文献综述

引言

据国外有关资料介绍,公元前2800年在古代埃及,为了建筑当时的金字塔,曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机之后,1858年美国研制出以蒸汽为动力,并通过皮带转动和蜗轮减速装置驱动的齿轮齿条升降电梯。1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随着水压梯的发展,淘汰了蒸汽梯。后来又出现了采用液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯,这种掖压梯至今仍为人们所采用。但是，齿轮齿条升降电梯得以兴盛发展的原因在于采用了电力作为动力来源.。在20世纪初,美国奥梯斯齿轮齿条升降电梯公司首先使用直流电动机作为动力,生产出以槽轮式驱动的直流齿轮齿条升降电梯,从而为今天的高速度,高行程齿轮齿条升降电梯的发展奠定了基础。20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成,美国奥梯斯齿轮齿条升降电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0M\S的齿轮齿条升降电梯。 从此以后,齿轮齿条升降电梯这个产品,一直在日新月异的发展着.目前齿轮齿条升降电梯产品,不但规格品种多,自动化强,而且安全可靠,乘坐舒服.近几年来,随着电子工业的发展,微处理机和电子计算机已成功的应用到齿轮齿条升降电梯的电气控制系统中去,采用无触点元件的齿轮齿条升降电梯电气控制系统已开始批量生产。

一、齿轮齿条升降电梯发明过程

齿轮齿条升降电梯进入人们的生活已经150年了。

1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。

奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯齿轮齿条升降电梯公司制造出了名副其实的齿轮齿条升降电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。

生活在继续，科技在发展，齿轮齿条升降电梯也在进步。150年来，齿轮齿条升降电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台齿轮齿条升降电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢齿轮齿条升降电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光齿轮齿条升降电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名齿轮齿条升降电梯公司各展风姿，仍在继续进行齿轮齿条升降电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型齿轮齿条升降电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。

二．齿轮齿条升降电梯由来

1887年，美国奥的斯公司制造出世界上第一台齿轮齿条升降电梯，这是一台以直流电动机传动的齿轮齿条升降电梯。它被装设在1889年纽约德玛利斯大厦。这座古老的齿轮齿条升降电梯，每分钟只能走10米左右。当初设计的齿轮齿条升降电梯纯粹是为了省力。

1900年，以交流电动机传动的齿轮齿条升降电梯开始问世。1902年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动齿轮齿条升降电梯，采用全自动的控制方式，提高了齿轮齿条升降电梯的输送能力和安全性。

三．齿轮齿条升降电梯的组成

曳引系统

曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使齿轮齿条升降电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。

导向系统

导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。主要由导轨，导靴和导轨架组成。

轿厢

轿厢是运送乘客和货物的齿轮齿条升降电梯组件，是齿轮齿条升降电梯的工作部分。由轿厢架和轿厢体组成。

门系统

门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。

重量平衡系统

系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在齿轮齿条升降电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证齿轮齿条升降电梯的曳引传动正常。主要由对重和重量补偿装置组成。

电力拖动系统

电力拖动系统的功能是提供动力，实行齿轮齿条升降电梯速度控制。由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。

电气控制系统

电气控制系统的主要功能是对齿轮齿条升降电梯的运行实行操纵和控制。主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。

安全保护系统

保证齿轮齿条升降电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由齿轮齿条升降电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、齿轮齿条升降电梯安全窗、齿轮齿条升降电梯超载限制装置、限位开关装置组成。

四．齿轮齿条升降电梯的结构

齿轮齿条升降电梯的结构包括：四大空间，八大系统

四大空间：机房部分、井道及地坑部分、轿厢部分、层站部分。

八大系统：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统

八大应用技术：1、全数字识别乘客技术（所有乘客进入齿轮齿条升降电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别） 2、数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）3、第四代无机房齿轮齿条升降电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0M/S以上，最高可以使用在30层以上。） 4、双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用） 5、快速安装技术（改变过去的齿轮齿条升降电梯安装方法，能够快速组装） 6、节能技术（采用节能技术，使齿轮齿条升降电梯更节约能源） 7、数字监控技术（完全采用计算机进行齿轮齿条升降电梯监控与控制） 8、无线远程控制及报警装置（当齿轮齿条升降电梯产生故障时，齿轮齿条升降电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对齿轮齿条升降电梯进行简单控制。）

五．齿轮齿条升降电梯的分类

根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的齿轮齿条升降电梯。

1、按用途分类
    乘客齿轮齿条升降电梯，为运送乘客设计的齿轮齿条升降电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货齿轮齿条升降电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的齿轮齿条升降电梯。 医用齿轮齿条升降电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的齿轮齿条升降电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物齿轮齿条升降电梯，供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的齿轮齿条升降电梯。观光齿轮齿条升降电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的齿轮齿条升降电梯。 车辆齿轮齿条升降电梯，用作装运车辆的齿轮齿条升降电梯。船舶齿轮齿条升降电梯，船舶上使用的齿轮齿条升降电梯。建筑施工齿轮齿条升降电梯，建筑施工与维修用的齿轮齿条升降电梯。其它类型的齿轮齿条升降电梯，除上述常用齿轮齿条升降电梯外，还有些特殊用途的齿轮齿条升降电梯，如冷库齿轮齿条升降电梯、防爆齿轮齿条升降电梯、矿井齿轮齿条升降电梯、电站齿轮齿条升降电梯、消防员用齿轮齿条升降电梯等。

2、按驱动方式分类
    交流齿轮齿条升降电梯，用交流感应电动机作为驱动力的齿轮齿条升降电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流齿轮齿条升降电梯，用直流电动机作为驱动力的齿轮齿条升降电梯。这类齿轮齿条升降电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压齿轮齿条升降电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的齿轮齿条升降电梯。齿轮齿条齿轮齿条升降电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的齿轮齿条升降电梯。螺杆式齿轮齿条升降电梯，将直顶式齿轮齿条升降电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的齿轮齿条升降电梯。直线电机驱动的齿轮齿条升降电梯，其动力源是直线电机。齿轮齿条升降电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动齿轮齿条升降电梯，现已基本绝迹。

3、按速度分类
    齿轮齿条升降电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。 低速梯，常指低于1.00m/s速度的齿轮齿条升降电梯。中速梯，常指速度在1.00～2.00m/s的齿轮齿条升降电梯。 高速梯，常指速度大于2.00m/s的齿轮齿条升降电梯。超高速梯，速度超过5.00m/s的齿轮齿条升降电梯。
    随着齿轮齿条升降电梯技术的不断发展，齿轮齿条升降电梯速度越来越高，区别高、中、低速齿轮齿条升降电梯的速度限值也在相应地提高。

4、按齿轮齿条升降电梯有无司机分类
    有司机齿轮齿条升降电梯，齿轮齿条升降电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机齿轮齿条升降电梯，乘客进入齿轮齿条升降电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，齿轮齿条升降电梯自动运行到达目的层楼，这类齿轮齿条升降电梯一般具有集选功能。有/无司机齿轮齿条升降电梯，这类齿轮齿条升降电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。

5、按操纵控制方式分类
    手柄开关操纵，齿轮齿条升降电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现齿轮齿条升降电梯的起动、上升、下降、平层、停止运行状态。
    按钮控制齿轮齿条升降电梯：是一种简单的自动控制齿轮齿条升降电梯，有自动平层功能，有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。
    信号控制齿轮齿条升降电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机齿轮齿条升降电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制齿轮齿条升降电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的齿轮齿条升降电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。
    并联控制齿轮齿条升降电梯，2～3台齿轮齿条升降电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，齿轮齿条升降电梯本身具有集选功能。
    群控齿轮齿条升降电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的齿轮齿条升降电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。

6、其它分类方式
    按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）齿轮齿条升降电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）齿轮齿条升降电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）齿轮齿条升降电梯。 按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢齿轮齿条升降电梯等。

7、特殊齿轮齿条升降电梯

斜行齿轮齿条升降电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行齿轮齿条升降电梯发展迅速。立体停车场用齿轮齿条升降电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的齿轮齿条升降电梯。建筑施工齿轮齿条升降电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。

六．齿轮齿条升降电梯驱动

根据齿轮齿条升降电梯使用的不同要求，齿轮齿条升降电梯的驱动可采用曳引驱动，液压驱动，强制驱动（卷筒驱动），齿轮齿条，螺杆驱动等方式。曳引驱动：  组成：曳引机（电动机、制动器、曳引轮组成）、钢丝绳组成。曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端悬吊轿箱，另一端悬吊对重装置，由钢丝绳和曳引轮之间的摩擦产生曳引力驱动轿厢作上下运行。
1. 绕绳方式
   齿轮齿条升降电梯曳引钢丝绳的绕绳方式主要取决于曳引机组的位置，轿厢的额定载重和额定速度等条件。在选择，确定绕绳方式时应考虑有较高的传动效率，合理的能耗及有利于钢丝绳使用寿命的延长。
2. 曳引力计算
   在曳引轮槽中能产生的最大有效曳引力是钢丝绳与轮槽之间摩擦系数和钢丝绳绕过曳引轮包角的函数。
3. 提高曳引能力的措施
   a. 改变绳槽形状及绳槽材料，提高摩擦系数。  b. 增大包角   c. 增加轿厢自重

4. 曳引轮绳槽磨损的原因：
   影响钢丝绳寿命的因素，一般也同样影响曳引轮的寿命，有如下几方面的因素：
a. 曳引轮本身  b. 钢丝绳的构造，材质及其物理性能   c. 轿厢运行高度  d. 载荷  e. 曳引机和其它部件的技术参数   f. 环境和保养