電梯裝置的制作方法

專利名稱：電梯裝置的制作方法
本申請是申請日為91年9月12日，申請?zhí)枮?1108989-4，發(fā)明名稱為“致密蠕蟲狀石墨鑄鐵及其制造的電梯滑輪”的發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及一種電梯裝置，其中的滑輪由致密蠕蟲狀石墨鑄鐵制成。
比如，一鋼絲繩懸吊著電梯梯箱并環(huán)繞著滑輪延伸，而帶動鋼絲繩的這個滑輪一般采用具有珠光體基本結構的片狀石墨鑄鐵(鐵鑄件以下稱FC)制成。FC較適宜于鋼絲繩，這是因為片狀石墨使FC具有自潤滑效果，而且FC容易加工又不太貴。上面所說的滑輪有一繩索槽用來接納鋼絲繩以提供帶動鋼絲繩所需的摩擦傳動力。繩索槽有一V形橫截面，或者呈凹入的形式以保護鋼絲繩不會與繩索槽底部相接觸。也就是說，鋼絲繩與繩索槽的側表面相接觸以提高其間的壓力，從而增大摩擦力。盡管可以利用鋼絲繩和繩索槽之間的楔形效果來增加摩擦力，但這樣會碰到一個問題，即鋼絲繩加劇了滑輪的磨損，從而縮短了滑輪的壽命。
我們知道球墨鑄鐵(球鐵鑄件以下稱FCD)的抗磨損能力比上述FC更好，而FCD的基本結構是鑄態(tài)的珠光體(日本專利未審查公開號57-188645和1-123048)。然而，F(xiàn)CD由于具有致密結構和高硬度，因而一般機加工的切削性能比FC差。另外，F(xiàn)CD的鑄造成本較高。因此，F(xiàn)CD不適合作為制造電梯滑輪的材料。
在日本專利未審查公開號60-248864和61-3866中提出過致密的蠕蟲狀石墨鑄鐵(以下稱CV)。CV在機械性能、物理性能、切削性能及可鑄性方面介于FC和FCD之間。
盡管CV的上述性能介于FC和FCD之間，而其抗磨損能力接近于FC，其可鑄性則接近于FCD。而且，CV的珠光體結構的穩(wěn)定性(如果基本結構可容易地轉換成珠光體結構，則稱此珠光體結構具有“穩(wěn)定性”)還不夠。因此，作為具有介于FC和FCD之間的性能的鑄鐵，CV還不能令人十分滿意。
本發(fā)明的一個目的是提供一種電梯裝置，其中互相配合使用的滑輪和鋼絲繩具有高的使用壽命。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的，一種電梯裝置，包括一鋼絲繩和一可旋轉的滑輪，所述鋼絲繩圍繞著滑輪而延伸，其中，所述鋼絲繩具有硬度為Hv420至460、抗拉強度為165kgf/mm2的外層鋼絲，所述滑輪由超聲波通過速度為4,800至5,400米/秒、硬度為HB200至250、包括亞共晶成分且其鑄態(tài)珠光體區(qū)域百分比不低于90％的致密蠕蟲狀石墨鑄鐵制成。
本發(fā)明的優(yōu)點是，利用上述材料制成的鋼絲繩和滑輪可成倍地提高使用壽命。
本發(fā)明使用的致密蠕蟲狀石墨鑄鐵具有亞共晶成分，鑄態(tài)時其鑄態(tài)珠光體區(qū)域百分比(從鑄鐵微觀結構上看，即珠光體部分的面積與除開鑄態(tài)鑄鐵石墨的整個區(qū)域的比值，也即珠光體部分的面積/除去石墨的鑄鐵整個面積×100)不少于90％。
在上述組成的組分中，C是析出石墨的主要組分，Si是使CV的結構穩(wěn)定的主要組分。同時，重要的是，為了穩(wěn)定其珠光體區(qū)域百分比不少于90％的鑄態(tài)珠光體結構，碳當量必須在亞共晶成分的范圍內。在傳統(tǒng)的CV中，使石墨具有致密蠕蟲狀形結構，其CV組成位于過共晶范圍內。另一方面，在本發(fā)明使用的CV中，使石墨具有致密蠕蟲狀結構，其組成位于亞共晶范圍內，以穩(wěn)定珠光體結構。


