雙向循環斜坡電梯設計

王海鑫　韋磊　蔡翔

摘 要：斜坡電梯的主要使用環境是礦井斜巷、山體景區、滑雪場等長距離斜坡運輸場合，用以解決在需要連續運輸、運輸量大，提升高度大，截面高度小、寬度窄，坡度任意，環境惡劣等條件下人員的安全運輸問題。對整個雙向循環斜坡電梯進行結構設計，滿足長距離電梯運輸，大大提高人員運輸效率。

關鍵詞：斜坡電梯；結構設計；礦井運輸；運輸效率

引言

一般單臺自動扶梯同一時刻只能實現單向運行，其梯級在返回狀態時無法運送人員，有一半的梯級踏板一直保持在無承載的運行狀態，也就是說有50%的梯級是處在浪費的狀態。如果想要實現雙向運行，一側上行一側下行，就必須安裝兩臺普通自動扶梯裝置，這樣增加了整個系統的重量、占有空間，而且使安裝維修困難加大。因此如果能夠使同一臺運輸裝置扶梯的全部處于向上運行與向下運行的梯級同時載客，即雙向環行，其工作效率將相當于普通兩臺裝置同時運行的效率，并減少能源消耗。

1 整體結構設計

斜坡扶梯整體結構包括多點驅動裝置、梯級雙向環行系統、導軌系統、上下出入平臺、扶手系統及桁架支架系統共六大機械系統。圖1中（a）為三維視圖，（b）為主視圖，（c）為俯視圖。該Pro/E三維模型是傾斜段縮短到后的模型，實際的斜坡扶梯，傾斜段將達到200m以上。多點驅動裝置布置的相隔距離也只是示意距離，實際間隔距離將達到20m以上。

其關鍵結構原理如圖2所示：兩側承載及單側導向的梯級前后依次相連形成鏈條式的雙向循環結構，即梯級雙向環行系統；所有梯級鋪設于環形導軌上，由導軌進行承載及導向；導軌包括梯級兩側行走輪導軌及一側調整姿態導軌；梯級在兩端轉彎采用翻轉豎起方式轉彎，不用脫鉤；兩端設有人員出入平臺；梯級上安裝扶手柱，采用鏈條式扶手系統。

2 關鍵裝置結構設計

2.1 驅動裝置

雙向循環斜坡電梯采用多級驅動方式，布置多個驅動，并且單個驅動單元可以同時驅動多個梯級，有多個驅動點，其結構示意圖如圖3所示。

在同步軸及反向齒輪的作用下，驅動主機同時驅動梯級式鏈條上行及下行，保證了上行時梯級的兩側驅動及下行時梯級的兩側驅動共四處驅動是同步的，上行下行方向相反。考慮到需要對驅動鏈條進行及時的張緊，加設了一套張緊裝置。斜坡扶梯的驅動是通過驅動鏈條上的驅動齒與梯級上驅動輪嚙合來驅動的。

（2）雙向循環梯級 雙向循環的梯級整體結構如圖4所示。

結合圖2，其結構原理為：梯級通過連接板依次前后相連，形成鏈條式循環結構；梯級兩側的輪子夾緊導軌，一側導向輪由導軌導向，確保了梯級在運行過程中的正確姿態。確定導軌軌跡后，該梯級雙向環行系統只要加上驅動即可沿著導軌實現向上、向下、翻轉、轉彎等循環運動。

為了滿足雙向環行的功能要求，梯級式鏈條必須在兩端轉彎，但轉彎時需要本論文采用的是將梯級豎起轉彎的方式，先將梯級從水平狀態豎起，因為梯級外側與內側的運行部件在豎起時從圖1（c）俯視圖上看是重疊的，二者有相同的運動軌跡，沒有內外徑之分，因此可以直接轉彎。相比于傳統方式的不方便、成本高、結構復雜、安全性能不好等問題有較大優勢。

為了滿足前后相連形成鏈條式的結構，并使梯級在運行過程中具有乘人功能，設計了一種全新結構的梯級。單個梯級具體結構如圖5所示：梯級主要由踏板部件（包括踏面側板、踏板、扶手柱、踢腳板、導向輪）、連接板、底座支架（包括支架部件、主軸）等組成。

底座支架兩側的“三輪”結構夾緊安裝在兩根導軌上，由導軌確定其運行軌跡及空間姿態；踏板部件安裝在主軸上，相對主軸可以自由旋轉，由底座支架確定空間位置，踏板部件一側設置有導向輪，導向輪行走在另一根導軌上，該導軌確定了踏板部件的空間姿態，其中在乘人區間踏板部件必須保持水平姿態。綜上，單個梯級的空間位置及姿態得以確定，其運動規律具有唯一性。

3 布置方式

斜坡扶梯在斜坡場合進行安裝施工的難度主要由其布置方式決定，為了解決提升高度大，長度長這一技術難點，采用單臺斜坡扶梯布置方式該種方式的好處是節省空間，減少施工工作量，減少“無效”長度，乘客整個過程中可以直接從底部上升到頂部或相反，而不用停下，重復登梯下梯。

斜坡扶梯整體布置圖如圖6所示，雙向環行斜坡扶梯布置于斜坡上，雙向循環運行，中間水平、傾斜區段為工作段，人員從上下出入平臺出入電梯，扶梯可同時運送人員上行或下行，扶梯單側只允許單人通行，提升高度100m，傾斜段長度200m，傾角30°，運行速度0.5m/s。

4 技術指標及運輸效率計算

所設計新型雙向循環斜坡扶梯整體基本尺寸參數如表1。

為了解決在運行速度0.5m/s時輸送能力要求大這一技術難點，斜坡扶梯設計為雙向環行，可以同時向上向下運送人員。其輸送能力如下：由國家標準《自動扶梯及自動人行道的制造與安裝安全規范》可知理論上將每小時所輸送的乘客人數定義為自動扶梯的理論輸送能力。當自動扶梯每個梯級被站滿時，理論上的最大小時輸送能力計算公式為：

CL=3600kv/tJ （1）

式中，tJ-單個梯級的平均深度（m），取tJ=0.4m；k-相關系數，可根據梯級名義寬度確定，目前我國所采用的梯級名義寬度B：0.6m（承載1人）、0.8m（承載1.5人）、1.0m（承載2人），對應的系數k=1，k=1.5，k=2，本設計的扶梯單人通行，采用梯級寬度B=0.6m，取k=1；v-斜坡扶梯運行速度（m/s）。

即，理論輸送能力為CL=4500人/h。

由于斜坡扶梯為雙向環行，實際最大輸送能力應為的兩倍，即8100人/h，若同時運輸200人上行、200人下行約需3分鐘就能夠將人員全部運輸完畢，人員運輸效率大大提高。

5 結束語

本章以斜坡扶梯需要連續運輸人員、運輸量大，提升高度大、長度長，允許截面高度小、寬度較窄，傾角大幾個技術難點為出發點，給出了斜坡扶梯的斜坡布置圖，對于斜坡扶梯的關鍵系統裝置：多點驅動裝置、梯級雙向環行系統進行了設計及分析說明，并從結構上解釋了斜坡扶梯各大系統究竟是如何得以克服各個關鍵技術難點的。

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2011.

作者簡介：王海鑫（1993-），男，漢族，山東省汶上縣，碩士研究生，中國礦業大學機電工程學院，研究方向為電梯結構設計及安全檢測。