专利名称：电梯的受拉构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电梯系统，更具体而言，涉及这类电梯系统的受拉构件。
背景技术：
常规的牵引式电梯系统包括吊舱、配重块、二根或多根连接吊舱和配重块的缆绳、移动缆绳的牵引滑轮、和使牵引滑轮转动的机械。缆绳是由绞合或捻合的钢丝制成的，滑轮是由铸铁制造的。机械可以是齿轮传动的，也可以是非齿轮传动的。齿轮传动的机械允许使用速度较高的马达，这种马达比较紧凑，而且价格较低，但需要额外的维护和空间。
虽然已经证明常规的圆形钢缆绳和铸铁滑轮是非常可靠的，而且是成本有效的，但对它们的使用有一些限制。这些限制之一是缆绳和滑轮之间的牵引力。增加缆绳的包角或在滑轮上开一些槽，可以提高这些牵引力。然而由于增加磨损(包角)或增加缆绳压力(开槽)的结果，这两种技术都降低了缆绳的耐用性。提高牵引力的另一种方法，是在滑轮的凹槽中使用由合成材料制成的衬里。衬里能增加缆绳和滑轮之间的摩擦系数，并同时将缆绳和滑轮的磨损减少到最小。
对使用圆形钢缆绳的另一个限制是圆形钢丝绳的挠性和疲劳特性。现今电梯的安全规范要求每根钢丝绳具有最小直径d(对CEN(欧洲标准化协作委员会)，d最小＝8mm，对ANSI(美国国家标准研究所)，d最小＝9.5mm(3/8″))，和牵引式电梯的D/d比例大于或等于40(D/d≥40)，其中D是滑轮的直径。这使滑轮直径D为至少320mm(对ANSI为380mm)。滑轮直径D越大，所需驱动电梯系统机械的力矩也越大。
常规圆形缆绳的另一个缺点是缆绳的压力越大，缆绳的寿命就越短。当缆绳在滑轮上通过时产生缆绳的压力(P缆绳)，缆绳的压力与缆绳中的张力(F)成正比，与滑轮直径D和缆绳直径d成反比(P缆绳≈ F/(D/d)。此外，滑轮凹槽的形状，其中包括在滑轮上开槽之类增加牵引力的技术也能提高缆绳承受的最大缆绳压力。
尽管已有上述技术，但科学家和工程师们，却仍在申请人的受让人的指导下进行工作，开发驱动电梯系统的更有效和更耐用的方法和设备。
本发明的公开内容根据本发明，电梯受拉构件的宽厚比(aspect ratio)大于1，这里的宽厚比被定义为受拉构件的宽度w与厚度t的比例(宽厚比＝w/t)。
本发明的主要特性是受拉构件具有扁平性。宽厚比的增加会使受拉构件具有由宽度尺寸限定的啮合表面，使缆绳压力的分布最佳化。因此，使受拉构件内的最大压力最小。此外，增加圆形缆绳的宽厚比，使圆形缆绳的宽厚比等于1，可以在保持受拉构件横截面面积不变的同时，降低受拉构件的厚度。
根据本发明，受拉构件还包括装在公共包覆层内的多根单独的荷重绳、股线和/或钢丝。包覆层将各个绳、股线、和/或钢丝隔开，并界限定了啮合牵引滑轮的啮合表面。
由于受拉构件的结构，缆绳的压力可在整个受拉构件上更均匀地分布。因此，与具有同样荷重能力的常规缆绳式电梯相比，明显地降低了缆绳的最大压力。而且，对于相同的荷重能力，降低了缆绳的有效直径‘d’(在弯曲方向上测定)。因此，在不降低D/d比例的情况下，可以获得较小的滑轮直径‘D’值。此外，将滑轮直径D降低到最小能在不需要齿轮箱的情况下使用价格较低、更加紧凑的高速马达作为驱动机械。
本发明受拉构件中的绳、股线和/或钢丝，优选采用钢和有机纤维的多种组合形式。这两种材料可以分别维护，并在公共外壳中包含特种钢绳和有机纤维绳；可将这两种材料组合成一根绳，有许多根这绳分散在公共外壳中；在公共外壳中，可使这些材料中的一种依次排列包围在另一种的周围；有机纤维可无规则地分散在公共外壳中，钢绳也可分散在公共外壳中。