圖1為顯示本發(fā)明使用的致密蠕蟲狀石墨鑄鐵的金屬結構的顯微照片；圖2為電梯滑輪的前視圖；圖3為電梯滑輪的部分剖視的側視圖；圖4為顯示電梯裝置的示意圖；圖5為顯示電梯絞起裝置的平面圖；圖6為滑輪磨損測試裝置的示意圖；圖7為沿圖6中的線B-B剖開的放大橫剖圖；圖8為解釋滑輪磨損狀態(tài)的示意圖；圖9為顯示測試頻率和滑輪磨損量關系的曲線圖；圖10為繩索壽命測試裝置的示意圖；圖11為沿圖10中的線C-C剖開的放大橫剖圖；圖12為鋼絲繩的放大橫剖圖；圖13為顯示繩索壽命測試結果的曲線圖；圖14為顯示抗拉強度和聲速之間關系的曲線圖。
下面將描述本發(fā)明使用的新穎致密蠕蟲狀石墨鑄鐵的幾個實施例(致密蠕蟲狀鐵鑄體以下稱FCV)。
諸如球墨生鐵、廢鋼、回收的廢鋼、Fe-Si、Fe-Mn、石灰石等等之類的主要原材料以及每種都有一定配比的各種輔助材料準備好后在具有酸性爐襯的沖天爐內熔化以獲得熔化物。然后，對熔化物進行一系列的附加處理過程，比如在預定時間里加入一定配比的處理劑進行脫硫處理、石墨球化處理、孕育處理等，從而獲得具有表一所示組成的熔化物。將每種熔化物都倒入鑄模中，然后在由冷鐵調節(jié)冷卻速度的同時被固化，從而準備好試件。對于鑄造狀態(tài)的試件，要測試其機械性能、石墨球化率、基本結構珠光體化率等等。在表1中，試樣1和2作為比較例，而試樣3是本發(fā)明的實施例。
表1
注意1號和2號為比較例，3號為本發(fā)明實施例。
每種試樣1和2的碳當量(C＋1/3 Si)都超過4.3％以提供過共晶體，而試樣3的碳當量不超過4.3％以提供亞共晶體。然而，為了穩(wěn)定P，碳當量(C＋1/3 Si)最好在4.0至4.3％的范圍內。試樣1至3的各種測量結果示于表2中。
表2
注意1號和2號為比較例，3號為本發(fā)明實施例。
*球化率是通過采用一圓形作為標準，將微觀結構的石墨形狀分組，然后對所得的數(shù)值進行平均而得到的。
由表2可知，過共晶體組成的試樣1和2的珠光體區(qū)域百分比各為68％和74％，而亞共晶體組成的試樣3的珠光體區(qū)域百分比增加到94％，從而提供了具有穩(wěn)定珠光體結構的FCV。從圖1的顯微照相(放大100倍)中可見，對于鑄態(tài)的試樣3的金屬結構，片狀石墨有一圓滑的端部，而且以幾乎是完全的珠光體基本結構結晶。從表2中也可看到，試樣3的各種機械性能(抗拉強度、延展率和硬度)是優(yōu)秀的。
從表1的化學組成中可知，本發(fā)明使用的FCV(試樣3)除了包括C和Si外，還包括Mn、Sn、Cu、S、Mg、P和Fe。在這些組成中，C是使石墨析出的主要成分，F(xiàn)CV所需的C的含量為3.0至3.9％。然而，如果此含量低于3.3％，激冷的趨勢(即析出碳化物的趨勢)變大，相反地，如果此含量超過3.8％，則容易產生鐵素體。因此，其實用范圍為3.3至3.8％，最佳范圍是3.4至3.6％。
如果添加的Si的數(shù)量不夠，則對FCV的穩(wěn)定有反作用而促進了激冷趨勢。相反地，如果添加的Si的數(shù)量太多，則石墨形狀變大，從而基本結構易變成鐵素體。因此，其實用范圍為1.5至3.0％，最佳范圍為1.8至2.5％。
Mn對穩(wěn)定珠光體結構是有效的；然而，如果含有大量的Mn，則會促進激冷趨勢。因此，其較佳范圍是0.2至0.8％。
一般地，盡管Sn添加量有限，但應注意到超過0.03％的Sn的添加量對穩(wěn)定珠光體結構起到了作用。然而，如果Sn含量超過0.25％，則石墨的形狀變成片狀，從而不能獲得FCV的石墨形狀。因此，其較佳范圍為0.03至0.2％。
一般地，盡管Cu的添加量也有限，但應注意到不少于0.25％的Cu的添加量會使FCV具有珠光體結構，也對增加屈服強度和韌性有用。然而，如果Cu含量超過2.0％，在結構中易產生離析作用。因此，其較佳范圍為0.25至1.5％。
在本發(fā)明中，肯定要添加S。S是用來防止石墨球化的成分。如果S含量少于0.01％，則石墨被球化，而獲得的鑄鐵接近于球墨鑄鐵，從而增加了收縮量。結果，這種收縮容易產生諸如空隙之類的鑄件缺陷。相反地，如果S含量超過0.09％，則石墨成片狀，從而不能獲得穩(wěn)定的FCV。因此，其較佳范圍為0.01至0.08％。
如果Mg的含量低于0.005％，則石墨成片狀。相反地，如果此含量超過0.04％，則石墨成球狀。在兩種情形下，會發(fā)生諸如夾渣之類的鑄件缺陷，因此，其較佳范圍是0.005至0.04％。
如果P的含量超過0.1％，則在基本結構中會析出磷化鐵(磷化物共晶體)，它是一種硬的物質。在這種情形中，當滑輪之類用這種鑄鐵制成時，繞在上面的鋼絲索會過早磨損。因此，P含量應定為不超過0.1％。
如上所述，在本發(fā)明使用的FCV中，珠光體結構可穩(wěn)定在珠光體區(qū)域百分比不少于90％，并可以獲得具有優(yōu)秀抗磨損能力的FCV。而且，上述FCV可在鑄態(tài)下獲得，從而在鑄鐵固化后無需任何處理，且可獲得可鑄性優(yōu)越的FCV。
下面將結合附圖2至5描述采用上述FCV制造的電梯滑輪。一般在電梯裝置中，電梯通道1頂部的機器室2內安裝有絞起裝置3。此絞起裝置使梯箱9(后述)上行或下行。絞起裝置3包括一電動機4、用來降低電動機4轉速的減速器5、一與減速器5的輸出軸相連的滑輪、用來制動減速器5的輸入軸的電磁閘7。滑輪6有成形于其外周緣上的多個繩索槽6G。鋼絲繩8各自圍繞著繩索槽6G而延伸。鋼絲繩8的兩端分別與梯箱9及電梯通道1里的平衡塊10相連。當電動機4使滑輪6轉動時，鋼絲繩8通過鋼絲繩8和繩索槽6G之間的摩擦力而移動，從而使梯箱9上行或下行。
為了確定采用珠光體相作為基本結構且珠光體區(qū)域百分比不小于90％的FCV制成的電梯滑輪的效果，采用圖6和圖7中的測試裝置進行了磨損測試(壽命測試)。測試裝置包括兩組水平隔開的滑輪試件20a和20b，一惰輪21位于兩組滑輪試件20a和20b之間但高于它們，一驅動輪22和一張力調節(jié)輪23位于滑輪試件20a和20b的外側但低于這些滑輪，鋼絲繩8由連接件24連成無繩端的形式并繞滑輪試件20a和20b、惰輪21、驅動輪22及張力調節(jié)輪23而延伸。兩組滑輪試件20a和20b分別安裝在兩個轉軸25上。兩個轉軸25的一端穿過各自的軸承26，兩個鏈輪27a和27b分別安裝在兩個轉軸的此端上。鏈輪27a的齒數(shù)與鏈輪27b的齒數(shù)稍有不同。一鏈條28繞兩個鏈輪27a和27b而延伸。驅動裝置30由驅動軸29與驅動輪22相連，液壓裝置31與張力調節(jié)輪23相連以調節(jié)張力調節(jié)輪23與驅動輪22之間的距離。
在上述結構的測試裝置中，沿正常方向和相反方向反復驅動驅動裝置30，從而使鋼絲繩8沿圖6中的箭頭a和b方向移動。此時，如上所述，由于鏈輪27a和27b的齒數(shù)稍有不同，從而滑輪試樣20a的周向速度與滑輪試樣20b的周向速度不同，鋼絲繩8和滑輪試件20a及20b之間產生輕微滑動，從而使滑輪試件20a及20b強制磨損。除了采用使鏈輪27a的齒數(shù)與鏈輪27b的齒數(shù)不同的方式外，也可以采用使一組滑輪試件的轉速或外徑與另一組滑輪試件的轉速或外徑不同的方式。
作為滑輪試件20a和20b，將采用以珠光體相作為基本結構且珠光體區(qū)域百分比不少于90％的FCV制成的滑輪、采用具有珠光體基本結構的FCD制成的滑輪以及采用FC制成的滑輪安裝到上述測試裝置中并進行比較測試。
作為滑輪試件磨損的一種估值方法，由于滑輪試件20的磨損，鋼絲繩從圖8中所示的位置8a移到位置8b。測量磨損部分的橫截面面積32作為滑輪磨損量(mm2)。測量此滑輪磨損量時，采用造型材料根據(jù)滑輪的磨損部分制模，然后用放大的比例來測量此模的橫截面積。
圖9顯示了滑輪試件的磨損(壽命)的上述比較測試的結果。在圖9顯示得很清楚，采用FCV制成的滑輪的磨損量明顯小于用FC制成的滑輪的磨損量，而且抗磨損能力基本與FCD滑輪的相同。
盡管制成上述滑輪試件的FCV的珠光體區(qū)域百分比達95％，而采用同樣的滑輪磨損測試裝置的測試已經確定只要珠光體區(qū)域百分比不少于90％，F(xiàn)CV就有良好的抗磨損能力。特別地，已經確定當珠光體區(qū)域百分比為80％時抗磨損能力將下降30至40％。
已經發(fā)現(xiàn)當將上述FCV滑輪的旋轉量轉變成速度為105米/分的標準電梯的運行距離時，滑輪壽命可超過56,000公里的運行距離。56,000公里的運行距離相當于每月運行時間為120小時(這已由電梯實際運行決定)的上述標準電梯的運行距離。而105米/分是標準電梯的最高速度。56,000公里的上述運行距離相當于約7年的使用期。因此本發(fā)明的滑輪與那些3至5年就要換新的傳統(tǒng)滑輪相比在抗磨損能力上大大提高了。
接著，為了確定本發(fā)明的FCV滑輪(用于電梯的絞起裝置上)對鋼絲繩的影響，采用了圖10和圖11中所示的測試裝置進行了鋼絲繩的壽命測試。
在圖10中，滑輪試件20a和20b及惰輪21安排成鋼絲繩試件33以雙S形繞其延伸的方式，這樣鋼絲繩試件33是彎曲的。此測試裝置與上述滑輪磨輪測試裝置大致相似，不同之處僅僅是沒有鏈輪28而呈圖11所示的結構。更具體地，圖11是沿圖10的線C-C剖開的橫剖圖，顯示滑輪試件20a的橫剖面。各鋼絲繩33所圍繞并延伸的滑輪試件20a由各自單獨的滑動軸承34可旋轉地支撐在軸25上，而軸25的兩端可旋轉的支承在軸承26上。采用這種結構，可以進行鋼絲繩33的連續(xù)彎曲測試，即鋼絲繩33的彎曲疲勞破壞測試(壽命測試)。
作為滑輪試件，將采用本發(fā)明的FCV制成的滑輪和采用FC制成的滑輪裝到上述鋼絲繩壽命測試裝置中。與這些滑輪結合使用的一例鋼絲繩試件33的橫截面示于圖12中。在圖12中，鋼絲繩包括鋼心35和合股繩36。每個合股繩36由三種細鋼絲組成，即外層鋼絲37、中層鋼絲38和核心鋼絲39。
其外層鋼絲37的抗拉強度約為135kgf/mm2的鋼絲繩稱作“E型鋼絲繩”，一般用作電梯的鋼絲繩。因此，這種鋼絲繩與上述FC的滑輪試件結合使用。
其外層鋼絲37的抗拉強度約165kgf/mm2的鋼絲繩稱作“A型鋼絲繩”。這種鋼絲繩與本發(fā)明的FCV滑輪試件結合使用，并進行鋼絲繩壽命測試。
圖13顯示了鋼絲壽命比較測試的結果，其中上述兩種滑輪試件分別與上述鋼絲繩試件結合實用，此測試采用上述測試裝置進行。圖13顯示了鋼絲繩33往復運動的次數(shù)(即鋼絲繩試件的彎曲次數(shù))和與滑輪接觸的外層鋼絲37的損壞狀態(tài)(即斷裂的鋼絲37的根數(shù))之間的關系。圖13中顯示得很清楚，與本發(fā)明FCV滑輪試件相結合的A鋼絲繩的損壞程度和與FC滑輪試件相結合的E型鋼絲繩的損壞程度相比大大降低了，因此可以知道A型鋼絲繩與FCV滑輪相結合適合作為電梯的鉸起裝置。具體地說，已經確實鋼絲繩的損壞程度降低了約50％。
其外層鋼絲抗拉強度約165kgf/mm2的A型鋼絲繩已經詳細描述，類試的測試已確實這種鋼絲繩的外層鋼絲的較佳硬度為Hv420至460。
接著將描述采用超聲波對本發(fā)明使用的FCV進行的非破壞性測試。我們知道，一般地，通過鑄鐵的超聲波的通過速度是與鑄鐵中的石墨形狀肯定相關的。因此，掌握了鑄鐵的機械性能與超聲波的通過速度之間的關系之后，準確地將超聲波施加到鑄鐵上，就能對鑄鐵里的石墨形狀進行分類。對本發(fā)明使用的FCV進行了超聲波測試。圖14的測試結果顯示了鑄鐵抗拉強度(機械性能)和超聲波的通過速度之間的關系。準備了采用FCV制成的滑輪、采用FCD制成的滑輪及采用FC制成的滑輪作為鑄鐵試件，發(fā)現(xiàn)了這些試件的有效強度(抗拉強度)與超聲波速度之間的關系。圖14中看得很清楚，F(xiàn)CV的區(qū)域介于FC區(qū)域和FCD區(qū)域之間，可以確認FCV區(qū)域內的超聲波速度在4,800米/秒至5,400米/秒的范圍內。類似地，當測量FCV的硬度和超聲波速度之間的關系時，發(fā)現(xiàn)與4,800米/秒至5,400米/秒的超聲波速度相對應的硬度為HB200至HB250。
即使當采用了諸如冷鐵之類的冷卻速度調節(jié)裝置以調節(jié)本發(fā)明使用的FCV(包含亞共晶組成)在固化時的冷卻速度時，仍可以得到具有穩(wěn)定珠光體結構且珠光體區(qū)域百分比不少于90％的FCV。
權利要求
1.一種電梯裝置，包括一鋼絲繩和一可旋轉的滑輪，所述鋼絲繩圍繞著滑輪而延伸，其特征在于，所述鋼絲繩具有硬度為Hv420至460、抗拉強度為165kgf/mm2的外層鋼絲，所述滑輪由超聲波通過速度為4,800至5,400米/秒、硬度為HB200至250、包括亞共晶成分且其鑄態(tài)珠光體區(qū)域百分比不低于90％的致密蠕蟲狀石墨鑄鐵制成。
全文摘要
一種電梯裝置，包括一鋼絲繩和一可旋轉的滑輪，所述鋼絲繩圍繞著滑輪而延伸。其中，鋼絲繩具有硬度為H v420至460、抗拉強度為165kgf/mm
文檔編號B66B7/06GK1140691SQ96101630
公開日1997年1月22日 申請日期1996年1月4日 優(yōu)先權日1990年9月19日
發(fā)明者田中正勝, 小林莞児, 渡辺利隆, 奈良俊彥, 高橋龍彥 申請人:株式會社日立制作所