升降機用繩索的制作方法

專利名稱：升降機用繩索的制作方法
技術領域：
本發明涉及升降機用繩索，該升降機用繩索包括芯部絞合線、外絞合線和至少附著到該外絞合線上的彈性套。
背景技術：
對升降機用繩索主要有兩個要求安全性和使用壽命。對升降機用繩索的要求在歐洲標準EN 81-11998+AC1999中進行了描述，更相關的部分是9.1、9.2和9.3以及附件M和N。
安全性是通過檢查(視覺以及定期的時間間隔)、冗余(至少使用兩根繩索來運載車)和安全系數(下文稱作SF，即繩索的斷裂載荷與車和貨物的最大載荷的比)來保證的，該安全系數必須大于某個數值(例如在使用3根繩索時為12)。
通過對導輪和繩索的設計使使用壽命最大化。
首先是導輪上金屬與金屬接觸的重要性—硬的和拉伸性較強的金屬絲會導致導輪和繩索的過量磨損，因此僅僅可以使用拉伸性較低的金屬絲。
—金屬絲施加在導輪上的壓力必須充分低，這就要求繩索相對較粗。
第二是繩索設計—較短絞矩長度的纜線絞合線具有較長的使用壽命。
—使用平行的絞矩可以在金屬絲之間產生線接觸，這種線接觸使金屬絲之間產生較少的切割從而產生較長的使用壽命。
—最小導輪直徑為繩索直徑的40倍可以在金屬絲中產生較低的彎曲應力，因此進一步延長了繩索的使用壽命。
—使用潤滑劑浸漬織物芯部來延長使用壽命。
這些要求導致生成本領域中已知的升降機用繩索。即通常由1200至2050牛頓/平方毫米的抗拉強度的裸繩或電鍍鋼絲組成的8根絞合線圍繞潤滑的織物材料(例如劍麻)芯部的金屬絲繩。絞合線自身通常包含19至36根金屬絲并且為平行的絞矩式例如Warrington、Seale，或者為填充式或組合式例如Warrington-Seale。繩索中的絞合線的絞矩長度通常是繩索直徑的5到6倍。繩索的尺寸根據升降機的車和它的負載的總質量來選取。直徑的范圍從6到22毫米，而8至11毫米之間的尺寸最為廣泛。國際標準ISO4344大體上描述了這些繩索。
雖然一百多年來，現有技術的繩索能夠滿足這些要求，但是它們具有一些內在的缺點。首先，要求相對較粗的繩索以便降低牽引導輪上的繩索壓力，同時跟隨的牽引和轉向導輪的直徑必須至少為繩索直徑40倍的要求導致需要較大的導輪并且因此需要較大的機器空間。其次，相對于繩索直徑相對較小的纜線絞矩產生了較低的模量，或產生較高的彈性延伸，從而車相對于地面的高度位置取決于負載。第三，織物芯部產生蠕變，這就迫使在繩索使用的初始階段一定要經常調節繩索長度。第四個缺點是潤滑的芯部經常需要輔助潤滑，這會相當大地改變繩索驅動滑輪的牽引力，從而產生導輪和繩索之間不可控制的摩擦系數。
近來，已經提出使用具有小尺寸、高拉伸的金屬絲以及在繩索內部或者外部具有彈性包覆層的升降機用繩索來克服這些問題的解決方案。如EP1213250A1中這種配置確實能夠消除要求導輪相對較大并且因此機器空間較大的第一個缺點，但是它沒有解決繩索塑性延伸的第二個缺點以及蠕變現象這個缺點。另外，它沒有解決如何保持繩索完整的問題，因為它是由完全不同的材料組成的。因此，沒有針對目前使用的繩索存在的第五個缺點來提出如何來維持或延長繩索的使用壽命。

