aalto1 untyped-item.component.html
Low-friction coating materials for traction elevator diverting pulleys
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
67
Series
Abstract
Traction between hoisting ropes and traction sheave is the main limitation in designing a traction elevator, affecting every aspect the mechanical design of an elevator system. Increasing traction enables numerous improvements in material and energy usage and space efficiency of the elevator system, which is why highfriction hoisting means, e.g., thermoset polyurethane (TPU) coated ropes or belts are replacing traditional steel ropes. However, high-friction hoisting means allow tension imbalances in the elevator’s roping system to grow to a level that is not manageable with the same methods that have been used with steel hoisting ropes. Earlier research and R&D efforts suggest that lowering friction between the hoisting means and diverting pulleys may enable solving the issues with unequal tension distribution. The aim of this thesis is to develop a pulley that would enable testing this in a real-world elevator. The chosen approach is to use a low-friction coating material. Therefore, friction characteristics of several coated diverting pulleys are tested in this thesis in combination with a TPU-coated hoisting rope. Furthermore, a pulley made from alternative material, nylon, is tested. Additional data about wear resistance of the materials is also collected.
Experiments are conducted with a friction tester setup that enables forcing a low relative slip between a rotating diverting pulley and a moving rope to mimic rope slip in a real-world elevator and enables locking the diverting pulley in place and forcing the rope to slip on the pulley to measure kinetic friction. The tests are repeated in room temperature and elevated temperature, and a range of different rope speeds and tension levels are used.
The tests identified two coatings that achieved a significant reduction in friction: a PTFE–epoxy copolymer coating and a ceramic coating. However, both coatings suffered from extensive rope contamination, and the PTFE–epoxy copolymer displayed visible wear. As the high amount of slipping in the tests is not comparable to a real-world elevator, it was concluded that the ceramic coating could be a viable option for elevator use despite the issues. In future research, the data collected in this thesis can be utilized in simulations of a complete elevator system, and the ceramic coated pulley can be subjected to a wear test, and ultimately used in a realworld test elevator.
Tärkein rajoite vetopyörähissin suunnittelussa on nostoköysien ja vetopyörän välinen kitka, joka vaikuttaa kaikkiin osa-alueisiin hissin mekaanisessa toteutuksessa. Kitkan kasvattaminen edistää materiaalien ja energian käytön vähentämistä, sekä mahdollistaa parannuksia hissijärjestelmän tilatehokkuudessa, minkä vuoksi korkean kitkan nostovälineet, kuten termoplastisella polyuretaanilla (TPU) päällystetyt köydet tai hihnat, ovat korvaamassa perinteiset teräsköydet. Korkeakitkaiset nostovälineet mahdollistavat kuitenkin jännityserojen kasvun hissin köysityksessä tasolle, jota ei voida hallita samoilla menetelmillä kuin teräsköysillä.
Aiempi tutkimus ja tuotekehitystyö viittaavat siihen, että kitkan vähentäminen nostovälineiden ja taittopyörien välillä voi auttaa ratkaisemaan jännityseroihin liittyvät ongelmat. Diplomityön tavoitteena on kehittää taittopyörä, joka mahdollistaa tämän testaamisen todellisessa hississä. Valittu lähestymistapa on käyttää matalan kitkan pinnoitemateriaalia. Työssä testataan useiden pinnoitettujen taittopyörien kitkaominaisuuksia TPU-pintaisen nostoköyden kanssa. Lisäksi testataan vaihtoehtoisesta materiaalista, nylonista, valmistettua taittopyörää. Ohessa kerätään myös tietoa materiaalien kulutuskestävyydestä.
Kokeet suoritetaan kitkatesterillä, joka mahdollistaa hitaan suhteellisen luiston pakottamisen pyörivän taittopyörän ja liikkuvan köyden välille, mikä jäljittelee köyden luistoa hissin köysitysjärjestelmässä. Lisäksi testeri mahdollistaa liukukitkan mittaamisen lukitsemalla taittopyörä paikalleen ja vetämällä köysi luistoon pyörällä. Testit suoritetaan huoneenlämmössä ja korotetussa lämpötilassa useita köyden nopeuksia ja jännitystasoja käyttäen.
Tutkimuksessa tunnistettiin kaksi pinnoitetta, jotka vähensivät merkittävästi kitkaa: PTFE-epoksikopolymeeripinnoite ja keraaminen pinnoite. Molemmat pinnoitteet kuitenkin kärsivät vakavasta köyden kontaminaatiosta, ja PTFE-epoksikopolymeeripinnoitteessa havaittiin lisäksi näkyvää kulumaa. Taittopyörät altistuvat testeissä kuitenkin huomattavasti suuremmalle luistomäärälle kuin todellisessa hississä, joten keraaminen pinnoite voi ongelmista huolimatta soveltua käyttöön. Jatkotutkimuksena tässä diplomityössä kerättyjä tietoja voidaan hyödyntää hissijärjestelmän simuloinnissa, ja keraamipinnoitettu taittopyörä voidaan asettaa kulutustestiin sekä testata oikeassa hississä.