索或皮带装置，其中通过在使绳索和驱动滑轮之间的卷绕接触面积最优的位置提供一对转向滑轮，而以最少的元件、材料质量、空间和相应费用实现了最佳的牵引方式。
附图简要说明
图1表示了未示出周围井道的本发明的实施例。
图2表示了图1所示的滑轮装置的详细平面图。
图3表示了根据本发明所述的滑轮装置的侧视图。
图4表示了本发明第二实施例的侧视图。
图5和6分别表示了图4所示第一和第二电梯轿厢的滑轮装置的平面图。
图7表示了本发明的第三实施例，它具有图8、9a、9b和10所示的多个绳索夹持装置。
图11是本发明第四实施例的立体示意图，该系统采用了带有牵引滑轮的扁平绳索。
图12是本发明第五实施例构件的局部立体示意图。
图13是本发明第六实施例构件的局部立体示意图。
图14是牵引滑轮和多条扁平绳索的侧视截面图，每一绳索都具有多个芯线。
图15是一条扁平绳索的截面图。
实施本发明的最佳模式
现在参照附图，特别是图1，对本发明的第一实施例进行详细描述。图1表示了设置在井道(未表示)内的电梯轿厢10。多条垂直绳索12-26以两组每组四条的形式从上部固定点28、30垂直向下悬挂。这些绳索与反向旋转的成对滑轮32、34啮合，在该实施例中，所述滑轮以下述方式设置在电梯轿厢10的下方。每一组绳索12-18和20-26都在各配重36、38或其他拉伸装置处终止于其下部垂直末端，所述的拉伸装置包括用于向绳索施加拉伸力的弹簧、液压促动器、电磁促动器或任何已有技术中公知的其他装置。
现在参照图2和图3，对本发明的绳索提升电梯的操作进行描述。驱动滑轮32、34在相反的方向上分别由牵引机40、42驱动。如图3所示，绳索20在井道(未表示)内垂直向下悬挂，并位于电梯轿厢10的运行空间外侧，所述绳索20经过驱动滑轮34的下方，横向转折并垂直向上而经过驱动滑轮32的上方，然后再向下垂直转折，并终止于井道下部中的拉伸配重38处。在描述这条路径时，绳索20与滑轮34下部的实体圆弧44以及驱动滑轮32上部的相同尺寸的圆弧46啮合。与驱动滑轮32、34啮合的大的啮合圆弧和拉伸装置38提供的任一拉伸力使得图1-3所示的滑轮和绳索系统具有足够的牵引力，从而引起滑轮32、34反向转动，以驱动电梯按所需方式垂直向上或向下移动，所述驱动滑轮32、34通过从驱动滑轮32垂直向下悬挂的部分与绳索20中提供的拉伸元件连接。对于本领域的技术人员来说，应该理解到，图1和图2所示的绳索12-18和22-26中的每一条都与用于上述绳索20的驱动滑轮32、34的对应上部和下部相啮合。
图中示意性地表示了牵引机40、42，它们代表了多种公知装置中的任一种，所述装置用于以足够的动力可控制地使滑轮32、34反向转动，从而以所述方式提升电梯轿厢10及其内部负载。为此，牵引机可以由电力驱动，并通过齿轮、链条、皮带或类似物等机械方式、液压方式或者直接悬挂在所需的动力源上、或者具有特定参数的其他装置而与滑轮相连。尽管相信，由于负载平衡、扭矩平衡、平稳性和其他因素的原因，最好使两个滑轮32、34在相反的旋转方向上受到驱动，但根据本发明所述的电梯装置仍能够通过仅采用一个驱动滑轮以及用作惰轮的其他滑轮而进行工作。
可以通过公知多种装置中的任一种装置以及已在已有技术中采用的装置向移动轿厢10和驱动装置40、42供应动力，这些装置包括设置在井道壁上的垂直取向的电动轿厢导轨和设置在电梯轿厢上的移动接触部件、在轿厢和电梯壁上的动力连接点之间移动的运行电缆。
上述图1-3所示的实施例允许电梯轿厢10垂直运行而不需要再延伸的顶部空间(未表示)或者下部坑穴区域(未表示)中设置独立的机房。另外上述图示装置不需要那种移动配重或者其他相似的装置以拉伸绳索而绕过驱动滑轮，从而不必在井道内提供附加的空间以容纳垂直移动的配重。因此，根据本发明所述的电梯系统特别适用于旧式建筑或现代建筑，因为在这些建筑中需要提供电梯服务，同时还满足了有效使用空间的限制。作为替换形式，还可以使用单独的绳索配重装置(未表示)，以减少牵引机的电力需求。
对于本领域的技术人员来说，还应该理解到，根据本发明所述的装置允许电梯牵引机40、42或者主机、驱动马达(未表示)和控制器(未表示)被包装起来，从而减少运输和安装的费用。
图4-6表示了根据本发明所述的电梯系统的第二实施例。象第一实施例一样，图4表示了多条设置成两组50、52的固定绳索，这些绳索以其各自的顶端54、56加以固定，并垂直向下悬挂，终止于末端各个张紧装置58、60。但是除了第一轿厢10，第二实施例还包括第二轿厢62，如下所述，该轿厢可操作的位于第一轿厢10的垂直运行电梯空间的至少一部分上。
从图5和图6中可以清楚地看出，轿厢62和10均分别包括反向旋转的驱动滑轮64、66和70。上部轿厢62的反向旋转滑轮64、66均首先与第一实施例所述的各组绳索50、52啮合。
对于轿厢10，成对的驱动滑轮68、70以相似的方式与相对的绳索组51、53啮合，所述绳索组51、53沿横向设置在电梯轿厢10、62的运行空间外部并靠近与轿厢62啮合的绳索50、52。
现在对根据本发明所述的第二实施例的操作方式进行说明。电梯轿厢10、62均同时占据经分配的运行空间72内的一个位置，每一个位置都通过相同的井道和门而用于同一楼层。由于每一个轿厢都包括一个独立的驱动器，并且由于经分配的垂直运行空间72未被任何中央绳索或其他阻碍物所占据，所以在该实施例中，电梯仅受到下述限制，即它们不能在垂直方向上相互通过。如本文所讨论的那样，图4所示的垂直拉伸装置58、60包括多个固定在每根绳索或每组绳索上的独立配重，或独立弹簧，或液压拉伸元件。
根据本发明所述的第二实施例具有下述灵活性，即它在单独的垂直井道中具有加大了的灵活性、承载能力和其他特征。对于极高提升的应用场合来说，可以通过例如从经过下部楼层范围内的轿厢中走出并经同一厅门再次进入用于上部楼层范围的电梯轿厢中，来实现位于高层大厅中或其他运输装置的电梯平台之间的运送工作。其他的可能方式包括：例如，在高峰期期间，从入口楼层处运行一部去往上部楼层的不停车高速电梯，同时在同一大厅入口处提供一部本地电梯轿厢，为中下部的楼层提供服务。了解了根据本发明的电梯系统所提供的灵活性和功能后，本领域技术人员很容易明白这些和其它结构及优点。
图7-10表示了根据本发明所述的电梯系统的第三实施例，它特别适用于极高的建筑物。因为通常使用的钢制电梯绳索的物理特性方面的原因，由绳索电梯服务的极高建筑物会面临一定限制。传统的钢制绳索，不管它们的设计形式如何，都不适于用在电梯运行范围超过300米的场合。对于这种高度，自由悬挂的绳索将不能承受其自重和轿厢的重量。本发明的第三实施例具有下述优点，即根据本发明所述的电梯系统仅采用了固定的绳索来解决这一问题。
图7表示了一个电梯轿厢10，其主要部分如参照图1所示以及所表述的那样，具有驱动滑轮32、34和与固定绳索12、20啮合的牵引机40、42。为了图示的目的，仅讨论了绳索12和20，但是应该理解到，如果需要，也可以采用后续实施例所示的多条绳索。绳索12、20以其上端固定在固定点28、30上，并且如果需要的话，在其下端受到配重或其他拉伸装置36、38的拉伸。第三实施例特别提供了一种用于支撑垂直固定绳索12、20的装置，其中未被支撑的绳索若在其自重作用下失效是很危险的。在图7所示的实施例中，可以通过多个垂直固定在例如井道壁74等的建筑物结构上的图示夹持装置，来实现上述支撑。