一、電梯起源

 

1.電梯結(jié)構(gòu)的演變

 

電梯是現(xiàn)代多層及高層建筑物中不可缺少的垂直運輸設(shè)備。早在公元前1100年前后，我國古代的周朝時期就出現(xiàn)了提水用的轆轤，這是一種由木制（或竹制）的支架、卷筒、曲柄和繩索組成的簡單卷揚機。公元前236年在古希臘，由著名的科學(xué)家阿基米德制成了第一臺人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機。這些就是電梯的雛形。

 

公元1765年，瓦特發(fā)明了蒸汽機后，英國于1835年在一家工廠里裝用了一臺由蒸汽機拖動的升降機。1845年，英國人阿姆斯特朗制作了第一臺水壓式升降機，這是現(xiàn)代液壓電梯的雛形。

 

由于早期升降機大都采用卷筒提升，棉麻繩牽引，斷繩墜落事故時有發(fā)生，因而電梯的發(fā)展受到了安全性的考驗。1852年，41歲的美國人奧的斯發(fā)明了一種安全鉗，在吊索斷裂時，它能將轎廂鎖住在導(dǎo)軌上，防止下墜。從此老式升降機發(fā)生了一次重大變革。1854年，在紐約“水晶宮”展覽會上，奧的斯親自表演了安全鉗的性能，他站在高高的升降機平臺上，然后把吊索割斷，在觀眾們的一片驚呼聲中，平臺被安全鉗穩(wěn)穩(wěn)地咬住，奧的斯先生安然無恙地走下了平臺。由此開始，電梯的防墜安全性能有了可靠的保證。

 

現(xiàn)代電梯興盛的根本在于采用電力作為動力的來源。1831年法拉第發(fā)明了直流發(fā)電機。1880年德國最早出現(xiàn)了用電力拖動的升降機，從此一種稱為電梯的通用垂直運輸機械誕生了。盡管這臺電梯從當(dāng)今的角度來看是相當(dāng)粗糙和簡單的，但它是電梯發(fā)展史上的一個里程碑。

 

1889年，美國紐約的“戴納斯特”大廳內(nèi)裝用了第一批電梯，它們由直流電動機與蝸桿傳動直接連接，通過卷筒升降電梯轎廂，速度為0.5ｍ／ｓ，構(gòu)成了現(xiàn)代電梯的基本傳動結(jié)構(gòu)。

 

雖然曳引式的驅(qū)動結(jié)構(gòu)早在1853年已在英國出現(xiàn)，但當(dāng)時卷筒式驅(qū)動的缺點還未被人們充分認(rèn)識，因而早期電梯以卷筒強制驅(qū)動的型式居多。隨著技術(shù)的發(fā)展，卷筒驅(qū)動的缺點日益明顯，如耗用功率大，行程短、安全性差等等。1903年，奧的斯電梯公司將卷筒驅(qū)動的電梯改為曳引驅(qū)動，為今天的長行程電梯奠定了基礎(chǔ)，從此在電梯的驅(qū)動方式上，曳引驅(qū)動占居了主導(dǎo)地位。曳引驅(qū)動使傳動機構(gòu)體積大大減小，而且還使電梯曳引機在結(jié)構(gòu)設(shè)計時有效地提高了通用性和安全性。

 

從20世紀(jì)初開始，交流感應(yīng)電動機進(jìn)一步完善和發(fā)展，開始應(yīng)用于電梯拖動系統(tǒng)，使電梯拖動系統(tǒng)簡化，同時促進(jìn)了電梯的普及。直至今日，世界上絕大多數(shù)速度在2.5ｍ／ｓ以下的電梯均采用交流電動機來拖動。

 

20世紀(jì)30年代，美國奧的斯電梯公司采用直流發(fā)電機——電動機方式在紐約的102層摩天大樓內(nèi)安裝了74臺電梯，其中最高額定運行速度已達(dá)6ｍ／ｓ。西屋電器公司也于1937年在紐約70層的“洛克菲勒”中心安裝了75臺電梯，其中最高額定運行速度達(dá)7ｍ／ｓ。

 

2.電梯控制技術(shù)的演變

 

早期電梯的控制方式幾乎全部采用有司機轎內(nèi)開關(guān)控制，電梯的起動、運行、減速、平層、停車等判斷均靠司機作出，操作起來很不方便。1894年，奧的斯公司開發(fā)了一種由層樓控制器自動控制平層的技術(shù)，從而成為電梯控制技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)。

