自動扶梯的發展歷程、研究概況及發展方向

　　[摘 要]自動扶梯的出現給人類的日常生活帶來了極大的便利，它同時也成為現代物質文明的一個重要標志。從第一臺名義上的自動扶梯誕生以來，自動扶梯的發展迄今為止大約經歷了100多年。文章綜合闡述了自動扶梯在100多年時間內的發展歷程、研究概況以及今后的發展方向。
　　[關鍵詞] 自動扶梯 研究 發展
　　
　　自動扶梯是由一臺特種結構型式的鏈式輸送機和兩臺特殊結構型式的膠帶輸送機所組合而成的，用以在建筑物的不同層高間運載人員上下的一種連續輸送機械。它的出現給人類的日常生活帶來極大的便利。
　　自動扶梯作為運送旅客的交通工具，不僅成功地縮小了目標間的距離，而且使超短途（如樓層、月臺間等）的大流量人員運輸成為可能。因此，經濟學家說：“自動扶梯的出現使人們有了逛大型商場的欲望。”交通學家說“是自動扶梯和自動人行道的應用使我們可以把車站、機場建的盡可能大。”自動扶梯的應用已經改變了我們的生活，并已經成為現代物質文明的一個重要標志。
　　
　　一、自動扶梯的發展歷程
　　
　　同大部分發明一樣，我們今天所認識的自動扶梯，其發明歷程同樣經歷過曲折。杰西·瑞諾和查爾斯·希伯格是這個行業最早時的兩個偉人。
　　1859年，美國人內森·愛米斯發明一種“旋轉式梯級扶梯”并獲專利。但是，“旋轉式梯級扶梯”是讓乘客沿正三角形的一邊進入，到達頂點后飛降下來，類似于雜技的驚險動作。因此，該扶梯未能付諸實踐。但是，他的構思具有開拓性。
　　1891年，在美國科尼島碼頭裝了一部自動扶梯，轟動一時。它當時被稱為“傾斜升降機”，是由紐約企業家杰西·瑞諾設計制造的。他早在1882年就申請并發明了此項專利。這種自動扶梯采用輸送帶原理，一條分節的坡道以20度至30度坡度移動。扶梯的起止點都有齒長40厘米的梳狀鏟，與腳踏板上的凹齒嚙合。乘客站在傾斜移動的節片上，不必舉足，便能上、下扶梯。
　　1895年，杰西·瑞諾在紐約市的考尼島第一次展示了“自動扶梯”（它更像一部為人設計的傳送帶）。美國的喬奇·惠勒與瑞諾同年獲得了另一種形式自動扶梯的專利，但他的專利很長時間無人問津。
　　1898年，查爾斯·希伯格買下了喬奇·惠勒與杰西·瑞諾的自動扶梯專利，并加以改造。1899年查爾斯·希伯格與奧的斯公司攜手制造出第一臺階梯式自動扶梯。7月9日，第1臺奧的斯-西伯格梯階式（梯級是水平的，踏板用硬木制成，有活動扶手和梳齒板）扶梯試制成功，這是世界第一臺真正的自動扶梯。
　　1900年，查爾斯·希伯格將拉丁文中的“Scala”（梯級）一詞與當時在美國已經用的相當普遍的“Elevator”一詞組合成為Escalator，并注冊為產品商標，這就是自動扶梯一詞的來源。1910年西伯格將它賣給了奧的斯公司。直到1950年，奧的斯公司擁有該商標。1950年根據商標保護法的規定，“escalator”失去了它名稱的專有權，成為自動扶梯的通稱。
　　1920年，奧的斯公司把杰西·瑞諾的傾斜板條式扶梯和西伯格的梯階式扶梯兩者的長處融為一體，重新進行設計，使扶梯性能大為改觀。1922年，奧的斯公司制造了世界上第一臺現代化自動扶梯，水平楔槽式梯級與梳齒板相結合，此后被其它自動扶梯制造商所沿用。
　　1985年，三菱電機公司研制出曲線運行的螺旋型自動扶梯，并成功投入生產。螺旋型自動扶梯可以節省建筑空間，具有裝飾藝術效果。如圖1所示。
　　
　　1991年，三菱電機公司開發了帶有中間水平段的大提升高度自動扶梯。這種多坡度型自動扶梯，在大提升高
　　度時可降低乘客對高度的恐懼感，并能與大樓樓梯結構協調配置。
　　1993年，據《日立評論》報道，日本日立制作所開發了可以乘運大型輪椅的自動扶梯，幾個相鄰梯級可以聯
　　動形成支持輪椅的平臺。如圖2所示：
　　
　　20世紀90年代末，富士達公司開發了變速式自動人行道，即自動人行道以分段速度運行，乘客從低速段進入，然后進入高速平穩運行段，再后進入低速段離開。這樣提高了乘客上下自動人行道時的安全性，縮短了長行程時的乘梯時間。
　　2000年4月，美國ElevatorWorld報道，位于德國漢堡的蒂森自動扶梯工廠，制造出全彩色自動扶梯梯級，它由玻璃纖維材料制成，有藍色、綠色、紅色、灰色和黑色等。彩色梯級為建筑師提供了豐富的設計想象空間。
　　2002年4月17日至20日，三菱電機公司在第5屆中國國際電梯展覽會上展出了傾斜段高速運行的自動扶梯模型。可鉸接伸縮的驅動齒條結構在運行時可使梯級的間隔發生變化，從而使速度也產生變化。其傾斜段的速度是出入口水平段速度的1.5倍，這樣既縮短了乘客的乘梯時間，也提高了乘客上下扶梯的安全性與平穩性。如圖3所示：
　　
　　2003年2月，奧的斯公司發布新型的NextStep自動扶梯，它采用Guarded踏板設計，梯級踏板和圍裙板成為協調運行的單一模塊；它還采用了其它一些提高自動扶梯安全性的新技術，自動扶梯技術又一次更新。
　　
　　二、自動扶梯的研究概況
　　
　　自動扶梯經過100多年的研究發展，已經成為一種比較成熟的產品。但是目前世界上的大型電梯公司，如：奧的斯、日立、迅達、三菱等依然投入大量的人力、物力對自動扶梯和自動人行道進行研究開發。其研究重點主要集中于節能、環保和安全。
　　（一）節能
　　1、自動調節電壓法
　　該方法的原理是根據電動機的負載大小，利用新型節能器自動及時地調節電動機的工作電壓，使之能耗最小。新型的節能器是按照電量的有效值檢測電動機的功率因數，而且是應用瞬時檢測技術，在電動機全部運行時間內對其各相的電壓和電流的大小和相位進行檢測，據此來調節電動機的端電壓，使電動機在不同負載情況下都運行到最佳狀態，功率因數和效率都得到提高，能耗最小。節能的多少因負載的大小而不同，約在20%~50%左右。
　　2、“自動重新啟動”運行模式
　　該運行模式即自動扶梯在無乘客時自動停止運行，當有乘客時又自動重新啟動的一種運行模式。該運行模式已被標準所認可，其節能相當可觀，不過這取決于停梯時間的長短。此外，該運行模式也使自動扶梯的磨損大大減少，從而延長了自動扶梯零部件的壽命。
　　3、Y-Δ切換法
　　該方法的基本原理是：當扶梯啟動時，電動機按Y接法啟動，不再通過時間原則切換成Δ接法運行，而是乘客數量增加到設定的數量之后，電動機才切換成Δ接法運行。當乘客數量減少到設定的數量之后，電動機又切換成Y接法運行，如此反復。經過測試，Y接法比Δ接法節能顯著，節能可達20%，相當可觀。
　　4、變頻驅動
　　該方法的關鍵在于使用高性能的變頻器，如“交-直-交”PWM型變頻器。由于變頻器的采用，可以在無人時很容易實現極低頻率極低電壓對電動機供電，使自動扶梯以極低的速度運行。其節能效果可以與“自動重新啟動”運行模式相媲美，甚至超出。因為變頻驅動可以使扶梯在輕載的工況下實現降壓節能運行。
　　（二）環保
　　1、無潤滑型自動扶梯
　　該自動扶梯的關鍵是梯級鏈采用了齒條與過渡型齒條的傳動方式，而該過渡型齒條又與電動機采用了齒輪與齒條的傳動方式。在整個扶梯的運行過程中無需潤滑油的參與。該自動扶梯擯棄了傳統扶梯采用的鏈條傳動模式，從而避免了潤滑油的污染。
　　2、無重金屬污染
　　目前很多公司自動扶梯照明系統多采用的是日光燈管，但是該方法存在著日光燈管破裂后水銀污染環境的危害。因此，部分公司已經開始使用LED照明系統替代傳統日光燈管的照明系統，降低了扶梯對環境的危害。
　　（三）安全
　　強調安全性的自動扶梯以移動式裙板扶梯為代表。該自動扶梯的原理是將梯級踏板和圍裙板組成為協調運行的單一模塊，梯級踏板和圍裙板成為協調運行的單一模塊。該自動扶梯的梯級與裙板之間無任何間隙，從而避免發生該區域手指軋入的危險。而這一區域正是傳統自動扶梯的主要危險所在。
　　
　　三、自動扶梯的發展前景
　　
　　目前各大電梯公司對自動扶梯和自動人行道研究主要集中于安全、節能和環保等方面。但是今后自動扶梯和自動人行道的發展方向除了以上三個方面之外，還將朝高速方向發展。目前有些公司也陸續推出了相關產品。如：CNIM公司推出了加速自動人行道，最大速度可達11公里/小時。如圖4所示：
　　
　　蒂森公司的加速自動人行道，最快速度可達2米/秒。該公司的第一臺加速自動人行道安裝在多倫多機場。NKK公司的加速自動人行道的最高速度達1.2米/秒。如圖5所示：
　　
　　總之，自動扶梯作為現代文明的一個重要標志之一，其發展水平也體現了當代社會科學進步水平。
　　
　　（作者單位：廣州奧的斯電梯有限公司）
　　
　　參考文獻：
　　[1]朱昌明.電梯與自動扶梯[M].上海交通大學