自動(dòng)扶梯的發(fā)展歷程、研究概況及發(fā)展方向

　　[摘 要]自動(dòng)扶梯的出現(xiàn)給人類的日常生活帶來了極大的便利，它同時(shí)也成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的一個(gè)重要標(biāo)志。從第一臺(tái)名義上的自動(dòng)扶梯誕生以來，自動(dòng)扶梯的發(fā)展迄今為止大約經(jīng)歷了100多年。文章綜合闡述了自動(dòng)扶梯在100多年時(shí)間內(nèi)的發(fā)展歷程、研究概況以及今后的發(fā)展方向。
　　[關(guān)鍵詞] 自動(dòng)扶梯 研究 發(fā)展
　　
　　自動(dòng)扶梯是由一臺(tái)特種結(jié)構(gòu)型式的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和兩臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)型式的膠帶輸送機(jī)所組合而成的，用以在建筑物的不同層高間運(yùn)載人員上下的一種連續(xù)輸送機(jī)械。它的出現(xiàn)給人類的日常生活帶來極大的便利。
　　自動(dòng)扶梯作為運(yùn)送旅客的交通工具，不僅成功地縮小了目標(biāo)間的距離，而且使超短途（如樓層、月臺(tái)間等）的大流量人員運(yùn)輸成為可能。因此，經(jīng)濟(jì)學(xué)家說：“自動(dòng)扶梯的出現(xiàn)使人們有了逛大型商場的欲望。”交通學(xué)家說“是自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的應(yīng)用使我們可以把車站、機(jī)場建的盡可能大。”自動(dòng)扶梯的應(yīng)用已經(jīng)改變了我們的生活，并已經(jīng)成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的一個(gè)重要標(biāo)志。
　　
　　一、自動(dòng)扶梯的發(fā)展歷程
　　
　　同大部分發(fā)明一樣，我們今天所認(rèn)識(shí)的自動(dòng)扶梯，其發(fā)明歷程同樣經(jīng)歷過曲折。杰西·瑞諾和查爾斯·希伯格是這個(gè)行業(yè)最早時(shí)的兩個(gè)偉人。
　　1859年，美國人內(nèi)森·愛米斯發(fā)明一種“旋轉(zhuǎn)式梯級(jí)扶梯”并獲專利。但是，“旋轉(zhuǎn)式梯級(jí)扶梯”是讓乘客沿正三角形的一邊進(jìn)入，到達(dá)頂點(diǎn)后飛降下來，類似于雜技的驚險(xiǎn)動(dòng)作。因此，該扶梯未能付諸實(shí)踐。但是，他的構(gòu)思具有開拓性。
　　1891年，在美國科尼島碼頭裝了一部自動(dòng)扶梯，轟動(dòng)一時(shí)。它當(dāng)時(shí)被稱為“傾斜升降機(jī)”，是由紐約企業(yè)家杰西·瑞諾設(shè)計(jì)制造的。他早在1882年就申請(qǐng)并發(fā)明了此項(xiàng)專利。這種自動(dòng)扶梯采用輸送帶原理，一條分節(jié)的坡道以20度至30度坡度移動(dòng)。扶梯的起止點(diǎn)都有齒長40厘米的梳狀鏟，與腳踏板上的凹齒嚙合。乘客站在傾斜移動(dòng)的節(jié)片上，不必舉足，便能上、下扶梯。
　　1895年，杰西·瑞諾在紐約市的考尼島第一次展示了“自動(dòng)扶梯”（它更像一部為人設(shè)計(jì)的傳送帶）。美國的喬奇·惠勒與瑞諾同年獲得了另一種形式自動(dòng)扶梯的專利，但他的專利很長時(shí)間無人問津。
　　1898年，查爾斯·希伯格買下了喬奇·惠勒與杰西·瑞諾的自動(dòng)扶梯專利，并加以改造。1899年查爾斯·希伯格與奧的斯公司攜手制造出第一臺(tái)階梯式自動(dòng)扶梯。7月9日，第1臺(tái)奧的斯-西伯格梯階式（梯級(jí)是水平的，踏板用硬木制成，有活動(dòng)扶手和梳齒板）扶梯試制成功，這是世界第一臺(tái)真正的自動(dòng)扶梯。
　　1900年，查爾斯·希伯格將拉丁文中的“Scala”（梯級(jí)）一詞與當(dāng)時(shí)在美國已經(jīng)用的相當(dāng)普遍的“Elevator”一詞組合成為Escalator，并注冊(cè)為產(chǎn)品商標(biāo)，這就是自動(dòng)扶梯一詞的來源。1910年西伯格將它賣給了奧的斯公司。直到1950年，奧的斯公司擁有該商標(biāo)。1950年根據(jù)商標(biāo)保護(hù)法的規(guī)定，“escalator”失去了它名稱的專有權(quán)，成為自動(dòng)扶梯的通稱。
