CN1517485A - 缆索及其断损检测方法 - Google Patents

Abstract

在一种缆索中，包括索丝束，每一索丝束都适用于承载将由缆索承载的张力负载。预定的其中一根索丝被构造成，在除预定的其中一根索丝之外的其余索丝通过在缆索上施加拉紧和弯曲而至少部分地断损之前、可通过在缆索上施加拉紧和弯曲而至少部分地断损。

Description

缆索及其断损检测方法

技术领域

本发明涉及一种可应用在诸如电梯之类的用于移动物体的装置中的缆索，以及用于检测缆索损伤的方法。

背景技术

在日本专利JP-A-2001-262482公开的一种现有技术所述的缆索中，索丝(wire)的外围分别包有合成树脂，每捆索丝都被扭搓在一起，这些捆索丝扭搓(twisted)在一起形成缆索，而且缆索的外围包有合成树脂。

在日本专利JP-A-8-261972公开的现有技术所述的缆索中，芳族聚酸胺纤维和碳化纤维扭搓在一起形成缆索，碳化纤维的断损先于芳族聚酸胺纤维的断损，而且根据通过碳化纤维的电压增加量来检测碳化纤维的断损情况。

在日本专利JP-A-2001-302135公开的现有技术所述的缆索中，缆索包括光纤，并根据光纤中光导率的下降来检测缆索的损耗情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种缆索，其中可以可靠而容易地检测该缆索的断损情况，并提供一种可靠而容易地检测缆索断损情况的方法。

在包括索丝束的缆索中，每束索丝都适用于承载将由缆索承载的张力负载，由于预定的其中一根索丝被构造成：在除预定的其中一根索丝之外的其余索丝通过在缆索上施加拉紧和弯曲而至少部分地断损之前，通过在缆索上施加拉紧和弯曲而至少部分地损断，从而在其余索丝至少部分地断损之前，可在预定的其中一根索丝上至少部分地发生断损，因此只需监测预定的其中一根索丝就可测量缆索的断损情况，从而可靠而方便地检测缆索断损情况。

如果预定的其中一根索丝能够具有由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的至少一种最大(最高)应力，预定的其中一根索丝中的这种最大(最高)应力大于由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的最大(最高)应力；而且对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的、预定的其中一根索丝的(单位横截面积上的)(疲劳)强度低于对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的应力的、其余索丝的(单位横截面积上的)(疲劳)强度；因此预定的其中一根索丝能够具有由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的最大应力，该最大应力大于对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的、预定的其中一根索丝的(单位横截面积上的)(疲劳)强度；例如，当对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的、预定的其中一根索丝的(单位横截面积上的)(疲劳)强度不大于对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的应力的、其余索丝的(单位横截面积上的)(疲劳)强度时，预定的其中一根索丝能够具有由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的最大应力，该最大应力大于由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的最大应力；和/或当由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的最大应力不小于由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的最大应力时，预定的其中一根索丝具有对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的(单位横截面积上的)(疲劳)强度，该强度低于对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的应力的(单位横截面积上的)(疲劳)强度；则在其余索丝至少部分地断损之前，在预定的其中一根索丝上至少部分地安全地发生断损。

如果在缆索的纵向部位处，预定的其中一根索丝的横截面积大于其余索丝的横截面积，则由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的最大应力大于由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的最大应力；和/或与对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的应力的(单位横截面积上的)(疲劳)强度相比、对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的(单位横截面积上的)(疲劳)强度由于(疲劳)强度中的尺寸效应(size effect)而被降低，从而在其余索丝至少部分地断损之前，在预定的其中一根索丝上至少部分地安全地发生断损。优选地，预定的其中一根索丝和其余索丝的横截面积在索丝束纵向方向上分别为常数。

如果预定的其中一根索丝的至少一部分相对于缆索中的其余索丝设置在径向方向的相对的外侧处，或者预定的其中一根索丝至少有纵向的部分设置在索丝束的外围，由于缆索中的应力根据产生应力的部位与缆索的径向中心(径向的0位置)之间的径向距离而增加，因此利用预定的其中一个索丝的与其余索丝相比相对更大的最大(最高)应力在索丝束的外围上的预定的其中一根索丝中安全地产生至少部分的断损；或者如果在缆索的纵向部位处，预定的其中一根索丝设置在索丝束的外围同时设置在缆索的纵向部位，预定的其中一根索丝的横截面积大于其余索丝的横截面积，则利用预定的其中一根索丝的与其余索丝相比相对更大的最大(最高)应力、以及与其余索丝相比由强度中的尺寸效应引起的相对更小的强度在索丝束的外围上的预定的其中一根索丝中安全地产生至少部分的断损，从而便于测量这些部分的断损和/或从索丝束的外部看到这些部分的断损。

为安全地检测预定的其中一根索丝的至少部分的断损，优选把预定的其中一根索丝的整个长度设置在索丝束的外围(径向方向上的最外面的位置)。

为安全可靠地使预定的其中一根索丝的最大(最高)应力大于其余索丝的最大(最高)应力，优选使预定的其中一根索丝的纵向弹性模量大于缆索中其余索丝的纵向弹性模量。

预定的其中一根索丝和其余索丝可以是金属的，而且预定的其中一根索丝可以被磁性地穿透，从而使预定的其中一根索丝的断损可以是磁性的。预定的其中一根索丝和其余索丝可以是电导体。预定的其中一根索丝可采用下述方式与其余索丝电连接：即缆索纵向长度中的预定的其中一根索丝的纵向相对端之间的电势差等于缆索纵向长度中的其余索丝的纵向相对端之间的电势差，从而抑制索丝上的电化学腐蚀。预定的其中一根索丝的主要成分可以等于其余索丝的主要成分。索丝束可被扭搓。索丝束可包括第一被扭搓的索丝束和第二被扭搓的索丝束，而且第二被扭搓的索丝束环绕第一被扭搓的索丝束螺旋式地延伸，以把第一被扭搓的索丝束包围住。为把预定的其中一根索丝设置成可以可靠而容易地检测其至少部分的断损，优选预定的其中一根索丝包括在(included by)第二被扭搓的索丝束中。该缆索进一步包括包围第二被扭搓的索丝束的合成树脂护套。

在包括其余索丝和预定的至少两根索丝的索丝束中，预定的至少两根索丝构造成：在其余索丝至少部分地断损之前、通过向缆索上施加拉紧和弯曲中的至少一种而至少部分地断损；如果预定的至少两根索丝在垂直于索丝纵向方向的方向上至少部分地彼此接触，同时防止其余的至少其中一根索丝在预定的至少两根索丝之间的至少部分的接触处被至少部分地截断，则可保持预定的至少两根索丝之间的至少部分断损的过渡(transition)状态，以安全而方便地检测预定的至少两根索丝中的至少部分的断损情况。

由于用于检测上述缆索断损的方法包括如下步骤：在索丝束中产生磁场，并测量从索丝束泄露的磁通、从而检测与磁通的泄露量相对应的缆索断损情况，因此即便缆索在运行时，也可以采用与缆索非接触的方式检测缆索的断损情况。在此情况下，优选磁通在索丝束中的纵向延伸。

由于用于检测上述缆索断损的装置包括：可被磁化、以在索丝束中产生磁场的一对磁芯；以及用于检测从索丝束泄露的磁通、从而检测与磁通的泄露量相对应的缆索断损情况的磁性传感器，因此即便缆索在运行时，也可以采用缆索和每对磁芯以及磁性传感器之间的非接触方式检测缆索的断损情况。在此情况下，优选磁芯在索丝束的纵向方向上彼此分开，以产生在索丝束中沿纵向方向延伸的磁通，而且磁性传感器可在纵向方向上的磁芯之间的位置处测量磁通的泄露情况。

从下面结合附图对本发明的实施例所作的说明中，可清楚本发明的其他目的、特征和效果。

附图说明

图1是沿横截缆索纵向的假想平面剖开的本发明所述缆索的剖视图；

图2是沿平行于缆索纵向的假想平面剖开的本发明所述的缆索和断损检测装置的剖视图；

图3的曲线图表示多次弯曲、多根断损的金属丝中的每一根金属丝以及缆索的抗拉强度之间的关系；

图4所示的流程图表示用于检测缆索断损情况的过程；

图5是沿横截缆索纵向的假想平面剖开的本发明所述的另一种缆索的剖视图；

图6是沿横截缆索纵向的假想平面剖开的本发明所述的另一种缆索的剖视图；

图7是其中使用本发明所述缆索的电梯的示意性斜投影示意图。

具体实施方式

在图7中，用于容纳缆索10的滑轮5a和5b安装在用于运载乘客或者负载的轿厢1的下部，而用于容纳缆索的滑轮5e设置在配重2之上，该配重2用于在大约一半的安全工作负载被轿厢1承载时对轿厢1进行平衡。用于容纳缆索10的滑轮5c和5d设置在竖井7的顶部，而包括槽轮(sheave)3a的驱动装置3设置在竖井7的下部。本发明所述的缆索10从设置在竖井7顶部上的缆索固定件6a延伸到位于轿厢1下部的滑轮5a和5b以及延伸到位于竖井7顶部的滑轮5c上，从而使缆索10缠绕在驱动装置3的槽轮3a中。缆索10进一步在位于竖井7顶部的滑轮5d和位于配重2上的滑轮5e上延伸，并终止于位于竖井7顶部的缆索固定件6b处。

