一、電梯的起源

  電梯結(jié)構(gòu)的演變

  電梯是現(xiàn)代多層及高層建筑物中不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備。早在公元前1100年前后，我國古代的周朝時(shí)期就出現(xiàn)了提水用的轆轤，這是一種由木制（或竹制）的支架、卷筒、曲柄和繩索組成的簡單卷揚(yáng)機(jī)。公元前２３６年在古希臘，由著名的科學(xué)家阿基米德制成了第一臺人力驅(qū)動的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)。這些就是電梯的雛形。

公元１７６５年，瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)后，英國于１８３５年在一家工廠里裝用了一臺由蒸汽機(jī)拖動的升降機(jī)。１８４５年，英國人阿姆斯特朗制作了第一臺水壓式升降機(jī)，這是現(xiàn)代液壓電梯的雛形。

  由于早期升降機(jī)大都采用卷筒提升，棉麻繩牽引，斷繩墜落事故時(shí)有發(fā)生，因而電梯的發(fā)展受到了安全性的考驗(yàn)。１８５２年，４１歲的美國人奧的斯發(fā)明了一種安全鉗，在吊索斷裂時(shí)，它能將轎廂鎖住在導(dǎo)軌上，防止下墜。從此老式升降機(jī)發(fā)生了一次重大變革。１８５４年，在紐約“水晶宮”展覽會上，奧的斯親自表演了安全鉗的性能，他站在高高的升降機(jī)平臺上，然后把吊索割斷，在觀眾們的一片驚呼聲中，平臺被安全鉗穩(wěn)穩(wěn)地咬住，奧的斯先生安然無恙地走下了平臺。由此開始，電梯的防墜安全性能有了可靠的保證。

  現(xiàn)代電梯興盛的根本在于采用電力作為動力的來源。１８３１年法拉第發(fā)明了直流發(fā)電機(jī)。１８８０年德國最早出現(xiàn)了用電力拖動的升降機(jī)，從此一種稱為電梯的通用垂直運(yùn)輸機(jī)械誕生了。盡管這臺電梯從當(dāng)今的角度來看是相當(dāng)粗糙和簡單的，但它是電梯發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。

 １８８９年，美國紐約的“戴納斯特”大廳內(nèi)裝用了第一批電梯，它們由直流電動機(jī)與蝸桿傳動直接連接，通過卷筒升降電梯轎廂，速度為０.５ｍ／ｓ，構(gòu)成了現(xiàn)代電梯的基本傳動結(jié)構(gòu)。

  雖然曳引式的驅(qū)動結(jié)構(gòu)早在１８５３年已在英國出現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)卷筒式驅(qū)動的缺點(diǎn)還未被人們充分認(rèn)識，因而早期電梯以卷筒強(qiáng)制驅(qū)動的型式居多。隨著技術(shù)的發(fā)展，卷筒驅(qū)動的缺點(diǎn)日益明顯，如耗用功率大，行程短、安全性差等等。１９０３年，奧的斯電梯公司將卷筒驅(qū)動的電梯改為曳引驅(qū)動，為今天的長行程電梯奠定了基礎(chǔ)，從此在電梯的驅(qū)動方式上，曳引驅(qū)動占居了主導(dǎo)地位。曳引驅(qū)動使傳動機(jī)構(gòu)體積大大減小，而且還使電梯曳引機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有效地提高了通用性和安全性。

  從２０世紀(jì)初開始，交流感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)一步完善和發(fā)展，開始應(yīng)用于電梯拖動系統(tǒng)，使電梯拖動系統(tǒng)簡化，同時(shí)促進(jìn)了電梯的普及。直至今日，世界上絕大多數(shù)速度在２.５ｍ／ｓ以下的電梯均采用交流電動機(jī)來拖動。

  ２０世紀(jì)３０年代，美國奧的斯電梯公司采用直流發(fā)電機(jī)——電動機(jī)方式在紐約的102層摩天大樓內(nèi)安裝了７４臺電梯，其中最高額定運(yùn)行速度已達(dá)６ｍ／ｓ。西屋電器公司也于１９３７年在紐約７０層的“洛克菲勒”中心安裝了７５臺電梯，其中最高額定運(yùn)行速度達(dá)７ｍ／ｓ。

  ２.電梯控制技術(shù)的演變

  早期電梯的控制方式幾乎全部采用有司機(jī)轎內(nèi)開關(guān)控制，電梯的起動、運(yùn)行、減速、平層、停車等判斷均靠司機(jī)作出，操作起來很不方便。1894年，奧的斯公司開發(fā)了一種由層樓控制器自動控制平層的技術(shù)，從而成為電梯控制技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)。

