Novel solutions for hoisting belt termination: Feasibility analysis

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2024-08-19

Department

Major/Subject

Mechatronics

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)

Language

en

Pages

86

Series

Abstract

Urbanization as a phenomenon has accelerated worldwide since its early days until the megatrend of the present day. The continuous flow of migration to the cities has led to changes in urban planning that increase comfort and living and working space. To prevent the uncontrolled spread of urban areas, construction technology and architecture have focused on promoting high-rise construction. To ensure the accessibility of the top floors of tall buildings, elevator technology has also had to be developed to enable ever higher lifts. Elevators’ hoisting technology has remained almost unchanged in its basic functions from the beginning of the 20th century until the beginning of the 21st century. Even after this, steel cable has been used almost without exception as a means of lifting the body, which has traditionally been cost-effective, but whose mass is large compared to its tensile strength. With high lifts, most of the power of the elevator mechanism goes to lifting the cables alone, and most of the load resistance of the cables goes to supporting their own mass. To solve the problem, carbon fibre-reinforced ropes and polyurethane-coated belts have been developed in the past. The former is only suitable for the largest elevators, and the tensile strength of the latter has limited its usability to low-rise purposes only. This is, however, about to change. The safety of new elevator concepts, the lifting function of which is achieved by using polyurethane-coated belts instead of the traditional steel cable, requires the development of a reliable and long-lasting belt end fastener, i.e. the terminal. In this master’s thesis, the best solution option is sought for transferring reaction forces from the belt to the shaft structures. This is a systematic approach to product development project, following the designing for production path presented by Pahl and Beitz (1996). The critical requirements for the load and temperature resistance of the terminal are determined both by the industry standards and by means of the stated, confirmed break-ing strengths of the belts themselves. The best solution options are modelled and dimensioned. Their durability is assessed using the finite element meth-od (FEM) and tested in practice with tensile tests. When choosing the best solution, manufacturability, installability and total costs are also considered.

Kaupungistuminen on ilmiönä kiihtynyt maailmanlaajuisesti alkuajoistaan lähtien aina nykyhetken megatrendiksi asti. Muuttovirta kaupunkeihin on johtanut kaupunkisuunnittelun viihtyisyyttä sekä asuin- ja toimitilaa lisääviin muutoksiin. Jotta kaupunkialueiden hallitsematon leviäminen estettäisiin, on rakennustekniikassa ja arkkitehtuurissa keskitytty korkealle rakentamisen edistämiseen. Korkeiden rakennusten ylimpien kerrosten saavutettavuuden varmistamiseksi on myös hissitekniikkaa jouduttu kehittämään yhä korkeampien nostojen toteuttamiseksi. Hissien nostotekniikka on perustoiminnoiltaan säilynyt lähes muuttumattomana 1900-luvun alusta 2000-luvun alkuun asti. Korin nostovälineenä on käytetty liki poikkeuksetta tämän jälkeenkin teräsvaijeria, joka on perinteisesti ollut kustannustehokas, mutta jonka massa on vetolujuuteen nähden suuri. Korkeilla nostoilla hissin koneiston tehosta suurin osa meneekin pelkästään vaijereiden nostamiseen, ja vaijereiden kuormankestävyydestä suurin osa menee niiden oman massan kannatteluun. Ongelman ratkaisemiseksi on aiemmin kehitetty hiilikuitulujitteisia köysiä ja polyuretaanipäällysteisiä hihnoja. Edellä mainittu soveltuu vain suurimpiin hisseihin, kun taas jälkimmäisen kuormankestävyys on rajannut käytön vain mataliin kohteisiin. Tähän ollaan hakemassa muutosta. Uusien hissikonseptien, joiden nostofunktiona käytetään perinteisen teräsvaijerin sijaan polyuretaanipäällysteisiä hihnoja, turvallisuus edellyttää toimintavarman ja pitkäikäisen hihnan päätekiinnikkeen kehittämisen. Tässä diplomityössä haetaan parasta ratkaisuvaihtoehtoa reaktiovoimien siirtämiseksi hihnasta kuilun rakenteisiin. Kyseessä on systemaattinen lähestymistapa tuotesuunnitteluprojektiin, joka noudattaa Pahlin ja Beitzin (1996) esittelemää tuotantoa varten suunnittelemisen prosessia. Kriittiset vaatimukset päätykiinnikkeen kuormituskestävyydelle määritetään sekä alan standardien että itse hihnoille ilmoitettujen, vahvistettujen murtolujuuksien avulla. Parhaat ratkaisuvaihtoehdot mallinnetaan ja mitoitetaan. Niiden kestävyys arvioidaan elementtimenetelmällä (FEM) ja testataan käytännössä vetokokeilla. Parhaan ratkaisun valinnassa huomioidaan myös valmistettavuus, asennettavuus ja kokonaiskustannukset.

Description

Supervisor

Tammi, Kari

Thesis advisor

Valjus, Petteri

Keywords

hoisting technology, elevators, fasteners, product development, engineering design, strength analysis

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202408255662

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG