电梯的起源和发展史,你了解吗?
作者: 2017-09-29 15:43:41 浏览:190
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  一、电梯的起源

  电梯结构的演变

  电梯是现代多层及高层建筑物中不可缺少的垂直运输设备。早在公元前1100年前后,我国古代的周朝时期就出现了提水用的辘轳,这是一种由木制(或竹制)的支架、卷筒、曲柄和绳索组成的简单卷扬机。公元前236年在古希腊,由著名的科学家阿基米德制成了第一台人力驱动的卷筒式卷扬机。这些就是电梯的雏形。

  公元1765年,瓦特发明了蒸汽机后,英国于1835年在一家工厂里装用了一台由蒸汽机拖动的升降机。1845年,英国人阿姆斯特朗制作了第一台水压式升降机,这是现代液压电梯的雏形。

  由于早期升降机大都采用卷筒提升,棉麻绳牵引,断绳坠落事故时有发生,因而电梯的发展受到了安全性的考验。1852年,41岁的美国人奥的斯发明了一种安全钳,在吊索断裂时,它能将轿厢锁住在导轨上,防止下坠。从此老式升降机发生了一次重大变革。1854年,在纽约“水晶宫”展览会上,奥的斯亲自表演了安全钳的性能,他站在高高的升降机平台上,然后把吊索割断,在观众们的一片惊呼声中,平台被安全钳稳稳地咬住,奥的斯先生安然无恙地走下了平台。由此开始,电梯的防坠安全性能有了可靠的保证。

  现代电梯兴盛的根本在于采用电力作为动力的来源。1831年法拉第发明了直流发电机。1880年德国最早出现了用电力拖动的升降机,从此一种称为电梯的通用垂直运输机械诞生了。尽管这台电梯从当今的角度来看是相当粗糙和简单的,但它是电梯发展史上的一个里程碑。

  1889年,美国纽约的“戴纳斯特”大厅内装用了第一批电梯,它们由直流电动机与蜗杆传动直接连接,通过卷筒升降电梯轿厢,速度为0.5m/s,构成了现代电梯的基本传动结构。

  虽然曳引式的驱动结构早在1853年已在英国出现,但当时卷筒式驱动的缺点还未被人们充分认识,因而早期电梯以卷筒强制驱动的型式居多。随着技术的发展,卷筒驱动的缺点日益明显,如耗用功率大,行程短、安全性差等等。1903年,奥的斯电梯公司将卷筒驱动的电梯改为曳引驱动,为今天的长行程电梯奠定了基础,从此在电梯的驱动方式上,曳引驱动占居了主导地位。曳引驱动使传动机构体积大大减小,而且还使电梯曳引机在结构设计时有效地提高了通用性和安全性。

  从20世纪初开始,交流感应电动机进一步完善和发展,开始应用于电梯拖动系统,使电梯拖动系统简化,同时促进了电梯的普及。直至今日,世界上绝大多数速度在2.5m/s以下的电梯均采用交流电动机来拖动。

  20世纪30年代,美国奥的斯电梯公司采用直流发电机——电动机方式在纽约的102层摩天大楼内安装了74台电梯,其中最高额定运行速度已达6m/s。西屋电器公司也于1937年在纽约70层的“洛克菲勒”中心安装了75台电梯,其中最高额定运行速度达7m/s。

  2.电梯控制技术的演变

  早期电梯的控制方式几乎全部采用有司机轿内开关控制,电梯的起动、运行、减速、平层、停车等判断均靠司机作出,操作起来很不方便。1894年,奥的斯公司开发了一种由层楼控制器自动控制平层的技术,从而成为电梯控制技术发展的先导。

  1915年,奥的斯公司又发明了由两个电动机控制的微驱动平层控制技术,它由一个电动机专用于起动和快速运行,另一个则用于平层停车,从而得到了16∶1的减速范围,运行较为舒适,平层较准。

  为了解决乘客候梯时间长的矛盾,1925年出现了一种集选控制技术。它能将各层站上下方向的召唤信号和轿厢内的指令集中和电梯轿厢位置信号比较,从而使电梯合理运行,缩短了乘客候梯的时间,提高了电梯运行效率。这种技术使司机的操作大大简化,不再需要司机对电梯的运行方向和停层选择作出判断,司机仅需按层楼按钮及关闭层门按钮。这一种控制技术现在还在广泛使用,被认为是电梯控制技术的一大进步。

  20世纪30年代,交流感应电动机因其价格低,制造和维修方便而广泛应用于电梯上。用改变电动机极对数的方法达到了双速控制的要求,使拖动系统结构简化,可靠性大大提高。目前我国大多数在用电梯均采用这种交流双速变极拖动控制。

  早期的直流拖动电梯,在发展到交流单、双速拖动后,随着30年代高层建筑的发展,人们对电梯额定运行速度的要求日益提高,产生了直流调速控制的直流电动机拖动的高速电梯。这一系统从最初的开环、有级、有触点控制发展到今天的闭环、无级、无触点控制系统。这是电梯控制技术的又一次进步。

  随着电子技术的发展,从20世纪60年代末到70年代初,开始发展了应用交流电动机的交流调速拖动,它从交流调压调速进而发展到变频变压调速系统。它以其突出的节能效果在一定范围内(≤4m/s)完全取代了直流拖动系统。这是目前正在大力发展的技术,被认为是电梯拖动技术的一次飞跃。

  微电子技术的飞速发展使微电脑用于电梯的控制,正全面替代有触点的继电器控制方式。从而使电梯的拖动控制,信号操作及自动调度控制达到了一个新的高度。如今,微电脑的大量应用及大功率半导体元件的技术发展使得电梯控制系统日益自动化、智能化,交流调频调压技术也正向大功率、高速度方向发展。目前,这一技术的发展已使交流调速拖动的电梯速度达到了7m/s,必将逐步取代直流拖动电梯。

  二、电梯技术的现状

  1.我国电梯生产的概况

  我国电梯事业发展的历史较短,在新中国成立之前,只有上海、天津、北京有美国奥的斯电梯公司的维修服务站,但也只能修配电梯零件,根本不能制造电梯。新中国成立以后,自1952~1954年期间,我国先后在上海、天津、沈阳建立了三家电梯生产厂。到了60年代,又在西安、广州、北京等地先后建立了电梯厂。至1972年,全国有电梯定点生产厂家8家,年产电梯近2000台。

  自1978年以后,在经济增长和基建规模扩大的情况下,电梯市场在1985年完全由卖方市场支配和占领,这一形势大大刺激了电梯生产。全国各地出现了一大批中小电梯厂,至1999年,全国共有电梯生产厂家近400多家,年产电梯近3万台。

  电梯品种从一般载货电梯发展到乘客电梯、高级乘客电梯、自动扶梯(包括小高度、中高度、大高度的单人、双人自动扶梯)和自动人行道等产品。并从1996年开始,天津、上海等电梯厂有少量产品销往国外。

  电梯的操纵方式也从手柄开关控制发展到按钮信号控制和集选控制,直到多台电梯的梯群控制。

  电梯的运行速度从0.25m/s发展到2.5m/s以上,并已由交流调速拖动全面取代了4m/s以下的直流调速拖动。

  在发展电梯控制新技术方面,在1979以前,我国已有一些电梯厂和科研单位合作研究和试验半导体无触点的电梯控制系统和多项电梯制造和控制新技术。但由于国内基础工业水平低,配套元器件质量差,不能满足电梯的可靠性要求,以及其他主客观因素的影响,收效甚微。从1979年开始,国内几家主要电梯生产厂先后和国外电梯公司合资生产经销电梯产品。首先由北京电梯厂、上海电梯厂和瑞士迅达电梯公司于1980年合资成立了国内第一家电梯合资生产企业——中国迅达电梯有限公司。之后在1985年,天津电梯厂与美国奥的斯电梯公司合资成立了天津奥的斯电梯有限公司。1987年上海长城电梯厂与日本三菱电机公司合资,其他还有广西柳州电梯厂与前联邦德国慕尼黑电梯公司合资,广州电梯厂与日本日立电梯公司合资。苏州电梯厂又与瑞士迅达电梯公司合资成立了苏迅电梯有限公司。随着技术引进和新产品开发,国内电梯市场竞争日益加剧,电梯产品的产量、质量和技术水平也在竞争中迅速提高。目前国内己能批量生产微电脑控制的货梯、客梯,交流调速拖动的技术水平也在迅速提高。1999年全国运行的电梯已超过30万台。

  2.国外电梯生产现状

  当今世界电梯生产发展迅速,竞争激烈。世界上主要电梯生产厂商均为跨国公司。其中以美国奥的斯电梯公司和瑞士迅达电梯公司历史最长。它们都有着百年以上的电梯生产历史,无论从电梯的产量、品种、技术、经济实力均堪称一流。日本的电梯工业水平提高很快,尤以日本三菱电机公司推出变频变压调速的新型交流调速拖动系统以来,使世界交流调速拖动控制技术水平大大提高。在此推动下,各大电梯生产厂商纷纷行动,在这一技术领域展开了激烈竞争。

  在电子技术飞速发展的今天,高性能的电子元器件不断出现,价格不断下降。电梯的控制系统广泛采用微电脑控制,使电梯的运行性能有了飞跃的发展和提高,提高了可靠性,减少了故障停梯,降低了设备投资,减少了能耗。目前世界电梯技术的提高主要表现在以下几个方面:

  (1)微电脑在电梯控制系统中得到日益广泛的运用,从而取代了传统的数量众多的继电器有触点控制系统,大大缩小了控制柜的尺寸,减少了机房占地面积,这在高层电梯上尤为显著。除电梯安全规范规定的安全保护回路必须由有触点电器元件组成外,其余大部分控制电路都是采用了微电子固态电路。提高了电梯的运行性能和使用效率,减少了乘客的等候时间,使得乘用电梯变得更方便、更快捷。

  (2)应用交流感应电动机的交流调速电梯得到了广泛的应用,在很大范围内取代了耗能量大的直流发电机——电动机拖动的电梯。自80年代初日本三菱公司推出变频变压调速系统以来,该技术已日益成熟,这种拖动技术可降低电梯所在大楼的电源容量,减少机房载荷,节省能耗,运行可靠。此外奥的斯公司也研制了交一交调频调速拖动的交流高速电梯。

  在直流拖动技术方面,可控硅供电的直流拖动电梯得到了进一步完善和发展。这种控制技术将减少机房面积,降低电耗,减小噪声。目前在高速电梯拖动上还有着强大的生命力。

  (3)为了简化电梯的驱动控制系统,提高电梯运行性能;当今国际上各主要电梯生产厂商都专门设计,制造适用于电梯拖动特性的交流感应电动机和低转速的直流电动机,以适应电梯的Ⅳ象限运行工作状态的需要;尤其对电动机的机械特性,启动力矩,单位时间启动次数等等都有特殊要求。目前尤以永磁同步电动机发展最为迅速。

  (4)曳引机结构性能正不断得到改进。曳引机的体积逐渐缩小;蜗轮减速传动的效率得到了很大的提高。同时体积更为紧凑,减速比范围更大,传动效率更高的行星齿轮减速器正逐步应用于电梯曳引机。曳引机制动器的性能也在不断提高。高效盘式制动器的应用使电梯曳引机实现了多点独立制动,大大增加了制动机构的安全可靠性,还使制动器具备了磨损监控,故障报警控制等功能。

  (5)永磁材料的技术进步使永磁同步电动机得到了飞速发展。采用这一技术的无机房曳引电梯对传统电梯技术规范提出了挑战。具有环保、节能、占有空间小等优点的无机房电梯正在快速发展。具有新世纪绿色环保概念的节能、无污染、高效率的电梯产品正在发展中。

  (6)现代建筑形式的多样化,要求电梯结构有更大的适用性。在不同环境中能适应不同结构的建筑物中垂直运输的需要。各电梯生产厂商对电梯结构部件进行着不断的改进。如减小轿厢架高度以适应低层距,低顶层的大楼结构;以无机房的结构设计提高建筑物顶部结构的设计灵活性;降低液压缓冲器的高度以减小底坑深度;加强轿厢、曳引绳、底坑部件的防护性以适应露天工作的要求。

  (7)在电梯轿厢结构和装饰方面发展了双层及多层轿厢的客梯和各种外形的观光电梯。电梯轿厢内外装饰日益多样化。从而也促进了电梯安全规范修订中允许采用如玻璃等非金属材料来制造轿厢等部件,使轿厢结构更显豪华个性。使乘用电梯成为一种舒适的运动旅程。