  1915年，奧的斯公司又發(fā)明了由兩個(gè)電動機(jī)控制的微驅(qū)動平層控制技術(shù)，它由一個(gè)電動機(jī)專用于起動和快速運(yùn)行，另一個(gè)則用于平層停車，從而得到了１６∶１的減速范圍，運(yùn)行較為舒適，平層較準(zhǔn)。

  為了解決乘客候梯時(shí)間長的矛盾，１９２５年出現(xiàn)了一種集選控制技術(shù)。它能將各層站上下方向的召喚信號和轎廂內(nèi)的指令集中和電梯轎廂位置信號比較，從而使電梯合理運(yùn)行，縮短了乘客候梯的時(shí)間，提高了電梯運(yùn)行效率。這種技術(shù)使司機(jī)的操作大大簡化，不再需要司機(jī)對電梯的運(yùn)行方向和停層選擇作出判斷，司機(jī)僅需按層樓按鈕及關(guān)閉層門按鈕。這一種控制技術(shù)現(xiàn)在還在廣泛使用，被認(rèn)為是電梯控制技術(shù)的一大進(jìn)步。

 ２０世紀(jì)３０年代，交流感應(yīng)電動機(jī)因其價(jià)格低，制造和維修方便而廣泛應(yīng)用于電梯上。用改變電動機(jī)極對數(shù)的方法達(dá)到了雙速控制的要求，使拖動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，可靠性大大提高。目前我國大多數(shù)在用電梯均采用這種交流雙速變極拖動控制。

  早期的直流拖動電梯，在發(fā)展到交流單、雙速拖動后，隨著３０年代高層建筑的發(fā)展，人們對電梯額定運(yùn)行速度的要求日益提高，產(chǎn)生了直流調(diào)速控制的直流電動機(jī)拖動的高速電梯。這一系統(tǒng)從最初的開環(huán)、有級、有觸點(diǎn)控制發(fā)展到今天的閉環(huán)、無級、無觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。這是電梯控制技術(shù)的又一次進(jìn)步。

  隨著電子技術(shù)的發(fā)展，從２０世紀(jì)６０年代末到７０年代初，開始發(fā)展了應(yīng)用交流電動機(jī)的交流調(diào)速拖動，它從交流調(diào)壓調(diào)速進(jìn)而發(fā)展到變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)。它以其突出的節(jié)能效果在一定范圍內(nèi)（≤４ｍ／ｓ）完全取代了直流拖動系統(tǒng)。這是目前正在大力發(fā)展的技術(shù)，被認(rèn)為是電梯拖動技術(shù)的一次飛躍。

   微電子技術(shù)的飛速發(fā)展使微電腦用于電梯的控制，正全面替代有觸點(diǎn)的繼電器控制方式。從而使電梯的拖動控制，信號操作及自動調(diào)度控制達(dá)到了一個(gè)新的高度。如今，微電腦的大量應(yīng)用及大功率半導(dǎo)體元件的技術(shù)發(fā)展使得電梯控制系統(tǒng)日益自動化、智能化，交流調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)也正向大功率、高速度方向發(fā)展。目前，這一技術(shù)的發(fā)展已使交流調(diào)速拖動的電梯速度達(dá)到了７ｍ／ｓ，必將逐步取代直流拖動電梯。

  二、電梯技術(shù)的現(xiàn)狀

１.我國電梯生產(chǎn)的概況

我國電梯事業(yè)發(fā)展的歷史較短，在新中國成立之前，只有上海、天津、北京有美國奧的斯電梯公司的維修服務(wù)站，但也只能修配電梯零件，根本不能制造電梯。新中國成立以后，自１９５２～１９５４年期間，我國先后在上海、天津、沈陽建立了三家電梯生產(chǎn)廠。到了６０年代，又在西安、廣州、北京等地先后建立了電梯廠。至１９７２年，全國有電梯定點(diǎn)生產(chǎn)廠家８家，年產(chǎn)電梯近2000臺。

  自１９７８年以后，在經(jīng)濟(jì)增長和基建規(guī)模擴(kuò)大的情況下，電梯市場在１９８５年完全由賣方市場支配和占領(lǐng)，這一形勢大大刺激了電梯生產(chǎn)。全國各地出現(xiàn)了一大批中小電梯廠，至１９９９年，全國共有電梯生產(chǎn)廠家近４００多家，年產(chǎn)電梯近３萬臺。

 電梯品種從一般載貨電梯發(fā)展到乘客電梯、高級乘客電梯、自動扶梯（包括小高度、中高度、大高度的單人、雙人自動扶梯）和自動人行道等產(chǎn)品。并從１９９６年開始，天津、上海等電梯廠有少量產(chǎn)品銷往國外。