發明內容
本發明的一個目的是消除現有技術的缺點。本發明的另一個目的是提供一種具有高模量和低蠕變的繩索。本發明的另一個目的是免除繩索對經常輔助潤滑的需要。本發明的另一個目的是延長繩索的使用壽命。本發明的另一個目的是生產升降機用繩索的方法。
根據本發明的升降機用繩索包括芯部絞合線和至少五根繞著芯部絞合線絞合的外絞合線。這些絞合線包括多根鋼絲，這些鋼絲首先至少通過一個絞合和/或成股操作絞合在一起。絞合線在最后的步驟中組合成繩索。這樣組合的繩索的裸繩(即未施加涂層)直徑為D。裸繩直徑D可以看作是與裸繩的橫截面外接的最小虛圓的直徑。應用到外絞合線上的絞矩長度至少為D的6.5倍。優選絞矩長度小于D的12倍。并且最為優選的是，處于7到10倍之間。這種裸繩還配設有可以是橡膠或聚氨酯的彈性套。
彈性體粘附到裸繩上，具有以牛頓/毫米表示的拉出力不小于15×D+15，其中D以毫米表示。更優選的是大于15×D+30牛頓/毫米的值。
由于鋼芯部絞合線和較長的絞矩長度規格，根據本發明的升降機用繩索具有比現有技術中的繩索高的模量。這樣，就解決了現有技術中的繩索的第二個缺點。鋼芯部絞合線也不需要輔助潤滑因此消除了第四個缺點。
令人驚奇的是，根據本發明的具有較長絞矩長度的升降機用繩索在疲勞試驗中還顯示了非常良好的性能。并且因為疲勞試驗通常都被認為是在升降機用繩索這個領域中作為使用壽命的良好指示，因此本發明為第五個缺點提供了解決方案。只有當使用至少是充分地附著到繩索的外絞合線上的彈性體來給繩索加套一次形成合成結構時，才獲得這種令人驚奇的效果。附著力是非常關鍵的，因為通過導輪施加的所有提升力都通過護套和裸繩之間產生的剪切力傳遞給裸繩。如果缺乏附著力，就會迅速導致護套與裸繩分離，從而導致護套和裸繩的過早失效，因為護套會被裸繩割斷并且裸繩不再由護套在結構上進行保持。為了得到令人驚奇的效果，發現令人滿意的拉出力的最小等級為15×D+15牛頓/毫米。
雖然在現有技術中，由于過量的潤滑會導致繩索牽引力的損失，但是這在本發明的繩索中不存在了。聚合物護套確保導輪和繩索之間非常良好的牽引力。當車處于它的路徑的末端時，一些安全特性(例如EN 81.1、9.3(c)節)要求滑動受到控制，以便防止繩索在沒有停止的驅動導輪一側放松并且在另一側過載。這一點可以通過選擇和/或調節聚合物成分或者通過調節導輪涂層例如摩擦減小層來便利地實現。
因為根據本發明的升降機用繩索沒有織物芯部，由于鋼芯部絞合線是不可壓縮的，所以就消除了蠕變，該蠕變是由于在使用過程中織物芯部的緩慢擠壓從而導致較小的繩索直徑以及細長的外絞合線而產生的。這樣就消除了第三個缺點。
現在將更詳細地描述本發明。
用于本發明的鋼絲的鋼優選具有普通碳鋼成分。這種鋼通常包括的最小碳含量為0.40wt％，或至少0.70wt％，但是最優選地至少0.80wt％并且最大為1.1wt％，錳含量從0.10變化到0.90wt％，優選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鉻(0.2至0.4wt％)、硼、鈷、鎳、釩(沒有完全列舉)。
使用的鋼絲可以沒有任何包覆層。或者鋼絲也可以使用含有62.5至75wt％的Cu成分并且其余的是鋅的黃銅來進行電鍍。總鍍層質量在0至10g/kg之間。或者鋼絲可以使用鋅進行電鍍，其中每千克金屬絲具有質量從0至100克的鋅鍍層。鋅可以通過電解過程或者通過熱浸漬過程施加到金屬絲上，隨后進行或者不進行擦拭操作以便減少鋅的總重量。因為熱浸漬操作期間，形成的鋅的腐蝕保護以及鐵鋅合金層的存在，所以優選使用后種包覆類型。其它包覆層類型例如三重包覆層或者通過等離子處理施加的涂層也同等地包含在本發明中。應該理解，涂層類型的列舉并沒未窮盡。應該理解，絞合線的包覆類型也可以不同。