  三、电梯技术发展趋势

  在科学技术发展的推动下,电梯技术将产生各种新的变化,新的功能,其近期主要发展趋势有以下几点:

  (1)电梯的控制系统将广泛采用先进的大容量微电脑和采用多微机并行处理的技术提高电梯的控制性能。在多台电梯协调运行的高层建筑中,每台电梯的控制系统都将具备操纵控制整个梯群的运行调度的能力。这使电梯信号系统具有更可靠、更灵活、更高效率的运行协调性能和更大的安全保障能力。在电梯信号传输中将采用串行通信和光导纤维构成的数据处理系统。这种技术可大量减少井道布线量,避免外界电磁干扰,提高信号传输的可靠性。

  在采用高性能微电脑后,电梯的服务应答方式将全面智能化,在电梯运行中,电脑将通过对日常信号和客流量的自我分析,对各层站客流变化的规律作出定量总结,从而能预测和自动调整梯群运行的调度程序,使乘客的等待时间降低到最低程度。同时还能提高运行效率。

  (2)交流调速拖动控制理论和技术水平的进展将继续扩大交流电动机在电梯拖动中的应用范围,电梯交流拖动将继续向高效率、高速度、高精度方向发展。

  直线电机直接拖动的电梯将逐步进入世界市场。这种拖动技术不需要在建筑顶层设置机房,节省建筑面积;直接拖动可减少传动能耗;减少活动零部件可减少磨损,提高机械部件的工作可靠性;改革了摩擦曳引的结构,使钢丝绳的磨损大大减小,钢丝绳的寿命和安全系数得到很大提高。这一拖动技术将进一步发展。

  (3)绿色环保概念将成为新世纪的技术发展方向。电梯业将在这方面大力开拓发展,以节能、无污染、低噪音,良好的电磁兼容性能;以及高可靠性、长寿命、低维保要求的电梯新产品将不断涌现。

  (4)新型液压电梯不断出现。采用有对重推拉缸结构的液压电梯,将一改高能耗的老面孔。以电控调速代替调速阀将大大减少液压元件数量,提高运行效率,节能降噪。在老建筑物的改造中大有用武之地。

  (5)电梯的安全保障功能将进一步强化。由于电梯操作日趋自动化,因而电梯安全保障系统必须能保证乘客在电梯本身发生故障、或在乘客受到灾害威胁时的安全。电梯控制系统将具有故障自诊断、故障预警、冗余避错、遥控监测等功能。电梯系统内若产生故障,最安全的对策是暂时性制停轿厢,在无其他危险因素时,应立即撤出乘客。为此电梯将配备慢速自动救援系统。在防止灾害方面,电梯将具有火灾和地震紧急返回、断电紧急停靠功能。特定场合的电梯还须有防盗、保密应召系统。在乘客通话呼救系统上,将从目前的内部呼救系统逐步过渡为通过公共通信系统呼救或发出指令,从而提高保障能力。

  (6)在电梯轿厢中创造艺术氛围,给人以眼目清新,心旷神怡的感官享受,已成为各国工业装璜界探索的课题。电梯轿厢内部装璜将发展为多种艺术形态,其主要特点是着重改善轿厢空间狭小的压抑感;致力于与所在大楼的工作环境产生互补和谐调作用。使乘客在乘用电梯时调节一下神经,让疲劳的肌体得到放松,促进人们的身心健康。这一要求成为提高电梯乘用舒适感的重要一环。为此可在轿厢内安装大屏幕显示器。在风光艺术电视的背景上以字幕显示运行方向和层站信号,以语音提示报站,以音乐减小电梯运动噪声的影响。

  展望未来,超高层建筑的发展将需要发展更高的运行速度的电梯。在千米以上高度的建筑中将不再能采用钢丝绳曳引驱动的型式,需要发展其他驱动方式。如取消钢丝绳悬挂曳引,将能采用多轿厢同井道分区运行,从而提高井道利用率,电梯就能像地铁一样具有高效的输送能力。这还将同时促进信号光控传输或无线传输、超导磁力悬浮拖动,轿厢气压自动调节及其他新技术的发展,电梯工业产品将更加五彩纷呈。

 

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