 

1915年，奧的斯公司又發(fā)明了由兩個電動機控制的微驅(qū)動平層控制技術(shù)，它由一個電動機專用于起動和快速運行，另一個則用于平層停車，從而得到了16∶1的減速范圍，運行較為舒適，平層較準(zhǔn)。

 

為了解決乘客候梯時間長的矛盾，1925年出現(xiàn)了一種集選控制技術(shù)。它能將各層站上下方向的召喚信號和轎廂內(nèi)的指令集中和電梯轎廂位置信號比較，從而使電梯合理運行，縮短了乘客候梯的時間，提高了電梯運行效率。這種技術(shù)使司機的操作大大簡化，不再需要司機對電梯的運行方向和停層選擇作出判斷，司機僅需按層樓按鈕及關(guān)閉層門按鈕。這一種控制技術(shù)現(xiàn)在還在廣泛使用，被認(rèn)為是電梯控制技術(shù)的一大進(jìn)步。

 

20世紀(jì)30年代，交流感應(yīng)電動機因其價格低，制造和維修方便而廣泛應(yīng)用于電梯上。用改變電動機極對數(shù)的方法達(dá)到了雙速控制的要求，使拖動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，可靠性大大提高。目前我國大多數(shù)在用電梯均采用這種交流雙速變極拖動控制。/

 

早期的直流拖動電梯，在發(fā)展到交流單、雙速拖動后，隨著30年代高層建筑的發(fā)展，人們對電梯額定運行速度的要求日益提高，產(chǎn)生了直流調(diào)速控制的直流電動機拖動的高速電梯。這一系統(tǒng)從最初的開環(huán)、有級、有觸點控制發(fā)展到今天的閉環(huán)、無級、無觸點控制系統(tǒng)。這是電梯控制技術(shù)的又一次進(jìn)步。

 

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)60年代末到70年代初，開始發(fā)展了應(yīng)用交流電動機的交流調(diào)速拖動，它從交流調(diào)壓調(diào)速進(jìn)而發(fā)展到變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)。它以其突出的節(jié)能效果在一定范圍內(nèi)（≤4ｍ／ｓ）完全取代了直流拖動系統(tǒng)。這是目前正在大力發(fā)展的技術(shù)，被認(rèn)為是電梯拖動技術(shù)的一次飛躍。

 

微電子技術(shù)的飛速發(fā)展使微電腦用于電梯的控制，正全面替代有觸點的繼電器控制方式。從而使電梯的拖動控制，信號操作及自動調(diào)度控制達(dá)到了一個新的高度。如今，微電腦的大量應(yīng)用及大功率半導(dǎo)體元件的技術(shù)發(fā)展使得電梯控制系統(tǒng)日益自動化、智能化，交流調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)也正向大功率、高速度方向發(fā)展。目前，這一技術(shù)的發(fā)展已使交流調(diào)速拖動的電梯速度達(dá)到了7ｍ／ｓ，必將逐步取代直流拖動電梯。

 

二、技現(xiàn)狀術(shù)

 

1.我國電梯生產(chǎn)的概況

 

我國電梯事業(yè)發(fā)展的歷史較短，在新中國成立之前，只有上海、天津、北京有美國奧的斯電梯公司的維修服務(wù)站，但也只能修配電梯零件，根本不能制造電梯。新中國成立以后，自1952～1954年期間，我國先后在上海、天津、沈陽建立了三家電梯生產(chǎn)廠。到了60年代，又在西安、廣州、北京等地先后建立了電梯廠。至1972年，全國有電梯定點生產(chǎn)廠家8家，年產(chǎn)電梯近2000臺。

 

自1978年以后，在經(jīng)濟增長和基建規(guī)模擴大的情況下，電梯市場在1985年完全由賣方市場支配和占領(lǐng)，這一形勢大大刺激了電梯生產(chǎn)。全國各地出現(xiàn)了一大批中小電梯廠，至1999年，全國共有電梯生產(chǎn)廠家近400多家，年產(chǎn)電梯近3萬臺。

 