形成外絞合線的鋼絲具有大于2650牛頓/平方毫米的抗拉強度或者更優選大于3000牛頓/平方毫米，甚至更優選大于4000牛頓/平方毫米，并且后者為本領域現在可實現的最高的最小抗拉強度。抗拉強度越高，對于相同的斷裂載荷金屬絲就可以越小，絞合線也可以越小，升降機用繩索越小，導輪就可以越小因此降低了用于驅動機器的空間要求。這樣就消除了現有技術中的第一個缺點。
還有本發明的有利次要作用是使用更長的絞矩長度，就能更好的利用絞合線的強度，因為絞合線會沿著牽引力的方向更好地排列。所以為了獲得升降機用繩索的相同斷裂載荷等級，當使用更長的繩索絞矩長度時可以減小外絞合線的斷裂載荷，因此外絞合線以及因此總的繩索可以變細，從而再次消除現有技術中的第一缺點。
由于通過使用更高拉伸強度的金屬絲獲得減小的金屬表面Ametal，可以期望在長度為L的繩索上增大最小和最大負載之間的延伸ΔL。確實，繩索的模量E沒有隨著金屬絲增大的抗拉強度而改變，但是金屬表面積確實減小了，這導致根據已知的公式產生較大的延伸ALΔL=L·ΔFE·Ametal]]>其中ΔF表示最大和最小負載之差。本發明的另一個有利的次要作用是更長的絞矩長度補償了這一點，因為它們會產生更高的E模量。
優選外絞合線具有與繩索的絞矩方向相反的絞矩方向。
中央絞合線的鋼絲的拉伸強度等級是沒有定限界的，但是更優選它們的抗拉強度低于2650牛頓/平方毫米。更優選它們具有低于2400牛頓/平方毫米的抗拉強度，更為優選的是低于2100牛頓/平方毫米的抗拉強度。雖然芯部較低的抗拉強度會導致繩索較低的斷裂載荷，但是卻具有提高疲勞抵抗性能的優點。
不同類型的外絞合線可以包括6根或者更多的金屬絲。更為優選的是它們包含7根金屬絲，更優選的是19根或者更多。它們可以根據本領域中已知的任何配置來組合，例如根據交叉的絞矩(cross lay)，根據warrington平行絞矩，根據Seale平行絞矩，或者平行絞矩的任何組合。平行絞矩優選優先于交叉絞矩。對于本領域的普通技術人員而言，顯而易見，為了實現這種配置必須使用不同的絲直徑。
繩索必須包含至少5根外絞合線，更優選6根外絞合線并且最為優選的是8根外絞合線，雖然9根也是可以的。
芯部絞合線優選但是不必一定與外絞合線具有相同的配置。芯部絞合線的直徑并且因此芯部絞合線中的金屬絲的直徑通過至少使外絞合線彼此不會接觸的這種方式來選取。更為優選的是外絞合線之間的間隙至少是D的0.010倍，更為優選的是大于D的0.020倍，更為優選的是大于D的0.025倍。考慮的間隙是垂直于絞合線的方向。注意到間隙隨著絞矩長度的變長而增大。因此根據本發明較大的絞矩長度有利于增大間隙。
需要間隙以便允許絞合線之間的彈性體流動。這樣絞合線之間的空隙可以填充到一定的“填充度”。“填充度”可以通過如下來規定-當取垂直于繩索的裸繩橫截面時，外接圓(具有直徑D)內部的特定面積不會被鋼占據并且是空的。將這個面積稱為“Avoid”。
—當取垂直于繩索的具有包覆層的繩索橫截面時，外接圓內部的空隙的特定面積被彈性體占據。這個面積稱為“Aelastomer”。
