当前位置：首页 > 纺织技术 > 绳索技术> 升降机用绳索独创技术16640字

升降机用绳索

2021-02-01 17:42:15

升降机用绳索

　　技术领域

　　本发明涉及升降机用绳索，该升降机用绳索包括芯部绞合线、外绞合线和至少附着到该外绞合线上的弹性套。

　　发明背景

　　对升降机用绳索主要有两个要求：安全性和使用寿命。对升降机用绳索的要求在欧洲标准EN 81-1：1998+AC：1999中进行了描述，更相关的部分是9.1、9.2和9.3以及附件M和N。

　　安全性是通过检查(视觉以及定期的时间间隔)、冗余(至少使用两根绳索来运载车)和安全系数(下文称作SF，即绳索的断裂载荷与车和货物的最大载荷的比)来保证的，该安全系数必须大于某个数值(例如在使用3根绳索时为12)。

　　通过对导轮和绳索的设计使使用寿命最大化。

　　首先是导轮上金属与金属接触的重要性：

　　—硬的和拉伸性较强的金属丝会导致导轮和绳索的过量磨损，因此仅仅可以使用拉伸性较低的金属丝。

　　—金属丝施加在导轮上的压力必须充分低，这就要求绳索相对较粗。

　　第二是绳索设计：

　　—较短绞矩长度的缆线绞合线具有较长的使用寿命。

　　—使用平行的绞矩可以在金属丝之间产生线接触，这种线接触使金属丝之间产生较少的切割从而产生较长的使用寿命。

　　—最小导轮直径为绳索直径的40倍可以在金属丝中产生较低的弯曲应力，因此进一步延长了绳索的使用寿命。

　　—使用润滑剂浸渍织物芯部来延长使用寿命。

　　这些要求导致生成本领域中已知的升降机用绳索。即通常由1200至2050牛顿/平方毫米的抗拉强度的裸绳或电镀钢丝组成的8根绞合线围绕润滑的织物材料(例如剑麻)芯部的金属丝绳。绞合线自身通常包含19至36根金属丝并且为平行的绞矩式例如Warrington、Seale，或者为填充式或组合式例如Warrington-Seale。绳索中的绞合线的绞矩长度通常是绳索直径的5到6倍。绳索的尺寸根据升降机的车和它的负载的总质量来选取。直径的范围从6到22毫米，而8至11毫米之间的尺寸最为广泛。国际标准ISO4344大体上描述了这些绳索。

　　虽然一百多年来，现有技术的绳索能够满足这些要求，但是它们具有一些内在的缺点。首先，要求相对较粗的绳索以便降低牵引导轮上的绳索压力，同时跟随的牵引和转向导轮的直径必须至少为绳索直径40倍的要求导致需要较大的导轮并且因此需要较大的机器空间。其次，相对于绳索直径相对较小的缆线绞矩产生了较低的模量，或产生较高的弹性延伸，从而车相对于地面的高度位置取决于负载。第三，织物芯部产生蠕变，这就迫使在绳索使用的初始阶段一定要经常调节绳索长度。第四个缺点是润滑的芯部经常需要辅助润滑，这会相当大地改变绳索驱动滑轮的牵引力，从而产生导轮和绳索之间不可控制的摩擦系数。

　　近来，已经提出使用具有小尺寸、高拉伸的金属丝以及在绳索内部或者外部具有弹性包覆层的升降机用绳索来克服这些问题的解决方案。如EP1213250A1中这种配置确实能够消除要求导轮相对较大并且因此机器空间较大的第一个缺点，但是它没有解决绳索塑性延伸的第二个缺点以及蠕变现象这个缺点。另外，它没有解决如何保持绳索完整的问题，因为它是由完全不同的材料组成的。因此，没有针对目前使用的绳索存在的第五个缺点来提出如何来维持或延长绳索的使用寿命。

　　发明内容

　　本发明的一个目的是消除现有技术的缺点。本发明的另一个目的是提供一种具有高模量和低蠕变的绳索。本发明的另一个目的是免除绳索对经常辅助润滑的需要。本发明的另一个目的是延长绳索的使用寿命。本发明的另一个目的是生产升降机用绳索的方法。

