2019-10-17
[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].上海交通⼤学出版社,1995.
[2]⽥晨.电梯运⼒的⾮技术因素[J].节能与环保,2004.
[3]李频.节能技术在⾃动扶梯上的应⽤[J].节能,2004.
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