  電梯的操縱方式也從手柄開關(guān)控制發(fā)展到按鈕信號控制和集選控制，直到多臺電梯的梯群控制。

 電梯的運(yùn)行速度從０.２５ｍ／ｓ發(fā)展到２.５ｍ／ｓ以上，并已由交流調(diào)速拖動全面取代了４ｍ／ｓ以下的直流調(diào)速拖動。

  在發(fā)展電梯控制新技術(shù)方面，在１９７９以前，我國已有一些電梯廠和科研單位合作研究和試驗(yàn)半導(dǎo)體無觸點(diǎn)的電梯控制系統(tǒng)和多項(xiàng)電梯制造和控制新技術(shù)。但由于國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)水平低，配套元器件質(zhì)量差，不能滿足電梯的可靠性要求，以及其他主客觀因素的影響，收效甚微。從１９７９年開始，國內(nèi)幾家主要電梯生產(chǎn)廠先后和國外電梯公司合資生產(chǎn)經(jīng)銷電梯產(chǎn)品。首先由北京電梯廠、上海電梯廠和瑞士迅達(dá)電梯公司于１９８０年合資成立了國內(nèi)第一家電梯合資生產(chǎn)企業(yè)——中國迅達(dá)電梯有限公司。之后在１９８５年，天津電梯廠與美國奧的斯電梯公司合資成立了天津奧的斯電梯有限公司。１９８７年上海長城電梯廠與日本三菱電機(jī)公司合資，其他還有廣西柳州電梯廠與前聯(lián)邦德國慕尼黑電梯公司合資，廣州電梯廠與日本日立電梯公司合資。蘇州電梯廠又與瑞士迅達(dá)電梯公司合資成立了蘇迅電梯有限公司。隨著技術(shù)引進(jìn)和新產(chǎn)品開發(fā)，國內(nèi)電梯市場競爭日益加劇，電梯產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和技術(shù)水平也在競爭中迅速提高。目前國內(nèi)己能批量生產(chǎn)微電腦控制的貨梯、客梯，交流調(diào)速拖動的技術(shù)水平也在迅速提高。１９９９年全國運(yùn)行的電梯已超過３０萬臺。

 ２.國外電梯生產(chǎn)現(xiàn)狀

當(dāng)今世界電梯生產(chǎn)發(fā)展迅速，競爭激烈。世界上主要電梯生產(chǎn)廠商均為跨國公司。其中以美國奧的斯電梯公司和瑞士迅達(dá)電梯公司歷史最長。它們都有著百年以上的電梯生產(chǎn)歷史，無論從電梯的產(chǎn)量、品種、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)實(shí)力均堪稱一流。日本的電梯工業(yè)水平提高很快，尤以日本三菱電機(jī)公司推出變頻變壓調(diào)速的新型交流調(diào)速拖動系統(tǒng)以來，使世界交流調(diào)速拖動控制技術(shù)水平大大提高。在此推動下，各大電梯生產(chǎn)廠商紛紛行動，在這一技術(shù)領(lǐng)域展開了激烈競爭。

   在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，高性能的電子元器件不斷出現(xiàn)，價(jià)格不斷下降。電梯的控制系統(tǒng)廣泛采用微電腦控制，使電梯的運(yùn)行性能有了飛躍的發(fā)展和提高，提高了可靠性，減少了故障停梯，降低了設(shè)備投資，減少了能耗。目前世界電梯技術(shù)的提高主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

   （１）微電腦在電梯控制系統(tǒng)中得到日益廣泛的運(yùn)用，從而取代了傳統(tǒng)的數(shù)量眾多的繼電器有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)，大大縮小了控制柜的尺寸，減少了機(jī)房占地面積，這在高層電梯上尤為顯著。除電梯安全規(guī)范規(guī)定的安全保護(hù)回路必須由有觸點(diǎn)電器元件組成外，其余大部分控制電路都是采用了微電子固態(tài)電路。提高了電梯的運(yùn)行性能和使用效率，減少了乘客的等候時(shí)間，使得乘用電梯變得更方便、更快捷。

（２）應(yīng)用交流感應(yīng)電動機(jī)的交流調(diào)速電梯得到了廣泛的應(yīng)用，在很大范圍內(nèi)取代了耗能量大的直流發(fā)電機(jī)——電動機(jī)拖動的電梯。自８０年代初日本三菱公司推出變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)以來，該技術(shù)已日益成熟，這種拖動技術(shù)可降低電梯所在大樓的電源容量，減少機(jī)房載荷，節(jié)省能耗，運(yùn)行可靠。此外奧的斯公司也研制了交一交調(diào)頻調(diào)速拖動的交流高速電梯。

