CZ288156B6 - Equipment for determining when elevator synthetic fiber cables are ready to be replaced - Google Patents

Description

Výtahové lano z umělých vláken s indikací doby jeho výměny

Oblast techniky

Vynález se týká umělohmotného tažného výtahového lana s vnitřním uspořádáním vláken různých vlastností, umožňujícím indikovat časový interval, po němž má být lano v důsledku opotřebení vyměněno.

Dosavadní stav techniky

Do dnešních dnů se při stavbě výtahů používá ocelových lan, která jsou spojena s kabinami, resp. sjinými prostředky pro přepravu nákladů a s protizávažími. Tato pohybující se ocelová lana podléhají únavě. Změny napětí vlané a jeho opotřebení způsobují v oblastech ohybu lana postupně lomy jednotlivých drátů lana. K těmto poškozením dochází v důsledku kombinací různých druhů namáhání ve výtahových lánech při poměrně malých tahových napětích avšak při velkých kontaktních napětích a vysokých počtech cyklů namáhání. U konstrukce jeřábů hovoříme o kontrolovatelném selhání lana. Znamená to, že lze z vnějšího stupně porušení lana stanovit bezpečnou dobu dožití lana. Z počtu lomu drátů, a zejména z počtu lomu vnějších drátů však lze usuzovat o pevnosti lana jen podmíněně, protože lomy vnitřních drátů zůstávají skryty. Na základě shora uvedených skutečností se tedy definuje počet lomů drátů určujících nutnost výměny lana jako počet lomů drátů na stanoveném úseku délky lana. Zkoušející tedy spočítá počet lomů drátů a jestliže rozpozná včas dobu vhodnou k výměně ocelového lana podle počtu lomů drátů, zůstane v normálním případě zbytková nosnost lana ještě dostatečná a bude odolávat silám v laně během jeho provozu.

Lano z umělých vláken však nelze srovnat s ocelovým lanem. Vzhledem ke způsobu výroby lana z umělých vláken se nedá shora popsaná metoda určení doby vhodné k výměně lana použít pro určení stavu opotřebení lana z umělých vláken. Vnější plášť moderního nosného prostředku brání vizuálnímu zjištění lomů vláken nebo pramenů.

Z patentového spisu GB-PS 2 152 088 je známo lano z umělých vláken, do jehož jednotlivých pramenů je vloženo jedno nebo více vodivých indikačních vláken, jimiž se dá kontrolovat stav lana. Uhlíková indikační vlákna vložená do pramenů z umělých vláken by měla mít stejné mechanické vlastnosti tak, aby měla shodný okamžik selhání (lomu) jako nosná vlákna. Přiložením zdroje napětí k indikačním vláknům pak lze zjistit jejich porušení. Tímto způsobem lze zkontrolovat jednotlivé prameny lana z umělých vláken a při překročení stanoveného počtu porušených pramenů pak lano vyměnit. U tohoto vynálezu jsou indikační vlákna dimenzována tak, aby se porušila současně s nosnými prameny lana. V extrémních případech je takto obtížné zajistit dostatečnou zbytkovou nosnost lana, neboť porušení indikačního vlákna znamená selhání celého nosného pramene, nikoliv pouze jednotlivého vlákna v prameni. Interval mezi zdánlivě intaktním lanem a potřebě jeho výměny je při této metodě velmi krátký. Takový způsob tedy nemůže vyhovět bezpečnostním požadavkům pro konstrukci a výrobu výtahových zařízení. Navíc nelze rozpoznat žádné zmenšení průměru lana z umělých vláken, příp. opotřebení jeho opláštění ani po velkém počtu cyklů střídavých ohybů.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol navrhnout takový způsob rozpoznání doby vhodné k výměně výtahových lan z umělých vláken, který by nevykazoval shora uvedené nedostatky a pomocí něhož by bylo možno určit okamžik výměny lana včas, nikoliv s indikací doby jeho výměny, sestávající z vrstev pramenů vytvořených z aramidových vláken a elektricky vodivých uhlíkových

-1 CZ 288156 B6 <

indikačních vláken a je opatřeno na svém povrchu ochranným opláštěním a jádrem uloženým v ose výtahového lana, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že uhlíková indikační vlákna jsou dimenzována na menší specifickou tažnost a nižší odolnost proti střídavému napětí než u aramidových vláken.

Podle vynálezu dále tažnost uhlíkových indikačních vláken uložených ve výtahovém lanu se zmenšuje směrem k jádru výtahového lana.

Vnější vrstva, střední vrstva, jakož i vnitřní vrstva pramenů aramidových vláken přitom obsahují 10 alespoň jedno uhlíkové indikační vlákno.

Paralelně ložená uhlíková indikační vlákna jsou s aramidovými vlákny navzájem stočena nebo spletena, přičemž uhlíkové indikační vlákno je umístěno ve středu aramidových vláken.

Uhlíková indikační vlákna jsou vedena spirálově po povrchu pramene aramidových vláken, přičemž jednotlivé vrstvy pramenů výtahového lana jsou označeny různými barvami.

Ochranné opláštění výtahového lana je opatřeno vnitřním probarvením a vnějším probarvením, přičemž tloušťka vnitřního probarvení ochranného opláštění se stává indikátorem doběhu životnosti výtahového lana. Elektrický obvod uzavřený uhlíkovými indikačními vlákny snímá průběžně a automaticky systém řízení výtahu a kontroluje tak samočinně stav lana, případně jeho pramenů, prostřednictvím logického obvodu.

Výhody, jichž se dosáhne vynálezem, lze v podstatě vystihnout konstatováním, že je možno přesně posoudit zbytkovou nosnost lana z umělých vláken na základě rozdílných vlastností vodivých indikačních vláken a nosných vláken. Každá vrstva pramene lana z umělých vláken je opatřena více než jedním indikačním vláknem, aby se tím vyloučily nahodilosti při posuzování stavu lana. Uhlíková indikační vlákna, která jsou s ostatními vlákny stočena, případně s nimi spletena a mohou mít pro každou vrstvu jinou barvu, čímž se zjednoduší připojování napěťového zdroje. Indikační vlákna nejméně v každé vrstvě pramene umožňují výhledový odhad okamžiku výměny lana. Pomocí řízené inspekce, která reaguje na stav indikačních vláken, dochází v určitých intervalech k automatické kontrole lana. Při překročení některé mezní hodnoty zajede výtah automaticky do jedné ze stanic a zde se vypne. Navíc může být lano opatřeno dvouvrstvým různobarevným opláštěním, čímž lze jednoduchým způsobem opticky kontrolovat stupeň opotře35 bení lana.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených výkresech je v dalším blíže vysvětlen jeden příklad provedení vynálezu, kde obr. 1 představuje schematicky výtahové zařízení. Obr. 2 a obr. 3 znázorňují lano z umělých vláken kombinovaného s indikačními vlákny. Na obr. 4 je znázorněn pramen výtahového lana z umělých vláken a s uhlíkovým indikačním vláknem, obr. 5 zvýrazňuje kontakty indikačních vláken na jednom konci výtahového lana. Obr. 6 je schématem zapojení řízené inspekce a obr. 7 znázorňuje výtahové lano z umělých vláken v řezu, s vícebarevným opláštěním.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je uvedeno schematické znázornění výtahového zařízení. Kabina 2, která je vedena ve výtahové šachtě 1, je poháněna hnacím motorem 3 pomocí hnacího kotouče 4 a výtahového lana 5 z umělých vláken. Na druhém konci výtahového lana 5 je upevněno protizávaží 6 jako vyvažovači prvek. Upevnění výtahového lana 5 ke kabině 2 a k protizávaží 6 je provedeno pomocí lanových příchytek 7. Součinitel tření mezi výtahovým lanem 5 a hnacím kotoučem 4 je

-2CZ 288156 B6 dimenzován tak, aby při dosednutí protizávaží 6 na pružné nárazníky 8 ustal další pohyb kabiny

2.

