КОМПОНЕНТ ДЛЯ ЛИФТОВОЙ СИСТЕМЫ (ВАРИАНТЫ)
ELEVATOR SYSTEM COMPONENT (VERSIONS)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к лифтовым системам и, в частности, к шкивам, используемым в таких лифтовых системах.
Известная лифтовая система с канатоведущим шкивом обычно содержит кабину, противовес, по меньшей мере два тяговых элемента (такие как круглые канаты), соединяющие кабину с противовесом, перемещающий канатоведущий шкив для перемещения канатов, и вращающий приводной механизм для вращения канатоведущего шкива. В качестве приводного механизма может быть использован приводной механизм с зубчатой передачей или без зубчатой передачи. Приводной механизм с зубчатой передачей позволяет использовать высокоскоростной двигатель, являющийся более компактным и менее дорогим, для которого, тем не менее, необходимо дополнительное пространство и техобслуживание.
Канаты (канаты для кабины и противовеса или канаты для регулятора скорости) могут быть сформированы из скрученной стальной проволоки, а шкив (приводной шкив, отклоняющий шкив или регуляторный шкив) может быть выполнен из чугуна. Неуравновешенное натяжение на каждой стороне шкива, или деформация каната в результате приложения растягивающего напряжения, или несоосность шкива могут вызывать относительное перемещение каната и шкива. В результате контакта и относительного перемещения происходит износ шкива и стального каната. Кроме того, в случае использования регулятора скорости, шкив может быть использован для приложения к канату значительного растягивающего напряжения для приведения в действие лифтовых предохранительных устройств. Данная функции требует контроля трения между шкивом и канатом.
Иногда, при использовании больших канатоведущих шкивов, выполненных из чугуна, можно наблюдать их чрезмерный износ. Указанные шкивы функционируют вместе с канатами, выполненными с возможностью подъема и опускания лифтовых кабин в различных лифтовых системах, в которых, например, лифтовая кабина закреплена с помощью подъемных канатов, приводимых в движение подъемным двигателем. Лифтовые системы также могут использовать противовес, расположенный на противоположном конце их подъемных канатов. Пример лифтовой системы, содержащей противовес, описан в патенте США №3.610.342.
Известные канаты, выполненные из круглой стали, и шкивы, выполненные из чугуна, являются весьма надежными и экономически эффективными элементами, однако при их использовании выявлены недостатки. Одним из недостатков является действие сил тяги между указанными канатами и шкивом. Эти силы тяги могут увеличиться при увеличении угла обхвата канатов или при протачивании канавок в указанном шкиве. Однако при применении обоих способов может быть уменьшена долговечность канатов в результате повышенного износа канатов (угол обхвата) или повышенного канатного давления (протачивание канавок). Другой способ увеличения сил тяги предусматривает использование в канавках указанного шкива прокладок, выполненных из синтетического материала. Указанные прокладки могут увеличить коэффициент трения между канатами и шкивом при одновременной минимизации износа указанных канатов и шкива.
Другим фактором использования канатов, выполненных из круглой стали, является их гибкость и усталостные характеристики. Согласно современным нормам безопасности эксплуатации лифтов, каждый стальной канат имеет минимально допустимый диаметр, и соотношение D/d для лифтов с канатоведущими шкивами больше или равно (D/d≥40), где D представляет собой диаметр шкива. Чем больше диаметр D шкива, тем больше крутящий момент приводного механизма, необходимый для приведения в движение указанной лифтовой системы. Следовательно, чем больше крутящий момент, тем более ограничивающим фактором при эксплуатации лифта становится трение. Соответственно, необходимо создать шкивы, более устойчивые к трению и, благодаря этому, уменьшить коэффициенты износа поверхностей компонентов лифтовой системы.