現在填充度可以便利地表述為Aelastomer與Avold的百分比。根據本發明，需要15％的填充度，雖然更希望大于30％的填充度。作為次要的作用，良好的填充度也有利于固定升降機用繩索中的外絞合線，從而增大升降機用繩索的模量，這有助于消除現有技術中的第二個缺點。
用于護套的彈性體包括任何可以使用足夠的附著力便利地施加于繩索的彈性材料。因為可以使用彈性體橡膠。升降機用繩索使用的特定環境確定化合物的選取。橡膠化合物可以是具有耐火性能的聚氯丁烯橡膠。當升降機用繩索在低溫環境或者具有油的環境中使用時，橡膠化合物也可以是腈橡膠或者EPDM橡膠即乙烯-丙烯二烯改性的三元共聚物，由于它具有適當減弱的阻抗和較低的摩擦。
更優選的是可以使用熱塑性彈性體(TPE)。非限定的實例是聚苯乙烯/彈性體嵌段共聚物、聚氨酯(PU)或者聚氨酯共聚物、聚酰胺/彈性體嵌段共聚物、熱塑性硫化橡膠。優選使用熱塑性聚氨酯。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。優選聚合物材料具有在30A和90D之間變化的肖氏硬度。也優選使用透明的熱塑性彈性體。還允許視覺檢查金屬繩索以免繩索可能損壞。
護套的厚度沒有限制。因為護套在特定點的厚度可以理解為垂直于纜線方向的平面中護套表面的點和最近的金屬點之間最短的距離。優選在護套的每個外部點處厚度為0.0至2.0毫米。涂層可以遵照裸繩纜線的外部形狀，或者可以具有略圓的形狀。
護套總的外部形狀對于本發明并不重要，即不需要護套的外部圓周接近圓形。
現在將詳細描述生產升降機用繩索的方法。
金屬絲和絞合線的生產根據現有技術中已知的濕法拉絲技術接搓繩或者成股。
在繩索的完成期間，必須對繩索進行特定的養護以便具有低于102％的預成形比。更優選具有95和100％之間的預成形比。最為優選的是96和98％之間的預成形比。圓周絞合線的預成形比可以根據如下測量。取出并且準確地測量組合后繩索的預定長度(例如500毫米)。接下來，圓周絞合線從裸繩上解開而不發生塑性變形。預成形比(下文稱作PR)按照如下確定 本發明的目的是PR必須在這種限制內以便獲得按照如下步驟可處理的繩索，特別是在繩索上施加的加套步驟。
在可選擇的清潔操作之后，使用從有機官能硅烷、有機官能鈦酸鹽和有機官能鋯酸鹽中選取的底涂料進行涂層。有機官能硅烷底涂料優選但是不限于從如下公式的化合物中選取Y-(CH2)n-SiX3其中，Y表示從-NH2、CH2＝CH-、CH2＝C(CH3)COO-、2，3-環氧丙氧基、-HS和Cl-中選取的有機官能團
X表示從-OR、-OC(＝O)R’、-Cl中選取的硅功能團，其中R和R′從C1至C4烷基中獨立選取的，優選從-CH3和-C2H5中選取，并且n是0和10之間的整數，優選從0至10并且最為優選的是從0到3如上所述的有機官能硅烷是商業上可用的產品。
底涂料可以通過浸漬或者涂刷或者任何本領域已知的其它技術施加到繩索上。優選使用浸漬，隨后進行干燥操作。
如下的步驟是使用護套材料施加繩索的包覆層。這可以通過注射模塑法、粉劑包覆層(powder coating)、擠出或者任何本領域中的其它方法來執行。優選使用擠出。在此，預成形比在繩索的可加工性中起到很重要的作用。如果PR太高，這會導致繩索在擠出期間發生“裝套(sleeving)”。繩索的“裝套”是當外絞合線的松弛通過繩索通過緊密配合的孔的運動時積聚而產生的現象。外絞合線往往解開，從而導致正好在孔的前面形成開口的繩索。這種裝套導致外絞合線交叉，這會使后續的繩索無法使用并且還由于外部絞合線乃至整個繩索的斷裂而導致繩索的中斷。


