专利名称：用于电梯张紧元件的楔形夹子式终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及电梯系统，特别是涉及这种电梯系统的张紧元件。
传统的牵引电梯系统包括一个轿厢，一个配重，两根或多根联接轿厢和配重的绳索，一个用来使这些绳索移动的滑轮，以及一个使牵引滑轮转动的电机。这些绳索是由钢丝捻成或者搓成的，滑轮由铸铁制成。
尽管普通钢绳和铸铁滑轮已经被证明非常可靠和费用合理，但是它们的应用仍然被限制。一种这样的限制在于绳索与滑轮之间的牵引力。增加绳索和滑轮之间牵引力的常用技术导致绳索的耐用性降低、增加磨损或者增加绳索的压力。
使用这种钢绳的另一个限制在于钢丝绳的柔性和疲劳特性。钢绳的最小直径主要由疲劳需求规定，从而导致了相对较粗的绳索。这种横截面相对较粗的绳索降低了其固有柔性，迫使滑轮具有一相对较大的直径。滑轮的直径越大，驱动电梯系统所需的来自电机的扭矩就越大，从而增加了电梯系统的尺寸和费用。
普通圆绳索的另一个缺陷是较小的滑轮直径将增加绳索的压力，缩短绳索的寿命。绳索压力是当绳索越过滑轮时产生的，并且与绳索上的张力成正比，而与滑轮直径D和绳索直径成反比。此外，滑轮槽的形状，包括凹刻这种滑轮槽的牵引力增加技术，又增加了绳索所承担的最大绳索压力。
在一种典型的绳索驱动的电梯设备中，楔形夹子用作终端装置。该楔形夹子通过将电梯绳索固定在楔形夹子的具有相对角度的壁面和一被钢绳围绕的流线形楔子之间而起作用。在绳索的张紧过程中，该楔子作用使绳索抵靠在楔形夹子的壁面上。这种设计的好处在于楔子可以具有一相对较尖的角度而产生一较大的夹持力。由于钢绳具有高压缩强度，该较大的夹持力不会对绳索产生诸如压碎或蠕变等有害影响。
在试图克服用于电梯系统的普通圆钢缆的不足和缺陷的努力中，对于包括一相对较平的张紧元件的涂覆张紧元件有所发展。该平的张紧元件包括多个嵌入一普通涂覆层中的单个承载索。本申请考虑的一个这种典型的张紧元件在1998年2月26日申请的美国NO.09/031,108号题为“电梯的张紧元件”和由AttorneyDockeyt1998年12月22日申请的分案申请“电梯的张紧元件”中有更加详细的描述，该两篇文献将在这里通过参考而结合进来。
该涂覆层环绕和/或分离这些单个的索，并而形成一个用于与牵引滑轮相接合的接合表面。这种结构的张紧元件使得绳索的压力可以通过张紧元件更均匀的分配，牵引力增加和较小直径的滑轮都是可能的。
将该扁平张紧元件连接及固定在端头上的方法包括将该元件环绕在一棒材上并用一对平板夹住端部。该平板通过一组穿过设置在该平板上的孔的紧固件而被固定。将该扁平张紧元件连接在端头上的另一个方法包括一个楔形端紧固件，其中楔形材料位于张紧元件的端部并被一对平板夹住。在这种结构中，一块平板具有与楔形材料相配合的楔形横截面，另一块平板具有同样厚度的横截面。类似地，该对平板由一组穿过设置在平板上的孔的紧固件固定。这种终端连接方法的缺点在于这种终端的张力承担能力只依靠于由紧固件提供的夹持力。此外，该楔形紧固件限制了元件的收尾点，牵制了可调整性。
上面的技术不能经受住考验，科学家和工程师在本申请代理人的引导下，继续研究来发展驱动电梯系统的更有效和耐用的方法和装置。
根据本发明，用于具有可压缩外涂层张紧元件的终端装置包括一楔子，其位于具有相互配合的夹持表面的插座中。绳索环绕着楔子并插入该插座，并在那里由元件的张紧以及楔子和夹持表面的配合所产生的力夹紧。