每一种提到的组合，都形成一种混合式挠性扁平受拉构件，该构件具有在钢绳的扁平受拉构件或有机纤维的扁平受拉构件中所没有的强度和优点。每种材料都具有各自的优点，钢的优点包括具有非破坏性检验性能；耐热性能高；和拉伸性能低。有机纤维的优点包括重量轻，强度高；对腐蚀不敏感。在实际采用钢和有机纤维制造受拉构件时，在这两种材料分担荷重的情况下，能制成性能显著提高的受拉构件。本发明提供了几个实施方案，每个实施方案都由这两种材料分担荷重，分担荷重时需要考虑每种材料的荷重能力；每种材料长期耐弯曲疲劳性；每种材料的拉伸性能，和达到这种协同效果时的皮带轨迹的稳定性。
从下面对本发明附图所示典型实施方案的详细说明中，可以明显地看出本发明前述的和其它的目的、特性和优点。
附图简述现在参见附图，在几个附图中，相同部件的编号是相同的
图1是具有牵引传动装置的电梯系统的透视图，在传动装置中包括本发明的受拉构件；图2是本发明的混合式挠性扁平受拉构件的第一个实施方案的横截面示意图；图3是本发明的混合式挠性扁平受拉构件的第二个实施方案的横截面示意图；图4是本发明的混合式挠性扁平受拉构件的第三个实施方案的横截面示意图；图5是本发明的混合式挠性扁平受拉构件的第四个实施方案的横截面示意图；图6是本发明受拉构件的弹性模量曲线；和图7是本发明受拉构件的强度曲线。
实现本发明的最佳方式图1所示的是牵引式电梯系统12。该电梯系统12包括吊舱14、配重块16、牵引传动装置18、和机械20。牵引传动装置18包括连接吊舱14和配重块16的受拉构件22和牵引滑轮24。受拉构件22与滑轮24啮合，以使滑轮24的旋转能够移动受拉构件22，从而移动吊舱14和配重块16。机械20与滑轮24啮合，使滑轮24转动。虽然机械20以齿轮传动的的形式示出，但应该注意，这种配置只是为了说明的目的，在本发明中可以使用齿轮传动或非齿轮传动的机械。
本发明提供混合式材料的挠性扁平受拉构件，该构件比单一材料的挠性扁平受拉构件具有更优良的性能。应当注意，荷重材料的所有可能的混合物，都不能在制造的受拉构件中形成协同效果。相反地，却要仔细地分析构件的荷重能力，均衡在各类荷重材料之间施加的荷重，以获得优良的性能以及优良的受拉构件的轨迹稳定性。
参见图2，以横截面示出本发明的混合式挠性扁平受拉构件的第一个实施方案。受拉构件22包括公共的尿烷或其它聚合材料的外壳26。钢荷重材料位于用28注出的区域，而有机荷重材料则以30标出。本领域的技术人员应当理解，这些荷重材料在受拉构件22的宽度范围内被相当均匀地隔开。优选在受拉构件22的中央位置制成二根并列的钢绳28，使并列均衡轨迹。在受拉构件纵向中心线的两侧，对称是很重要的，以确保受拉构件在滑轮上具有稳定的轨迹。
所示的有机纤维30具有比钢绳28更大的横截面，但并不要求如此。相反地，问题在于需要多大的额定重量，和需要什么样的耐热性能，以及类似的参数。因此，需要进行在本领域普通技术人员技术水平内能够进行的数学计算，以便确定采用的有机纤维量和采用的钢绳量。采用这些计算是为了确保扁平受拉构件中的各种绳所分担的荷重，以利用每种绳的优点和性能。重要的是在施加的任何给定荷重下，受拉构件的轴向刚性能使这两种类型的绳都在受拉构件的弹性响应曲线内分担荷重。可以选择这两种类型绳的绞合和结构，以便能够分担这种荷重。为了能够获得这一效果，这些绳本身在尺寸、数目、和分布(不是对轨迹)方面不受限制，也不要求采用相同数目的有机纤维绳和钢绳。重要的是，要针对受拉构件所需的性能，均衡这两种类型绳的特性，以便可以达到这些所需的性能。对于所要求的每一种效果，都可采用一种以上设计绳和尺寸等的方法。注意，为了有利于受拉构件的轨迹，分布是很重要的，一种比较容易实现的适宜轨迹的分布方案是不同类型的绳沿着受拉构件的轴向中心线均匀地分布。