電梯品種從一般載貨電梯發(fā)展到乘客電梯、高級乘客電梯、自動扶梯（包括小高度、中高度、大高度的單人、雙人自動扶梯）和自動人行道等產(chǎn)品。并從1996年開始，天津、上海等電梯廠有少量產(chǎn)品銷往國外。

 

電梯的操縱方式也從手柄開關(guān)控制發(fā)展到按鈕信號控制和集選控制，直到多臺電梯的梯群控制。

 

電梯的運行速度從0.25ｍ／ｓ發(fā)展到2.5ｍ／ｓ以上，并已由交流調(diào)速拖動全面取代了4ｍ／ｓ以下的直流調(diào)速拖動。

 

在發(fā)展電梯控制新技術(shù)方面，在1979以前，我國已有一些電梯廠和科研單位合作研究和試驗半導(dǎo)體無觸點的電梯控制系統(tǒng)和多項電梯制造和控制新技術(shù)。但由于國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)水平低，配套元器件質(zhì)量差，不能滿足電梯的可靠性要求，以及其他主客觀因素的影響，收效甚微。從1979年開始，國內(nèi)幾家主要電梯生產(chǎn)廠先后和國外電梯公司合資生產(chǎn)經(jīng)銷電梯產(chǎn)品。首先由北京電梯廠、上海電梯廠和瑞士迅達(dá)電梯公司于1980年合資成立了國內(nèi)第一家電梯合資生產(chǎn)企業(yè)——中國迅達(dá)電梯有限公司。之后在1985年，天津電梯廠與美國奧的斯電梯公司合資成立了天津奧的斯電梯有限公司。1987年上海長城電梯廠與日本三菱電機公司合資，其他還有廣西柳州電梯廠與前聯(lián)邦德國慕尼黑電梯公司合資，廣州電梯廠與日本日立電梯公司合資。蘇州電梯廠又與瑞士迅達(dá)電梯公司合資成立了蘇迅電梯有限公司。隨著技術(shù)引進(jìn)和新產(chǎn)品開發(fā)，國內(nèi)電梯市場競爭日益加劇，電梯產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和技術(shù)水平也在競爭中迅速提高。目前國內(nèi)己能批量生產(chǎn)微電腦控制的貨梯、客梯，交流調(diào)速拖動的技術(shù)水平也在迅速提高。1999年全國運行的電梯已超過30萬臺。

 

2.國外電梯生產(chǎn)現(xiàn)狀

 

當(dāng)今世界電梯生產(chǎn)發(fā)展迅速，競爭激烈。世界上主要電梯生產(chǎn)廠商均為跨國公司。其中以美國奧的斯電梯公司和瑞士迅達(dá)電梯公司歷史最長。它們都有著百年以上的電梯生產(chǎn)歷史，無論從電梯的產(chǎn)量、品種、技術(shù)、經(jīng)濟實力均堪稱一流。日本的電梯工業(yè)水平提高很快，尤以日本三菱電機公司推出變頻變壓調(diào)速的新型交流調(diào)速拖動系統(tǒng)以來，使世界交流調(diào)速拖動控制技術(shù)水平大大提高。在此推動下，各大電梯生產(chǎn)廠商紛紛行動，在這一技術(shù)領(lǐng)域展開了激烈競爭。/

 

在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，高性能的電子元器件不斷出現(xiàn)，價格不斷下降。電梯的控制系統(tǒng)廣泛采用微電腦控制，使電梯的運行性能有了飛躍的發(fā)展和提高，提高了可靠性，減少了故障停梯，降低了設(shè)備投資，減少了能耗。目前世界電梯技術(shù)的提高主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

 

（１）微電腦在電梯控制系統(tǒng)中得到日益廣泛的運用，從而取代了傳統(tǒng)的數(shù)量眾多的繼電器有觸點控制系統(tǒng)，大大縮小了控制柜的尺寸，減少了機房占地面積，這在高層電梯上尤為顯著。除電梯安全規(guī)范規(guī)定的安全保護回路必須由有觸點電器元件組成外，其余大部分控制電路都是采用了微電子固態(tài)電路。提高了電梯的運行性能和使用效率，減少了乘客的等候時間，使得乘用電梯變得更方便、更快捷。

 

（２）應(yīng)用交流感應(yīng)電動機的交流調(diào)速電梯得到了廣泛的應(yīng)用，在很大范圍內(nèi)取代了耗能量大的直流發(fā)電機——電動機拖動的電梯。自80年代初日本三菱公司推出變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)以來，該技術(shù)已日益成熟，這種拖動技術(shù)可降低電梯所在大樓的電源容量，減少機房載荷，節(jié)省能耗，運行可靠。此外奧的斯公司也研制了交一交調(diào)頻調(diào)速拖動的交流高速電梯。

 

在直流拖動技術(shù)方面，可控硅供電的直流拖動電梯得到了進(jìn)一步完善和發(fā)展。這種控制技術(shù)將減少機房面積，降低電耗，減小噪聲。目前在高速電梯拖動上還有著強大的生命力。

 

（３）為了簡化電梯的驅(qū)動控制系統(tǒng)，提高電梯運行性能；當(dāng)今國際上各主要電梯生產(chǎn)廠商都專門設(shè)計，制造適用于電梯拖動特性的交流感應(yīng)電動機和低轉(zhuǎn)速的直流電動機，以適應(yīng)電梯的Ⅳ象限運行工作狀態(tài)的需要；尤其對電動機的機械特性，啟動力矩，單位時間啟動次數(shù)等等都有特殊要求。目前尤以永磁同步電動機發(fā)展最為迅速。

 

（４）曳引機結(jié)構(gòu)性能正不斷得到改進(jìn)。曳引機的體積逐漸縮?。晃佪啘p速傳動的效率得到了很大的提高。同時體積更為緊湊，減速比范圍更大，傳動效率更高的行星齒輪減速器正逐步應(yīng)用于電梯曳引機。曳引機制動器的性能也在不斷提高。高效盤式制動器的應(yīng)用使電梯曳引機實現(xiàn)了多點獨立制動，大大增加了制動機構(gòu)的安全可靠性，還使制動器具備了磨損監(jiān)控，故障報警控制等功能。

 

（５）永磁材料的技術(shù)進(jìn)步使永磁同步電動機得到了飛速發(fā)展。采用這一技術(shù)的無機房曳引電梯對傳統(tǒng)電梯技術(shù)規(guī)范提出了挑戰(zhàn)。具有環(huán)保、節(jié)能、占有空間小等優(yōu)點的無機房電梯正在快速發(fā)展。具有新世紀(jì)綠色環(huán)保概念的節(jié)能、無污染、高效率的電梯產(chǎn)品正在發(fā)展中。

 

（６）現(xiàn)代建筑形式的多樣化，要求電梯結(jié)構(gòu)有更大的適用性。在不同環(huán)境中能適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的建筑物中垂直運輸?shù)男枰８麟娞萆a(chǎn)廠商對電梯結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行著不斷的改進(jìn)。如減小轎廂架高度以適應(yīng)低層距，低頂層的大樓結(jié)構(gòu)；以無機房的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高建筑物頂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計靈活性；降低液壓緩沖器的高度以減小底坑深度；加強轎廂、曳引繩、底坑部件的防護性以適應(yīng)露天工作的要求。

 

（７）在電梯轎廂結(jié)構(gòu)和裝飾方面發(fā)展了雙層及多層轎廂的客梯和各種外形的觀光電梯。電梯轎廂內(nèi)外裝飾日益多樣化。從而也促進(jìn)了電梯安全規(guī)范修訂中允許采用如玻璃等非金屬材料來制造轎廂等部件，使轎廂結(jié)構(gòu)更顯豪華個性。使乘用電梯成為一種舒適的運動旅程。

 

三、發(fā)趨勢展

 

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動下，電梯技術(shù)將產(chǎn)生各種新的變化，新的功能，其近期主要發(fā)展趨勢有以下幾點：

 

（１）電梯的控制系統(tǒng)將廣泛采用先進(jìn)的大容量微電腦和采用多微機并行處理的技術(shù)提高電梯的控制性能。在多臺電梯協(xié)調(diào)運行的高層建筑中，每臺電梯的控制系統(tǒng)都將具備操縱控制整個梯群的運行調(diào)度的能力。這使電梯信號系統(tǒng)具有更可靠、更靈活、更高效率的運行協(xié)調(diào)性能和更大的安全保障能力。在電梯信號傳輸中將采用串行通信和光導(dǎo)纖維構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。這種技術(shù)可大量減少井道布線量，避免外界電磁干擾，提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?/div>