　　1920年，奧的斯公司把杰西·瑞諾的傾斜板條式扶梯和西伯格的梯階式扶梯兩者的長處融為一體，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，使扶梯性能大為改觀。1922年，奧的斯公司制造了世界上第一臺(tái)現(xiàn)代化自動(dòng)扶梯，水平楔槽式梯級(jí)與梳齒板相結(jié)合，此后被其它自動(dòng)扶梯制造商所沿用。
　　1985年，三菱電機(jī)公司研制出曲線運(yùn)行的螺旋型自動(dòng)扶梯，并成功投入生產(chǎn)。螺旋型自動(dòng)扶梯可以節(jié)省建筑空間，具有裝飾藝術(shù)效果。如圖1所示。
　　
　　1991年，三菱電機(jī)公司開發(fā)了帶有中間水平段的大提升高度自動(dòng)扶梯。這種多坡度型自動(dòng)扶梯，在大提升高
　　度時(shí)可降低乘客對(duì)高度的恐懼感，并能與大樓樓梯結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)配置。
　　1993年，據(jù)《日立評(píng)論》報(bào)道，日本日立制作所開發(fā)了可以乘運(yùn)大型輪椅的自動(dòng)扶梯，幾個(gè)相鄰梯級(jí)可以聯(lián)
　　動(dòng)形成支持輪椅的平臺(tái)。如圖2所示：
　　
　　20世紀(jì)90年代末，富士達(dá)公司開發(fā)了變速式自動(dòng)人行道，即自動(dòng)人行道以分段速度運(yùn)行，乘客從低速段進(jìn)入，然后進(jìn)入高速平穩(wěn)運(yùn)行段，再后進(jìn)入低速段離開。這樣提高了乘客上下自動(dòng)人行道時(shí)的安全性，縮短了長行程時(shí)的乘梯時(shí)間。
　　2000年4月，美國ElevatorWorld報(bào)道，位于德國漢堡的蒂森自動(dòng)扶梯工廠，制造出全彩色自動(dòng)扶梯梯級(jí)，它由玻璃纖維材料制成，有藍(lán)色、綠色、紅色、灰色和黑色等。彩色梯級(jí)為建筑師提供了豐富的設(shè)計(jì)想象空間。
　　2002年4月17日至20日，三菱電機(jī)公司在第5屆中國國際電梯展覽會(huì)上展出了傾斜段高速運(yùn)行的自動(dòng)扶梯模型。可鉸接伸縮的驅(qū)動(dòng)齒條結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)可使梯級(jí)的間隔發(fā)生變化，從而使速度也產(chǎn)生變化。其傾斜段的速度是出入口水平段速度的1.5倍，這樣既縮短了乘客的乘梯時(shí)間，也提高了乘客上下扶梯的安全性與平穩(wěn)性。如圖3所示：
　　
　　2003年2月，奧的斯公司發(fā)布新型的NextStep自動(dòng)扶梯，它采用Guarded踏板設(shè)計(jì)，梯級(jí)踏板和圍裙板成為協(xié)調(diào)運(yùn)行的單一模塊；它還采用了其它一些提高自動(dòng)扶梯安全性的新技術(shù)，自動(dòng)扶梯技術(shù)又一次更新。
　　
　　二、自動(dòng)扶梯的研究概況
　　
　　自動(dòng)扶梯經(jīng)過100多年的研究發(fā)展，已經(jīng)成為一種比較成熟的產(chǎn)品。但是目前世界上的大型電梯公司，如：奧的斯、日立、迅達(dá)、三菱等依然投入大量的人力、物力對(duì)自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道進(jìn)行研究開發(fā)。其研究重點(diǎn)主要集中于節(jié)能、環(huán)保和安全。
　　（一）節(jié)能
　　1、自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓法
　　該方法的原理是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載大小，利用新型節(jié)能器自動(dòng)及時(shí)地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的工作電壓，使之能耗最小。新型的節(jié)能器是按照電量的有效值檢測電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，而且是應(yīng)用瞬時(shí)檢測技術(shù)，在電動(dòng)機(jī)全部運(yùn)行時(shí)間內(nèi)對(duì)其各相的電壓和電流的大小和相位進(jìn)行檢測，據(jù)此來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，使電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載情況下都運(yùn)行到最佳狀態(tài)，功率因數(shù)和效率都得到提高，能耗最小。節(jié)能的多少因負(fù)載的大小而不同，約在20%~50%左右。
　　2、“自動(dòng)重新啟動(dòng)”運(yùn)行模式