Na obr. 2 a obr. 3 je znázorněno lano z umělých vláken a s uhlíkovými indikačními vlákny ]9. Znázorněné lano 5 z umělých vláken je vinuto protisměrně a má tři vrstvy 13, 14, 16. Opláštění 12 obklopuje vnější vrstvu 13 pramenů j8. Mezi střední vrstvou 14 a vnější vrstvou 13 pramenů je umístěno opěrné opláštění 15 pro snížení vnitřního tření lana 5. Následuje vnitřní vrstva 16 pramenů 18 a jádro 17 výtahového lana 5. Prameny 18 jsou stočeny, resp. spleteny z jednotlivých aramidových vláken 20. Každá z vrstev 13, 14, 16 pramenů 18 je ošetřena impregnačním prostředkem chránícím aramidová vlákna 20, např. roztokem polyuretanu. Princip rozpoznání doby vhodné k výměně lana 5 je založen na spojení dvou typů vláken s různými vlastnostmi v jeden pramen 18. Aramidové vlákno 20 vyniká vysokou mezí únavy při střídavém napětí v ohybu a poměrně vysokou specifickou tažností. Druhé z vláken, uhlíkové indikační vlákno 19, má křehkou strukturu, nízkou mez únavy při střídavém napětí a nízkou tažnost v porovnání saramidovými vlákny 20. Pevnostní hodnoty uhlíkových indikačních vláken 19 mohou za různých podmínek použití ležet v rozsahu 30 % až 75 % hodnot aramidových vláken 20. Podle různých napětí v tahu, k nimž dochází v lanu 5, mají uhlíková indikační vlákna 19 uložená v lanu 5 různou tažnost. V závislosti na způsobu výroby lana 5 se délka vrstev 13, 14, 16 směrem k jádru 17 lana 5 zkracuje, takže při běžném provozu budou vnitřní vrstvy 16 vykazovat nejmenší protažení. V závislosti na protažení se použijí jako uhlíková indikační vlákna 19, elektricky vodivá vlákna, která budou vykazovat směrem kjádru 17 výtahového lana 5 zmenšující se tažnost. Pomocí zdroje elektrického napětí je pak možno určit počet přetržených uhlíkových indikačních vláken 19.

Na obr. 4 je znázorněn pramen 18 lana 5 z umělých vláken s jedním uhlíkovým indikačním vláknem 19. Oba typy vláken, tedy aramidová vlákna 20 a uhlíkové indikační vlákno 19 jsou při výrobě ukládána paralelně ajsou vzájemně stočena, respektive spletena. Uhlíkové indikační vlákno 19 může být přitom umístěno také přesně v ose pramene 18, nebo může tvořit po plášti pramene 18 spirálu. Indikační uhlíkové vlákno 19 by mělo být chráněno uvnitř impregnačním prostředkem, aby byla zajištěna jeho dostatečná ochrana proti stlačení a proti tření. V opačném případě lze očekávat předčasné selhání uhlíkového indikačního vlákna 19 a výtahové lano 5 by v takovém případě bylo nesprávně považováno za zralé k výměně. V běžném provozu se uhlíkové indikační vlákno 19 vždy poruší v důsledku příliš velkých protažení nebo příliš vysokého počtu střídavých ohybů dříve než nosná aramidová vlákna 20 pramene 18, která se vyznačují mimořádnou odolností proti dynamickému namáhání.

Na obr. 5 jsou znázorněny kontakty uhlíkových indikačních vláken 19 na jednom konci výtahového lana 5. Pro rozpoznání doby vhodné k výměně výtahového lana 5 má mimořádnou důležitost dobrá elektrická vodivost uhlíkových indikačních vláken 19, která mají být umístěna v každé vrstvě 13, 14, 16 pramenů 18 nebo ve vnější vrstvě 13 a ve vnitřní vrstvě 16 a nejméně ve dvou pramenech 18. V malém počtu případů stačí také jenom jedno uhlíkové indikační vlákno v jednotlivých vrstvách 13, 14, 16. U výtahů, které jsou zavěšeny v poměru 1:1, jsou spojena vždy dvě indikační vlákna 19 jedné vrstvy 13, 14. 16 pramenů 18 na protizávaží 6 pomocí spojovacích prvků 22, případně jsou zapojena do série.

U výtahů zavěšených v poměru 2:1 lze tento postup provést ve strojovně. Uhlíková indikační vlákna 19 se vytáhnou ze svazku konce lana 5, které je upevněno v lanové příchytce 7, a ve dvojicích se spolu spojí. Rovněž na kabině 2 se vyvedou konce pramenů 18 z lanové příchytky 2 a indikační uhlíková vlákna 19 se z lana 5 uvolní. Zde se vyhledají k sobě patřící uhlíková indikační vlákna 19 „prozvoněním“ a poté se spojí s označenými elektrickými vodiči, které jsou spojeny s řízenou inspekcí v kabině 2. Pro zjednodušení připojení řízené inspekce jsou jednotlivé vrstvy 13, 14, 16 pramenů 18 různobarevné označeny. Systém řízené inspekce obsahuje všechny potřebné elektronické prvky, které umožní průběžnou kontrolu výtahového lana 5.