　　根据本发明的升降机用绳索包括芯部绞合线和至少五根绕着芯部绞合线绞合的外绞合线。这些绞合线包括多根钢丝，这些钢丝首先至少通过一个绞合和/或成股操作绞合在一起。绞合线在最后的步骤中组合成绳索。这样组合的绳索的裸绳(即未施加涂层)直径为D。裸绳直径D可以看作是与裸绳的横截面外接的最小虚圆的直径。应用到外绞合线上的绞矩长度至少为D的6.5倍。优选绞矩长度小于D的12倍。并且最为优选的是，处于7到10倍之间。这种裸绳还配设有可以是橡胶或聚氨酯的弹性套。

　　弹性体粘附到裸绳上，具有以牛顿/毫米表示的拉出力不小于15×D+15，其中D以毫米表示。更优选的是大于15×D+30牛顿/毫米的值。

　　由于钢芯部绞合线和较长的绞矩长度规格，根据本发明的升降机用绳索具有比现有技术中的绳索高的模量。这样，就解决了现有技术中的绳索的第二个缺点。钢芯部绞合线也不需要辅助润滑因此消除了第四个缺点。

　　令人惊奇的是，根据本发明的具有较长绞矩长度的升降机用绳索在疲劳试验中还显示了非常良好的性能。并且因为疲劳试验通常都被认为是在升降机用绳索这个领域中作为使用寿命的良好指示，因此本发明为第五个缺点提供了解决方案。只有当使用至少是充分地附着到绳索的外绞合线上的弹性体来给绳索加套一次形成合成结构时，才获得这种令人惊奇的效果。附着力是非常关键的，因为通过导轮施加的所有提升力都通过护套和裸绳之间产生的剪切力传递给裸绳。如果缺乏附着力，就会迅速导致护套与裸绳分离，从而导致护套和裸绳的过早失效，因为护套会被裸绳割断并且裸绳不再由护套在结构上进行保持。为了得到令人惊奇的效果，发现令人满意的拉出力的最小等级为15×D+15牛顿/毫米。

　　虽然在现有技术中，由于过量的润滑会导致绳索牵引力的损失，但是这在本发明的绳索中不存在了。聚合物护套确保导轮和绳索之间非常良好的牵引力。当车处于它的路径的末端时，一些安全特性(例如EN 81.1、9.3(c)节)要求滑动受到控制，以便防止绳索在没有停止的驱动导轮一侧放松并且在另一侧过载。这一点可以通过选择和/或调节聚合物成分或者通过调节导轮涂层例如摩擦减小层来便利地实现。

　　因为根据本发明的升降机用绳索没有织物芯部，由于钢芯部绞合线是不可压缩的，所以就消除了蠕变，该蠕变是由于在使用过程中织物芯部的缓慢挤压从而导致较小的绳索直径以及细长的外绞合线而产生的。这样就消除了第三个缺点。

　　现在将更详细地描述本发明。

　　用于本发明的钢丝的钢优选具有普通碳钢成分。这种钢通常包括的最小碳含量为0.40wt％，或至少0.70wt％，但是最优选地至少0.80wt％并且最大为1.1wt％，锰含量从0.10变化到0.90wt％，优选硫和磷含量都保持低于0.03wt％；可以添加一些微量合金元素例如铬(0.2至0.4wt％)、硼、钴、镍、钒(没有完全列举)。

　　使用的钢丝可以没有任何包覆层。或者钢丝也可以使用含有62.5至75wt％的Cu成分并且其余的是锌的黄铜来进行电镀。总镀层质量在0至10g/kg之间。或者钢丝可以使用锌进行电镀，其中每千克金属丝具有质量从0至100克的锌镀层。锌可以通过电解过程或者通过热浸渍过程施加到金属丝上，随后进行或者不进行擦拭操作以便减少锌的总重量。因为热浸渍操作期间，形成的锌的腐蚀保护以及铁锌合金层的存在，所以优选使用后种包覆类型。其它包覆层类型例如三重包覆层或者通过等离子处理施加的涂层也同等地包含在本发明中。应该理解，涂层类型的列举并没未穷尽。应该理解，绞合线的包覆类型也可以不同。