Канаты и другие фрикционные элементы, используемые в лифтовых системах, могут быть модифицированы различными способами, включающими выбор материалов, способы плетения каната или другие способы его формирования, и покрытие каната материалом, устойчивым к трению, на сегодняшний день не было обнаружено усовершенствований, касающихся сопротивления шкивов трению и износу.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
-10
2
-10
2
Изобретение относится к шкивному устройству и к способу его изготовления. Шкивное устройство предназначено для использования в лифтовой системе, содержащей по меньшей мере один шкив с канатом или другим перемещающим фрикционным элементом лифтовой системы. В соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере на участок основной шкивной части, выполненной с возможностью взаимодействия с фрикционным элементом, может быть нанесено покрытие. Благодаря указанному покрытию коэффициент износа основной шкивной части составляет менее 2,0×10 мм/Н, и предпочтительны коэффициенты износа, составляющие менее 1,0×10 мм/H. Таким образом, коэффициент износа может быть уменьшен с 20% до 10% по сравнению с коэффициентом износа шкива без покрытия (т.е. уменьшение составляет более 80-90%). Необходимо выдерживать размеры покрытия и основной шкивной части для сохранения заданных формы и размера шкива до нанесения на него покрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан перспективный вид лифтовой системы, содержащей фрикционный привод в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показан вид сбоку на сечение фрикционного привода, иллюстрирующий тяговый элемент и шкив.
На фиг.3 показан перспективный вид привода в лифтовой системе, иллюстрирующий отклоняющий или дополнительный шкив.
На фиг.4 показан перспективный вид лифтовой системы, иллюстрирующий использование других шкивов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показана лифтовая система 12 с канатоведущим шкивом, содержащая кабину 14, противовес 16, фрикционный привод 18 и механический или двигательный привод 20. Фрикционный привод 18 содержит тяговый элемент 22, соединяющий кабину 14 и противовес 16, и канатоведущий шкив 24. Обычно шкивы изготовлены из чугуна, в настоящее время используют чугун марки 40, прочность которого составляет 40 KSI. Система, показанная на фиг.1, представляет собой канатную систему типа 1:1. Настоящее изобретениене не основано на использовании конкретной канатной системы и предлагает способ ремонта шкивных поверхностей для любых канатных систем, например канатных систем типа 2:1, и для любых других лифтовых систем, использующих шкивы и канаты или другие тяговые элементы.
Указанная лифтовая система может содержать по меньшей мере один отклоняющий шкив для получения необходимого расположения канатов в лифтовой шахте. Указанные канаты выполнены с возможностью взаимодействия с отклоняющим шкивом, который, в отличие от канатоведущего шкива, не приводит данные канаты в движение. На фиг.3 показан отклоняющий шкив 37, который отклоняет траекторию тягового элемента 32, приводимого в движение посредством приводного шкива 34.
Лифтовая система также может содержать систему безопасности, показанную на фиг.4, для предотвращения превышения кабиной 44 заданного ограничения. Указанная система безопасности может содержать регулятор скорости и защитные устройства. Указанный регулятор скорости содержит регуляторный канат 46, проходящий вдоль длины лифтовой шахты и соединенный с регуляторным шкивом 45 и натяжным механизмом 47. Если скорость кабины превышает заданное ограничение, то центробежный грузик, управляемый с помощью регуляторного шкива 45, отклонится наружу, размыкая выключатель и прекращая тем самым подачу электропитания на подъемное устройство. При дальнейшем увеличении скорости кабины указанный центробежный грузик может еще больше отклониться наружу и привести в действие регуляторный тормоз. Указанный регуляторный тормоз может приложить к регуляторному канату 46 тормозящую силу трения, вследствие чего может быть приведена в действие пара предохранительных клиньев 48 во взаимодействии с регуляторным канатом 46. Предохранительные клинья 48, прикрепленные к лифтовой кабине 44, выполнены с возможностью воздействия на лифтовые рельсовые направляющие.
Шкивы могут иметь различные формы и размеры в зависимости от конкретного использования, для которого они предназначены. Каждый шкив имеет заданную форму и размер для взаимодействия с по меньшей мере одним канатом или другим фрикционным элементом, входящим в состав лифтовой системы. Следует понимать, что использование в лифтовой системе любого шкива для фрикционного взаимодействия с фрикционным элементом не выходит за пределы объема настоящего изобретения.