-3 CZ 288156 B6

Na obr. 6 je vyznačeno schéma zapojení řízené inspekce. Od zdroje 25 elektrického napětí je přiváděn konstantní proud Ik do uhlíkového indikačního vlákna 19 ve větvi k protizávaží 6. Uhlíkové indikační vlákno 19 představuje odpor R. Nízkokmitočtový filtr TP filtruje přicházející impulzy a přivádí je na spínač SW prahových hodnot, který porovnává změřená napětí. Při 5 překročení specifických prahových hodnot se po porušení uhlíkových indikačních vláken 19 zvýší ohmický odpor natolik, že je překročena přípustná napěťová hodnota. Toto překročení mezní hodnoty se uloží do paměti M, jež může být vymazána tlačítkem T - RESET nebo předá v ní uložené informace do logiky L. která je umístěna v kabině 2. Logika L je automaticky iniciována řídicím systémem výtahu. Každý pár uhlíkových indikačních vláken 19 je propojen 10 podle shora uvedeného uspořádání aje průběžně kontrolován. Řídicí systém výtahu kontroluje logiku průběžně a vypne výtah v případě, že dostane od logiky signál o příliš velkém počtu přerušených uhlíkových indikačních vláken 19.

K tomu, aby byla zaručena určitá zbytková nosnost lana 5, může selhat pouze určité procento 15 uhlíkových indikačních vláken Γ9. Hodnota tohoto podílu může ležet podle dimenzování uhlíkových indikačních vláken 19 v rozmezí 20 % až 80 % všech instalovaných uhlíkových indikačních vláken 19. V tomto případě zajede výtah automaticky do předem stanovené stanice a tam se vypne. Hlášení o poruše mohou být předána dále a indikována prostřednictvím displeje. Stav opotřebení lze zjistit z jakéhokoliv místa pomocí modemu.

Uvedený způsob rozpoznání doby vhodné pro výměnu lana umožňuje rovněž kontrolu pramenů 18. které jsou umístěny ve střední nebo vnitřní vrstvě 14. 16 výtahového lana 5, aniž je ktomu zapotřebí vizuálního posouzení nebo indukční kontroly. Aby se vyhovělo rozdílným stavům mechanických napětí ve vrstvách 13, 14, 16 pramenů 18 v lanu 5 z umělých vláken, je nutno 25 přiřadit jednotlivým vrstvám 13. 14, 16 uhlíková indikační vlákna 19 s příslušnou tažností. Jako vnějších uhlíkových indikačních vláken 19. která musí přenést nejvyšší tlaková a střižná napětí, může být použito vláken s poněkud vyšší tažností. Tímto způsobem lze zajistit optimálně řízenou kontrolu lana na opotřebení.

Na obr. 7 je znázorněno lano 5 z umělých vláken v řezu s vícebarevným opláštěním 12. Pro vizuální posouzení lana 5 z umělých vláken na stav opotřebení zralý k výměně lana se zkontroluje povrch jeho opláštění 12. V takovém případě je zapotřebí, aby docházelo k opotřebení opláštění 12 lana 5 na jeho povrchu. K takovému opotřebení dochází za provozu prokluzem, který představuje míru relativního pohybu mezi lanem 5 a hnacím kotoučem 4 a jenž je 35 definován jako rozdíl rychlostí translačního pohybu výtahového lana 5 a obvodové rychlosti hnacího kotouče 4. Pokud při provozu výtahu vyvozují závaží po obou stranách hnacího kotouče 4 v laně 5 rozdílné síly, dochází vždy k prokluzu, i kdyby byla hnací schopnost kotouče 4 mimořádně dobrá. V laně 5 vznikají při různých tahových silách v obou větvích lana 5 před a za hnacím kotoučem 4 různá tahová napětí, která mají za důsledek různá protažení obou větví lana 40 5. V okamžiku, kdy lano 5 přechází přes hnací kotouč 4. dochází ke vzniku nového napěťového stavu v laně 5 tím, že se nestejná napětí vyrovnají jeho prokluzem. Při malých silách dochází k prokluzu pouze v oblasti bodu, kde lano 5 opouští kotouč 4, při silách na mezi hnacích možností kotouče 4 pak dochází k prokluzu po celé délce opásání kotouče 4. Lano 5 prokluzuje na kotouči 4 vždy směrem k větší tahové síle působící ve výtahovém lanu 5, a to nezávisle na směru otáčení kotouče 4. Velikost prokluzu tedy roste se schopností silového přenosu opláštění 12 lana 5 a v závislosti na geometrii drážky hnacího kotouče 4.