　　形成外绞合线的钢丝具有大于2650牛顿/平方毫米的抗拉强度或者更优选大于3000牛顿/平方毫米，甚至更优选大于4000牛顿/平方毫米，并且后者为本领域现在可实现的最高的最小抗拉强度。抗拉强度越高，对于相同的断裂载荷金属丝就可以越小，绞合线也可以越小，升降机用绳索越小，导轮就可以越小因此降低了用于驱动机器的空间要求。这样就消除了现有技术中的第一个缺点。

　　还有本发明的有利次要作用是使用更长的绞矩长度，就能更好的利用绞合线的强度，因为绞合线会沿着牵引力的方向更好地排列。所以为了获得升降机用绳索的相同断裂载荷等级，当使用更长的绳索绞矩长度时可以减小外绞合线的断裂载荷，因此外绞合线以及因此总的绳索可以变细，从而再次消除现有技术中的第一缺点。

　　由于通过使用更高拉伸强度的金属丝获得减小的金属表面Ametal，可以期望在长度为L的绳索上增大最小和最大负载之间的延伸ΔL。确实，绳索的模量E没有随着金属丝增大的抗拉强度而改变，但是金属表面积确实减小了，这导致根据已知的公式产生较大的延伸AL：

　　 $ΔL = \frac{L \cdot ΔF}{E \cdot A_{metal}}$

　　其中ΔF表示最大和最小负载之差。本发明的另一个有利的次要作用是更长的绞矩长度补偿了这一点，因为它们会产生更高的E模量。

　　优选外绞合线具有与绳索的绞矩方向相反的绞矩方向。

　　中央绞合线的钢丝的拉伸强度等级是没有定限界的，但是更优选它们的抗拉强度低于2650牛顿/平方毫米。更优选它们具有低于2400牛顿/平方毫米的抗拉强度，更为优选的是低于2100牛顿/平方毫米的抗拉强度。虽然芯部较低的抗拉强度会导致绳索较低的断裂载荷，但是却具有提高疲劳抵抗性能的优点。

　　不同类型的外绞合线可以包括6根或者更多的金属丝。更为优选的是它们包含7根金属丝，更优选的是19根或者更多。它们可以根据本领域中已知的任何配置来组合，例如根据交叉的绞矩(cross lay)，根据warrington平行绞矩，根据Seale平行绞矩，或者平行绞矩的任何组合。平行绞矩优选优先于交叉绞矩。对于本领域的普通技术人员而言，显而易见，为了实现这种配置必须使用不同的丝直径。

　　绳索必须包含至少5根外绞合线，更优选6根外绞合线并且最为优选的是8根外绞合线，虽然9根也是可以的。

　　芯部绞合线优选但是不必一定与外绞合线具有相同的配置。芯部绞合线的直径并且因此芯部绞合线中的金属丝的直径通过至少使外绞合线彼此不会接触的这种方式来选取。更为优选的是外绞合线之间的间隙至少是D的0.010倍，更为优选的是大于D的0.020倍，更为优选的是大于D的0.025倍。考虑的间隙是垂直于绞合线的方向。注意到间隙随着绞矩长度的变长而增大。因此根据本发明较大的绞矩长度有利于增大间隙。

　　需要间隙以便允许绞合线之间的弹性体流动。这样绞合线之间的空隙可以填充到一定的“填充度”。“填充度”可以通过如下来规定：

　　-当取垂直于绳索的裸绳横截面时，外接圆(具有直径D)内部的特定面积不会被钢占据并且是空的。将这个面积称为“Avoid”。

　　—当取垂直于绳索的具有包覆层的绳索横截面时，外接圆内部的空隙的特定面积被弹性体占据。这个面积称为“Aelastomer”。

　　现在填充度可以便利地表述为Aelastomer与Avold的百分比。根据本发明，需要15％的填充度，虽然更希望大于30％的填充度。作为次要的作用，良好的填充度也有利于固定升降机用绳索中的外绞合线，从而增大升降机用绳索的模量，这有助于消除现有技术中的第二个缺点。

