專利名稱：氮化硅電梯安全制動(dòng)器的制作方法
安裝在電梯轎廂上的一個(gè)典型的安全制動(dòng)系統(tǒng)包括一對(duì)具有大體上為扁平摩擦表面的楔形制動(dòng)瓦。該扁平摩擦表面通常設(shè)置在T形導(dǎo)軌的導(dǎo)柱部分的相對(duì)兩側(cè)處，T形導(dǎo)軌支撐于電梯井道壁上。這兩個(gè)楔形制動(dòng)瓦由一個(gè)限速器機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，該限速器促使楔形制動(dòng)瓦沿著一相鄰的導(dǎo)瓦加力，而導(dǎo)瓦組件反過(guò)來(lái)又促使這兩個(gè)制動(dòng)瓦的摩擦表面與導(dǎo)軌相互接觸，以減慢或停止轎廂。
在一個(gè)典型的安全制動(dòng)系統(tǒng)中，這些楔形結(jié)構(gòu)可以承載至大約56,000磅(250,000牛頓)的法向力，這個(gè)力是通過(guò)在7英寸2表面上施加8000磅/英寸2的壓強(qiáng)得到的(0.0045米2的面積上的55,000千帕壓強(qiáng))。使用以大約6米/秒的速度相對(duì)于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)具有約為0.15的額定摩擦系數(shù)的鑄鐵摩擦表面，作用在一個(gè)楔形結(jié)構(gòu)上的56,000磅(250,000牛頓)的力在該楔形結(jié)構(gòu)的摩擦表面上產(chǎn)生大約11,200磅(50,000牛頓)的摩擦力。在一個(gè)使用鑄鐵摩擦表面的傳統(tǒng)電梯轎廂設(shè)計(jì)中，有四個(gè)摩擦表面，它們產(chǎn)生一個(gè)大約45,000磅(200,000牛頓)的總的潛在制動(dòng)力。
當(dāng)建造一個(gè)非常高的建筑物時(shí)，服務(wù)于該建筑物各個(gè)樓層間的高速、重載的電梯(通常為4到8米/秒，但可高達(dá)12.5米/秒)變得非常必要。這種電梯具有達(dá)到大約16,000千克的載重量。這種電梯的安全制動(dòng)要求也提高了。在這種需要高速、重載的現(xiàn)代化的電梯轎廂中，普通的灰口鑄鐵不能作為一種穩(wěn)定的磨擦材料使用已經(jīng)被確定，這是因?yàn)槠溥^(guò)渡磨損造成制動(dòng)失敗和高摩擦熱量造成摩擦系數(shù)降低。因此，需要使用另外一種具有低磨損和穩(wěn)定的高磨擦的摩擦材料制造電梯的安全制動(dòng)瓦，以適應(yīng)安裝在高層建筑中的高速、重載電梯的需要。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于停止電梯轎廂的電梯安全制動(dòng)器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于高速、重載電梯中的具有穩(wěn)定的高摩擦系數(shù)和低磨損的可靠的電梯安全制動(dòng)器。
上述目的是利用具有從一基座上形成的制動(dòng)瓦和用于與電梯導(dǎo)軌表面接觸的固定在該基座上的摩擦表面的電梯制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。至少摩擦表面的一部分由一種氮化硅材料構(gòu)成。該安全制動(dòng)器設(shè)置有一致動(dòng)器，它將制動(dòng)瓦的摩擦材料壓靠在導(dǎo)軌表面上以使電梯轎廂停止。
附圖沒(méi)有按照比例描繪，包括

圖1是具有位于導(dǎo)軌相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)楔形摩擦結(jié)構(gòu)的電梯安全制動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單示意圖；圖2是具有位于瓦基座的朝向軌道的表面上的氮化硅摩擦板的電梯安全制動(dòng)器的簡(jiǎn)單示意圖；圖3是圖2中實(shí)施例另外還包括一在其上加工出的橫向開口的電梯安全制動(dòng)器的簡(jiǎn)單示意圖；圖4是本發(fā)明的另一種實(shí)施例的簡(jiǎn)單示意圖，它顯示了固定在瓦基座的朝向軌道的表面上的一組氮化硅摩擦片；圖5是圖4沿著線5-5的一個(gè)簡(jiǎn)單橫截面圖，它顯示了摩擦片通過(guò)一種柔性材料的連接；圖6是氮化硅摩擦材料以一組長(zhǎng)片方式固定在制動(dòng)瓦基座上的一個(gè)簡(jiǎn)化示意圖；圖1是本發(fā)明可以應(yīng)用在其上的已知的電梯安全制動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。該制動(dòng)系統(tǒng)10包括一對(duì)連接在轎廂14上的致動(dòng)器12，它們位于支撐在電梯井道(未顯示)中的導(dǎo)軌16的相對(duì)兩側(cè)。致動(dòng)器12部分地由一個(gè)楔形導(dǎo)瓦18構(gòu)成，它在與導(dǎo)軌16基本垂直的方向上可移動(dòng)地位于支架20內(nèi)。導(dǎo)瓦18由彈簧22壓向?qū)к?6。導(dǎo)瓦18具有一傾斜的支承表面24。具有基座26的楔形制動(dòng)瓦25上設(shè)置有一傾斜楔塊表面28，它與導(dǎo)瓦18的傾斜支承表面24互補(bǔ)。制動(dòng)瓦25還設(shè)置有一個(gè)朝向軌道的表面30。制動(dòng)瓦25位于導(dǎo)瓦18和導(dǎo)軌16之間。帶有高摩擦材料的制動(dòng)片32固定在制動(dòng)瓦基座26的朝向軌道的表面30上。一個(gè)包含一組滾子34的滾子組件位于導(dǎo)瓦18的傾斜支承表面24和制動(dòng)瓦25的互補(bǔ)傾斜楔塊表面28之間。滾子34在導(dǎo)瓦18與制動(dòng)瓦25的相鄰互補(bǔ)的傾斜表面24和28之間分別提供一低摩擦接觸。導(dǎo)瓦18由彈簧22作用一朝向?qū)к?6的力FN，通過(guò)滾子34壓向制動(dòng)瓦25。
在需要制動(dòng)系統(tǒng)10工作的緊急或超速情況下，朝向電梯轎廂14的力FA作用到楔形制動(dòng)瓦25的基座26上，這使得瓦25朝電梯轎廂14移動(dòng)。通常，力FA由與限速器(未顯示)相連的繩、纜或機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置施加。導(dǎo)瓦18和制動(dòng)瓦基座26的互補(bǔ)傾斜表面24和28分別使得制動(dòng)瓦25移向?qū)к?6，直到制動(dòng)片32和導(dǎo)軌16接觸。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的那樣，制動(dòng)片32通過(guò)彈簧22施加的法向力FN作用到導(dǎo)軌16上。由法向力FN產(chǎn)生的制動(dòng)力的大小基本上直接與制動(dòng)墊片32所用的高摩擦材料與導(dǎo)軌材料16之間的摩擦系數(shù)μk成正比。當(dāng)制動(dòng)發(fā)生的時(shí)候，熱量會(huì)在制動(dòng)片32上聚集，這會(huì)有害地改變制動(dòng)片材料與導(dǎo)軌材料之間的摩擦系數(shù)μk。如果對(duì)于一種給定的材料熱量變得足夠高，實(shí)質(zhì)上會(huì)降低硬度，也會(huì)使高摩擦材料發(fā)生變形或熔化，這反過(guò)來(lái)會(huì)使制動(dòng)失敗。
在現(xiàn)有技術(shù)中，用于制動(dòng)系統(tǒng)10中的制動(dòng)片32具有一個(gè)由灰口鑄鐵形成的摩擦表面。但是，灰口鑄鐵適用于低速、輕載的情況，而在高速、重載的情況下，不能作為一種穩(wěn)定的摩擦材料工作?？紤]到灰口鑄鐵的這種缺陷，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用作制動(dòng)片32的高摩擦材料的灰口鑄鐵可以由氮化硅陶瓷替代。根據(jù)本發(fā)明的具有氮化硅陶瓷的制動(dòng)片，可以在電梯限速達(dá)10米/秒、載重達(dá)16000千克工作時(shí)所需情況下工作。另外還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明制成的片具有重要的機(jī)械韌性、耐熱沖擊性、相對(duì)于導(dǎo)軌鋼的可忽略磨損率以及對(duì)于導(dǎo)軌鋼的足夠的摩擦系數(shù)。
由kyocera Ceramics提供的商業(yè)名稱為SN220氮化硅陶瓷制成一塊20×20mm的矩形試驗(yàn)片。該試驗(yàn)片設(shè)置一斜邊。該試驗(yàn)片被施加了8,000牛頓的法向力抵靠在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的2米直徑的盤上，這用于模擬重載、高速情況下一個(gè)典型的鋼制成的井道導(dǎo)軌表面上的緊急制動(dòng)。將近5,000牛頓的摩擦力產(chǎn)生了，這表明額定摩擦系數(shù)大于0.5。該氮化硅試驗(yàn)片顯示了基本上沒(méi)有磨損，但是從該軌道試驗(yàn)片上形成一個(gè)非常淺的鋼帶結(jié)構(gòu)。觀測(cè)到兩種停止機(jī)制一種滑動(dòng)力(低摩擦系數(shù))和一種機(jī)械力(高摩擦系數(shù))。這種轉(zhuǎn)變過(guò)程被摩擦表面與導(dǎo)軌間接觸點(diǎn)的幾何形狀所控制，并且對(duì)摩擦表面與導(dǎo)軌間接觸點(diǎn)的幾何形狀極端敏感。該氮化硅試驗(yàn)片顯示了重要的機(jī)械韌性和耐熱沖擊性。
如圖2中所示，該板狀的氮化硅可以利用銅焊(未顯示)或者機(jī)械緊固件(未顯示)固定在基座上。如圖3中所示，橫格圖案結(jié)構(gòu)36可以加工在其上。
參見圖4，帶有氮化硅片狀插入物38的鑄鋁合金可以機(jī)械地固定到基座26上。氮化硅片狀插入物也可以熱壓配合在一個(gè)金屬板中。使用片狀插入物或小的氮化硅元件優(yōu)于一塊作為陶瓷的單片板，因?yàn)楹笳叩臋C(jī)械韌性有限，并且有可能使該氮化硅破碎。在這個(gè)片狀結(jié)構(gòu)中，該氮化硅材料的破碎將會(huì)與其它的片相隔開。
參見圖5，最好該氮化硅片38通過(guò)柔性材料分隔物(compliantmaterial interface)40固定到基座26上，該柔性材料分隔物40可以彈回合金摩擦材料相對(duì)于基座26的運(yùn)動(dòng)，并且在制動(dòng)瓦基座26的朝向?qū)к壍谋砻?0沒(méi)有完全與導(dǎo)軌16接觸的情況下使得大量的片與導(dǎo)軌表面接觸。本發(fā)明中所使用的柔性材料包括耐熱橡膠類材料，如耐熱硅。單個(gè)板32，一個(gè)或多個(gè)片38可以在其上加工出橫格圖案結(jié)構(gòu)。
參見圖6，摩擦表面也可以由一組合金材料制成的長(zhǎng)片(pins)或桿42構(gòu)成，它放置成基本上橫向于摩擦表面與導(dǎo)軌表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。在大多數(shù)情況下，這些長(zhǎng)片水平42地定位于電梯系統(tǒng)中，但這不是必要的。長(zhǎng)片42也可以通過(guò)柔性材料分隔物以片38固定的方式固定到基座26上。柔性材料分隔物可以彈回片42相對(duì)于基座26的運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)上面的描述可以理解到，已經(jīng)敘述了根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)用于停止一個(gè)電梯的安全制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例。其中使用的氮化硅合金提供了一個(gè)高摩擦系數(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于可以使用低法向力和較小、較輕的彈簧以及安全設(shè)備。應(yīng)該理解到，這里所描述的實(shí)施例僅僅是體現(xiàn)了本發(fā)明的精神。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的工程技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可做出許多變化。因此，應(yīng)通過(guò)附加的權(quán)利要求及其合理的解釋來(lái)限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一種用于停止電梯轎廂的電梯安全制動(dòng)器，包括一個(gè)制動(dòng)瓦，它具有一基座和固定到基座上用于與電梯導(dǎo)軌表面接觸的摩擦表面，其特征在于至少摩擦表面的一部分由一種氮化硅材料構(gòu)成；以及用于將制動(dòng)瓦的摩擦材料壓靠在導(dǎo)軌表面上以停止電梯轎廂的裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于氮化硅材料通過(guò)可以將其相對(duì)于基座的運(yùn)動(dòng)彈回的柔性材料固定到基座上。
3．如權(quán)利要求2所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于該柔性材料是一種耐熱橡膠。
4．如權(quán)利要求1所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于該氮化硅材料帶有在其上加工出的橫格圖案結(jié)構(gòu)。
5．如權(quán)利要求1所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于該摩擦表面包括一組由氮化硅材料制成的片。
6．如權(quán)利要求5所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于至少這些片中的一個(gè)通過(guò)可以將片相對(duì)于基座的運(yùn)動(dòng)彈回的柔性材料固定到基座上。
7．一種如權(quán)利要求6所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于該柔性材料是一種耐熱橡膠。
8．如權(quán)利要求1所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于摩擦表面包括一組有由氮化硅材料構(gòu)成的長(zhǎng)片，該組長(zhǎng)片放置成基本上橫向于摩擦表面和導(dǎo)軌表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。
9．如權(quán)利要求8所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于至少這些片中的一個(gè)通過(guò)可以將片相對(duì)于基座的運(yùn)動(dòng)彈回的柔性材料固定到基座上。
10．如權(quán)利要求9所述的電梯安全制動(dòng)器，其特征在于該柔性材料是一種耐熱橡膠材料。
全文摘要
一種用于停止電梯轎廂的電梯安全制動(dòng)器,其包括一個(gè)制動(dòng)瓦,該制動(dòng)瓦具有一用于與電梯導(dǎo)軌表面接觸以提供一制動(dòng)力的氮化硅表面。在一種實(shí)施方式中,該氮化硅通過(guò)可以將其相對(duì)于制動(dòng)瓦的運(yùn)動(dòng)彈回的柔性材料固定到制動(dòng)瓦上。由該氮化硅構(gòu)成的制動(dòng)器摩擦表面展示了具有一穩(wěn)定的高摩擦和低磨損,適用于安裝在高層建筑物中的高速、重載電梯上。
文檔編號(hào)F16D65/092GK1217289SQ9812315
公開日1999年5月26日 申請(qǐng)日期1998年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月6日
發(fā)明者M·S·湯姆普森, J·E·霍羅斯扎克, J·T·比爾斯, D·W·麥基, P·H·麥克魯斯基, M·C·朗, F·J·魯斯?fàn)? J·A·L勒道克斯, D·T恩古云, P·本納特 申請(qǐng)人:奧蒂斯電梯公司