缆索10易弯曲，并在槽轮3a和缆索护套之间具有非常大的摩擦系数，从而使缆索10具有较长的工作寿命，并且即便在槽轮直径很小时也能安全可靠地传递驱动力。例如，该槽轮的直径相对于现有槽轮为其直径的三分之一到二分之一。因此，驱动装置的驱动扭矩相对于现有驱动装置为其扭矩的三分之一到二分之一，这样就显著地减小了驱动装置的尺寸。进一步地，位于轿厢1下部、配重2之上和竖井7顶部的滑轮的直径同样地降低，从而可减小架空高度(overhead)(最高的楼层和竖井顶棚之间的距离)以及井坑深度(最低楼层和竖井坑底之间的距离)。

图1中，合成树脂护套(coating)15形成在位于缆索10中心部分处的第一结构12和围绕第一结构12设置的第二结构13的外部。

第一结构12例如通过环绕索芯23(core)扭搓索股22形成内层结构24而被形成，通过基本上相互平行地扭搓金属丝21并在内层结构24的外围形成有机材料护套25而形成每个第一结构的索股(strand)。索芯23可由单一的有机材料(树脂)、有机材料(树脂)制成的缆索或者通过扭搓金属丝形成的索股构成。为了获得较长的工作寿命，优选采用由树脂制成的索芯23。彼此相邻的索股22之间形成间隙，以被护套25填充。

通过扭搓基本上相互平行的金属丝31和32以形成外部结构33、并在外部结构33的外围形成有机材料护套34而形成第二结构13。金属丝32设置在外部结构33的外围。在此结构中，金属丝32的直径大于金属丝21和31的直径，或者每条金属丝32的强度小于金属丝21和31的强度。

利用作用在缆索10上的张力，可在第一结构12和围绕第一结构12被扭搓的每条第二结构13之间产生压紧力，并通过把缆索压在滑轮和槽轮上，也在其间产生径向挤压力。缆索在滑轮和槽轮上的每个经过处产生弯曲。在实际操纵状态中，在第一结构12和每个第二结构13之间、以及金属丝21、31、32之间产生压缩压力，并在每条金属丝中产生弯曲应力，在金属丝之间产生相互间的滑动。因此，在压缩压力引起磨损的情况下，由于应力变化和滑动使金属丝至少部分地断损。由于缆索弯曲而在金属丝中产生的应力随着金属丝的位置与缆索径向中心之间的径向距离的增加、以及金属丝直径的增加而增加。进一步地，金属丝上的滑动随着金属丝的位置与缆索径向中心之间的径向距离的增加而增加。也就是说，金属丝径向最外部承受着最严重的工作条件。

在该缆索中，护套25插在第一结构的索股之间，而护套34和护套35插在第二结构13之间，从而避免了设置在索股22之间、以及第一和第二结构12和13之间的金属丝间的直接接触。在索股22中，基本上相互平行的金属丝21相互之间直接接触。在第二结构13中，基本上相互平行的金属线31和32相互之间直接接触。也就是说，从纵宽(broad)角度看，金属丝之间没有点接触，而只有线接触。因此，由于作用在缆索上的张力而在金属丝表面之间产生的压力降低，以抑制由于磨损而引起的工作寿命降低的情况。另一方面，在任何情况下，长时间工作期间，由于缆索反复弯曲，金属丝至少部分地断损。在此情况下，由于设置在缆索外围上的金属丝32相对于金属丝21和31具有较大的直径或者较低的强度，因此，设置在缆索外围上的金属丝32至少部分地先于金属丝21和31断损，而与材料强度和生产中的数据分布(spread)无关。换句话说，金属丝32在直径或者强度方面与金属丝21和31非常不同，而与各种条件无关。

