自动扶梯的发展历程、研究概况及发展方向

　　[摘 要]自动扶梯的出现给人类的日常生活带来了极大的便利，它同时也成为现代物质文明的一个重要标志。从第一台名义上的自动扶梯诞生以来，自动扶梯的发展迄今为止大约经历了100多年。文章综合阐述了自动扶梯在100多年时间内的发展历程、研究概况以及今后的发展方向。
　　[关键词] 自动扶梯 研究 发展
　　
　　自动扶梯是由一台特种结构型式的链式输送机和两台特殊结构型式的胶带输送机所组合而成的，用以在建筑物的不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。它的出现给人类的日常生活带来极大的便利。
　　自动扶梯作为运送旅客的交通工具，不仅成功地缩小了目标间的距离，而且使超短途（如楼层、月台间等）的大流量人员运输成为可能。因此，经济学家说：“自动扶梯的出现使人们有了逛大型商场的欲望。”交通学家说“是自动扶梯和自动人行道的应用使我们可以把车站、机场建的尽可能大。”自动扶梯的应用已经改变了我们的生活，并已经成为现代物质文明的一个重要标志。
　　
　　一、自动扶梯的发展历程
　　
　　同大部分发明一样，我们今天所认识的自动扶梯，其发明历程同样经历过曲折。杰西·瑞诺和查尔斯·希伯格是这个行业最早时的两个伟人。
　　1859年，美国人内森·爱米斯发明一种“旋转式梯级扶梯”并获专利。但是，“旋转式梯级扶梯”是让乘客沿正三角形的一边进入，到达顶点后飞降下来，类似于杂技的惊险动作。因此，该扶梯未能付诸实践。但是，他的构思具有开拓性。
　　1891年，在美国科尼岛码头装了一部自动扶梯，轰动一时。它当时被称为“倾斜升降机”，是由纽约企业家杰西·瑞诺设计制造的。他早在1882年就申请并发明了此项专利。这种自动扶梯采用输送带原理，一条分节的坡道以20度至30度坡度移动。扶梯的起止点都有齿长40厘米的梳状铲，与脚踏板上的凹齿啮合。乘客站在倾斜移动的节片上，不必举足，便能上、下扶梯。
　　1895年，杰西·瑞诺在纽约市的考尼岛第一次展示了“自动扶梯”（它更像一部为人设计的传送带）。美国的乔奇·惠勒与瑞诺同年获得了另一种形式自动扶梯的专利，但他的专利很长时间无人问津。
　　1898年，查尔斯·希伯格买下了乔奇·惠勒与杰西·瑞诺的自动扶梯专利，并加以改造。1899年查尔斯·希伯格与奥的斯公司携手制造出第一台阶梯式自动扶梯。7月9日，第1台奥的斯-西伯格梯阶式（梯级是水平的，踏板用硬木制成，有活动扶手和梳齿板）扶梯试制成功，这是世界第一台真正的自动扶梯。
　　1900年，查尔斯·希伯格将拉丁文中的“Scala”（梯级）一词与当时在美国已经用的相当普遍的“Elevator”一词组合成为Escalator，并注册为产品商标，这就是自动扶梯一词的来源。1910年西伯格将它卖给了奥的斯公司。直到1950年，奥的斯公司拥有该商标。1950年根据商标保护法的规定，“escalator”失去了它名称的专有权，成为自动扶梯的通称。
　　1920年，奥的斯公司把杰西·瑞诺的倾斜板条式扶梯和西伯格的梯阶式扶梯两者的长处融为一体，重新进行设计，使扶梯性能大为改观。1922年，奥的斯公司制造了世界上第一台现代化自动扶梯，水平楔槽式梯级与梳齿板相结合，此后被其它自动扶梯制造商所沿用。
　　1985年，三菱电机公司研制出曲线运行的螺旋型自动扶梯，并成功投入生产。螺旋型自动扶梯可以节省建筑空间，具有装饰艺术效果。如图1所示。
　　
　　1991年，三菱电机公司开发了带有中间水平段的大提升高度自动扶梯。这种多坡度型自动扶梯，在大提升高
　　度时可降低乘客对高度的恐惧感，并能与大楼楼梯结构协调配置。
　　1993年，据《日立评论》报道，日本日立制作所开发了可以乘运大型轮椅的自动扶梯，几个相邻梯级可以联
　　动形成支持轮椅的平台。如图2所示：
　　
　　20世纪90年代末，富士达公司开发了变速式自动人行道，即自动人行道以分段速度运行，乘客从低速段进入，然后进入高速平稳运行段，再后进入低速段离开。这样提高了乘客上下自动人行道时的安全性，缩短了长行程时的乘梯时间。
　　2000年4月，美国ElevatorWorld报道，位于德国汉堡的蒂森自动扶梯工厂，制造出全彩色自动扶梯梯级，它由玻璃纤维材料制成，有蓝色、绿色、红色、灰色和黑色等。彩色梯级为建筑师提供了丰富的设计想象空间。
