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电 梯 结 构 与 原 理
介
2011年9月
简
第一章 概 述
1.1 电梯历史与发展
很久以前，人们就已经开始使用原始的升降工具来运送人和货物，并大多采用人力或畜力作为驱动力，到19世纪初，随着工业革命的进程发展，蒸汽机成为了重要的原动机，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力，并不断地得到创新和改进，到1852年，世界第一台被工业界普遍认可的安全升降机得以诞生。1845年，英国人汤姆逊制成了世界上第一台液压升降机。当时由于升降机功能不够完善，难以保障安全，故较少用于载人。
1852年，美国纽约杨可斯（Yonkers）的机械工程师奥的斯先生（Elisha Graves Otis）在一次展览会上，向公众展示了他的发明，从此宣告了电梯的诞生，也打消了人们长期对升降机安全性的质疑，随后奥的斯先生组建成立了奥的斯电梯公司。
1857年，奥的斯公司在纽约安装了世界第一台客运升降机；1889年奥的斯公司制成使用了世界上第一台以直流电动机驱动的升降机，此时电梯就名副其实了；1899年第一台梯阶式（梯阶水平、踏板由硬木制成、有活动扶手和梳齿板）扶梯试制成功。1903年，奥的斯公司采用了曳引驱动方式代替了卷筒驱动，提高了电梯传动系统的通用性；同时也成功制造出有齿轮减速曳引式高速电梯，使电梯传动设备重量和体积大幅度地缩小，增强了安全性，并成为沿用至今的电梯曳引式传动的基本型式。
奥的斯公司在1892年开始用按钮操纵代替以往在轿厢内拉动绳索的操纵方式；1915年制造出微调节自动平层的电梯；1924年安装了第一台信号控制系统，使电梯司机操纵大大简化；1928年开发并安装了集选控制电梯；1946年在电梯上使用群控方式，并在1949年使用于纽约联合国大厦；特别值得一提的是奥的斯公司在1967年为美国纽约世界贸易中心大楼安装了208台电梯和49台自动扶梯，每天要完成13万人次的运输任务，遗憾的是该大楼于2001年9月11日因恐怖袭击而倒塌。
1976年日本富士达公司开发了速度为10m/s的直流无齿轮曳引电梯；1977年，日本三菱电机公司开发了可控硅控制的无齿轮曳引电梯；1979年奥的斯公司开发了第一台基于微机的电梯控制系统，使电梯控制进入了一个崭新的发展时期；1983年日本三菱电机公司开发了世界上第一台变频变压调速电机，并于1990年将此变频调速系统用于液压电梯驱动；1996年芬兰通力电梯公司发布了最新设计的无机房电梯MonoSpace，由Ecodisk扁平的永磁同步电动机变压变频调速驱动，电机固定在井道顶部侧面，由曳引钢丝绳传动牵引轿厢；同年日本三菱电机公司开发了采用永磁同步无齿轮曳引机和双盘式制动系统的双层轿厢高速电梯，安装在上海Mori大厦；1997年迅达电梯公司展示了Mobile无机房电梯，该电梯无需曳引绳和承载井道，自驱动轿厢在自支撑的铝制导轨上垂直运行，同年通力电梯公司在芬兰建造了当今世界上行程为350米的地下电梯试验井道，电梯实际提升高度330米，理论上可测试17m/s速度的电梯。
随着现代建筑物楼层不断升高，电梯的运行速度、载重量也在提高。世界上最高电梯速度已经达到16m/s，但从人体对加速度的适应能力、气压变化的承受能力和实际使用电梯停
层的考虑，一般将电梯的速度限制在10m/s以下。
1982年法国、德国、日本三国共同研制的直线电机电梯，并于1989年在日本安装试用成功，这种电梯在结构上基本融直线电动机与电梯对重为一体，并装以盘式制动器，电力拖动方面采用微机进行变频变压调速系统。在不久的将来还可能研制出沿着垂直——曲线复合路径运行的无绳电梯。
目前为了降低建筑物造价，提高建筑面积的有效利用率，无机房电梯已经被大量使用。它无须建造普通意义上的机房，对井道顶层楼板及井道没有特殊要求，这样既节约了机房建造费用，又提高了井道的利用率。此种电梯曳引机是将电动机、曳引轮、制动器等合为一体，安装在井道上方的导轨上，或采用行星齿轮减速器，是一种长寿命的曳引机。
1.2 我国电梯历史与发展
我国电梯事业起步较晚，电梯在中国的发展主要经历了以下三个阶段：首先是对进口电梯的销售、安装、维保阶段（1900～1949），这一阶段我国电梯的拥有量约为1100台；其次是独立开发研制、自行生产阶段（1950～1979），这一阶段我国共生产安装电梯约1万台；再后是成立三资企业，电梯行业快速发展阶段（1980至今），目前我国已经成为世界上最大的电梯使用市场和电梯生产国。
1952年起，我国先后在上海、天津、沈阳建立了三家电梯厂，并相继设立了有关科研单位，独立自主制造各类电梯产品，如交流客、货梯，直流快速、高速梯等。1951年冬，党中央提出在天安门城楼上安装一台我国自行制造电梯的政治任务，天津（私营）从生电机厂历时4个多月圆满完成。当时上海交通大学设置了起重运输机械制造专业，并开设了电梯课程。1956年底，公私合营上海电梯厂（由上海华恺记电梯水电铁工厂几经重组发展而成）试制成功自动平层、自动开门的交流双速信号控制电梯。1959年我国第一批（4台）自行设计制造的自动扶梯由公私合营上海电梯厂与上海交通大学共同完成，在北京火车站安装使用。到1978年，我国电梯行业的政府管理部门由第一机械工业部划转到国家建设委员会。
1980年，中国建筑机械总公司、瑞士迅达有限公司、香港怡和迅达（远东）有限公司3方合资组建中国迅达电梯有限公司，这是我国改革开放以来机械行业第一家合资企业，该企业包括上海电梯厂和北京电梯厂；1982年天津市电梯厂等联合组建成立天津市电梯公司，并建立了高达114.7米，具有5个试验井道的我国最早的电梯试验塔；1983年建设部确定中国建筑科学院机械化研究所为我国电梯、自动扶梯、自动人行道行业技术归口单位；1984年天津市电梯公司和美国奥的斯电梯公司等合资组建天津奥的斯电梯有限公司正式成立。1985年我国正式加入国际标准化组织“电梯、自动扶梯和自动人行道技术委员会（ISO/TC178）”,成为该组织成员国，国家标准局确定中国建筑科学研究院建筑机械化研究所为国内归口管理单位；1989年国家电梯质量监督检验中心正式成立，质检中心采用先进方法进行电梯的型式试验并签发证书，目的是保障在国内使用的电梯安全性能。
我国目前现有电梯整机生产企业近500家，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等世界最大的电梯公司均在国内建立了合资或独资企业；电梯整机企业主要有山东百思特、浙江巨人、上海华立、苏州申龙、苏州东南液压电梯、宁
波宏大等；电梯配件行业有德国威特、西班牙塞维拉等建立的合资企业，还有宁波欣达、宁波申菱、上海新时达、上海贝斯特、常熟曳引机、河北东方等企业。
1.3 电梯技术发展方向
纵观电梯产品的发展历程，今后还将在以下几个方面有更大的改进和突破,其主要表现在以下几个方面。
超高速电梯： 21世纪，随着人口数量与可利用土地面积之间的矛盾进一步激化，将会大力发展多用途、全功能的高层塔式建筑，超高速电梯继续成为研究方向。除采用曳引式电梯之外，直线电机驱动电梯也会有极大的发展空间。未来电梯如何保证其安全性、舒适性和便捷性也成为了一个研究的方向。
电梯智能群控系统：
电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源支持，能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统与大楼所有自动化服务设施结合成整体智能系统，也是电梯技术的发展方向。
蓝牙技术应用：
蓝牙（BLUE TOOTH）技术是一种全球开放的、短距离无线通讯技术规范，它通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，取代纵横交错繁复凌乱的线路，实现无线成网，将极有效地提高电梯产品的先进性和可靠性。
电梯发展更加环保、绿色：
要求电梯更加节能环保，减少噪音污染、油污染和电磁辐射污染，兼容性强，寿命长，电梯中使用的各种原材料（包括装潢材料）均为绿色环保型，与建筑物及自然环境搭配协调，人性化程度高等，尽量使用太阳能和风能等绿色能源，减少对环境的破坏。
电梯产业将网络化、信息化：
电梯控制系统将与网络技术紧密地结合在一起，用网络把相互分离的在用电梯连接起来，对其运行情况作即时采集并进行统一监管，统一纳入维保管理系统，快速有效地对故障进行维修；通过电梯网站进行网上交易，既能够实现电梯采购、配置、招投标等，也可在网上申请电梯定期检验等工作。
第二章 电梯基础知识
2.1 电梯的基本结构
2.1.1 电梯的定义
根据国家标准GB/T7024-1997《电梯、自动扶梯、自动人行道术语》规定的电梯定义：电梯，Lift，Elevator，服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构型式便于乘客出入或装卸货物。
根据上述定义，我们平时在商场、车站见到的自动扶梯和自动人行道，并不能被称为电梯，它们只是垂直运输设备中的一个分支或扩充。 2.1.2 电梯整体结构
图2-2是电梯整体结构图，其中各部分装置与结构见图示。 2.1.3 电梯的组成及占用的四个空间
电 梯 机房部分 控制柜 曳引机 限速器 极限开关 导向轮 限速器张紧装置 轿厢部分 层站部分 层门楼导缓轿导安门门锁层 冲全地装指轨厢 靴套器钳坎置示 门平随终对层层行 机端装电装保重门 置置缆护开 关 补 曳偿引装 绳置 图2-1 电梯的组成（从占用四个空间划分）
井道及底坑部分 召唤装置