現在將參照附圖更詳細地描述本發明，其中—圖1顯示了升降機用繩索的第一實施例的橫截面；—圖2顯示了對用于粘附測試的測試主體的附圖；—圖3顯示了所用的疲勞測試中的附圖；—圖4顯示了升降機用繩索的第二實施例的橫截面。
本發明的優選實施例說明在圖1顯示的第一優選實施例中，通過下面的繩索公式制造7×19的繩索{[(0.44+6×0.37)7z+12×0.34]14z+6×[(0.34+6×0.31)10s+12×0.29]20s}LLZ這是規則交叉的絞繩。該裸繩的直徑是4.95毫米。繩索的絞矩LL在34至46毫米的范圍內變化。
細絲具有如下的抗拉強度(表1)

表1細絲被鍍鋅。
在裸繩上得到如下的結果(表2)

表2該結果證實了在現有技術中已知的趨勢，即隨著絞矩的增大，斷裂載荷和模量都增大。
選擇具有34毫米的絞矩長度的繩索用于進一步的處理。它具有97.2％的預成形比。在裸繩的情況下斷裂載荷是21.4千牛。
首先通過蒸汽脫脂步驟清潔繩索。
隨后，牽引繩索經過浸漬槽，該浸漬槽容納有溶解在異丙醇和水的混合物中的體積占1.5％的N-(2-氨乙基)-3-丙氨三甲氧基硅烷溶液。在浸漬之后風干。
下一步是，將繩索在擠出線中使用拜耳的Desmopan透明聚氨酯包覆。調節速度和壓力以便得到填進繩索中的優化的PU(圖1，114)填充物度。從圖1的橫截面可以估算出絞合線之間的彈性體填充度在20至30％之間。在加套之后，繩索具有21.7千牛的斷裂載荷。
在處理的每個階段期間，都取了樣品并且進行了附著試驗。附著試驗的形式如圖2所示。兩根繩索(200和202)置于內部尺寸為50毫米×50毫米×12.5毫米的模子206中。模子由兩個半部208和210構成。被試驗的繩索200置于中央，同時引入環套202中的單根繩索填滿了外部位置。一旦繩索定位了，模子半部208和210就閉合并且使用相同的PU進行填充，就如同加套一樣。在24小時的靜止周期之后，打開模子。中央繩子200夾緊在拉伸試驗機的頂夾中，同時下方的夾子夾持繩索環套202。以大約50毫米/分鐘的速度拉出中央繩索并且記錄最大的力。這就是拉出力，即除以50毫米——繩索的嵌入長度——以便得到每毫米的拉出力。測試結果(牛頓/毫米)復制在下面的表3中。

表31號樣品是僅僅具有鋅包覆層的裸繩。2號樣品是施加了功能有機硅烷之后的繩索；3號樣品是用PU外部套包覆的繩索。根據本發明，拉出力必須至少為90牛頓/毫米。
接下來，模擬繩索在實際的升降機中的使用對繩索進行疲勞試驗。試驗如圖3所示。由擺動滾筒308驅動的試驗繩索302在試驗滑輪306和307上循環地彎曲。繩索進一步牽引到施加了力310的換向滑輪304上方。應用如下的試驗條件—試驗滑輪406和407的直徑200毫米(即40×D)—試驗的繩索長度為350毫米—施加的張力1800牛頓或182牛頓/平方毫米—擺動的頻率1秒一個完整的周期。
得到如下的結果

表4在導出之后，試驗的有包覆層的繩索仍然顯示了20.7千牛或初始斷裂載荷的95％的斷裂載荷。
第二優選實施例是絞合線為Warrington式配置的繩索。細絲如圖4中那樣配置。7×19W的繩索400具有如下的公式

。直徑是5.0毫米，對于外絞合線產生8×D的絞矩長度。細絲被鍍上了鋅。抗拉強度等級如下面的表5所示

表5
繩索具有30千牛的額定斷裂載荷。絞合線之間的間隙是123微米，對應于0.024×D。同樣根據第一實施例的過程(清潔，浸漬在相同的有機功能硅烷中，然后使用相同的拜耳的透明Desmopan來進行擠壓)來處理這種繩索。重復的附著試驗得出如下的結果

表6同樣使用功能有機硅烷處理得到大約好5倍的附著拉出力。根據本發明的權利要求1，拉出力必須大于90牛頓/毫米，根據權利要求2優選大于105牛頓/毫米。
同樣如第一實施例那樣，模擬在實際升降機中的使用對繩索進行疲勞試驗。應用如下的試驗條件—試驗滑輪406和407的直徑200毫米(即40×D)—試驗的繩索長度為350毫米—施加的張力2500牛頓或203牛頓/平方毫米—擺動的頻率1秒一個完整的周期。
注意到施加的軸向應力比用于第一實施例的試驗高大約12％。
根據第二實施例的樣品在沒有斷裂的前提下在疲勞試驗中運行了8×106個周期。在如表7所示的試驗之后斷裂載荷幾乎不改變