　　用于护套的弹性体包括任何可以使用足够的附着力便利地施加于绳索的弹性材料。因为可以使用弹性体橡胶。升降机用绳索使用的特定环境确定化合物的选取。橡胶化合物可以是具有耐火性能的聚氯丁烯橡胶。当升降机用绳索在低温环境或者具有油的环境中使用时，橡胶化合物也可以是腈橡胶或者EPDM橡胶即乙烯-丙烯二烯改性的三元共聚物，由于它具有适当减弱的阻抗和较低的摩擦。

　　更优选的是可以使用热塑性弹性体(TPE)。非限定的实例是聚苯乙烯/弹性体嵌段共聚物、聚氨酯(PU)或者聚氨酯共聚物、聚酰胺/弹性体嵌段共聚物、热塑性硫化橡胶。优选使用热塑性聚氨酯。酯、醚或者碳酸酯聚氨酯的均聚物也可以使用，以及共聚物或者共聚混合物。优选聚合物材料具有在30A和90D之间变化的肖氏硬度。也优选使用透明的热塑性弹性体。还允许视觉检查金属绳索以免绳索可能损坏。

　　护套的厚度没有限制。因为护套在特定点的厚度可以理解为垂直于缆线方向的平面中护套表面的点和最近的金属点之间最短的距离。优选在护套的每个外部点处厚度为0.0至2.0毫米。涂层可以遵照裸绳缆线的外部形状，或者可以具有略圆的形状。

　　护套总的外部形状对于本发明并不重要，即不需要护套的外部圆周接近圆形。

　　现在将详细描述生产升降机用绳索的方法。

　　金属丝和绞合线的生产根据现有技术中已知的湿法拉丝技术接搓绳或者成股。

　　在绳索的完成期间，必须对绳索进行特定的养护以便具有低于102％的预成形比。更优选具有95和100％之间的预成形比。最为优选的是96和98％之间的预成形比。圆周绞合线的预成形比可以根据如下测量。取出并且准确地测量组合后绳索的预定长度(例如500毫米)。接下来，圆周绞合线从裸绳上解开而不发生塑性变形。预成形比(下文称作PR)按照如下确定：

　　本发明的目的是PR必须在这种限制内以便获得按照如下步骤可处理的绳索，特别是在绳索上施加的加套步骤。

　　在可选择的清洁操作之后，使用从有机官能硅烷、有机官能钛酸盐和有机官能锆酸盐中选取的底涂料进行涂层。有机官能硅烷底涂料优选但是不限于从如下公式的化合物中选取：

　　Y-(CH2)n-SiX3

　　其中，

　　Y表示从-NH2、CH2＝CH-、CH2＝C(CH3)COO-、2，3-环氧丙氧基、-HS和Cl-中选取的有机官能团

　　X表示从-OR、-OC(＝O)R’、-Cl中选取的硅功能团，其中R和R′从C1至C4烷基中独立选取的，优选从-CH3和-C2H5中选取，并且

　　n是0和10之间的整数，优选从0至10并且最为优选的是从0到3

　　如上所述的有机官能硅烷是商业上可用的产品。

　　底涂料可以通过浸渍或者涂刷或者任何本领域已知的其它技术施加到绳索上。优选使用浸渍，随后进行干燥操作。

　　如下的步骤是使用护套材料施加绳索的包覆层。这可以通过注射模塑法、粉剂包覆层(powder coating)、挤出或者任何本领域中的其它方法来执行。优选使用挤出。在此，预成形比在绳索的可加工性中起到很重要的作用。如果PR太高，这会导致绳索在挤出期间发生“装套(sleeving)”。绳索的“装套”是当外绞合线的松弛通过绳索通过紧密配合的孔的运动时积聚而产生的现象。外绞合线往往解开，从而导致正好在孔的前面形成开口的绳索。这种装套导致外绞合线交叉，这会使后续的绳索无法使用并且还由于外部绞合线乃至整个绳索的断裂而导致绳索的中断。

