多股絞合的合成纖維繩索的製作方法

2023-05-07 01:55:31

專利名稱：多股絞合的合成纖維繩索的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的合成纖維繩索，優選芳族聚醯胺纖維。尤其在材料搬運工藝中，例如在升降機上，在起重機的構造中，及在採礦中，繩索是一種重要機器元件並經受荷重用途。一種特別複雜的方面是被驅動的繩索或在滑輪上負荷的繩索的荷載，例如用於升降機構造中繩索的負載。
在普通升降機裝置中，在升降機吊車路徑上移動的機相吊索和平衡重量部件是由一條鋼絲繩索連接在一起。為了使機箱和平衡重量部件上升和下降，繩索是在一牽引滑車槽輪上運行，該槽輪是由驅動馬達驅動。驅動的扭力矩是通過摩擦傳遞給繩索截面，而繩索在任何力矩下都是處於包角中。在包角的這一點上繩索要經受很高的橫向切力作用。當載重的繩索通過牽引滑車槽輪逆變轉動時，繩索中各股線彼此相對運動以補償拉伸應力的差別。纏繞在轉鼓上的繩索與用於升降機或起重機中的情況一樣。
在某些升降機裝置中，需要很長的繩索，但是從能量概念考慮卻要求最小可能的質量或重量。高抗張強度的合成纖維繩索，例如芳族聚醯胺類或簡名為阿拉米德類(aramides)的纖維具有高度取向的分子鏈，能比鋼絲繩索更好地滿足這些要求。
與同樣橫截面面積的普通鋼絲繩索相比，由芳族聚醯胺纖維構制的繩索具有高得多的牽拉升降能力，並且其比重僅為鋼絲繩的五分之一至六分之一。然而，與鋼絲相比，芳族聚醯胺纖維的原子結構又導致其具有低的扯斷伸長率和低的剪切強度。
因而芳族聚醯胺纖維，當它們通過牽引滑車槽輪時只能經受最小可能的橫向應力，例如EP 0672,781 A1提出芳族聚醯胺纖維繩索適用作牽引繩索。在各股線的最外層和內層之間，有一中間護套可防止不同層各股線之間發生接觸並以此減少它們彼此相對摩擦引起的磨損。至今所述的已知芳族聚醯胺繩索具有滿意的使用壽命值，耐磨蝕，及在反覆彎曲應力下的疲勞強度；然而，已經確認，由於平行扭絞便有這樣的可能性，即在永久性載荷的牽引繩索中，在開始移動至牽引滑車槽輪處的繩索截面上便有一種內扭力矩起作用，並且當繩索通過牽引滑車槽輪時這種截面用繞縱軸扭絞(twist)或不扭絞(untwist)。產生應力的後果，有可能發生結構的變化，這種變化會導致各最外部的股線變得過長。這些過多的長度以繩索重複通過牽引滑車槽輪方式在繩索內傳輸。繩索結構上的這種變化是不希望的，因為它會導致繩索斷裂負荷的減少或者甚至導致繩索斷裂。
本發明的目的是避免已知合成纖維繩的這些缺點並提出一種具有非扭絞(non-twisting)結構的合成纖維繩索。
根據本發明，這一目的是通過合成繩索的製法得到實現，該繩索的一些特徵已描述於權利要求1中。
本發明產生的一些優點涉及這樣的事實，即在荷載下由於繩索結構的原因而產生的某些扭力矩，是通過將外層一些股線的絞捻方向相反於承載它們的內部股線的絞捻方向的辦法，使彼此抵銷掉，得到外部為非扭絞的繩索結構。原則上，用本發明的任何繩索均可獲得某些缺點，即繩索處於張力載荷下無論是否用於牽動或靜態方式，均有優點。
由不同直徑的股線來構制內股線層是有優點的。將大直徑股線與小直徑股線進行交替排列，可得到一種幾乎為園形截面和高填充效率的股線層。總體上，然後將各股線緊密排列在一起並使彼此支撐，得到一種很密實的和牢固的扭絞，在牽引滑車槽輪上變形很少，並證明沒有松卷傾向。