这些夹钳可在延伸的啮合状态下和缩回的释放位置之间来回伸缩。如图9b所示，其中可松开的夹钳76与绳索12啮合；在图9a所示的释放位置上，夹钳76释放并向着井道壁74收缩。通过多种已知方式可以完成这种收缩操作，包括如图所示的液压或电促动器78。图示的支撑装置72沿井道74的垂直方向设置在一个或多个位置，这些位置可按照需要在垂直方向有所间隔，以在上部安装点28、30和下部拉伸末端之间提供用于绳索12、20的中间支撑点。
通过参见图7可以知道，当电梯轿厢10通过井道74垂直移动时，夹钳72在轿厢接近时松开，从而使绳索12、20释放而与驱动滑轮32、34啮合，并当轿厢10通过时再次与夹钳啮合以在中间形成垂直支撑。图8表示了第一组夹钳72’，由于轿厢10逐渐靠近，它们脱离啮合，而第二组夹钳72”则在轿厢垂直向上通过后重新进入啮合状态。图10表示了支撑装置的示意图，这些支撑装置可以用在本发明这一实施例的电梯系统中。如上所述，该设备包括一个可释放的绳索啮合夹钳76、一个固定在井道壁74上的收缩装置78和一个用于对绳索12提供必要的垂直支撑均衡力的可变支撑促动器80，以提供必要的中间支撑作用而避免产生过度的拉伸应力。这种均衡力最好等于相邻的绳索夹钳76之间的绳索段的重量。图10所示的实施例还表示了一个弹簧或其他拉伸装置82，该装置82用作斜拉装置，用于通过夹钳76优化向绳索12传递垂直支撑力。应该理解到，在一定的条件下，很希望监测绳索12中的拉伸应力并据此操作支撑力促动器80。
还应该注意到，在前述第二和第三实施例中，根据第三实施例所述的电梯系统也很适于在同一运行范围内操作一部或多部附加的电梯轿厢。
类似地，在电梯轿厢上部的驱动滑轮和牵引机的位置以及双甲板轿厢的使用方法，或者类似方面，都应该理解为处于本发明的范围之内，本文所公开的这些方面仅是示意性的，并不是本发明的全部。
如图11所示，本发明电梯系统的第四实施例表示了一种新型绳索装置的使用方法，该绳索装置包括与驱动滑轮或牵引滑轮一起使用的扁平牵引绳或皮带。这里使用的术语“扁平绳索”或“扁平皮带”指的是尺寸比大于1绳索或皮带，其中尺寸比是指绳索或皮带宽度与厚度之比。电梯轿厢(10)与参照图1所述的轿厢大致相同，具有可操作地与各牵引机(未表示)相连的驱动牵引滑轮(32、34)。驱动滑轮(32、34)与固定扁平绳索(100，102)啮合。扁平绳索(100，102)以其上端(104，106)与固定点固定，并且按需要在其下端(108，110)被配重(未表示)或者其他传统拉伸装置(未表示)拉伸。为了悬挂电梯轿厢(10)和配重(116，118)，还采用了悬挂绳索(112，114)。悬挂绳索(112，114)可以是任何适宜的形式，例如传统的圆形钢缆。如图11所示，悬挂绳索(112，114)的一端固定到电梯轿厢(10)上，另一端固定到各配重(116，118)上。用于悬挂绳索(112，114)的各惰轮(120，122)安装在固定物体上，例如导轨(未表示)或顶梁(未表示)上。扭矩动力可以通过一个或两个滑轮(32，34)加以供应。
第四实施例的系统装置可降低自提升电梯系统的质量和安装费用，降低所需扭矩和相应的费用，以及具有其他益处，包括减少安装时间，在工厂中进行最大限度地安装，节约主机空间和减少与建筑物的干涉。
参见图12，这里公开了一种新型驱动滑轮和皮带或绳索装置(200)，该装置能够应用于前述实施例的电梯系统中。驱动滑轮(210)构造成下述形式，即驱动绳索(212)或皮带能够卷绕在滑轮(210)上，以在大约360度的区域内与之接触。通过将绳索末端(214，216)的位置在沿大致平行于驱动滑轮(210)的旋转轴线的方向上隔开设置，可以实现上述目的。驱动滑轮(210)可具有诸如槽(218)或类似物的绳索导向装置，以当与绳索或皮带(212)接触时对其导向。这些槽(218)可以设置成环绕滑轮(210)圆周的螺旋形式。绳索(212)可以是扁平绳索或皮带，或者是圆绳。
参见图13，这里公开了新型驱动滑轮和皮带或绳索装置(300)的另一实施例，该装置能够应用于前述实施例的电梯系统中。驱动滑轮(310)接收一条绳索或皮带(302)。两个或更多的转向滑轮(304，306)将绳索或皮带(302)保持在某一位置上，使得绳索或皮带(302)环绕所述驱动滑轮(310)圆周上的所需区域，例如环绕滑轮(310)上超过180度的区域，并保持与之接触。转向滑轮(304，306)可以选择性地加以定位以改变环绕滑轮(310)的角度。
参照图12-13表示和描述的元件可以以多种不同的方式加以组装，包括(例如)转向滑轮位于驱动转子的两端的系统，这样就可以以最小的马达质量达到最大的牵引力。
本发明的主要特征是在上述电梯系统中采用的绳索是扁平的。其尺寸比的增大会导致绳索具有一个由宽度“W”限定的啮合表面，即有利于承载所述绳索的压力。因此，绳索中的最大绳索压力减小了。另外，相对于尺寸比为1的圆形绳索来说，通过提高尺寸比，扁平绳索(见图5)的厚度“t1”能够得以减小，同时仍保持绳索中用于支撑拉伸负载的绳索部分的恒定横截面积。
如图15和16所示，扁平绳索722包括多个单独的承载芯线726，这些芯线被包围在同一覆盖层728内。覆盖层728将各个芯线726分离并确定了用于与牵引滑轮啮合的啮合表面730。承载芯线726可由高强度的轻质非金属材料制成，例如芳族聚酰胺纤维，或者由金属材料制成，例如细的高碳钢纤维。期望使芯线726的厚度“d”尽可能小，以增大灵活性并减小芯线726的应力。另外，对于由钢纤维制成的芯线来说，纤维直径应该小于0.25毫米，最好是直径在大约0.10毫米到O.20毫米的范围内。具有这种直径的钢纤维能够改善芯线和绳索的灵活性。通过将具有这种重量、强度、寿命、尤其是上述灵活性特性的材料制成的芯线制在扁平绳索中，牵引滑轮直径“D”可以减小，同时仍能保持处于可接受限度内的最大绳索压力。
啮合表面730与牵引滑轮724的对应表面750接触。覆盖层728由聚氨酯材料，最好是热塑型氨基甲酸乙酯制成，这种材料以下述方式挤出并穿过多条芯线726，即每一单独芯线726都被加以限制而不能相对于其他芯线726沿纵向移动。对于覆盖层，如果有其他材料足以满足覆盖层的所需功能，即牵引、磨损、向芯线传递牵引负载以及克服环境因素等的话，也可以采用这些材料。应该理解到，尽管对于覆盖层可以采用其他材料，但是如果它们不能满足或超过了热塑型氨基甲酸乙酯的机械性能的话，则采用扁平绳索而具有的有利方面将减少。根据热塑型氨基甲酸乙酯的机械性能，牵引滑轮724的直径可以降至100毫米或更小。
这样构造扁平绳索722的结果是，绳索压力可以通过绳索722更均匀地分布。由于将多条小芯线726制在扁平绳索弹性覆层728中，则与已有技术的绳索相比，每条芯线726上的压力明显减小了。芯线压力减少至少n-1/2，其中n是对于给定负载和钢丝横截面积来说，扁平绳索中平行芯线的数目。因此，与具有较小承载能力的传统绳索电梯相比，扁平绳索中最大绳索压力明显减小了。另外，对于相同的承载能力来说，有效绳索直径‘d’  (在弯曲方向测量)减小了，而且在不减小D/d比例的情况下，仍能使滑轮直径‘D’保持较小数值。另外，由于减小了滑轮直径D，就可以采用低价和更为紧凑的高速电机作为驱动主机。