　　附图说明

　　现在将参照附图更详细地描述本发明，其中

　　—图1：显示了升降机用绳索的第一实施例的横截面；

　　—图2：显示了对用于粘附测试的测试主体的附图；

　　—图3：显示了所用的疲劳测试中的附图；

　　—图4：显示了升降机用绳索的第二实施例的横截面。

　　本发明的优选实施例说明

　　在图1显示的第一优选实施例中，通过下面的绳索公式制造7×19的绳索：

　　{[(0.44+6×0.37)7z+12×0.34]14z+6×[(0.34+6×0.31)10s+12×0.29]20s}LLZ

　　这是规则交叉的绞绳。该裸绳的直径是4.95毫米。绳索的绞矩LL在34至46毫米的范围内变化。

　　细丝具有如下的抗拉强度(表1)：

　　表1

　　细丝被镀锌。

　　在裸绳上得到如下的结果(表2)：

　　表2

　　该结果证实了在现有技术中已知的趋势，即随着绞矩的增大，断裂载荷和模量都增大。

　　选择具有34毫米的绞矩长度的绳索用于进一步的处理。它具有97.2％的预成形比。在裸绳的情况下断裂载荷是21.4千牛。

　　首先通过蒸汽脱脂步骤清洁绳索。

　　随后，牵引绳索经过浸渍槽，该浸渍槽容纳有溶解在异丙醇和水的混合物中的体积占1.5％的N-(2-氨乙基)-3-丙氨三甲氧基硅烷溶液。在浸渍之后风干。

　　下一步是，将绳索在挤出线中使用拜耳的Desmopan透明聚氨酯包覆。调节速度和压力以便得到填进绳索中的优化的PU(图1，114)填充物度。从图1的横截面可以估算出绞合线之间的弹性体填充度在20至30％之间。在加套之后，绳索具有21.7千牛的断裂载荷。

　　在处理的每个阶段期间，都取了样品并且进行了附着试验。附着试验的形式如图2所示。两根绳索(200和202)置于内部尺寸为50毫米×50毫米×12.5毫米的模子206中。模子由两个半部208和210构成。被试验的绳索200置于中央，同时引入环套202中的单根绳索填满了外部位置。一旦绳索定位了，模子半部208和210就闭合并且使用相同的PU进行填充，就如同加套一样。在24小时的静止周期之后，打开模子。中央绳子200夹紧在拉伸试验机的顶夹中，同时下方的夹子夹持绳索环套202。以大约50毫米/分钟的速度拉出中央绳索并且记录最大的力。这就是拉出力，即除以50毫米——绳索的嵌入长度——以便得到每毫米的拉出力。测试结果(牛顿/毫米)复制在下面的表3中。

　　表3

　　1号样品是仅仅具有锌包覆层的裸绳。2号样品是施加了功能有机硅烷之后的绳索；3号样品是用PU外部套包覆的绳索。根据本发明，拉出力必须至少为90牛顿/毫米。

　　接下来，模拟绳索在实际的升降机中的使用对绳索进行疲劳试验。试验如图3所示。由摆动滚筒308驱动的试验绳索302在试验滑轮306和307上循环地弯曲。绳索进一步牵引到施加了力310的换向滑轮304上方。应用如下的试验条件：

　　—试验滑轮406和407的直径：200毫米(即40×D)

　　—试验的绳索长度为350毫米

　　—施加的张力：1800牛顿或182牛顿/平方毫米

　　—摆动的频率：1秒一个完整的周期。

　　得到如下的结果：

　　表4

　　在导出之后，试验的有包覆层的绳索仍然显示了20.7千牛或初始断裂载荷的95％的断裂载荷。

　　第二优选实施例是绞合线为Warrington式配置的绳索。细丝如图4中那样配置。7×19W的绳索400具有如下的公式：。直径是5.0毫米，对于外绞合线产生8×D的绞矩长度。细丝被镀上了锌。抗拉强度等级如下面的表5所示：

　　表5