在直流拖動技術(shù)方面，可控硅供電的直流拖動電梯得到了進(jìn)一步完善和發(fā)展。這種控制技術(shù)將減少機(jī)房面積，降低電耗，減小噪聲。目前在高速電梯拖動上還有著強(qiáng)大的生命力。

（３）為了簡化電梯的驅(qū)動控制系統(tǒng)，提高電梯運(yùn)行性能；當(dāng)今國際上各主要電梯生產(chǎn)廠商都專門設(shè)計(jì)，制造適用于電梯拖動特性的交流感應(yīng)電動機(jī)和低轉(zhuǎn)速的直流電動機(jī)，以適應(yīng)電梯的Ⅳ象限運(yùn)行工作狀態(tài)的需要；尤其對電動機(jī)的機(jī)械特性，啟動力矩，單位時(shí)間啟動次數(shù)等等都有特殊要求。目前尤以永磁同步電動機(jī)發(fā)展最為迅速。

   （４）曳引機(jī)結(jié)構(gòu)性能正不斷得到改進(jìn)。曳引機(jī)的體積逐漸縮小；蝸輪減速傳動的效率得到了很大的提高。同時(shí)體積更為緊湊，減速比范圍更大，傳動效率更高的行星齒輪減速器正逐步應(yīng)用于電梯曳引機(jī)。曳引機(jī)制動器的性能也在不斷提高。高效盤式制動器的應(yīng)用使電梯曳引機(jī)實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)獨(dú)立制動，大大增加了制動機(jī)構(gòu)的安全可靠性，還使制動器具備了磨損監(jiān)控，故障報(bào)警控制等功能。

（５）永磁材料的技術(shù)進(jìn)步使永磁同步電動機(jī)得到了飛速發(fā)展。采用這一技術(shù)的無機(jī)房曳引電梯對傳統(tǒng)電梯技術(shù)規(guī)范提出了挑戰(zhàn)。具有環(huán)保、節(jié)能、占有空間小等優(yōu)點(diǎn)的無機(jī)房電梯正在快速發(fā)展。具有新世紀(jì)綠色環(huán)保概念的節(jié)能、無污染、高效率的電梯產(chǎn)品正在發(fā)展中。

（６）現(xiàn)代建筑形式的多樣化，要求電梯結(jié)構(gòu)有更大的適用性。在不同環(huán)境中能適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的建筑物中垂直運(yùn)輸?shù)男枰?。各電梯生產(chǎn)廠商對電梯結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行著不斷的改進(jìn)。如減小轎廂架高度以適應(yīng)低層距，低頂層的大樓結(jié)構(gòu)；以無機(jī)房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高建筑物頂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)靈活性；降低液壓緩沖器的高度以減小底坑深度；加強(qiáng)轎廂、曳引繩、底坑部件的防護(hù)性以適應(yīng)露天工作的要求。

（７）在電梯轎廂結(jié)構(gòu)和裝飾方面發(fā)展了雙層及多層轎廂的客梯和各種外形的觀光電梯。電梯轎廂內(nèi)外裝飾日益多樣化。從而也促進(jìn)了電梯安全規(guī)范修訂中允許采用如玻璃等非金屬材料來制造轎廂等部件，使轎廂結(jié)構(gòu)更顯豪華個(gè)性。使乘用電梯成為一種舒適的運(yùn)動旅程。

三、電梯技術(shù)發(fā)展趨勢

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動下，電梯技術(shù)將產(chǎn)生各種新的變化，新的功能，其近期主要發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：

   （１）電梯的控制系統(tǒng)將廣泛采用先進(jìn)的大容量微電腦和采用多微機(jī)并行處理的技術(shù)提高電梯的控制性能。在多臺電梯協(xié)調(diào)運(yùn)行的高層建筑中，每臺電梯的控制系統(tǒng)都將具備操縱控制整個(gè)梯群的運(yùn)行調(diào)度的能力。這使電梯信號系統(tǒng)具有更可靠、更靈活、更高效率的運(yùn)行協(xié)調(diào)性能和更大的安全保障能力。在電梯信號傳輸中將采用串行通信和光導(dǎo)纖維構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。這種技術(shù)可大量減少井道布線量，避免外界電磁干擾，提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?