而且，由於處於頂部並彼此平行的不同層的股線沿它們的長度會發生接觸，結果得到垂直於各股線的很低的表面壓力水平。這種情況以同樣方式應用於股線的芳族聚醯胺纖維。如果一種股線的合成纖維以與各股線本身相同的扭絞方向扭絞，便可得到改進了的扭絞內聚力。
而且，平行扭絞的各股線的使用壽命能夠增加，如果，例如，在具有兩層的平行扭絞的繩索中一層股線中各股線纖維的絞捻方向相反於另一層各股線中纖維的絞捻方向的話。
在本發明一優選實施方案中，作用於合成纖維繩索的各種力在各股線整個橫截面上獲得了有利的分布，其方法是使外側的各股線與內股線層的各股線以1.5與1.8之間的扭矩長度之比進行扭絞。當繩索處於負荷時，這便得到在所有高張力股線上的均勻的應力分布。這意味著所有股線對繩索的抗張強度都有貢獻，以此便可得到在反覆彎曲應力下的高疲勞強度和繩索總的長使用壽命。
在權利要求1中所述的本發明優越的發展和改進，還在從屬權利要求中作了描述。
更詳細的描述可參照附圖中所說明的一些實施方案說明如下，在附圖中表示了本發明的由多層股線構製成的相反絞矩的繩索。附圖如下

圖1是具有2∶1繩索牽拉距離的升降機裝置的示意圖；圖2是根據本發明的相反絞矩繩索的第一實施方案透視圖；圖3是本發明第二實施方案的橫截面視圖。
圖1表示在兩個反回滑輪2，3上具有2∶1繩索牽拉距離安排的升降機裝置的示意圖。以這樣的安排，用於牽引繩索1的繩索末端連接器4沒有緊固於機箱5和平衡重量部件6，但在每一情況下都緊固於絞車升降路徑的頂端7。承載機箱5和平衡重量部件的牽引繩索1反覆可逆地運動至兩個反回滑輪2和3處和牽引滑車槽輪8處的可逆升降，可清楚地看到。
圖2表示本發明的牽引繩索1的第一實施方案。用在升降機繩索1中的股線9，10，11，12是由單根芳族聚醯胺纖維絞捻或扭絞在一起。為了保護纖維，每個單根芳族聚醯胺纖維，及股線9，10，11，12的本身，都用浸漬物質，例如聚氨酯溶液，給予處理。根據所要求的反覆彎曲的性能，聚氨酯的使用比例可在百分之十與六十之間。
牽引繩索1是由核芯股線9構成，圍繞芯線9的是在第一股線層14中將五根相同的股線10以第一扭絞方向13而螺旋形地扭絞在一起，與它們一起有第二股線層15中的十根股線10，11以平行扭絞方式處於纖維絞捻方向與股線扭絞方向之間的平衡比例中。芳族聚醯胺纖維的絞捻方向可以相同或相反於它們所屬股線層的股線的扭絞方向。在以相同扭絞方向情況下，在未負荷條件下可獲得更好的絞合內聚力。如果第一股線層13中的纖維的絞捻方向是相反於第二股線層16中各股線10，11的纖維的絞捻方向，或者二者相反，繩索的使用壽命均可延長。
第二股線層16包含有每種五根相同股線10，11的兩種類型的交替排列。具有較大直徑的五根股線11螺旋形地排列在支持它們的第一股線層14的空隙中，而具有直徑相同於第一股線層14的股線10的五根股線10排列在支持它們的第一股線層14外面最高點上，並以此填充滿具有較大直徑的兩個相鄰股線11之間的一些空隙。以此方法，雙平行扭絞的繩索核芯19可容納幾乎為圓形外部輪廓的第二股線層16，核芯19與中間護套20相結合可提供更進一步的優點，這將描述於下。
當牽引繩索1處於縱向負荷時，繩索核芯19的平行扭絞便產生一種扭力矩，該扭力矩相反於扭絞方向13。
與繩索的核芯9一起，約有十七根股線12以繩絞方式按照第二扭絞方向15而相反於第一扭絞方向13扭絞在一起，形成了股線22的外包層。在說明實施方案中，排列在外側12上的一些股線與內部各股線層14，16的各股線10，11的螺距長度之比是1.6。總地來說，對於相反扭絞方向，螺距長度之比在1.5至1.8範圍內較優越。這可以得到一種內部兩股線層14，16的螺旋形排列股線10，11和外包股線層21的股線12，的基本上相同的螺旋角並且有允許偏差範圍為±2角度。在載荷下，外包股線層21的扭絞會產生一種與第二扭絞方向15成相反方向的扭力矩。