在此情况下，如果在考虑到磨损的情况下，在疲劳强度方面使金属丝32与金属丝21和31适当的不同，就会知道缆索的剩余工作寿命与先于金属丝21和31断损的许多金属丝32之间的关系。因此，通过对设置在缆索外围的多个断损金属丝32进行测量，可测量缆索的强度。即，很容易知道什么时候应当替换缆索。

图2所示的剖视图表示检测金属丝32断损的原理。图2中，为了便于解释，假想去除了缆索护套15和34，以曝露出金属丝32。断损(breakage)检测器50包括沿缆索和磁性部件52设置的两个磁性励磁器51，用于检测从缆索泄露的磁通量。通过触发励磁器51(exiter)，励磁器51之间产生的磁力通过缆索护套射入金属丝32，以产生磁通量53。当金属丝53中不存在泄露时，缆索中的磁阻是固定的，由此使磁通从其中一个励磁器51传输到另一个励磁器51。

如图所示，如果位于缆索外围的金属丝32中存在断损部分32a，则断损部分32a的磁阻增加，由此使磁通531射出缆索。射出缆索的磁通531的泄露量正比于磁阻大小，既断损的金属丝32的数量。通过利用磁性部件52测量磁通531的泄露情况，不但可以知道金属丝断损了，而且可以知道断损金属丝的数量。如果不是位于缆索外围的金属丝32存在泄露，磁通就会穿过设置在金属丝断损处外部的金属丝，从而降低泄露到缆索外部的磁通量。由此，难于利用磁性部件52检测泄露情况。

在本发明所述的缆索中，如上所述，当长时间使用之后金属丝开始断损时，位于缆索外围的金属丝32就会发生断损，从而可磁性地检测位于缆索外围的金属丝的断损情况。进一步地，可根据泄露的磁通量检测断损的金属丝的数量。根据断损的金属丝的数量和缆索的剩余强度的记录数据可估算缆索的剩余强度和缆索剩余强度的未来变化，从而便于确定缆索的更换时机。

图3所示的曲线图表示弯曲次数和缆索强度之间的关系，而且在缆索使用期间，随着弯曲次数的增加缆索强度逐渐减少。当弯曲次数增加到弯曲次数N1而使金属丝32开始断损时，缆索强度急剧降低。因此，当金属丝21和32(在弯曲次数N2)开始断损时，缆索强度突然降低。根据断损的金属丝32的数量，可知缆索的强度。因此，当断损的金属丝32的数量达到预定值时，缆索的寿命就结束了。

图4表示这些操作的流程图，而且记录有图3所示的关系数据和使用频率。根据采用图2所示的损耗(deterioration)测量方法检测的上述数据和断损的金属丝数量，测量缆索的剩余强度。另一方面，当金属丝已经开始断损时，根据断损的金属丝的数量确定未来仍然可以继续安全使用缆索的弯曲次数，并利用使用频率把可接受的弯曲次数转换成天数，进而输出缆索强度、缆索未来可使用的时限、缆索更换时机等。

图5是本发明另一实施例所述缆索的剖视图，而且图1和图5所采用的相同参考标记分别表示相同的部件。图1和5之间的不同之处在于：可能先于金属丝21和31断损的金属丝32的数量降低。其他结构与图1所示的相同，因此不再对其进行详细说明。在此情况中，[强度/界面面积]的比率增加。另一方面，可能在先断损的金属丝的数量降低而且要求图3所示的数据准确，而仍然可实现相同的效果。

图6是本发明另一实施例所述缆索的剖视图，而且图1和图6所采用的相同参考标记分别表示相同的部件。图1和6之间的不同之处在于：作为索芯的第一结构包括索股22和护套25，在每一条索股中金属丝21环绕索芯23扭搓，不同之处还在于：从第二结构13中删除了护套。其他结构与图1相同，因此不再对其进行详细说明。在此结构中，第一结构12中的金属丝21彼此平行地接触，从而可延长缆索的寿命。进一步地，由于第二结构13不需被包覆，因此可节约其制作过程。在此结构中，护套15插在彼此相邻的索股之间。另一方面，护套15和内层结构33需要利用粘合剂彼此粘合。作为本发明目的的金属丝32可能先于其他金属丝21和31断损，以检测缆索的损耗情况，从而可实现相同的效果。

附带地，尽管可能在先断损的金属丝32在上述实施例中设置在第二结构的外围，该可能在先断损的金属丝仍然可以设置在第一结构12的一部分金属丝21中、或者设置在第二结构13的一部分金属丝31中，从而达到目的。

