エレベーターと垂直輸送における炭素繊維の使用

エレベーターは一生をかけて自分の重さと戦ってきた機械だ。 1キロ当たりのかご、フレーム、ドア、ロープは毎年数千回加速、支持、制動しなければならず、1キロ当たりの重量は軸の上にぶら下げなければならない。これはなぜ垂直輸送業界が炭素繊維複合材料の最も興味深い市場の一つになっているのか：一旦移動品質が低下すると、モータサイズが減少し、エネルギー消費が低下し、ロープと滑車の寿命が延長され、機械全体が同時により速く、より簡単になる。本文は炭素繊維、アラミド繊維及びプレ酸化繊維のエレベーター、エスカレーター及びより広範な垂直輸送業界における応用、及び買い手又はエンジニアがそれらをどのように指定すべきかに着目した。

1.垂直輸送における重量運動学

釣り合い揚力の算術から始まる。乗りかごとロープの質量を減らし、カウンタウェイトも同じ量を減らすことができるので、モータ、ブレーキ、プーリ、ガイドレール、構造荷重を一緒に減らすことができます。モバイルコンポーネントで数百キロ節約すれば、マシン全体で1トン以上節約できます。

1.1なぜ運動の質がすべてを決めるのか

エネルギー消費、ピーク電流、ブレーキ寸法、ロープ直径、軸純空は移動品質の下流にある。高層ビルでは、移動品質はサスペンションシステム自体が主導し、家庭用エレベーターでは、製品全体が機械室のない家庭用構造に適合しなければならないため、移動重量は重要である。市場の両端は同じ方向に発展している：より軽い構造とより軽いサスペンション部材。

1.2伝統的な機械設計が壁にぶつかる箇所

ワイヤロープは成熟した解決策であり、消えることはありませんが、直径、破断荷重と1メートル当たりの質量との間には固定的な関係があります。より高い軸はより長いロープを意味し、より長いロープはより重いだけでなく、伸びが強く、より大きな牽引力が必要です。ある軸の高さでは、ロープの質量は単独で負荷の有意義なシェアとなる。

1.3材料に対する業界の需要

エレベーターの理想的な構造材料は、硬く、堅固で、疲労に強く、寸法が安定しており、防腐、非磁性、防火である。フレームにもラミネートしやすく、ブラケットに加工しやすいはずです。炭素繊維強化ポリマーは、リストの大部分をカバーし、それが残した2つの空白、すなわち、シャフト火災における温度性能といくつかの部品の衝撃挙動、それぞれプレ酸化繊維とアラミド繊維で充填されている。

2.炭素繊維サスペンション部材及びベルト

炭素繊維の業界で最も顕著な成功は、自動車パネルやドアではない。エレベーターをぶら下げるフラットベルトと、それを囲んで成長した複合引張部材ファミリーである。

2.1複合ロープと平和帯

炭素繊維引張部材の芯を有するコーティング鋼帯は、いくつかの従来のロープの代わりに単一の平坦要素を用いた。ベルトはそれに取って代わられた鋼材よりもはるかに軽いため、サスペンションシステム自体を移動させるために必要なエネルギーが低下し、ベルトは正しく整列された無機械室の取り付けにもよく使用される。

2.2軽量随行ケーブル

車に従って走るケーブルは動力と通信を移動する物体に伝達するので、その自身の重量はペナルティであり、曲げ半径における追加の抵抗、摩擦、疲労として表現される。高強度繊維強度部材を用いたケーブル設計は品質を軽減し、曲げ寿命を高めることができ、アラミド繊維は靭性と剛性が同様に重要な一般的な選択である。随行ケーブルの品質を低下させると、それを補償するために必要な再配置も減少します。

2.3ガバナと安全ロープのオプション

安全性と速度調整システムは仕様と承認に制約されているため、そこの複合材料の代替は構造部品より遅い。複合引張部材を使用する場合、10年以上弛緩したサスペンション要素の使用が許可されていないため、持続荷重下でのクリープと疲労挙動を記録することが重要である。これらの部品の仕事をしているベンダーは、短期破断荷重だけでなく、クリープ破断データ、張力−張力疲労曲線、曲げプーリ結果を提供しています。

3.かご構造、ケーブルラック、プラットフォーム

自動車から取り外したパネルやフレームごとに、サスペンションやレールへの負荷が軽減されます。

3.1かごフレームとプラットフォームパネル

自動車のロープとプラットフォームは積層または引張構造であり、炭素繊維板、管、引張押出形材は、同等の鋼材の剛性フレームよりも肉厚がはるかに低いことを可能にする。高い比剛性は、負荷下のたわみを少ない材料で制御し、防腐表面は湿った軸の中で構造を安定させることを意味する。炭素繊維スキンと防火芯のサンドイッチ板は平坦で剛性のあるプラットフォームと壁板を提供し、内装も担持している。

3.2ドア、窓台、階段プラットフォーム家具

かごドアと階ドアは、取り付けの中で最も循環回数の多い部品の1つです。炭素繊維ドアパネルは十分に軽く、オペレータとモータの作業量を減らすことができ、しかも十分に硬く、長年使用した後に平らに保つことができ、複合構造は鋼板のように凹んだり錆びたりすることはありません。プラットフォーム敷居、表示板、手すり、シャフト家具は剛性、低品質、耐食性の同じ組み合わせから恩恵を受け、材料の非磁性は位置センシングへの干渉を回避した。

住宅と小型商業の分野では規制が異なり、複合材料の場合がより顕著になっている。家庭用エレベーターは既存の階段に入らなければならない。支持構造はエレベーターのために設計されたものではないので、コンパクトなドライブと軽自動車が必要だ。炭素繊維管と機械加工板により、メーカーは現場で組み立てることができる細長い自己支持フレームを構築することができ、予備酸化繊維アセンブリはドライバと自動車パネルの周囲の断熱と防火機能を処理することができる。

4.機械室設備と駆動部品

機械室または機械室レスエレベータのコンパクトな機械空間は回転と往復運動部品を含み、慣性と耐食性が低下した。

4.1モータハウジング、ブラケット、およびドライブシャフト

炭素繊維伝動軸は回転慣性を低下させ、第1湾曲固有周波数を向上させ、これはギアレス巻上機の静かな運転に役立つ。炭素繊維で作られたモーターフレーム、取付ブラケット、機械基板は、塗装や亜鉛めっきを必要とせずに、軸頭構造の品質を軽減した。この材料は磁気がないので、磁場を歪ませることなく、磁気回路に近い場所で使用することができます。

ガイドシュー、ローラガイドスリーブ、プーリアセンブリの構造要素は、炭素繊維の剛性と低品質が重要であるため、炭素繊維の候補である。ローラ及びガイド部材は、アラミド繊維が非常に強靭であり、軌道表面に摩耗がないため、摩耗及び衝撃層においてアラミド繊維に恩恵を受ける。どちらの材料も、寒い朝に凝縮が形成されると腐食しないため、ピット環境での使用に適しています。

4.3エスカレーター部品と自動歩道

エスカレーターの手すり、階段、トレイアセンブリ、手すりガイド構造、櫛歯板家具は、公共建築物の中で何十年も稼働しており、これらの建築物の中では、外観とメンテナンスコストが重要です。炭素繊維形材とパネルは硬く、軽量で安定した構造を提供し、アラミド繊維は暴露点の耐衝撃性を高め、予備酸化繊維はクラッドの後ろと駆動部品の周りに防火障壁を提供した。

5.消防、熱工及び安全材料の職責

垂直輸送は生命安全製品であるため、重大な決定は規範と故障の結果に制約されている。特定の等級とテスト証拠を故意に選択すると、複合材料はこれらの制限を満たすことができます。

自動車の壁、天井、床、ドアはすべて防火性能の要求に合致しなければならない。複合ソリューションは単一の材料ではなくシステムである。炭素繊維の表皮は防火コアと膨張または鉱物層と結合することができ、不燃性の重要な場所に予備酸化繊維仕上げを添加することができる。

5.2ブレーキと熱負荷中の予備酸化繊維

プレ酸化繊維は、動作温度では燃焼や溶融しない不溶性、難燃性の材料であり、ブレーキシュー補強材、機械部品の周囲の断熱材、パネルの後ろの障壁、および機内のフェルトとして使用される。トラスエスカレーターはほこりが舞い上がり、振動する条件下でもよく支持されており、そこではコットンを時間とともに沈殿させ、圧縮することができます。

5.3衝撃と破裂防護におけるアラミド繊維の応用

故障がエネルギーを放出する場所では、アラミド繊維はエネルギー吸収層として一席を占めている。これは、装置の周囲の保護ライニング、露出軸家具の衝撃保護、加圧または高エネルギー部品の安全シェルの包みに使用されます。アラミド織物も軟質設備の自然な選択であり、例えばエレベーターの設置と改造の過程で使用されるロープ、ロープカバー、保護カーペットであり、その中の金属部品は完成品の自動車内部を傷つけてはならない。

6.垂直輸送材料選択マトリックス

次のマトリックスは、垂直輸送システム内の作業点を、それに適した製品形式と、通常置換される従来の材料にマッピングします。

6.1読取行列

各行を一度に購入するのではなく、全体として読む。製品の形式、その理由の選択、およびそれに置き換えられた従来のソリューションは同じクラスに属し、ほとんどのインストールは同時に数行組み合わされています。

7.規範、テスト、認証

垂直輸送は規制され、複合材料はテストの証拠が表示されたドアを通って業界に入った。これを理解しているベンダーは、買い手の承認プロセスを短縮します。

7.1標準、規範、文書記録

エレベータの複合部品は、この地域で適用されるエレベータ安全基準、およびアセンブリ全体の材料と防火基準を満たしている。実際には、プロジェクトパッケージには、ロットトレーサビリティを有する材料証明書、機械および物理試験報告書、完成品コンポーネントの防火試験報告書、および関連するクリープおよび疲労データが含まれている。サプライチェーン内の置換により承認が無効になる可能性があるため、証明書と生産ロット間の整合性は数値自体と同様に重要です。

7.2疲労、曲げ及び牽引試験

したがって、試験はサスペンション部材の引張疲労、実際に使用されているプーリ直径の曲げ疲労、および可動パネル上のヒンジ、ローラ、およびロックの循環試験に重点を置いている。コーティングされたベルトの牽引と摩耗テストは、ベルト寿命が材料属性ではなくシステム属性であるため、実際の滑車ジオメトリ上で行われます。

7.3長寿命検査

複合材料部品は、目視検査、ノック試験、および超音波または放射線撮影方法（適用可能な場合）によって検査される。引き渡し時に最も有用な交付成果は、書類記録のベースライン：材料ロット記録、竣工図、整列とトルク記録及びキージョイントの写真である。ベースラインがあると、後続の検査が迅速になり、修理や交換に関する決定は推測ではなく証拠に基づいて行われます。

8.なぜ垂直輸送プロジェクトにTanchainを選んだのか

垂直輸送プロジェクトでは、構造、サスペンション、およびセキュリティの役割をカバーする材料パートナーが必要であり、一貫性を失うことはありません。Tanchainは、複合材料のフレーム、パネル、芯付きおよび伝動部品の範囲に使用される炭素繊維フィラメント、短繊維、織物、プリプレグ、絞り管、形材、機械加工板、および衝撃、摩耗、および織物保護のためのアラミドフィラメント、短繊維、および織物、ならびに高温断熱、制動強化、および防火障壁のためのプレ酸化繊維短繊維、フィラメント、糸、フェルト、および織物を製造する。

材料証明書、ロットトレーサビリティ、技術データを標準として提供し、当社のチームは製品選択と応用指導を通じて規範段階をサポートしています。

Tanchain炭素繊維、アラミド繊維、プレ酸化繊維製品シリーズを参照したり、自動車のレイアウト、軸データ、デューティサイクルを送信したりします。 当社のエンジニアリングチームは、移動品質、サスペンションの配置、消防と安全要件を審査し、システムの各部分に製品形式を推奨し、垂直輸送アプリケーションに完全な材料パッケージを提供し、サスペンション部材から自動車パネルの後ろの断熱層まで提供します。