一種過街節(jié)能電梯的設(shè)計

黃燦軍，王元春

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510635）

1 引言

步行交通是居民出行的重要方式。在城市里，步行交通主要分為沿街步行與過街步行。其中的過街步行，因為人行通道與機動車道重疊，導(dǎo)致交通事故、道路擁堵等問題，在城市交通中顯得尤為重要。多年以來，城市的建設(shè)與規(guī)劃一直以保障機動車的通行能力為目標(biāo)，一些城市快速主干道，為了提高機動車的通行能力，采取盡量減少交通燈而設(shè)置多個過街天橋或過街地道等過街設(shè)施，給行人，尤其是一些體弱者步行過街帶來極大不方便。因此，有些步行過街設(shè)施被行人棄用[1]，而采取違規(guī)的過街方式會帶來更大的危險。某些城市采用全自動扶梯式過街天橋以提高行人過街的舒適性，但這種過街設(shè)施的建造與使用成本都較高，并不能被廣泛推廣應(yīng)用。因此，有必要推動新型自動過街設(shè)施及其技術(shù)的實現(xiàn)，將行人過街通道與機動車道相互隔離，并能使行人方便、快捷、舒適地過街，同時具有安全、節(jié)能、建造成本與使用成本低等優(yōu)點，進(jìn)而緩解城市交通擁堵情況。

2 過街設(shè)施的人性化設(shè)計需求

自1936年起，國外學(xué)者就對過街步行等問題進(jìn)行了系列研究，例如行人在心理上對繞行距離的接受程度、立體過街的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)、人車交通行為的仿真模型、行人對過街設(shè)施的選擇偏好、行人過街安全設(shè)置等。在國內(nèi)，段里仁[2]教授率先開展對行人過街設(shè)施的研究，從而帶動中國在行人過街設(shè)施相關(guān)理論與技術(shù)應(yīng)用等方面的研究[3-5]。

20世紀(jì)50年代以后，人文主義城市交通理論被提出，一些發(fā)達(dá)國家倡導(dǎo)以人為本才是城市規(guī)劃的初衷，城市要重視步行空間規(guī)劃，真正做到以人為本、人文精神與科學(xué)精神相融合[6]。然而要將以人為本真正落到實處，任重而道遠(yuǎn)。雖然當(dāng)前城市的過街設(shè)施在不斷改進(jìn)與優(yōu)化，但在日常生活中行人闖紅燈、亂穿馬路、人車搶道等現(xiàn)象普遍存在，既帶來安全問題也增加了道路的擁堵程度。人們往往將行人違章過街歸咎于素質(zhì)問題，而忽視過街設(shè)施對行人過街造成的時間延誤和額外的體力消耗等心理不適問題，現(xiàn)有的某種行人過街設(shè)施，很難做到保障機動車通行能力、保障行人過街安全、減少行人過街延誤時間、提供舒適的人性化過街設(shè)施及節(jié)能等多方面的統(tǒng)一。熊文等[7]針對過街設(shè)施對上海市民進(jìn)行調(diào)查，認(rèn)為增加自動扶梯等人性化設(shè)計是影響行人偏好的根本因素。因此，開展新型行人過街設(shè)施的研究具有非常重要的意義。通過新技術(shù)的應(yīng)用，為行人，特別是為老人、兒童等行動不便、安全意識較差的群體提供一種便捷、安全、舒適的人車分離過街設(shè)施，從而促進(jìn)“以人為本”過街方案的實現(xiàn)，適當(dāng)緩解城市交通擁堵問題，進(jìn)一步提升城市形象[8]。

3 行人過街節(jié)能電梯整體設(shè)計方案

行人過街節(jié)能電梯整體設(shè)計如圖1所示。該電梯包含有2組U形導(dǎo)軌和2個箱體，2組U形導(dǎo)軌在垂直方向上以地面為對稱面呈鏡像上下排列，每組導(dǎo)軌包含6根導(dǎo)軌，共計12根，每組導(dǎo)軌的每側(cè)又各有3根，所有U形軌道的形狀一致。其中地上U形軌道從道路的一側(cè)在地面之上橫跨到道路的另一側(cè)，地下U形軌道從道路的一側(cè)在地面以下穿過路面到達(dá)道路的另一側(cè)。每組軌道中，在垂直方向上兩軌道間的距離相等，保證地上箱體和地下箱體運動過程中底部一直保持水平狀態(tài)（如圖1中位置a所示），同時每個箱體的兩側(cè)分別由3根導(dǎo)軌支撐，其運行平穩(wěn)。地上U形軌道和地下U形軌道上還安裝有導(dǎo)電條，為箱體照明、通風(fēng)等提供電源。

箱體由箱體支架和支撐軸支撐，軸的兩端安裝有滾動輪。滾動輪安裝在U形軌道中，可沿U形軌道運動，從而帶動箱體沿著U形軌道運動。每根軌道均有上下兩個導(dǎo)條，并于兩端形成封閉，同時上下導(dǎo)條的內(nèi)側(cè)分別開有與滾動輪外形一致的凹槽，使?jié)L動輪只能沿著軌道運動而不發(fā)生側(cè)向移動或脫離軌道等情況。電梯滾輪安裝如圖2所示。

圖2 電梯滾輪安裝示意圖

在每組6根軌道中，導(dǎo)軌的兩端分別裝有位置檢測裝置以及鎖扣裝置，如圖3所示。當(dāng)箱體的滾動輪沿U形軌道向某方向運動，來到該行程終點處，被位置檢測裝置檢測到，鎖扣裝置立即將滾動輪鎖死，使?jié)L動輪停在該處。牽引同步帶同時與上下箱體的支撐軸相連，通過同步帶輪形成首尾相連，可以牽引上下兩個箱體按照圖1所示的順時針或逆時針方向做同步運動。

圖1 行人過街節(jié)能電梯整體設(shè)計方案示意圖

圖3 電梯鎖扣裝置安裝示意圖

地上軌道位于最上排兩根導(dǎo)軌的外側(cè)，地下軌道位于最下排兩根導(dǎo)軌的外側(cè)，在地上軌道和地下軌道分別安裝有地上牽引帶導(dǎo)向槽和地下牽引帶導(dǎo)向槽，與地上U形軌道和地下U形軌道在箱體運動方向上的形狀一致，如圖4所示。地上牽引帶導(dǎo)向槽和地下牽引帶導(dǎo)向槽的內(nèi)側(cè)沿箱體運動方向裝有多個滾子，由于牽引同步帶沿著地上牽引帶導(dǎo)向槽和地下牽引帶導(dǎo)向槽運動時，牽引同步帶與滾子接觸，變滑動摩擦為滾動摩擦，減少摩擦力的消耗。

圖4 行人過街節(jié)能電梯驅(qū)動示意圖

外墻體將電梯活動部分與行人隔離，保護(hù)行人安全，外墻體上設(shè)有自動開關(guān)門，與箱體的自動開關(guān)門對應(yīng)，用于行人進(jìn)出箱體。

4 行人過街節(jié)能電梯運行方式

從圖1、圖2中可以看出，地上箱體、地下箱體的初始位置分別位于地上U形軌道和地下U形軌道的某一端，并分別位于道路的兩側(cè)。當(dāng)行人需要過馬路時按下電梯的開門按鈕，自動開關(guān)門和箱體的門被打開，行人分別進(jìn)入地上箱體、地下箱體，自動開關(guān)門延時后被強制關(guān)閉，完全關(guān)閉后發(fā)出信號使地上鎖扣裝置和地下鎖扣裝置同時松開，電動機啟動，通過牽引同步帶帶動地上箱體、地下箱體運動，由于地上箱體上升的行程剛好是地下箱體下降的行程，地上箱體下降的行程又剛好是地下箱體上升的行程，兩者之間通過牽引同步帶連接在一起運行，從而使電梯運行過程中下降行程的箱體與行人的重力剛好為上升行程的箱體與行人提供驅(qū)動力，極大降低了能量消耗。當(dāng)?shù)厣舷潴w、地下箱體分別到達(dá)終點后，并由另一端的地上鎖扣裝置和地下鎖扣裝置鎖死固定，自動開關(guān)門和箱體的門被打開，行人出、進(jìn)，再重復(fù)上述過程，將需要過馬路的行人運送到另一邊。

5 結(jié)束語

本文提出的過街節(jié)能電梯無垂直下落行程，行人全程均處于密閉的箱體內(nèi)，安全風(fēng)險低。運行過程中兩個箱體的上升、下降行程剛好相反，使下降行程的箱體通過同步帶為上升行程的箱體提供動力，能減少電能的消耗。該過街電梯通過U形軌道一次性將行人從街道的一側(cè)運送到另一側(cè)，無需行人再自行行走，從而實現(xiàn)行人便捷、安全、舒適地過街，吸引行人自覺使用，將對城市的人車分離過街產(chǎn)生很大的幫助，在一定程度上能夠改善城市交通擁堵的狀況。為過街設(shè)施的優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計提供參考與借鑒。