一个优选控制的参数是弯曲，对于钢绳，优选不在有机绳弯曲之前弯曲，以致可以采用非破坏性检验方法确定受拉构件的整体性。这一类方法包括电阻或磁通量泄漏。
在本发明的另一个实施方案中，参见图3，受拉构件22的每一根绳实际上都是混合的。所绘出的是受拉构件的横截面，其中的有机纤维材料位于钢芯体34周围的环形区域32中。虽然只用一种方式示出采用不同类型材料的受拉构件，但应当理解，可在环形区域采用钢，而采用有机纤维材料制造芯体。还应当理解，在实施方案中采用的所有绳，不需使用相同的芯体材料。一根或多根绳可以使用钢作为芯体34，而一根或多根其它的绳则可采用有机纤维作为芯体34。在环形平面和芯体平面上，每一种绳的绞合和结构都会影响整个受拉构件的性能，这一点必须考虑。本领域的普通技术人员都知道如何计算达到整个受拉构件所需性能的各种可能的绞合和结构。对于所采用的绳的位置和尺寸，还应考虑要求弹性体渗入单根绳的程度。当所选的绳位置涉及到绳与绳的接触时，则必须考虑到磨损。在这个实施方案的一种优选的结构中，沿着受拉构件的轴向中心线采用相同数目的“s”和“z”形绳结构。
在本发明的图4中，示出另一种实施方案。该图是只有二根绳38的放大图，用来说明每根绳的制造方法。在这个实施方案中，每根绳38由几股例如由9股(8股围着一股)组成，每一股实际上都是混合的。图中示出的股40具有中央的有机丝42和围在其周围的8股钢丝44。再使6股围着中央股46，以制成混合绳38。应当理解，钢丝44和有机纤维42的位置是可以调换的。如在前一个实施方案中所注意到的，对于这个实施方案必须进行类似的计算，这一类的计算都在普通技工的技术水平范围内。此外，采用混合式绳是有利的，因为对于特定的目的，绳的具体制造方法可以改变。例如对于一个特定的电梯系统，当采用天车滑轮(未示出)时，该系统要采用这种受拉构件来改善轨迹，使靠近或直接在顶部移动的绳的荷重大大超过受拉构件中的其它绳。可以特制这种混合式绳，以对付较高的荷重。
现在参见图5，说明本发明的另一个实施方案。图5是只有二根绳的放大图。应当理解，这个实施方案可以包含多根绳。在这个实施方案中，每根钢绳50优选具有7根钢丝，这些钢丝本身形成6根围着一根的图案，钢绳50并不是直接混合绳。相反，受拉构件22却是混合的，因为它在包围这些绳的公共包覆层材料28中，包括各个有机纤维52。优选纤维52的取向与受拉构件的主轴平行，并分布在整个材料28中。这个实施方案钢绳50的刚性，由钢丝的刚性调节，而有机纤维则形成它们自己的刚性。和在前述的实施方案中一样，这个实施方案中的材料28，优选由聚氨酯组成。
对于上述的所有实施方案，可以通过增加其中所用钢的体积百分数，来提高受拉构件的弹性模量。本领域的技术人员会理解，模量的计算是基于“混合物法则”，即E11＝Uf1E11f1+Vf2E11f2+VmEm式中E11＝纵向FFR模量E11f1＝纤维1的纵向模量E11f2＝纤维2的纵向模量Em＝基质模量Vf1＝纤维1的体积百分数Vf2＝纤维2的体积百分数Vm＝基质3的体积百分数在图6中可以看到以曲线表示的弹性模量的变化。
作为优选实施方案中，以受拉构件的公共包覆层，例如聚氨酯包覆层中钢/有机纤维(例如芳纶)含量的函数对本发明典型受拉构件的抗拉强度的计算以曲线形式示于图7，其中钢/芳纶对公共包覆层材料的体积百分数，保持在60体积％，但钢和芳纶彼此的相对百分率是变化的。
图中精密的曲线转变点是在24％的钢和16％的芳纶29。(对于芳纶49，该值是变化的)。从24/16点向右的强度曲线芳纶占优势，向左的强度曲线钢占优势。钢在2.0％的应变下发生失效，而芳纶在3.6％的应变下发生失效。当钢占优势时，由于应变引起的钢失效，还会引起芳纶过载和失效。然而，在芳纶占优势时，钢在2.0％应变下发生的失效并不影响芳纶的失效，芳纶仍维持到3.6％的应变才失效。
在转变点24/16，在芳纶材料已经品质下降、失效、或损坏之后，在受拉构件中，钢仍有足够的强度，供采用这种受拉构件的电梯系统运行使用。为了达到这种效果，绳材料与包覆层材料的不同体积百分率，具有以下公式Vs≥(σk/σs)Vk式中 Vs＝钢的体积百分数Vk＝芳纶的体积百分数σs＝钢的抗拉强度
σk＝芳纶的抗拉强度虽然已经示出和说明了优选的实施方案，但在不偏离本发明的内容和范围的情况下，可以进行一些改进和变换。因此，应当理解，采用一些实例是说明本发明，而不是限制本发明。
权利要求
1.一种为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中包括多个钢的和有机纤维的荷重构件；和基本上包覆所述多个荷重构件的包覆层，其宽厚比大于1，该宽厚比被定义为受拉构件的横截面宽度与厚度的比例。
2.权利要求1的为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中所述的多个荷重构件包括多个隔开的钢荷重构件和多个隔开的有机纤维荷重构件。
3.权利要求1的为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中所述的多个荷重构件包括一些隔开的混合式绳，这些混合式绳具有钢和有机纤维材料。
4.权利要求3的为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中所述的绳包括钢的芯体；和有机纤维的环形体。
5.权利要求3的为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中所述的绳包括有机纤维的芯体；和钢的环形体。
6.权利要求3的为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中所述的绳包括多股，这些股又是由钢丝和有机纤维的混合组成的。
7.权利要求3的为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中所述的钢荷重构件是隔开的多根绳的形式，所述的有机纤维荷重构件，分散在所述的包覆层中。
8.权利要求7的为电梯系统的吊舱提供提升力的受拉构件，其中所述的有机纤维荷重构件，其取向与受拉构件的纵轴平行。
全文摘要
本发明涉及一种用于电梯或其它人员输送系统(12)的混合式材料的受拉构件(22),其中采用有机纤维(30)和钢材(28),以隔开的或组合的形式作为荷重部件。本发明还公开了几个实施方案。
文档编号D07B1/16GK1370251SQ00811831
公开日2002年9月18日 申请日期2000年8月21日 优先权日1999年8月26日
发明者K·M·普雷沃, M·S·汤普森, P·S·巴兰达, D·C·亚蒙 申请人:奥蒂斯电梯公司