 在采用高性能微電腦后，電梯的服務(wù)應(yīng)答方式將全面智能化，在電梯運(yùn)行中，電腦將通過對日常信號和客流量的自我分析，對各層站客流變化的規(guī)律作出定量總結(jié)，從而能預(yù)測和自動調(diào)整梯群運(yùn)行的調(diào)度程序，使乘客的等待時(shí)間降低到最低程度。同時(shí)還能提高運(yùn)行效率。

（２）交流調(diào)速拖動控制理論和技術(shù)水平的進(jìn)展將繼續(xù)擴(kuò)大交流電動機(jī)在電梯拖動中的應(yīng)用范圍，電梯交流拖動將繼續(xù)向高效率、高速度、高精度方向發(fā)展。

直線電機(jī)直接拖動的電梯將逐步進(jìn)入世界市場。這種拖動技術(shù)不需要在建筑頂層設(shè)置機(jī)房，節(jié)省建筑面積；直接拖動可減少傳動能耗；減少活動零部件可減少磨損，提高機(jī)械部件的工作可靠性；改革了摩擦曳引的結(jié)構(gòu)，使鋼絲繩的磨損大大減小，鋼絲繩的壽命和安全系數(shù)得到很大提高。這一拖動技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)展。

（３）綠色環(huán)保概念將成為新世紀(jì)的技術(shù)發(fā)展方向。電梯業(yè)將在這方面大力開拓發(fā)展，以節(jié)能、無污染、低噪音，良好的電磁兼容性能；以及高可靠性、長壽命、低維保要求的電梯新產(chǎn)品將不斷涌現(xiàn)。

（４）新型液壓電梯不斷出現(xiàn)。采用有對重推拉缸結(jié)構(gòu)的液壓電梯，將一改高能耗的老面孔。以電控調(diào)速代替調(diào)速閥將大大減少液壓元件數(shù)量，提高運(yùn)行效率，節(jié)能降噪。在老建筑物的改造中大有用武之地。

（５）電梯的安全保障功能將進(jìn)一步強(qiáng)化。由于電梯操作日趨自動化，因而電梯安全保障系統(tǒng)必須能保證乘客在電梯本身發(fā)生故障、或在乘客受到災(zāi)害威脅時(shí)的安全。電梯控制系統(tǒng)將具有故障自診斷、故障預(yù)警、冗余避錯(cuò)、遙控監(jiān)測等功能。電梯系統(tǒng)內(nèi)若產(chǎn)生故障，最安全的對策是暫時(shí)性制停轎廂，在無其他危險(xiǎn)因素時(shí)，應(yīng)立即撤出乘客。為此電梯將配備慢速自動救援系統(tǒng)。在防止災(zāi)害方面，電梯將具有火災(zāi)和地震緊急返回、斷電緊急?？抗δ?。特定場合的電梯還須有防盜、保密應(yīng)召系統(tǒng)。在乘客通話呼救系統(tǒng)上，將從目前的內(nèi)部呼救系統(tǒng)逐步過渡為通過公共通信系統(tǒng)呼救或發(fā)出指令，從而提高保障能力。

 （６）在電梯轎廂中創(chuàng)造藝術(shù)氛圍，給人以眼目清新，心曠神怡的感官享受，已成為各國工業(yè)裝璜界探索的課題。電梯轎廂內(nèi)部裝璜將發(fā)展為多種藝術(shù)形態(tài)，其主要特點(diǎn)是著重改善轎廂空間狹小的壓抑感；致力于與所在大樓的工作環(huán)境產(chǎn)生互補(bǔ)和諧調(diào)作用。使乘客在乘用電梯時(shí)調(diào)節(jié)一下神經(jīng)，讓疲勞的肌體得到放松，促進(jìn)人們的身心健康。這一要求成為提高電梯乘用舒適感的重要一環(huán)。為此可在轎廂內(nèi)安裝大屏幕顯示器。在風(fēng)光藝術(shù)電視的背景上以字幕顯示運(yùn)行方向和層站信號，以語音提示報(bào)站，以音樂減小電梯運(yùn)動噪聲的影響。

 展望未來，超高層建筑的發(fā)展將需要發(fā)展更高的運(yùn)行速度的電梯。在千米以上高度的建筑中將不再能采用鋼絲繩曳引驅(qū)動的型式，需要發(fā)展其他驅(qū)動方式。如取消鋼絲繩懸掛曳引，將能采用多轎廂同井道分區(qū)運(yùn)行，從而提高井道利用率，電梯就能像地鐵一樣具有高效的輸送能力。這還將同時(shí)促進(jìn)信號光控傳輸或無線傳輸、超導(dǎo)磁力懸浮拖動，轎廂氣壓自動調(diào)節(jié)及其他新技術(shù)的發(fā)展，電梯工業(yè)產(chǎn)品將更加五彩紛呈。