具有碳－碳合成材料的电梯安全制动器

摘要

用于制动电梯轿厢的电梯安全制动器设有制动瓦,该制动瓦具有用于接触电梯导轨面以提供制动力的碳－碳合成材料摩擦面。由碳－碳合成材料制成的制动瓦摩擦面表现出了稳定的高摩擦及低磨损性能,适于安装在很高建筑物中的高速、高载荷电梯上。

说明书

本发明涉及一种用于使如电梯轿厢这样的垂直运动物体在超速条件下减速或制动的安全制动系统。本发明更特别涉及一种用于使具有碳-碳合成材料摩擦面的电梯轿厢减速或制动的电梯安全制动系统。

常用的安全制动系统被安装在电梯轿厢上且包括一对楔形制动瓦，所述制动瓦具有基本上平的摩擦面。所述平的摩擦面通常被设置在T型导轨的导柱的相对侧，所述T型导轨被支承在电梯井壁上。这些楔形制动瓦由限速器机构驱动，该限速器机构沿邻接的导瓦组件对楔形制动瓦加载，而所述导瓦组件本身又对制动瓦的摩擦面加载以与导轨接触而使轿厢减速或制动。

在通常的安全制动系统中，通过在7平方英寸的面积上施加大约8000磅/英寸²的压强(55,000千帕×.0045米²)而对楔形块施加大约56,000磅(250,000牛顿)的法向力载荷。使用在6米/秒的速度下、相对于导轨具有额定摩擦系数为大约0.15的铸铁摩擦面，作用在楔形块上的56,000磅(250,000牛顿)的力会在楔形块的摩擦面上产生大约11,200磅(50,000牛顿)的摩擦力。在使用了铸铁摩擦面的传统电梯轿厢设计中，有四个摩擦面，这些摩擦面会产生大约总量为45,000磅(200,000牛顿)的潜在制动力。

当建造非常高的建筑物时，需要高速、高载荷电梯(通常为4-8米/秒甚至会达到12.5米/秒)以能服务于这些建筑物中的各个楼层，这种电梯具有达到大约16,000千克的载重量。因此，对这种电梯的安全制动要求也提高了。已经测定，由于高摩擦热会导致过度磨损和摩擦系数的下降，所以传统的灰口铸铁不能作为稳定的摩擦材料而在现代的电梯所要求的高速、高载荷下工作。因此，现需要一种由另外的摩擦材料制成的电梯安全制动瓦，其能保证低磨损及稳定的高摩擦以适用于安装在很高建筑物中的电梯的高速和高载荷。

本发明的一个目的在于提供一种用于制动电梯轿厢的电梯安全制动器。

本发明的另一个目的在于提供一种用于高速和高载荷电梯中的、具有稳定的高摩擦系数及低磨损的可靠的电梯安全制动器。

本发明的这些目的至少部份通过这样一种安全制动器实现，所述安全制动器具有从一基座上形成的制动瓦和固定于所述基座上、用于与电梯导轨面接触的摩擦面。至少部分摩擦面应包括碳-碳合成材料。所述安全制动器设有一致动器，其用于将制动瓦的摩擦材料压靠在导轨面上以制动电梯轿厢。

未按比例绘出的附图包括：

图1为电梯安全制动系统的简易示意图，所述制动系统带有设置在导轨相对两侧的两个楔形摩擦块；

图2电梯安全制动瓦的简易示意图，所述制动瓦具有作用在面对制动瓦侧的导轨上的碳-碳合成材料；

图3A和3B为一种用于本发明的二维编织碳-碳合成材料结构的平面和剖面图；

图4A和4B为另一种用于本发明的二维编织碳-碳合成材料结构的平面和剖面图；

图5为理想的碳-碳合成摩擦材料的三维编织结构。

图1为本发明可用于其上的已知电梯的安全制动系统的简化示意图。该制动系统10包括一对致动器12，所述致动器被固定在电梯轿厢14上且位于支承在电梯井道(未示出)中的导轨16两侧。致动器12由楔形导瓦18部分形成，所述导瓦以大致垂直于导轨16的方向在支架20内移动。导瓦18通过弹簧22压向导轨16。导瓦18具有一倾斜支承面24。一具有基座26的楔形制动瓦25设有一倾斜导向面28，该导向面与导瓦18的倾斜支承面24互补。制动瓦25被设置在导瓦18和导轨16之间。具有高摩擦材料的制动片32被固定在制动瓦座26的面向轨道的表面30上。含有多个滚子34的滚子组件设置在导瓦18的倾斜支承面24和与其互补的制动瓦25的相对面28之间。滚子34能分别在导瓦18和制动瓦25的互补相邻面24和28之间提供低摩擦接触。导瓦18由弹簧22作用一朝向导轨16的法向力F_N，通过滚子34压向制动瓦25。

在制动系统10动作的紧急状况下，沿电梯轿厢14方向的力F_A作用到楔形制动瓦25的基座26上，其会使制动瓦25移向电梯轿厢14。通常，由与限速器(未示出)相连的绳索，钢丝或机械连动装置提供力F_A。导瓦18的倾斜互补面24和28及制动瓦座26分别使制动瓦25移向导轨26直至在制动片32和轨道16间形成接触。如本领域有经验的技术人员所知道的那样，通过弹簧22产生的法向力F_N使制动片32作用于导轨16。由法向力F_N产生的制动力的大小基本上直接与制动片32上作用的高摩擦材料与导轨材料16间的摩擦系数μ_k成正比。当产生制动时，在制动片32上会聚集热量，这会有害地改变制动片材料与导轨材料间的摩擦系数μ_k。对于给定的材料来说，如果温度过高，那么不但会造成高摩擦材料的变形或熔化，而且还会使材料硬度显著降低，从而导致制动失效。

在现有技术中，已采用灰口铸铁来制作用于制动系统10的、具有摩擦面的制动片32。由于仅适用于低速、低载荷条件，所以灰口铸铁不能作为高速、高载荷条件下的稳定的摩擦材料。鉴于灰口铸铁在这些使用场合下所存在的缺点，已发现可用碳-碳合成材料代替作为制动片32上高摩擦材料的灰口铸铁材料。根据本发明，在下面将更详细描述的、具有高碳-碳合成材料的制动片，能够在达到每秒10米的限速度及16000千克的载荷率条件下工作的电梯所要求的条件下工作。已进一步发现，本发明的制动片在导轨钢上具有显著的机械韧性、耐热冲击性、很小的磨损率及在导轨钢上具有合适的摩擦系数。

利用商业上适用的材料来完成各实施例，这些材料包括图3A-4B所显示的不规则低模量短切纤维，标准二维多层合成物，二维编织合成物，及三维编织合成物，例如图5中所显示的三维织带。就编织合成物而言，使二维叠布穿透具有一定厚度的PAN纤维以提供增大的耐剪切断裂性。三维织物具有在所有三个正交方向上一体织成的纤维。

在合成材料中，在与纤维主轴垂直以及平行两个方向进行了测试。无规则低模量短切纤维和标准二维合成物不具备防止因高剪切载荷所形成断裂的结构坚固性。已发现编织二维和三维织物是成功的。且三维织物被确定为最佳合成材料。三维织物材料由BF Good rich制造且其销售商标为SupercarbⅡ。该材料具有图4所示的三维织物结构。

因此，由三维碳-碳合成物SupercarbⅡ材料制得的12毫米×25毫米瓦片被固定在一钢制基片上以形成一测试片，并且合成材料的边缘设有倒角。该测试片被施加了17,000牛顿的法向力作用在一个旋转的、2米直径的圆盘上，这用于模拟在高载荷及高速度下、在常用的钢制电梯井导轨面上的紧急制动。产生了大约5,500牛顿的摩擦力，它表明材料与轨钢具有大约0.25的正常摩擦系数，该摩擦系数与常用的灰口铸铁30大致相同。合成材料片表现出极小的磨损，而常用的灰口铸铁30却产生了10％的磨损。因此，实际上合成材料未对导轨造成损坏。所述材料也在干净的以及生锈的导轨条件下进行模拟。

参照图2，通过压制或其它形成合成材料的方式在制动瓦座的面向导轨的表面30处使合成材料36固定在制动瓦座26上，以便形成梯形座部38和从该处延伸的导轨接触面40。使梯形座38固定到设置在制动瓦座26上的相应梯形槽42中。当然，也可采用其它方式将合成材料36固定到基座26上，这些方式包括机械紧固件或粘合剂，但不局限于此。

从此前的描述中可知，本发明已披露了用于制动电梯的安全制动系统的几个实施例。此处所用的碳-碳合成材料具有高摩擦系数，其优点在于可以使用较低的法向力和较小、较轻的弹簧以及安全设备。应当理解，这里描述的实施例仅仅体现了是对本发明的原理。本领域有经验的技术人员可对其进行能体现本发明原理并落入本发明思想和范围的多种改进。因此，应通过附加权利要求和其适合的解释来限定本发明。