　　2002年4月17日至20日，三菱电机公司在第5届中国国际电梯展览会上展出了倾斜段高速运行的自动扶梯模型。可铰接伸缩的驱动齿条结构在运行时可使梯级的间隔发生变化，从而使速度也产生变化。其倾斜段的速度是出入口水平段速度的1.5倍，这样既缩短了乘客的乘梯时间，也提高了乘客上下扶梯的安全性与平稳性。如图3所示：
　　
　　2003年2月，奥的斯公司发布新型的NextStep自动扶梯，它采用Guarded踏板设计，梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块；它还采用了其它一些提高自动扶梯安全性的新技术，自动扶梯技术又一次更新。
　　
　　二、自动扶梯的研究概况
　　
　　自动扶梯经过100多年的研究发展，已经成为一种比较成熟的产品。但是目前世界上的大型电梯公司，如：奥的斯、日立、迅达、三菱等依然投入大量的人力、物力对自动扶梯和自动人行道进行研究开发。其研究重点主要集中于节能、环保和安全。
　　（一）节能
　　1、自动调节电压法
　　该方法的原理是根据电动机的负载大小，利用新型节能器自动及时地调节电动机的工作电压，使之能耗最小。新型的节能器是按照电量的有效值检测电动机的功率因数，而且是应用瞬时检测技术，在电动机全部运行时间内对其各相的电压和电流的大小和相位进行检测，据此来调节电动机的端电压，使电动机在不同负载情况下都运行到最佳状态，功率因数和效率都得到提高，能耗最小。节能的多少因负载的大小而不同，约在20%~50%左右。
　　2、“自动重新启动”运行模式
　　该运行模式即自动扶梯在无乘客时自动停止运行，当有乘客时又自动重新启动的一种运行模式。该运行模式已被标准所认可，其节能相当可观，不过这取决于停梯时间的长短。此外，该运行模式也使自动扶梯的磨损大大减少，从而延长了自动扶梯零部件的寿命。
　　3、Y-Δ切换法
　　该方法的基本原理是：当扶梯启动时，电动机按Y接法启动，不再通过时间原则切换成Δ接法运行，而是乘客数量增加到设定的数量之后，电动机才切换成Δ接法运行。当乘客数量减少到设定的数量之后，电动机又切换成Y接法运行，如此反复。经过测试，Y接法比Δ接法节能显著，节能可达20%，相当可观。
　　4、变频驱动
　　该方法的关键在于使用高性能的变频器，如“交-直-交”PWM型变频器。由于变频器的采用，可以在无人时很容易实现极低频率极低电压对电动机供电，使自动扶梯以极低的速度运行。其节能效果可以与“自动重新启动”运行模式相媲美，甚至超出。因为变频驱动可以使扶梯在轻载的工况下实现降压节能运行。
　　（二）环保
　　1、无润滑型自动扶梯
　　该自动扶梯的关键是梯级链采用了齿条与过渡型齿条的传动方式，而该过渡型齿条又与电动机采用了齿轮与齿条的传动方式。在整个扶梯的运行过程中无需润滑油的参与。该自动扶梯摈弃了传统扶梯采用的链条传动模式，从而避免了润滑油的污染。
　　2、无重金属污染
　　目前很多公司自动扶梯照明系统多采用的是日光灯管，但是该方法存在着日光灯管破裂后水银污染环境的危害。因此，部分公司已经开始使用LED照明系统替代传统日光灯管的照明系统，降低了扶梯对环境的危害。
　　（三）安全
　　强调安全性的自动扶梯以移动式裙板扶梯为代表。该自动扶梯的原理是将梯级踏板和围裙板组成为协调运行的单一模块，梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块。该自动扶梯的梯级与裙板之间无任何间隙，从而避免发生该区域手指轧入的危险。而这一区域正是传统自动扶梯的主要危险所在。
　　
　　三、自动扶梯的发展前景
　　
　　目前各大电梯公司对自动扶梯和自动人行道研究主要集中于安全、节能和环保等方面。但是今后自动扶梯和自动人行道的发展方向除了以上三个方面之外，还将朝高速方向发展。目前有些公司也陆续推出了相关产品。如：CNIM公司推出了加速自动人行道，最大速度可达11公里/小时。如图4所示：
　　
　　蒂森公司的加速自动人行道，最快速度可达2米/秒。该公司的第一台加速自动人行道安装在多伦多机场。NKK公司的加速自动人行道的最高速度达1.2米/秒。如图5所示：
　　
　　总之，自动扶梯作为现代文明的一个重要标志之一，其发展水平也体现了当代社会科学进步水平。
　　
　　（作者单位：广州奥的斯电梯有限公司）
　　
　　参考文献：
　　[1]朱昌明.电梯与自动扶梯[M].上海交通大学