Opláštění 12 výtahového lana 5 by mělo mít takový povrch, který by byl v souladu se strukturou pramenů 18. Povrch opláštění 12 lana 5 lze označit jako zvlněný. Vzhledem ke kombinaci 50 materiálů lana 5 z umělých vláken a hnacího kotouče 4 z litiny nebo oceli již nedochází k abrazivnímu opotřebení povrchu, takže lze hovořit o definované dosedací ploše 30. Případné kapaliny na hnacím kotouči 4 mohou být zvlněným povrchem pláště 12 lana 5 z této dosedací plochy 30 vytěsněny. Největší tlaky, které působí na opláštěné prameny 18, vznikají u paty drážky 31 hnacího kotouče 4 na vrcholcích 32 povrchu lana 5. Proto budou zde vznikat

-4CZ 288156 B6 následkem prokluzů největší projevy opotřebení. Podle zkušeností s ocelovými lany budou patrny největší změny v oblastech akcelerace. K tomu, aby bylo možno určit hodnotu opotřebení, to znamená, aby měl kontrolor k dispozici prostředek ke konstatování, zda je k dispozici dostatečná tloušťka opláštění 12 lana 5 až do příští kontroly, je opláštění 12 lana 5 opatřeno vnitřním probarvením 33 a vnějším probarvením 34. Tloušťka vnitřní vrstvy 16 s vnitřním probarvením 33 vyznačuje ještě dostatečnou tloušťku opláštění 12 tak, aby byla zajištěna dostatečná doba provozu lana 5. Opláštění 12 chrání vnitřní vrstvy 16 pramenů 18 a zajišťuje potřebnou trakční schopnost. Jestliže kontrolor v rámci vizuální kontroly objeví vnější probarvení 34 v opláštění 12, pak je zřejmé, že bude nutno lano 5 v dohledné době vyměnit.

Pro optimální posouzení stavu lana 5 z umělých vláken by měly být kombinovány obě kontrolní metody, tj. automatická kontrola pomocí uhlíkových indikačních vláken 19 a vizuální kontrola dvoubarevného opláštění výtahového lana 5.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Výtahové lano (5) z umělých vláken s indikací doby jeho výměny, sestávající z vrstev (13, 14, 16) pramenů (18) vytvořených z aramidových vláken (20) a elektricky vodivých uhlíkových indikačních vláken (19) je opatřeno na svém povrchu ochranným opláštěním (12) a jádrem (17) uloženým v ose výtahového lana (5), vyznačující se tím, že uhlíková indikační vlákna (19) jsou dimenzována na menší specifickou tažnost a nižší mez únavy při střídavém napětí než u aramidových vláken (20).
2. 2. Výtahové lano podle nároku 1, vyznačující se tím, že tažnost uhlíkových indikačních vláken (19) uložených ve výtahovém lanu (5) se zmenšuje směrem kjádru (17) výtahového lana (5).
3. 3. Výtahové lano podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vnější vrstva (13), střední vrstva (14), jakož i vnitřní vrstva (16) pramenů (18) aramidových vláken (20) obsahují alespoň jedno uhlíkové indikační vlákno (19).
4. 4. Výtahové lano podle jednoho z nároků laž3,. vyznačující se tím, že paralelně uložená uhlíková indikační vlákna (19) jsou s aramidovými vlákny (20) navzájem stočena nebo spletena.
5. 5. Výtahové lano podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že uhlíkové indikační vlákno (19) je umístěno ve středu (18) aramidových vláken (20).
6. 6. Výtahové lano podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že uhlíková indikační vlákna (19) jsou vedena spirálově po povrchu pramene (18) aramidových vláken (20).
7. 7. Výtahové lano podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že jednotlivé vrstvy (13,14,16) pramenů (18) jsou označeny různými barvami.
8. 8. Výtahové lano podle jednoho z nároků laž7, vyznačující se tím, že ochranné opláštění (12) výtahového lana (5) je opatřeno vnitřním probarvením (33) a vnějším probarvením (34).
9. 9. Výtahové lano podle nároku 8, vyznačující se tím, že tloušťka vnitřního probarvení (33) ochranného opláštění (12) je indikátorem doběhu životnosti výtahového lana (5).