本发明最重要的特征在于楔子的形状，特别是楔子的角度，包括它的长度和宽度。该楔子被确定尺寸，角度被选定以提供足够的夹持力来抵消绳索的滑动，而不会超过张紧元件的压缩应力能力。此外，该楔子包括一个半圆形的顶部来有效地分配绳索跨越楔子时的张力。
图1是根据本发明的具有个张紧元件终端装置的电梯系统的透视图；图2是终端夹子的一个实施例的透视图，它显示了一个附加的张紧夹子装置；图3是图2中实施例沿线3-3的横截面图；图4是另一实施例的透视图，它显示了一个枢轴体；图5是图4中实施例沿线5-5的横截面图；图6是楔子、张紧元件和夹持表面的示意横截面图，它显示了相对的形状和力；图7是楔子一实施例的透视图，显示了其隆起和锁定特征；
图8是图2中张紧夹子的平板的透视图；图9是图8中张紧夹子的平板的前视图。
在图1中显示了一个牵引电梯系统12。该电梯系统12包括轿厢14，配重16，牵引驱动部分18和电机20。该牵引驱动部分18包括一个连接轿厢14和配重16的张紧元件22，和一个牵引滑轮24。该张紧元件22与滑轮24啮合，使得滑轮24转动来移动张紧元件22，从而移动轿厢14和配重16。张紧元件22通过终端夹子30与配重16和轿厢14相接。尽管显示的是一个齿轮电机20，应该注意到这种结构不仅仅是所显示的形式，本发明可以使用齿轮或非齿轮电机，此外，尽管显示的是一个相对较平的张紧元件22，同样应该注意这也只是一个例子的方式，本发明可以使用包括圆形被涂覆的张紧元件等的其它形式的张紧元件。
终端夹子30的一个实施例更详细地显示在图2中。张紧元件22缠绕着楔子32并位于插座34内。终端夹子30通过连接杆36而与轿厢14和配重16连接，该连接杆36利用销38连接到插座34上。连接杆36通过拧入螺母40并用开尾销42固定而连接到轿厢14和配重16上。图2中还示出了一种附加的的夹板夹子50，其中张紧元件22以一种双层搭叠的方式被夹在板56、58的槽52、54内。
参见图3，夹子30用来提供一个张紧元件的安全终端。在使用中，张紧元件22的引导部分44插入位于插座34底部的开孔46中，如图中所示，张紧元件的围绕部分47围绕着楔子32，然后尾部48又从开孔46中穿出。楔子32插入插座34的开口60中，得到如图2中所示的夹紧位置，其中的引导部分44和尾部48被分别夹在插座34的夹持表面62、64间。终端夹子30设计成使张紧元件22和连接杆36基本上轴向对齐，以得到有效的负载传递和防治产生不希望的终端夹子的转动。
仍旧参照图3，在电梯系统12(图1)的通常运行中，张紧元件22引导部分44中的张力(T)为箭头66所示的方向，它使得围绕部分47促使楔子32向开孔46方向更加进入插座34。随着张紧元件22的负载使楔子32进入插座34，箭头68代表的夹持力夹住引导部分44，使其抵靠在夹持表面62上，箭头70代表的夹持力夹住尾部48，使其抵靠在夹持表面64上。夹持力68、70分别与夹爪62、64相垂直，并垂直于楔子32的各个部分，其用法向力(Fn)表示。由夹爪62、64所产生的夹持力与作用在围绕部分47上的摩擦力一起抵消张紧元件22中的张力(T)，从而将该元件保持在夹子30中。
终端夹子30的另一种实施例显示在图4和图5中，其中的连接杆36通过销38连接到枢轴体72上，枢轴体72反过来又利用枢轴销74枢轴地连接到插座34上，并用开尾销76固定。在这种特殊的实施例中，张紧元件22的引导部分44插入位于插座34底部的开孔46中，如图中所示，张紧元件的围绕部分47围绕着楔子32，尾部48又从开孔46中穿出。然后将楔子32插入到插座34的开口60中，得到图5所示的夹紧位置，其中的引导部分44和尾部48分别被夹紧在插座34的夹持表面62、64间。这种实施例的一个重要特征在于一旦楔子32和张紧元件22被安装在插座34内，枢轴体72接着被安装，以防止如果元件中的张力减少而造成不被注意的楔子从插座中滑出。此外，这种特殊的实施例保持张紧元件22和连接杆36基本上同轴地对齐以得到有效的负载传递。枢轴体72也可以使得张紧元件22相对于轿厢14或者配重16产生一个角度位移，而不会在连接杆36或者插座34内产生大的应力。这种特殊的实施例优于图2和图3所示实施例的另一个优点在于，由于楔子32通过插座34的顶部插入而导致插座的总高度减小了。接着将枢轴体72插入并靠近该楔子，从而减小了终端夹子30的总高度。
楔子32的形状是产生法向力68、70并正确保持张紧元件22的重要因素。控制如图6中所示的法向力Fn的楔子32的有关参数包括78代表的长度(L),80代表的深度(d),82代表的从中心线83到夹紧表面33、35的角度φ和张紧元件22的宽度(W)(图2)。另一个与控制法向力68、70有关的参数是66代表的张紧元件22中的张力(T)。参数L和d略微依靠于φ，但主要受井道(未显示)的可用空间限制。给定一个名义的张力T，法向力Fn68、70(图3和图5)反过来又与角度φ有关。也就是说，如果φ太小，Fn将过大，张紧元件22将经历压缩蠕变。在一个实施例中尤其重要的一点是张紧元件22包括有一尿烷外涂覆层，或者涂覆有另一种柔性弹性件，这是由于它们具有在产生不可恢复的变形或者蠕变前的约为5MPa的最大压缩应力(σc)。另一方面，如果如果φ太大，法向力将过小，张紧元件将在终端夹子30内滑动。其最大的优点是减小张紧元件22上的压缩应力。一种减小压缩应力的方法是增加夹持力作用的长度L，但是考虑到井道而限制了这方面。考虑到上述的物理参数，为了避免超过σc，最小的φ可以由下面公式预先确定φ=tan-1[T/(σc*L*W)]在本发明的一个典型应用中，张紧元件具有大约2500N的张力T,d约为60mm到70mm,L约为140mm,φ约为9度到10度。
现在参照图6和显示在图4和图5中的终端夹子30的特别例子来描述本发明。一个典型的张紧元件22，如上述相关申请中所述的，由具有尿烷外涂覆层并具有30,000N的最大张力的30mm宽的扁平柔性绳索构成。如现有技术中所知的，电梯绳索的安全系数大约为12，从而提供给张紧元件22的最大张力大约为2500N。长度L为140mm及角度φ为10度的楔子32根据下式得到尺寸d:
d=2(Ltanφ)=2(140tan20/2))=49.37mm用T等于2500N来如下确定FnFn=T/sinφ=2500/sin(20/2)=14,397N由于Fn分配在引导部分44的整个面积上，因此张紧元件22的压缩应力σ是引导部分面积A，即夹在楔子32的夹持表面32处的面积的函数，该面积可以如下计算A=L*w=140*30=4,200mm2张紧元件22中的压缩应力可以如下确定σ=Fn/A=14,397/4,200=3.43MPa在这个特殊的例子中，材料的压缩应力没有超过限度，因此不会产生蠕变。
终端夹子30抵消引导部分44上的T的能力非常重要，它是Fn及张紧元件22和夹持表面、楔子32表面间的摩擦系数(μ)的函数。在所给的例子中，张紧元件22包括一尿烷涂覆层，夹持表面62和楔子32都是光滑的钢件，在这些表面之间摩擦系数的保守数值约是μ=0.25。为了正确地将楔子32保持在插座34中，T必须基本上抵消引导部分44中的张力，剩余部分可以传递到围绕部分47。下面的关系，从夹紧的原理方面给出了最大低消力Fr，或者是可以被抵消的张力的量，在给出的μ=0.25的例子中Fr=μ*Fn=0.25*14,397=3,599N因此，回想在例子中所给定的2500N的最大T，张紧元件22引导部分44中的所有张力T都将被抵消，因此元件不会在终端夹子30中滑动。
本发明另一个实施例包括在夹爪和楔子上有一粗糙表面，其目的在于提高张紧元件22和夹持表面62、64及楔子32之间的摩擦系数。在一个特殊的实施例中，该表面通过喷沙过程使其粗糙化。表面喷沙将摩擦系数提高到0.35或更大。增加表面摩擦力的方法包括蚀刻、机加工、滚花和其他合适的类似方法。除了增加摩擦系数，该粗糙化的表面上将形成小的隆起和低谷。尿烷涂覆层的一个特性是在高负载情况下趋于呈现冷流。在上述的负载情况下，尿烷涂覆层冷流进入并且在楔子和插座中环绕着隆起和低谷，也被称为锁定特征，其提供了小的但有效的机械锁定，该锁定特征增加了终端夹子抵抗张紧元件22滑动的能力。本发明范围内的锁定特征可以包括槽，条纹83(图7)，切口，金刚石花型或者其他合适的形式。值得注意的是这些锁定特征减小了上面所述的所需法向力。使用所述的锁定特征可以减小长度L，或者增加角度φ来使发生蠕变的危险最小化。
图7中显示了楔子32的另一个实施例，它包括在其间形成有通道88的隆起84、86。隆起84、86接近张紧元件22涂覆层中索的高度。例如，一个特别的实施例中的张紧元件22为3mm厚，其具有设置于其中的1.4mm高的索。这个特殊实施例中的隆起84、86将形成大约为1mm深的通道88。张紧元件22位于通道88内，楔子32如上所述安装在插座34内。隆起84、86的好处在于他们将涂覆层材料具有给定的期望冷流特性的张紧元件22容纳在通道88内，此外，隆起84,86通过限制楔子32在插座34中的位移而确定尺寸来防止张紧元件22的压缩应力失效。万一一个大于预期法向力Fn的力传递到元件中隆起84,86将与夹持表面62、64接触并止住楔子32在插座64中的移动。
现在参照图2、8和9来描述上面提到的与终端夹子30一同使用的可选用的张紧夹子50。该张紧夹子50的目的是帮助终止并抵消元件22中的张力，使引导部分44和尾部48之间的张力等于他们进入插座34处的张力。张紧夹子50还有助于终端夹子30在张紧元件22发生不希望的事故时减小张拉，如，在电梯轿厢14突然停止的过程中协助终端夹子30。张紧夹子50在尾部48和引导部分44进入插座34之前就将它们夹住。当与张紧元件22啮合时，张紧夹子50不能移动。板56、58在图中所示及在描述中是相同的，但是在本发明的范围内，该两块板可以改变为其中一块板具有张紧元件槽，而另一块板没有槽。
如上所述，张紧夹子50包括一对板56、58，它们均包括一个接近张紧元件22厚度的张紧元件槽52、54。板上设置有用于穿过紧固件53的钻孔51。板56、58还包括具有一较大半径的引导边缘55，以利于引导部分44和尾部48从插座34进入张紧夹子50的平滑过渡。
在使用中，引导部分44插入板56的槽52中，尾部48插入板58的槽54中，这两块板用紧固件53装配在一起。当螺栓53拧紧时，张紧元件22被夹在槽52、54内，并通过板56、58夹持住来抵制滑动。用这种方法，防止了张紧元件相对于张紧夹子50的移动。
当附加的张紧夹子50与终端夹子30一起使用时，引导部分44和尾部48分担轿厢14产生的全部张力。考虑到这点，用于确定以上所建立了夹紧特性的分析将被修改成反映出张力分担在每根缆绳上的一个载荷。
虽然已经显示和描述了最佳的实施例，但是在不脱离本发明精神和范围的情况下可做各种修改和替代。因此，应该懂得本发明仅仅是以例子的方式描述，但并不限于此。
权利要求
1．一种用于张紧元件的终端装置，包括一个具有至少一夹持表面的插座；一个楔子，它具有一条中心线和至少一个与该中心线有预定角度的夹紧表面，该楔子以至少一个夹紧表面紧挨着夹持表面的形式位于插座内。
2．如权利要求1所述的终端装置，其特征在于，张紧元件位于夹紧表面和夹持表面之间。
3．如权利要求2所述的终端装置，其特征在于，张紧元件包括一张力，其在张紧元件位于期间的夹紧表面和夹持表面之间产生一法向力。
4．如权利要求3所述的终端装置，其特征在于，张力T、预定角度φ和法向力Fn根据下面公式产生Fn=T/tanφ
5．如权利要求4所述的终端装置，其特征在于，夹紧表面具有长度L，张紧元件具有宽度W，并包括最大压缩应力σc，最小的预定角度根据下面公式确定φ=tan-1[T/(σc*L*W)]
6．如权利要求5所述的终端装置，其特征在于，张紧元件包括由第一种材料组成的内部承载部件和由第二材料组成的外部，其中外部为张紧元件形成一牵引表面，法向力产生一低于外部最大压缩应力能力的应力。
7．如权利要求6所述的终端装置，其特征在于，外部材料的压缩应力能力限制L和φ。
8．如权利要求7所述的终端装置，其特征在于，外部材料的最大压缩应力能力大约为2.5MPa到5MPa。
9．如权利要求5所述的终端装置，其特征在于，该预定角度约为9度到10度，长度约为140mm。
10．如权利要求1所述的终端装置，其特征在于，张紧元件基本上为圆形的横截面形状或者基本上为矩形的横截面形状。
11．如权利要求3所述的终端装置，其特征在于，张紧元件为基本上矩形的横截面，它具有一引导部分，一围绕部分和一个尾部，至少一个夹持表面包括一第一夹持表面和一第二夹持表面，至少一个夹紧表面包括一第一夹紧表面和一越过中心线位于板另一侧的第二夹紧表面，该楔子还包括一基本与第一夹紧表面和第二夹紧表面相切并位于两者之间的半圆形的围绕部分，其中引导部分位于第一夹紧表面和第一夹持表面之间，围绕部分位于位于围绕段，尾部位于第二夹紧表面和第二夹持表面之间。
12．如权利要求11所述的终端装置，其特征在于，该半圆形部分具有大约60mm到70mm的直径。
13．如权利要求11所述的终端装置，其特征在于，插座具有一个开孔和一个开口，引导部分和尾部从开孔穿过，楔子设置于开口中。
14．如权利要求11所述的终端装置，其特征在于，楔子具有一对与第一和第二夹紧表面每一边正交的隆起，在其间形成一容纳张紧元件、与夹持表面接触并限制法向力的通道。
15．如权利要求13所述的终端装置，其特征在于，还包括一与开孔轴向对齐地连接到插座上的连接杆。
16．如权利要求15所述的终端装置，其特征在于，还包括一个枢轴地连接到插座上的枢轴体，连接杆连接到枢轴体上。
17．如权利要求1所述的终端装置，其特征在于，夹紧表面和夹持表面中至少一个表面具有增加摩擦系数的结构。
18．如权利要求3所述的终端装置，其特征在于，夹紧表面和夹持表面中至少一个表面包括锁定特征，以机械地将张紧元件锁定在那里。
19．一个用于张紧元件的楔子和插座终端装置，该楔子包括一个长度为L，角度为φ的夹紧表面，该张紧元件具有张力T，宽度W，和最大压缩应力σc，其特征在于，长度和角度的关系如下式φ=tan-1[T/(σc*L*W)]
20．一种包括轿厢，配重和在配重与轿厢之间延伸的张紧元件的电梯系统，该张紧元件通过一个终端装置终上在至少轿厢和配重之一处，该终端装置包括一个具有至少一夹持表面的插座；一个楔子，它具有一条中心线和至少一个与该中心线有预定角度的夹紧表面，该以至少一个夹紧表面紧挨着夹持表面的形式位于插座内，张紧元件位于夹紧表面和夹持表面之间；一个将终端装置与至少轿厢和配重之一连接的连接杆。
21．如权利要求17所述的电梯系统，其特征在于，该张紧元件为基本上矩形的横截面，它具有引导部分，围绕部分和尾部，至少一个夹持表面包括一第一夹持表面和一第二夹持表面，至少一个夹紧表面包括一第一夹紧表面和一越过中心线位于板另一侧的第二夹紧表面，该楔子还包括一基本与第一夹紧表面和第二夹紧表面相切并位于两者之间的半圆形的围绕部分，其中引导部分位于第一夹紧表面和第一夹持表面之间，围绕部分位于位于围绕段，尾部位于第二夹紧表面和第二夹持表面之间。
22．一种用于以双层搭叠的方式夹住张紧元件的引导部分和尾部的张紧夹子，包括一个带有容纳引导部分的槽的第一板和一个带有容纳尾部的槽的第二板；以及至少一个设置在第一板和第二板上的、用于容纳紧固件并将引导部分和尾部夹在其间的紧固件孔。
23．如权利要求19所述的张紧夹子，其特征在于，这些板为通常的平板状，这些板的至少一个端部包括一具有弯曲部分的引导边缘。
24．一种包括轿厢，配重和在配重与轿厢之间延伸的张紧元件的电梯系统，该张紧元件具有一个引导部分和一个尾部，该张紧元件通过一个楔子和插座终端装置终止在至少轿厢和配重之一处，该终端装置含有一张紧夹子，它包括一个带有容纳引导部分的槽的第一板；一个带有容纳尾部的槽的第二板；以及至少一个设置在第一板和第二板上的、用于容纳紧固件并将引导部分和尾部以双层搭叠方式夹在其间的紧固件孔。
25．一种将张紧元件连接在端头上的方法，包括将该张紧元件送进插座的开孔中；绕着楔子卷绕张紧元件；将张紧元件从开孔中穿出；将张力作用在张紧元件上；在楔子和插座之间压缩该张紧元件。
26．如权利要求25所述的方法，其特征在于，该压缩包括压缩张紧元件到低于张紧元件的最大压缩应力能力的应力水平。
27．如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括用背靠背的方式将张紧元件定位；将一对板放置在张紧元件的两侧；将多个紧固件插入板中；拧紧紧固件；及以双层搭叠的方式将张紧元件夹在板之间。
全文摘要
一种最好是用于将扁平的张紧元件连接在端头上的张紧元件终端装置具有可压缩的外涂覆层,该装置包括一个楔子和一个插座,它们具有以预定角度定位并用于将张紧元件夹在其中的相互配合的表面。该角度容易固定该张紧元件而避免有害的压力和应力作用在张紧元件上。本发明还提供了一种附加的可与张紧元件终端装置一起使用的安全夹子。
文档编号B66B7/00GK1234362SQ99103120
公开日1999年11月10日 申请日期1999年2月25日 优先权日1998年2月26日
发明者R·J·艾力克森, D·J·雷默, P·S·巴伦德 申请人:奥蒂斯电梯公司