发明领域

本发明广义上涉及升降机用的绳索。具体地说，本发明涉及升降机系统 中使用的具有高弹性模量的合成纤维制成的绳索，该系统采用牵引轮驱动绳 索，以及连接在绳索上的升降舱。本发明的绳索具有改进的结构，降低因压 缩与磨耗而造成的该绳索使用年限受损。

相关领域的描述

常规的牵引式升降机采用的升降舱是靠起重机上的绳索悬挂。通常绳索 在驱动轮以及其它轮上向上延伸直达升降井的顶部，然后朝下到升降井至平 衡块。驱动轮与绳索靠磨擦接触，驱动轮旋转收放绳索，从而提升或下放升 降舱。

本发明技术领域，牵引式升降机通常采用钢绳索来驱动升降机。钢绳索 价格相对较低，经久耐用，但它们很重。对于高的升高应用，绳索必须很长， 该钢绳索的重量一定要靠挂在升降舱下面的相似重量的补偿钢绳索(和拉紧装 置)和平衡块来抵消，升降舱与绳索合计重量往往超出该绳索的拉伸强度，因 而要求采用辅助绳索。

现有技术领域开发出了合成材料绳索，力求替代在牵引式升降机上用的 钢绳索。合成绳索的例子可参见于2003年1月21日授权给De Angelis的美 国专利6,508,051，于2001年11月27日授权给De Angelis的美国专利 6,321,520，于2001年11月20日授权给De Angelis的美国专利6,318,504， 于2001年11月13日授权给De Angelis的美国专利6,314,711，于2000年 12月26日授权给O’Donnell等人的美国专利6,164,053，于1999年3月16 日授权给O’Donnell等人的美国专利5,881,843，于1998年11月10日授权 给De Angelis的美国专利5,834,942，于1996年10月22日授权给De Angelis 等人的美国专利5,566,786，于1997年7月29日授权给Damien的美国专利 5,651,245，于1989年12月19日授权给Klees等人的美国专利4,887,422 和于1986年11月25日授权给Wilcox的美国专利4,624,097。

然而，迄今为止所研制的合成材料绳索还未能充分解决使用合成材料引 发的问题。合成材料绳索至少有两大故障类型，即压缩与磨耗。先有技术开 发的合成材料绳索试图通过由一系列纤维绳的螺旋缠绕构成绳索层，并在各 层之间安置护套(通常由聚氨酯构成)来解决这种问题，但这些努力并未能完 全解决导致缩短绳索使用寿命的压缩与磨耗问题。此外，采用中间护套需要 额外的制作工艺步骤，并不合要求地提高了绳索的弹性，在乘客进出升降舱 时会引发升降升降舱令人讨厌的弹跳。

因此要求提供一种升降机用的轻质绳索，由改善了抗压与抗磨耗性能的 合成材料制成，并且该绳索的构造中不再需要中间护套，

发明概述

本发明提供了一种升降机用的绳索，具有改进的抗压缩和抗磨耗性能。 本发明绳索特别适用于牵引式升降机系统。本发明绳索包括多股螺旋状缠绕 的绳股，而每一股绳股又由多个螺旋状预绞合的子绳股组成。“预绞合子绳 股”一词意指各子绳股由多根绳线通过一次或一次以上绞合步骤合并而成。 例如，在第一绞合步骤中，绳线(由多个合成细丝组成)以第一方向绞合。在 随后绞合步骤中，多个这样的绳线再按第二方向相互绞合。所述第二方向可 以与第一方向相同或相反。在另一个实施方式中，多根绳线也可以在一个步 骤中相互绞合。

绳线包含多个合成细丝，它由高模量合成细丝构成，诸如以商标KEVLAR 销售的包含芳酰胺聚合物的细丝，更好包含KEVLAR29或KEVLAR49(KEVLAR 是E.I.du Pont de Nemours and compang的注册商标)的细丝。然后多个预 绞合子绳股合并成一个绳股。一个或多个绳股或子绳股用润滑剂浸渍或涂覆， 以降低绳股之间磨耗，提高绳索的使用寿命。然后，绳索外部可以包覆一层 外套，为驱动轮提供附着力。

在一个实施方式中，所述绳索包括内层绳股，中间层绳股以及外层绳股。 每个绳股包含多个预绞合子绳股，每个子绳股由绳线组成，每个绳线由多根 合成细丝组成。每个子绳股预绞合，然后多个子绳股相互螺旋状缠绕而成绳 股。在此实施方式中，内层包含三股螺旋状相互缠绕绳股，且用润滑剂颗粒 浸渍，润滑剂包括聚四氟乙烯(PTFE)。在这一具体实施方式中，内层浸泡在PTFE 的水分散液中，然后干燥，使PTFE为干的细粒。中间层包括六股螺旋状缠绕 在内层周围的绳股，外层包括12股螺旋状缠绕在中间层周围的绳股。中间层 与外层的各绳股也由多个相互螺旋状缠绕的预绞合子绳股形成。中间层与外 层可任选地充满润滑剂(如PTFE)。最后，用外套包覆绳股的外层，外套包括 诸如聚酯或尼龙的合成纤维。在一个实施方式中，外套由CORDURA尼龙纤维 组成(CORDURA是E.I.du Pont de Nemours及其公司注册商标)，以交叉网状 图案编织在绳股外层之外。

本发明绳索的密度明显低子钢质绳索，允许采用功率较小且置于升降机 井内的驱动电机而无需置于单独的机房内。而且，根据本发明，驱动直径为0.5 英寸绳索的驱动轮直径明显较小，比如为10.5英寸，与驱动同样直径为0.5 英寸钢绳索的驱动轮(最小直径为20英寸)相比。驱动轮较小有助于减小操作 升降机必须的总体空间，并且减小了电机所需的扭矩。

附图简要说明

图1是本发明绳索的透视图。

图2A是放大后的透视图，表示图1实施方式中三股绳股组成绳索的内层， 且还显示了一段偏离不成直线的子绳股。

图2B是本发明绳索的放大透视图，该绳索由三股预绞合子绳股制成。每 股子绳股由三根绳线制成，每根绳线由合成细丝组成。

图3是包括本发明绳索的升降机系统的示意图。

图4是图1的绳索，所示为充满聚四氟乙烯干颗粒润滑剂的内层与中间 层。

图5A是一个实施方式的绳索截面图，所示为二种不同截面交替而成的外 层绳股。

图5B是图5A所示实施方式的截面图，较为详细地显示了形成绳索绳股 的各子绳股的绳线。

本发明的详细叙述

参见附图叙述本发明的几个实施方式，各图同一标号表示相同的组件。

参见图1，该图表示本发明一个实施方式，绳索1包括内层5，中间层11， 外层16与外套35。内层5包括三股以螺旋方向相互缠绕的绳股7。中间层11 包括6股以螺旋方向缠绕在内层5周围的绳股13。外层16包括12股以螺旋 方向缠绕在中间层周围的绳股17。每层螺旋状缠绕可以是共扭绞，也可以以 不同于前一层的角度与方向扭绞。关于角度，各层螺旋角可从5°-35°不等。 螺旋角由下式决定：

$\tan \mathrm{HA}=\frac{\mathrm{\pi P}}{L}$

其中：HA-螺旋角度

      P-节径

      L-扭绞长度

在一个实施方式中，各层螺旋角的扭绞是顺时针方向扭绞，缠绕角度为 20°。在一个实施方式中，各层螺旋角是不同的，且每层具有相同扭绞长度。

图2A是图1所示三股绳股内层5的实施方式的放大透视图。在该实施方 式中，七股预绞合子绳股19包含内层各绳股7。图2A还显示与其它绳股偏离 不成直线的一段子绳股19，所示的绳股7由子绳股19，绳线20与细丝21构 建而成。

图2B所示为内层一段绳股7的另一实施方式的放大透视图，较为详细显 示了一段预绞合子绳股19的构造。在图2B中，绳股7由三股预绞合子绳股19 构成。每股子绳股19按下面方式构成。三根绳线20各自由多重连续细丝21 制成。每根绳线20沿纵轴向绞合，按逆时针方向(以图中较小箭号标注)每时 扭1-6圈(tpi)，且较好为2-4tpi。然后，三股绞合绳线20按顺时针方向 以每时相同圈数绞合在一起(较大箭号标注)。或者，子绳股19也可以在一个 绞合步骤中将子绳股中所有绳线按顺时针方向绞合在一起，扭绞1-6tpi，较 好为2-4tpi。每时绞合圈数可按比例缩小或放大，取决于具体绳线、子绳股 以及构成的绳股的直径大小。图2B下部，三股子绳股19呈圆柱形轮廓(例如， 图2A所示更为清晰)。然而，在该实施方式中，所有三股子绳股均按相同方 式制成，即将多重绳线绞合在一起，且子绳股19无护套。

如图2B所示，三股预绞合子绳股19然后螺旋状相互缠绕而成绳股7，每 层中各股绳股可按相同方式制成，或具有不同绞合度，或由不同预绞合子绳 股数或不同多重细丝的绳线构成。预绞合角度可以不同，但较佳为5-45°。

绳线可以是高强度，高模量，低蠕变的纤维制成，包括但不限于此的聚 酰胺纤维，聚烯烃纤维，聚苯并噁唑纤维，聚苯并噻唑纤维，或它们的混合 物。最好，纤维由聚酰胺构成。当聚合物为聚酰胺时，最好为对-芳族聚酰胺， 如以商标KEVLAR，更好由KEVLAR29或KEVLAR49销售的芳族聚酰胺(KEVLAR 是E.I.du Pont de Nemours及其公司的商标)。

在一个实施方式中，中间层11与外层16的绳股也由预绞合子绳股构建。 预绞合子绳股防止子绳股过度收缩，例如，当绳索1在牵引式升降机的驱动 轮上通过时。通过抵消否则出现的收缩，绳索1的绳股预绞合结构可延长该 绳索的总使用寿命。

内层与中间层，5与11(对应于绳股7与13)可以充满润滑剂，以防止绳 股之间相互磨耗。通过将各层浸在聚四氟乙烯(PTFE)，如特氟隆 (TEFLON)(E.I.du Pont de Nemours及其公司商标)的分散液中，再进行干燥， 可浸润各层。一经干燥，PTFE形成细小颗粒30(见图4)散布在该绳股。在该 绳索，使用寿命期限内，可预期这些PTFE细粒30不会从内层与中间层(5与 11)，迁移到外层16。也可以将绳索1的任一绳股在制作时就用PTFE分散液 浸渍，这样可消除单独浸渍工艺步骤。

绳股的最外层16上可施加一个外套35。该外套35通常由尼龙或聚酯材 料制成。外套最好编织成交叉图案。在一个特殊实施方式中，该外套由CORDORA 尼龙纤维制成。

可以预期的绳索直径为1/4英寸，3/8英寸，1/2英寸，5/8英寸，3/4 英寸与1英寸，或公制6，8，9，10，11，12，13，14，15，16，18，20与22mm， 尽管还可以制成适用于特定场合下的任何直径的绳索。

在图5A与5B中所示的另一实施方式中，外层16的绳股包括具有第一直 径或横截面的第一绳股18与具有第二直径或横截面的第二绳股41，而该第二 直径或截面要小于第一绳股18。这两组绳股18，41中间层11的绳股13周围 交替排布。较大直径的绳股18填在中间层11的绳股13之间会切点23内。 较小直径的绳股41位于邻近各绳股13中心隆起部分25。各绳股7，13，18 与41包含多个预绞合子绳股20。

在一个较佳实施方式中，绳索1的直径为0.5英寸，包含12股在外层16 的绳股，6股在中间层11的绳股，以及3股在内层5的绳股。外层16中的12 股绳股包括6股较粗绳股18与6股较细绳股41。如图5B所示，较粗绳股18 由三股子绳股59的制成。各子绳股59的旦尼尔为21000。每股子绳股59由 7股绳线60制成。每根绳线60是由芳族聚酰胺纤维形成的单根多重细丝，而 不是由一对绳线搓合而成。它可以由表达式3000/1/7表示。采用同一表达方 式，外层6股较细绳股41，每股都是由3股子绳股69制成，每股子绳股69 由4股绳线70制成，由表达式3000/1/4表示。中间层的6股绳股13，每股 均由3股子绳股79制成，每股子绳股由6股绳线80制成，并由表达式3000/1/6 表示。内层的3股绳股7，每股由3股子绳股89制成，每股子绳股89由3股 绳线90制成，并由表达式3000/1/3表示。在每股子绳股中，每根绳线各自 按一个方向缠绕，然后所有3股或更多绳线再按相反方向绞合一起形成子绳 股。3股相同构造的子绳股按照与形成子绳股时相同的方向螺旋绞合在一起形 成绳股。采用常规扭绞技术制成绳索1，从而，三股绳股7首先螺旋扭绞形成 内层5，6股绳股13设置在内层5周围形成中间层11，然后6股绳股18与6 股绳股41，设置在中间层周围形成外层16。该绳索最外面包覆一层CORDURA 尼龙纤维护套为驱动轮提供附着力。

在另一实施方式中，绳索1的直径为0.375英寸，由二层而不是三层绳 股(如上述直径为0.5英寸的绳索)组成。外层有6股绳股，内层有三股绳股。 外层的6股绳股各由三股子绳股制成。子绳股的旦尼尔各为19880。每股子绳 股有七根多重绳线对，每一绳线对缠绕在一起。称之为一股，由表达式1420 /2/7表示，(绳线旦尼尔/每股绳线数/每股子绳股的股数)。

内层三股绳股均由三股子绳股制成，每股子绳股采用相同表达方式，由 1420/2/5表示。在各子绳股中，每二根绳线对以一个方向扭绞在一起，并 且五个或更多个扭绞的绳线对再按相反方向绞合形成子绳股，然后，3股相同 结构的子绳股按照与形成子绳股时相同的方向螺旋绞合在一起形成绳股。采 用常规扭绞技术制成绳索，从而，三股绳股首先螺旋扭绞而成内层，6股外层 绳股在内层上螺旋扭绞形而成外层。该绳索最外面包覆一层CORDURA尼龙纤 维护套为驱动轮提供附着力。

按本发明制成的绳索经测试测量原始特性与预期使用寿命限期间的物理 性质。进行循环-弯曲-绕过-转轮-疲劳测试，得出绳索的AE值。这方面，AE 值用于度量绳索的刚性，并定义为横截面积×杨氏弹性模量。在测试中，本发 明绳索(由芳族聚酰胺纤维制成，直径为0.5英寸)置于滑轮上(其直径通常为 10英寸)，其受张力为1000-2000磅，然后经受多次弯曲循环(在250,000- 3,000,000次范围)，循环周期约为2-5秒。AE值取自几个不同弯曲循环。

循环范围在680,000-2,900,000之间绳索的AE值通常为980,000。作为 比较，直径同为0.5英寸的钢绳索的AE值约为550,000。该数据表明可以采 用截面积小得多的绳索(因而更细且最终更轻的绳索)可获得与钢绳索相同的 性质。本发明绳索初始断裂强度至少为25,000磅。进一步的测试结果表明本 发明绳索能维持其基本量的断裂强度，其使用寿命两倍于钢绳索的寿命。与 钢绳索不同的是，本发明的合成绳索还具有一些独特的优点，它不需要定期 润滑，不会生锈，如遇水，实际上还会增加摩擦系数。

图3所示为本发明另一方面，其中本发明绳索包含在升降机系统之中，该 升降机系统31包括升降舱33，平衡块36，驱动轮37与驱动电机。本发明绳 索39用于在本升降系统内移动升降舱33。

当显示与叙述本发明的具体实施方式时，在不偏离本发明的较宽范围内 对本发明作出各种改变与修改，对于那些本领域技术人员是显而易见的。因 此，所附权利要求的目的是包括在本发明实际精神与范围之内的所有这些改 变与修改。

本专利申请要求于2002年1月30日申请的美国临时专利申请系列号 60/353,020的优先权，此专利在此全文引用。

发明背景