表權利要求
1.具有裸繩直徑D的升降機用繩索，所述升降機用繩索包括芯部絞合線和繞著所述芯部絞合線絞合的至少五根外絞合線，所述芯部絞合線和所述外絞合線包括多根鋼絲，所述升降機用繩索還包括護套，所述護套包括彈性體，所述護套圍繞并且滲入到所述外絞合線之間，其特征在于所述護套以不小于15×D+15牛頓/毫米的拉出力粘附到至少所述外絞合線上，其中D的單位是毫米，還在于繞著所述芯部絞合線的所述外絞合線的絞矩長度大于D的6.5倍。
2.如權利要求1所述的升降機用繩索，其特征在于所述護套以不小于15×D+30的拉出力粘附到至少所述外絞合線上。
3.如權利要求1或者2所述的升降機用繩索，其特征在于繞著所述芯部絞合線的所述外絞合線的絞矩長度小于D的12倍。
4.如權利要求1或者2所述的升降機用繩索，其特征在于繞著所述芯部絞合線的所述外絞合線的絞矩長度是D的7至10倍。
5.如權利要求1至4中任一項所述的升降機用繩索，其特征在于所述外絞合線包括抗拉強度至少為2650牛頓/平方毫米的細絲。
6.如權利要求5所述的升降機用繩索，其特征在于所述芯部絞合線包括抗拉強度最大為2650牛頓/平方毫米的細絲。
7.如權利要求5所述的升降機用繩索，其特征在于所述芯部絞合線包括抗拉強度最大為2500牛頓/平方毫米的細絲。
8.如權利要求1至7中任一項所述的升降機用繩索，其特征在于所述繩索在外絞合線之間的彈性體填充度至少為15％。
9.如權利要求1至7中任一項所述的升降機用繩索，其特征在于所述繩索在外絞合線之間的彈性體填充度至少為30％。
10.如權利要求1至9中任一項所述的升降機用繩索，其特征在于所述彈性體是熱塑性彈性體。
11.如權利要求1至9中任一項所述的升降機用繩索，其特征在于所述彈性體是聚氨酯。
12.如權利要求1至9中任一項所述的升降機用繩索，其特征在于所述彈性體是橡膠。
13.生產裸繩直徑為D的升降機用繩索的方法和從所述方法獲得的產品，所述方法的特征在于如下的步驟A.繞著絞矩長度大于D的6.5倍的芯部絞合線裝配外絞合線。B.使用底涂料包覆繩索以便獲得至少為15×D+15牛頓/毫米的拉力，其中D的單位為毫米。C.繞著繩索施加外部護套。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于所述外絞合線具有95至100％之間的預成形比。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于預成形比在96至98％之間。
16.如權利要求13至15所述的方法，其特征在于底涂料是有機官能硅烷。
17.如權利要求13至15所述的方法，其特征在于底涂料是有機官能鈦酸鹽。
18.如權利要求13至15中任一項所述的方法，其特征在于底涂料是有機官能鋯酸鹽。
19.如權利要求13至18中任一項所述的方法，其特征在于彈性體通過擠出方式來施加。
全文摘要
要求保護包括被彈性體包覆的多股鋼絲繩的升降機用繩索。在這種纜線中，絞合線具有至少為裸繩直徑D的6.5倍的絞矩長度。纜線還使用彈性護套包覆，該護套使用每毫米不小于15×D+15牛頓的拉出力粘附到絞合線上。與其它繩索相比，這種升降機用繩索的優點是它的有限的延伸、減小的直徑以及延長的疲勞壽命。
文檔編號D07B1/16GK1753826SQ200480005378
公開日2006年3月29日 申請日期2004年1月29日 優先權日2003年2月27日
發明者R·德比, B·范德貝肯, D·毛厄爾, J·德爾里奧羅德里格斯 申請人:貝克特股份有限公司