На фиг.1 показан тяговый элемент 22, выполненный с возможностью взаимодействия со шкивом 24, так что вращение шкива 24 приводит в движение тяговый элемент 22 и вследствие этого кабину 14 и противовес 16. Приводной механизм 20 с зубчатой передачей выполнен с возможностью взаимодействия со шкивом 24 для его вращения. На чертеже показан приводной механизм 20 с зубчатой передачей, однако следует отметить, что данная конфигурация представлена только в целях иллюстрации, и, согласно настоящему изобретению, могут быть использованы приводной механизм с зубчатой передачей или без зубчатой передачи или другие лифтовые системы. Необходимым является использование шкива и фрикционного элемента, выполненного с возможностью взаимодействия с указанным шкивом.
На фиг.2 более подробно показаны тяговый элемент 22 и шкив 24. Шкивы, например шкив 24, были традиционно изготовлены из чугуна и были подвержены соответствующему износу и выполнены с соответствующим сопротивлением потерям на трение в системах меньшего масштаба. Тяговый элемент, показанный на фиг.2, представляет собой одинарный канат. Другие тяговые элементы образованы из скрученных прядей, каждая из которых состоит из металлических проволок. Кроме того, предусмотрено использование других тяговых элементов, поскольку лифтовые системы содержат различные канаты и другие фрикционные элементы, выполненные с возможностью контакта со шкивами. Необходимым является использование тягового элемента, выполненного с возможностью фрикционного взаимодействия со шкивом 24. Следует отметить, что шкив 24 показан на фиг.2 в виде отдельных частей, поскольку минимальное соотношение диаметра шкива и диаметра каната составляет 40:1.
3
2
Шкив 24, показанный на фиг.2, с покрытием 27, нанесенным на него в области, в которой тяговый элемент 22 взаимодействует с указанным шкивом. Толщина покрытия 27 показана в большем по сравнению с действительностью масштабе для иллюстрации ее соотношения со шкивом 24 и тяговым элементом 22. Шкив 24 имеет заданные ширину и диаметр перед нанесением на него покрытия 27, а после нанесения на него покрытия, согласно фиг.2, ширина W и диаметр D находятся в пределах допустимых значений и соответствуют техническим условиям для предварительно покрытых шкивов. Коэффициент износа шкива представляет собой по существу показатель степени износа поверхности указанного шкива. При оценке износа поверхностей объем износа (V) мм соответствует коэффициенту износа (К) мм/Н, умноженному на приложенную нагрузку (Р) Н и путь трения (D) мм. Формула выглядит следующим образом V=K(PD), где V, К, Р и D - обозначения, указанные выше.
-9
2
-10
2
-10
2
В качестве покрытия 27 может быть использовано любое покрытие, выполненное с возможностью уменьшения коэффициента износа области шкива 24, находящейся в контакте с тяговым элементом 22. Чугун марки 40, являющийся традиционным материалом для изготовления шкивов, имеет коэффициент К износа приблизительно составляющий 1,03×10 мм/Н. Предпочтительными являются коэффициенты износа, составляющие менее приблизительно 2,0×10 мм/Н, еще более предпочтительными являются коэффициенты износа, составляющие менее приблизительно 1,0×10 мм/Н. Это пересчитывается в коэффициент износа, составляющий приблизительно 20% от коэффициента износа непокрытого шкива 24 (т.е. 80% уменьшение коэффициента износа). Предпочтительным является уменьшение коэффициента износа приблизительно на 15%, и еще более предпочтительным является уменьшение коэффициента износа приблизительно на 10% от коэффициента износа непокрытого шкива. Было обнаружено, что указанное уменьшение на 80-90% значительно продлевает срок службы шкива и канатов или других фрикционных элементов, находящихся в контакте с таким покрытием.
В соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы различные покрытия. Примеры, не ограничивающие объем настоящего изобретения, включают использование чистых металлических порошков, таких как алюминий, кобальт, медь, железо, молибден, никель, кремний и титан. К порошкам металлических сплавов относятся сплавы по меньшей мере двух элементов, выбранных из алюминия, кобальта, меди, никеля, молибдена и железа. К порошкам карбидов металлов относятся карбид хрома и карбид вольфрама. К порошкам оксидной керамики относятся окись алюминия, окись хрома, окись титана и окись циркония. К металлическим проволокам относятся алюминиевая, кобальтовая, медная, железная, никелевая, молибденовая, титановая проволоки и проволока из сплавов по меньшей мере двух элементов, выбранных из алюминия, кобальта, меди, никеля, молибдена, кремния и железа, и проволоки, содержащие карбид хрома и карбид вольфрама,
Покрытия могут быть выбраны из группы, состоящей из кобальтовых сплавов, содержащих хром, молибдена, кобальто-фосфорных и никеле-вольфрамовых сплавов. Примерный кобальтовый сплав имеет торговое обозначение "Stellite 6" и имеет состав со следующими удельными весами компонент: приблизительно 27% хрома, 4% вольфрама, 3% железа и 3% никеля, и 1% кремния и 1% углерода. Молибден представляет собой элемент, а не сплав. Кобальто-фосфорный сплав представляет собой кобальтовый сплав, удельный вес фосформа в составе которого составляет от 4 до 6%. Удельные веса никеля и вольфрама в составе никеле-вольфрамовых сплавов составляют соответственно приблизительно 65% и 35%.
Покрытия могут быть нанесены различными способами. Необходимо нанести материал, металл, сплав, или другой материал, на соответствующую поверхность и позволить указанному материалу отвердеть и приклеиться к шкивной поверхности. К эффективным способам нанесения покрытий можно отнести высокоскоростную топливно-кислородную струю, плазменное напыление, холодное напыление, проволочную дугу, лазерное плакирование и электролитическое осаждение. После нанесения покрытия оно может быть сплавлено посредством дополнительного нагрева или этот этап может быть пропущен.
Толщина указанного покрытия может быть изменена в пределах приблизительно от 0, 1 мм до 1,25 мм, причем более тонкое покрытие менее дорого по стоимости материала и по стоимости его обработки. Предпочтительным является диапазон приблизительно от 0,125 мм до приблизительно 1,0 мм, и наиболее предпочтительным является диапазон приблизительно от 0, 15 мм до приблизительно 0,75 мм.
2
3
2
В соответствии с настоящим изобретением, проведена оценка ряда материалов, которые можно использовать в качестве покрытий для шкивов. Коэффициент К износа: К мм=V мм/(Р Н×D мм) может быть определен путем измерения объема V, выраженного в кубических миллиметрах, продуктов износа со шкивной поверхности, по мере того, как она подвержена нагрузке, выраженной в ньютонах (Н), на расстоянии, выраженном в миллиметрах. В течение одного дня были проведены испытания различных покрытий с использованием первой нагрузки, составляющей 444 ньютонов на расстоянии в 8,9 мм. Над выбранными покрытиями были проведены другие испытания с нагрузками, составляющими 222 ньютонов и 666 ньютонов. Ниже в Таблице 1 представлены результаты некоторых испытаний, указывающие на значительное улучшение вышеуказанного коэффициента К износа, выраженного в мм/Н.
ШКИВНОЕ ПОКРЫТИЕ
КОЭФФИЦИЕНТ ИЗНОСА К мм<sup>2</sup> Н=V мм<sup>3</sup>/(Р n×D мм)
КОЭФФИЦИЕНТ ИЗНОСА КАНАТА К мм<sup>2</sup> Н=V мм<sup>3</sup>/(Р n×D мм)
Чугун марки 40 (контрольный образец)
1,03×10<sup>-9</sup>
1,37×10<sup>-9</sup>
Кобальтохромовый сплав
1,87×10<sup>-10</sup>
5,01×10<sup>-10</sup>
Молибден
1,37×10<sup>-10</sup>
4,73×10<sup>-10</sup>
Кобальтофосфорный сплав
0,81×10<sup>-10</sup>
5,71×10<sup>-10</sup>
Никеле-вольфрамовый сплав
1,19×10<sup>-10</sup>
1,33×10<sup>-10</sup>
Согласно данным, представленным в Таблице 1, четыре покрытия, прошедшие испытания, в значительно снижают коэффициент износа шкива, и их использование приводит к улучшению износостойкости каната по сравнению с канатом, используемым для непокрытого шкива. В некоторых случаях коэффициент износа шкива может быть улучшен до значения менее 18,2% до 6,25% от контрольного коэффициента износа. Коэффициент износа каната может быть улучшен с 41,7% до 9,7% по сравнению с его контрольным значением.
Настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты реализации, однако для специалиста в данной области техники очевидно, что возможны изменения форм и деталей, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.