在以第二扭絞方向扭絞的外包股線層21與第二股線層16的股線10，11之間有一種中間護套20。該中間護套採用管子形狀包封著第二股線層16並防止股線10，11與股線12接觸。這樣，便可防止當牽引繩索1在牽引滑車槽輪8上運行時由股線10，11，12之間相對運動彼此相對摩擦引起的股線10，11，12的磨損。
中間護套20還有一種功能是傳送扭力矩，它是當牽引繩索1處於載何下在外負股線層21中所產生的，並由此傳送給繩索核芯19，它以第一扭絞方向13平行扭絞便產生一種扭力矩，該扭力矩與繩索處於縱向載荷下的扭絞方向成相反方向。而且，中間護套20是由彈性形變材料如聚氨酯或聚酯彈性體製成，是模壓或擠壓到繩索核芯9上。在外包股線層21的中心作用的收縮力之下，中間護套20便發生彈性變形，緊密地針對股線層16和21的外周護套的異形輪廓，並填充滿所有的間隙22。
中間護套的彈性必須大於股線浸漬層的彈性與支持股線材料的彈性，以便防止它們提早損壞。另一方面，中間護套20的總伸長率需在所有情況下大於股線10，11，12彼此相對的最大運動。同時，在股線10，11，12與中間護套20之間的摩擦係數u＞0.15的這樣選擇，這實際上在各股線與中間護套20之間不致發生相對運動，而是中間護套20通過彈性變形來伴隨補償運動。
中間護套20的厚度23可用來以控制方式設定外包股線層12到牽引繩索1旋轉中心之間的徑向距離24並以此來平衡外包股線層21的扭矩與在負荷牽引繩索1中以相反方向上起作用的平行扭絞的繩索核芯19之間扭矩之比。對中間護套20所選擇的厚度必需隨著股線12和/或股線9及10的直徑的增加而增加。在所有情況下，中間護套20的厚度23必須給予這樣的尺寸以保證在負荷下，當流程完成和各股線22之間的間隙完全填充滿時，還能在相鄰各股線層16和21的股線10，11，及12之間仍保持0.1mm護套厚度。這種彈性形變的中間護套21能引起第二股線層的整個外周護套表面上扭力矩的均勻化傳遞。結果，外包股線層21的收縮力和外包股線層21的扭力矩不再對各股線外面的最高點17起主要作用。而只是廣泛擴展於外周護套的整個表面。這樣可避免高濃集的力並代之以作用於表面上的較小量級的表面力。在各股線之間的間隙22的體積可通過在第二股線層16中大直徑股線11和較小直徑股線10的交替排列而得到減小。
在另一實施方案中，第二股線層16不是包封在中間護套中作為一個整體，而是股線10，11和/或12每個都是被適當彈性合成材料的護套圍繞著。與此相關聯，需注意，護套材料的摩擦係數要儘可能高些。
已經提供了一種繩索護套25用作芳族聚醯胺纖維股線的保護護套。繩索護套25是由合成材料，優選聚氨酯，製成，這可保證在牽引滑車槽輪8上的摩擦係數為所需值u的摩擦係數。而且，合成材料護套的耐磨蝕也有嚴格的要求，需使升降機繩索在牽引滑車槽輪中運動時不致發生損壞。繩索護套25要與外包股線層21很好地結合，以便當牽引繩索1在牽引滑車槽輪上運行時，這時會在它們之間會產生橫向力和壓力，不再發生相對運動。
除過包封了整個外包股線層21的繩索護套25之外，每個單獨股線還增加提供以分開的，無縫護套26。然而牽引繩索1的其餘結構保持不變。
圖3表示本發明繩索第二實施方案的結構截面視圖，該繩索在未負荷狀態具有相反的扭絞方向。儘可能地，其部件與上述第一實施方案相同，這些部件引用了相同的標號。在該第二實施方案中股線27也扭絞而形成了外包股線層28，與繩索核芯29成相反扭絞方向。外包股線層28包括有十三根股線12並由繩索護套30包覆著。一種中間護套31位於外包股線層28與繩索核芯29之間。該中間護套31固封了外包股線層28和繩索核芯29的一些相鄰護套的表面，並且完全填充滿了股線27之間的間隙32。關於中間護套31的材料，尺寸及功能，與上述第一實施方案的中間護套相同。繩索的核芯29是芳族聚醯胺纖維製成的三種不同粗細的股線33，34，35構成，三股線33形成了繩索，圍繞著繩索核芯29的是股線34和股線35以交替序列和平行扭絞方式扭絞在一起。
除過上述幾個實施方案之外，一層或多層外包股線層可以彼此共軸扭絞在一起，但每層具有扭矩相反於支持它們的股線層。而且，也可以創造多種扭絞的外包股線層。本發明取得了優越的效果，但還需注意，由各股線層產生的一些扭力矩常常是相互補償的。
除過用於各種升降機中和架空索道之外，本發明的繩索可用於材料搬運的各種裝置中，例如用於各種升降機，吊索，房屋建築起重機，工廠或造船用起重機，滑雪升降機或用於自動樓梯。繩索可用牽引滑車槽輪驅動或由繩索圈繞於其上的轉鼓驅動。
也與純粹用作懸吊繩索一樣，本發明的繩索可用於寬廣範圍的設備中，用於搬運材料，例子為升降機，礦井中懸吊齒輪，室內起重機，造船起重機，架空索道，及滑雪升降梯，以及自動樓梯上的牽引工具。驅動和傳動可利用牽引滑輪或Kotpe滑輪上的摩擦力，或用纏繞在旋轉繩索轉鼓上的繩索。提升繩索是被理解為牽動的，被傳動的繩索，它有時也指一種牽引或懸吊的繩索。
權利要求
1.合成纖維繩索，是由載重的合成纖維股線(10，11，12)組成，它們扭絞在一起形成了至少為兩個同心股線層(14，16)，其特徵在於最外面的股線層(21)的股線(12)扭絞的方向與其鄰接的內股線層(16)的扭絞方向相反，這些層股線扭絞在一起。
2.根據權利要求1所述的合成纖維繩索，其特徵在於內股線層(16)含有不同直徑的股線(10，11)。
3.根據權利要求1所述的合成纖維繩索，其特徵在於各股線(9，10，11，12)是由彼此平行排列的芳族聚醯胺纖維組成。
4.根據權利要求1所述的合成纖維繩索，其特徵在於合成纖維的絞捻方向，是與它們所在的股線層(16，21)的各股線(10，11，12)成相同扭絞方向(13，15)。
5.根據權利要求1所述的繩索，其特徵在於內股線層(16)的各股線(10，11)是以扭絞方向平行於承載它們的繩索核芯(19)的相鄰股線層(14)的扭絞方向而扭絞在一起，相鄰股線層(14)的各股線(10)的纖維的絞捻方向是相反於內股線層(16)各股線(10，11)的纖維的絞捻方向。
全文摘要
涉及一種承重的由芳族聚醯胺纖維股線(9,10,11)彼此以同心股線層(14,16)扭絞在一起的繩索,提出的扭絞方向是最外股線層(12)的股線(12)相反於繩索核芯(19),一起扭絞。由於相反的扭絞,在各股線層(14,16,21)中發生的扭力矩在負荷下便彼此抵消;得到了一種無扭絞的繩索結構。在相反扭絞股線層(16,21)之間的彈性中間護套(20)是用來保護各股線(10,11,12)不受磨損和在升降機繩索(1)的寬廣面積內傳遞扭力矩。
文檔編號D07B1/16GK1252468SQ99121888
公開日2000年5月10日 申請日期1999年10月22日 優先權日1998年10月23日
發明者克勞迪奧·迪安吉利斯 申請人:因溫特奧股份公司