本领域的技术人员可进一步理解，尽管根据本发明的实施例进行了上述说明，但本发明并不局限于此，而且在不超出本发明的精神实质和随附权利要求书限定的保护范围的情况下，还有各种变化和改进。

Claims (25)

1、一种缆索，包括索丝束，每一索丝束都适用于承载将由缆索承载的张力负载，

其中预定的其中一根索丝被构造成，在除预定的其中一根索丝之外的其余索丝通过在缆索上施加拉紧和弯曲而至少部分地断损之前、通过在缆索上施加拉紧和弯曲而至少部分地断损。

2、如权利要求1所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝能够具有由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的至少其中一种最大应力，预定的其中一根索丝中的这种最大应力大于由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的最大应力；而且对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的、预定的其中一根索丝的强度低于对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的应力的、其余索丝的强度。

3、如权利要求1或2所述的缆索，其特征在于，当对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的、预定的其中一根索丝的强度不大于对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的应力的、其余索丝的强度时，预定的其中一根索丝能够具有由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的最大应力，该最大应力大于由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的最大应力。

4、如权利要求1或2所述的缆索，其特征在于，当由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中至少一根索丝中产生的最大应力不小于由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的最大应力时，预定的其中一根索丝具有对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在预定的其中一根索丝中产生的应力的强度，该强度低于对抗由拉紧和弯曲中的至少一种在其余索丝中产生的应力的强度。

5、如权利要求1-4中的任何一项所述的缆索，其特征在于，在缆索的纵向部位处，预定的其中一根索丝的横截面积大于其余索丝的横截面积。

6、如权利要求1-5中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝和其余索丝的横截面积在索丝束的纵向方向上分别为常数。

7、如权利要求1-6中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝的纵向的至少一部分设置在索丝束的外围。

8、如权利要求1-7中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝的整个长度设置在索丝束的外围。

9、如权利要求1-8中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝的至少一部分相对于缆索中的其余索丝设置在相对的径向外侧。

10、如权利要求1-9中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝的纵向弹性模量大于缆索中其余索丝的纵向弹性模量。

11、如权利要求1-10中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝和其余索丝是金属的。

12、如权利要求1-11中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝可被磁性地穿透。

13、如权利要求1-12中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝和其余索丝是电导体。

14、如权利要求1-13中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝可采用下述方式与其余索丝电连接，即缆索纵向长度中的预定的其中一根索丝的纵向相对末端之间的电势差等于缆索纵向长度中的其余索丝的纵向相对末端之间的电势差。

15、如权利要求1-14中的任何一项所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝的主要成分等于其余索丝的主要成分。

16、如权利要求1-15中的任何一项所述的缆索，其特征在于，索丝束被扭搓。

17、如权利要求1-16中的任何一项所述的缆索，其特征在于，索丝束包括第一被扭搓的索丝束和第二被扭搓的索丝束，而且第二被扭搓的索丝束环绕第一被扭搓的索丝束螺旋式地延伸以包围第一被扭搓的索丝束。

18、如权利要求17所述的缆索，其特征在于，预定的其中一根索丝包括在第二被扭搓的索丝束中。

19、如权利要求17或18所述的缆索，其特征在于，进一步包括包围第二被扭搓索丝束的合成树脂护套。

20、如权利要求1-19中的任何一项所述的缆索，其特征在于，索丝束包括其余索丝和预定的至少两根索丝，其中预定的至少两根索丝构造成：在其余索丝至少部分地断损之前、通过向缆索上施加拉紧和弯曲中的至少一种而至少部分地断损。

21、如权利要求20所述的缆索，其特征在于，预定的至少两根索丝至少部分地彼此接触。

22、用于检测如权利要求1-21中的任何一项所述的缆索的断损的方法，包括如下步骤：

在索丝束中产生磁场；并

测量从索丝束泄露的磁通，从而检测与磁通的泄露量相对应的缆索断损情况。

23、如权利要求23所述的方法，其特征在于，磁通在索丝束中纵向延伸。

24、用于检测如权利要求1-21中的任何一项所述的缆索的断损的装置，包括：

可被磁化、以在索丝束中产生磁场的一对磁芯；以及

用于检测从索丝束泄露出的磁通、从而检测与磁通的泄露量相对应的缆索断损情况的磁性传感器。

25、如权利要求24所述的装置，其特征在于，磁芯在索丝束的纵向方向上彼此分开，以产生在索丝束纵向方向上延伸的磁通，而且磁性传感器可在纵向方向上的磁芯之间的位置处测量磁通的泄露情况。

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