　　該運(yùn)行模式即自動(dòng)扶梯在無乘客時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行，當(dāng)有乘客時(shí)又自動(dòng)重新啟動(dòng)的一種運(yùn)行模式。該運(yùn)行模式已被標(biāo)準(zhǔn)所認(rèn)可，其節(jié)能相當(dāng)可觀，不過這取決于停梯時(shí)間的長短。此外，該運(yùn)行模式也使自動(dòng)扶梯的磨損大大減少，從而延長了自動(dòng)扶梯零部件的壽命。
　　3、Y-Δ切換法
　　該方法的基本原理是：當(dāng)扶梯啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)按Y接法啟動(dòng)，不再通過時(shí)間原則切換成Δ接法運(yùn)行，而是乘客數(shù)量增加到設(shè)定的數(shù)量之后，電動(dòng)機(jī)才切換成Δ接法運(yùn)行。當(dāng)乘客數(shù)量減少到設(shè)定的數(shù)量之后，電動(dòng)機(jī)又切換成Y接法運(yùn)行，如此反復(fù)。經(jīng)過測試，Y接法比Δ接法節(jié)能顯著，節(jié)能可達(dá)20%，相當(dāng)可觀。
　　4、變頻驅(qū)動(dòng)
　　該方法的關(guān)鍵在于使用高性能的變頻器，如“交-直-交”PWM型變頻器。由于變頻器的采用，可以在無人時(shí)很容易實(shí)現(xiàn)極低頻率極低電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，使自動(dòng)扶梯以極低的速度運(yùn)行。其節(jié)能效果可以與“自動(dòng)重新啟動(dòng)”運(yùn)行模式相媲美，甚至超出。因?yàn)樽冾l驅(qū)動(dòng)可以使扶梯在輕載的工況下實(shí)現(xiàn)降壓節(jié)能運(yùn)行。
　　（二）環(huán)保
　　1、無潤滑型自動(dòng)扶梯
　　該自動(dòng)扶梯的關(guān)鍵是梯級(jí)鏈采用了齒條與過渡型齒條的傳動(dòng)方式，而該過渡型齒條又與電動(dòng)機(jī)采用了齒輪與齒條的傳動(dòng)方式。在整個(gè)扶梯的運(yùn)行過程中無需潤滑油的參與。該自動(dòng)扶梯擯棄了傳統(tǒng)扶梯采用的鏈條傳動(dòng)模式，從而避免了潤滑油的污染。
　　2、無重金屬污染
　　目前很多公司自動(dòng)扶梯照明系統(tǒng)多采用的是日光燈管，但是該方法存在著日光燈管破裂后水銀污染環(huán)境的危害。因此，部分公司已經(jīng)開始使用LED照明系統(tǒng)替代傳統(tǒng)日光燈管的照明系統(tǒng)，降低了扶梯對(duì)環(huán)境的危害。
　　（三）安全
　　強(qiáng)調(diào)安全性的自動(dòng)扶梯以移動(dòng)式裙板扶梯為代表。該自動(dòng)扶梯的原理是將梯級(jí)踏板和圍裙板組成為協(xié)調(diào)運(yùn)行的單一模塊，梯級(jí)踏板和圍裙板成為協(xié)調(diào)運(yùn)行的單一模塊。該自動(dòng)扶梯的梯級(jí)與裙板之間無任何間隙，從而避免發(fā)生該區(qū)域手指軋入的危險(xiǎn)。而這一區(qū)域正是傳統(tǒng)自動(dòng)扶梯的主要危險(xiǎn)所在。
　　
　　三、自動(dòng)扶梯的發(fā)展前景
　　
　　目前各大電梯公司對(duì)自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道研究主要集中于安全、節(jié)能和環(huán)保等方面。但是今后自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的發(fā)展方向除了以上三個(gè)方面之外，還將朝高速方向發(fā)展。目前有些公司也陸續(xù)推出了相關(guān)產(chǎn)品。如：CNIM公司推出了加速自動(dòng)人行道，最大速度可達(dá)11公里/小時(shí)。如圖4所示：
　　
　　蒂森公司的加速自動(dòng)人行道，最快速度可達(dá)2米/秒。該公司的第一臺(tái)加速自動(dòng)人行道安裝在多倫多機(jī)場。NKK公司的加速自動(dòng)人行道的最高速度達(dá)1.2米/秒。如圖5所示：
　　
　　總之，自動(dòng)扶梯作為現(xiàn)代文明的一個(gè)重要標(biāo)志之一，其發(fā)展水平也體現(xiàn)了當(dāng)代社會(huì)科學(xué)進(jìn)步水平。
　　
　　（作者單位：廣州奧的斯電梯有限公司）
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]朱昌明.電梯與自動(dòng)扶梯[M].上海交通大學(xué)