图14也表示了那种构造成容纳扁平绳索722的具有牵引表面750的牵引滑轮724。啮合表面750构造成能够提供牵引力并引导扁平绳索722和滑轮724之间的啮合状态的形式。牵引滑轮724包括一对设置在滑轮724两侧的凸缘744和一个或多个设置在相邻扁平绳索之间的隔板745。牵引滑轮724还包括容纳在凸缘744和隔板745之间的衬套742。衬套742限定了啮合表面750，使得位于扁平绳索722的两侧和衬套742之间形成横向间隙754。成对的凸缘744和隔板与衬套一起实现对扁平绳索722进行导引的功能，防止绳索在松弛等状态下产生明显的错位现象。尽管图示装置包括衬套，但是应该理解到，也可以采用不带衬套的牵引滑轮。
尽管本文描述了优选实施例，但是应该理解到，在不脱离 所限定的本发明的范围内，特定的特征可以有所变化。

Claims (14)

1.一种电梯系统，包括：
一个适于沿一绳索驱动的自提升电梯轿厢。
2.如权利要求1所述的电梯系统，还包括：
一个驱动滑轮，它安装在所述电梯轿厢上并适于与所述绳索啮合，使得所述绳索以360度的方式环绕所述驱动滑轮。
3.如权利要求1所述的电梯系统，还包括：
一个驱动滑轮，它安装在所述电梯轿厢上并适于与所述绳索啮合，使得所述绳索以螺旋方式环绕所述驱动滑轮。
4.如权利要求3所述的电梯系统，其特征在于，
所述绳索是圆形绳索。
5.如权利要求3所述的电梯系统，其特征在于，
所述绳索是扁平绳索。
6.如权利要求1所述的电梯系统，还包括：
一个驱动滑轮，它安装在所述电梯轿厢上并适于与所述绳索啮合；和
一对转向装置，它们布置成能够协同将所述绳索相对于所述驱动滑轮定位，使得绳索环绕所述驱动滑轮至少180度。
7.一种电梯系统，包括：
一个垂直井道；
一个电梯轿厢，它位于所述井道内，包括具有平行轴线或转轴的第一和第二相隔的滑轮；
第一和第二扁平绳索，每一扁平绳索都通过所述轿厢运行范围而在井道中垂直延伸，每一扁平绳索以其垂直上部末端固定，其中所述第一扁平绳索沿横向经过所述第一滑轮下方，在所述第一和第二滑轮之间向上垂直延伸，并沿横向绕过所述第二滑轮，其中所述第二扁平绳索沿横向经过所述第二滑轮下方，在所述第二和第一滑轮之间垂直延伸，并沿横向绕过所述第一滑轮；和
用于驱动所述第一和第二滑轮之一的装置。
8.如权利要求7所述的电梯系统，其特征在于，
所述扁平绳索设置在所述井道的周边并位于所述轿厢运行空间的外侧。
9.如权利要求7所述的电梯系统，其特征在于，
第一和第二扁平绳索的每一下部垂直末端固定在用于张紧所述相应扁平绳索的张紧装置上。
10.如权利要求9所述的电梯系统，其特征在于，
所述张紧装置包括一个悬挂配重。
11.如权利要求9所述的电梯系统，其特征在于，
所述张紧装置包括一个弹簧。
12.如权利要求9所述的电梯系统，其特征在于，
所述张紧装置适于在所述扁平绳索上施加变化的拉伸力。
13.如权利要求7所述的电梯系统，还包括：
一对悬挂绳索，每一绳索都以其一端固定在所述电梯轿厢上，而另一端固定在配重上；和
一对惰轮，每一惰轮都对应于所述悬挂绳索之一并悬挂所述电梯以及所述各配重之一。
14.如权利要求9所述的电梯系统，其特征在于，
每一所述悬挂绳索都是圆形绳索。
CN 99803365 1998-02-26 1999-02-19 采用扁平软性绳索的双滑轮绳索提升器 Pending CN1342130A (zh)

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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication