Sling Integrated Roller Guide Study

Abstract

The objectives of this master’s thesis were to study different options of integrating a roller guide shoe into the elevator car sling and to design a suitable roller guide shoe concept based on the findings. By integrating the roller guide shoe into the sling, the height of the sling could be significantly reduced. The reduced height of the sling would mean that the overall height of the elevator shaft could also be reduced, which would bring many benefits. Building a smaller shaft would be cheaper and would take up less space in the building that could be used for apartments.

In the theoretical background of the thesis, the components related to the mechanical guiding of the elevator and their functions were introduced. In addition, the concepts of ride comfort and ride quality were introduced. Books, Kone’s internal documents, standards, conference papers, and journal articles were used as source materials for the theoretical background. The design process model developed by Gerhard Pahl and Wolfgang Beitz was also introduced in this thesis for the relevant parts.

The presented design process model was used in the design part of the thesis. The design process began with creating a requirements list. The requirements were collected from Kone's internal documents, standards and discussions with experts. The main requirement was to fit a roller guide shoe inside the tight spatial constraints introduced by sling integration. After gathering the requirements, abstraction of the task and creation of function structures for the guide shoe were done to determine the core problems of the task and basic overall functions of the guide shoe. Based on the functional structures, possible implementation alternatives were explored, which were concretized in stages, and at appropriate intervals the number of variants was limited by an evaluation-based selection procedure. As a result of the design project, one concept was selected for possible further development.

The results of the design process were evaluated from the perspectives of different design rules, design principles, and design guidelines. The proposed roller guide shoe concept seemed to meet all the requirements that could be assessed within the scope of the thesis. The concept was also in many ways in line with the design rules, principles and guidelines, so the design process was stated to be successful.

In order for the concept itself to prove adequate, a few more procedures would be required. Structural analysis should be performed on the roll guide structure to ensure adequate strength. In addition, the concept still requires some of development work in order to build a prototype for testing. For example, a new axle, that works with the chosen damping method, should be designed for the rollers. Decisions on how to proceed with the roller guide could be made based on the results of prototype testing.

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia erilaisia mahdollisuuksia integroida rullaohjain hissin korikehikkoon sekä kehittää löydösten perusteella sopiva rullaohjainkonsepti. Rullaohjaimen integroimisella korikehikkoon voisi korikehikon korkeutta laskea huomattavasti. Matalampi hissi korikehikkoineen tarkoittaisi sitä, että myös hissikuilun kokonaiskorkeutta voitaisiin vähentää, mikä toisi monia hyötyjä. Pienemmän kuilun rakentaminen olisi halvempaa ja se veisi rakennuksesta vähemmän tilaa, jota voitaisiin käyttää esimerkiksi asunnoissa.

Diplomityön teoreettisissa taustoissa esiteltiin hissin mekaaniseen ohjaukseen liittyviä komponentteja sekä niiden funktioita. Lisäksi perehdyttiin ajomukavuuden ja ajon laadun käsitteisiin. Teoreettisen taustan lähdemateriaaleina käytettiin kirjoja, Koneen sisäisiä dokumentteja, standardeja, konferenssijulkaisuja ja tieteellisiä artikkeleja. Työssä esiteltiin myös Gerhard Pahlin ja Wolfgang Beitzin kehittämä suunnitteluprosessimalli tätä työtä koskevin osin.

Työn suunnitteluosuudessa käytettiin esiteltyä suunnitteluprosessimallia. Suunnittelu aloitettiin vaatimuslistan tekemisellä, johon kerättiin vaatimuksia Koneen sisäisistä dokumenteista, standardeista ja asiantuntijoiden kanssa käydyistä keskusteluista. Tärkein vaatimus oli ohjaimen mahtuminen integroinnin luomiin tiukkoihin tilarajoitteisiin. Tämän jälkeen pyrittiin täsmentämään ydinongelmat ja ohjaimen pääfunktiot abstraktoinnilla ja funktiorakenteiden luomisella. Funktiorakenteiden perusteella ideoitiin mahdollisia toteutusvaihtoehtoja, joita konkretisoitiin vaiheittain ja sopivissa väleissä varianttien määrää rajoitettiin arviointiin perustuvalla valintamenettelyllä. Suunnitteluprojektin tuloksena valittiin yksi konsepti mahdolliseen jatkokehitykseen.

Suunnittelun tuloksia arvioitiin eri suunnittelun perussääntöjen, suunnitteluperiaatteiden ja suunnitteluohjeiden näkökulmista. Ehdotettu rullaohjainkonsepti vaikutti täyttävän kaikki vaatimukset, joita työn rajoissa pystyttiin arvioimaan. Konsepti oli myös monin tavoin suunnittelun perussääntöjen, periaatteiden ja suunnitteluohjeiden mukainen, joten suunnitteluprosessi todettiin onnistuneeksi.

Jotta konsepti itsessään voitaisiin todeta hyväksi, vaadittaisiin vielä muutamia toimenpiteitä. Rullaohjaimen rakenteelle tulisi tehdä lujuuslaskennat lujuuden varmistamiseksi. Lisäksi konsepti vaatii vielä hieman kehitystyötä, jotta siitä voitaisiin rakentaa prototyyppi testausta varten. Esimerkiksi rullille tulisi suunnitella valitun vaimennusperiaatteen kanssa toimiva akseli. Prototyypin testaamisen perusteella voitaisiin tehdä tarkemman jatkosuunnitelmat.