具有碳－碳合成材料的電梯安全制動器的製作方法

2023-08-03 17:49:16

專利名稱：具有碳－碳合成材料的電梯安全制動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於使如電梯轎廂這樣的垂直運動物體在超速條件下減速或制動的安全制動系統。本發明更特別涉及一種用於使具有碳-碳合成材料摩擦面的電梯轎廂減速或制動的電梯安全制動系統。
常用的安全制動系統被安裝在電梯轎廂上且包括一對楔形制動瓦，所述制動瓦具有基本上平的摩擦面。所述平的摩擦面通常被設置在T型導軌的導柱的相對側，所述T型導軌被支承在電梯井壁上。這些楔形制動瓦由限速器機構驅動，該限速器機構沿鄰接的導瓦組件對楔形制動瓦加載，而所述導瓦組件本身又對制動瓦的摩擦面加載以與導軌接觸而使轎廂減速或制動。
在通常的安全制動系統中，通過在7平方英寸的面積上施加大約8000磅/英寸2的壓強(55,000千帕×.0045米2)而對楔形塊施加大約56,000磅(250,000牛頓)的法向力載荷。使用在6米/秒的速度下、相對於導軌具有額定摩擦係數為大約0.15的鑄鐵摩擦面，作用在楔形塊上的56,000磅(250,000牛頓)的力會在楔形塊的摩擦面上產生大約11,200磅(50,000牛頓)的摩擦力。在使用了鑄鐵摩擦面的傳統電梯轎廂設計中，有四個摩擦面，這些摩擦面會產生大約總量為45,000磅(200,000牛頓)的潛在制動力。
當建造非常高的建築物時，需要高速、高載荷電梯(通常為4-8米/秒甚至會達到12.5米/秒)以能服務於這些建築物中的各個樓層，這種電梯具有達到大約16,000千克的載重量。因此，對這種電梯的安全制動要求也提高了。已經測定，由於高摩擦熱會導致過度磨損和摩擦係數的下降，所以傳統的灰口鑄鐵不能作為穩定的摩擦材料而在現代的電梯所要求的高速、高載荷下工作。因此，現需要一種由另外的摩擦材料製成的電梯安全制動瓦，其能保證低磨損及穩定的高摩擦以適用於安裝在很高建築物中的電梯的高速和高載荷。
本發明的一個目的在於提供一種用於制動電梯轎廂的電梯安全制動器。
本發明的另一個目的在於提供一種用於高速和高載荷電梯中的、具有穩定的高摩擦係數及低磨損的可靠的電梯安全制動器。
本發明的這些目的至少部份通過這樣一種安全制動器實現，所述安全制動器具有從一基座上形成的制動瓦和固定於所述基座上、用於與電梯導軌面接觸的摩擦面。至少部分摩擦面應包括碳-碳合成材料。所述安全制動器設有一致動器，其用於將制動瓦的摩擦材料壓靠在導軌面上以制動電梯轎廂。
未按比例繪出的附圖包括

圖1為電梯安全制動系統的簡易示意圖，所述制動系統帶有設置在導軌相對兩側的兩個楔形摩擦塊；圖2電梯安全制動瓦的簡易示意圖，所述制動瓦具有作用在面對制動瓦側的導軌上的碳-碳合成材料；圖3A和3B為一種用於本發明的二維編織碳-碳合成材料結構的平面和剖面圖；圖4A和4B為另一種用於本發明的二維編織碳-碳合成材料結構的平面和剖面圖；圖5為理想的碳-碳合成摩擦材料的三維編織結構。
圖1為本發明可用於其上的已知電梯的安全制動系統的簡化示意圖。該制動系統10包括一對致動器12，所述致動器被固定在電梯轎廂14上且位於支承在電梯井道(未示出)中的導軌16兩側。致動器12由楔形導瓦18部分形成，所述導瓦以大致垂直於導軌16的方向在支架20內移動。導瓦18通過彈簧22壓嚮導軌16。導瓦18具有一傾斜支承面24。一具有基座26的楔形制動瓦25設有一傾斜導向面28，該導向面與導瓦18的傾斜支承面24互補。制動瓦25被設置在導瓦18和導軌16之間。具有高摩擦材料的制動片32被固定在制動瓦座26的面向軌道的表面30上。含有多個滾子34的滾子組件設置在導瓦18的傾斜支承面24和與其互補的制動瓦25的相對面28之間。滾子34能分別在導瓦18和制動瓦25的互補相鄰面24和28之間提供低摩擦接觸。導瓦18由彈簧22作用一朝嚮導軌16的法向力FN，通過滾子34壓向制動瓦25。
在制動系統10動作的緊急狀況下，沿電梯轎廂14方向的力FA作用到楔形制動瓦25的基座26上，其會使制動瓦25移向電梯轎廂14。通常，由與限速器(未示出)相連的繩索，鋼絲或機械連動裝置提供力FA。導瓦18的傾斜互補面24和28及制動瓦座26分別使制動瓦25移嚮導軌26直至在制動片32和軌道16間形成接觸。如本領域有經驗的技術人員所知道的那樣，通過彈簧22產生的法向力FN使制動片32作用於導軌16。由法向力FN產生的制動力的大小基本上直接與制動片32上作用的高摩擦材料與導軌材料16間的摩擦係數μk成正比。當產生制動時，在制動片32上會聚集熱量，這會有害地改變制動片材料與導軌材料間的摩擦係數μk。對於給定的材料來說，如果溫度過高，那麼不但會造成高摩擦材料的變形或熔化，而且還會使材料硬度顯著降低，從而導致制動失效。
在現有技術中，已採用灰口鑄鐵來製作用於制動系統10的、具有摩擦面的制動片32。由於僅適用於低速、低載荷條件，所以灰口鑄鐵不能作為高速、高載荷條件下的穩定的摩擦材料。鑑於灰口鑄鐵在這些使用場合下所存在的缺點，已發現可用碳-碳合成材料代替作為制動片32上高摩擦材料的灰口鑄鐵材料。根據本發明，在下面將更詳細描述的、具有高碳-碳合成材料的制動片，能夠在達到每秒10米的限速度及16000千克的載荷率條件下工作的電梯所要求的條件下工作。已進一步發現，本發明的制動片在導軌鋼上具有顯著的機械韌性、耐熱衝擊性、很小的磨損率及在導軌鋼上具有合適的摩擦係數。
利用商業上適用的材料來完成各實施例，這些材料包括圖3A-4B所顯示的不規則低模量短切纖維，標準二維多層合成物，二維編織合成物，及三維編織合成物，例如圖5中所顯示的三維織帶。就編織合成物而言，使二維疊布穿透具有一定厚度的PAN纖維以提供增大的耐剪切斷裂性。三維織物具有在所有三個正交方向上一體織成的纖維。
在合成材料中，在與纖維主軸垂直以及平行兩個方向進行了測試。無規則低模量短切纖維和標準二維合成物不具備防止因高剪切載荷所形成斷裂的結構堅固性。已發現編織二維和三維織物是成功的。且三維織物被確定為最佳合成材料。三維織物材料由BF Good rich製造且其銷售商標為SupercarbⅡ。該材料具有圖4所示的三維織物結構。
因此，由三維碳-碳合成物SupercarbⅡ材料製得的12毫米×25毫米瓦片被固定在一鋼製基片上以形成一測試片，並且合成材料的邊緣設有倒角。該測試片被施加了17,000牛頓的法向力作用在一個旋轉的、2米直徑的圓盤上，這用於模擬在高載荷及高速度下、在常用的鋼製電梯井導軌面上的緊急制動。產生了大約5,500牛頓的摩擦力，它表明材料與軌鋼具有大約0.25的正常摩擦係數，該摩擦係數與常用的灰口鑄鐵30大致相同。合成材料片表現出極小的磨損，而常用的灰口鑄鐵30卻產生了10％的磨損。因此，實際上合成材料未對導軌造成損壞。所述材料也在乾淨的以及生鏽的導軌條件下進行模擬。
參照圖2，通過壓制或其它形成合成材料的方式在制動瓦座的面嚮導軌的表面30處使合成材料36固定在制動瓦座26上，以便形成梯形座部38和從該處延伸的導軌接觸面40。使梯形座38固定到設置在制動瓦座26上的相應梯形槽42中。當然，也可採用其它方式將合成材料36固定到基座26上，這些方式包括機械緊固件或粘合劑，但不局限於此。
從此前的描述中可知，本發明已披露了用於制動電梯的安全制動系統的幾個實施例。此處所用的碳-碳合成材料具有高摩擦係數，其優點在於可以使用較低的法向力和較小、較輕的彈簧以及安全設備。應當理解，這裡描述的實施例僅僅體現了是對本發明的原理。本領域有經驗的技術人員可對其進行能體現本發明原理並落入本發明思想和範圍的多種改進。因此，應通過附加權利要求和其適合的解釋來限定本發明。
權利要求
1.一種用於制動電梯轎廂的電梯安全制動器，該制動器包括一制動瓦，其具有一基座，還具有固定在所述基座上、用於接觸電梯導軌表面的摩擦表面，其特徵在於，至少一部分摩擦表面由碳-碳合成材料構成；以及用於將制動瓦的摩擦材料壓靠在導軌表面上以制動電梯轎廂的裝置。
2.根據權利要求1所述的制動器，其特徵在於碳-碳合成材料具有二維編織結構。
3.根據權利要求1所述的制動器，其特徵在於碳-碳合成材料為三維織物。
4.根據權利要求1所述的制動器，其特徵在於摩擦表面為固定於基座上的一片合成材料。
5.根據權利要求4所述的制動器，其特徵在於碳-碳合成材料具有二維編織結構。
6.根據權利要求4所述的制動器，其特徵在於碳-碳合成材料為三維織物。
7.根據權利要求1所述的制動器，其特徵在於合成材料具有梯形座及一導軌接觸表面，且其中制動瓦基座具有一用於容納梯形合成摩擦材料座的梯形槽。
8.根據權利要求7所述的制動器，其特徵在於碳-碳合成材料具有二維編織結構。
9.根據權利要求7所述的制動器，其特徵在於碳-碳合成材料為三維織物。
全文摘要
用於制動電梯轎廂的電梯安全制動器設有制動瓦,該制動瓦具有用於接觸電梯導軌面以提供制動力的碳－碳合成材料摩擦面。由碳－碳合成材料製成的制動瓦摩擦面表現出了穩定的高摩擦及低磨損性能,適於安裝在很高建築物中的高速、高載荷電梯上。
文檔編號F16D65/14GK1220965SQ98123150
公開日1999年6月30日 申請日期1998年11月5日 優先權日1997年11月6日
發明者M·S·湯普森, D·W·麥基, J·T·比爾斯, M·C·朗, P·H·麥克魯斯基, F·J·魯斯爾, J·A·L·勒道克斯, D·T·恩古雲, P·本納特 申請人:奧蒂斯電梯公司