一種“一步到位”的新型樓道電梯

裴培 ， 劉井月， 魯貞園， 歐 陽智 婉， 王玉琳

（合肥工業大學機械工程學院，合肥 230009）

0 引言

隨著我國人口老齡化問題的日益加劇，社區的高齡老人、獨居老人、生活不能自理老人的比例逐年增加[1-3]。目前，許多老人仍住在老式的多層住宅，由于空間狹小，老式住宅的樓道無法安裝新式住宅常用的廂式電梯[4]和商場常見的扶手電梯，給他們的晚年生活帶來諸多不便。有些老人甚至常年無法下樓，缺少與社會的交流，失去了與大自然的親近，寂寞和孤獨使他們的晚年生活很不幸福。

文獻[5]曾報道，世界第三類電梯——“非常道樓道電梯首次現身廣州某居民舊小區”，該樓道電梯采用分段式結構，即每兩個平臺之間為一段。這種電梯雖然解決了現有的廂式電梯和扶手電梯在老式住宅不能安裝的難題，但乘客需要不斷上下踏板，以實現樓層的轉換，乘坐速度慢，不適合行動不便的老人和殘疾人。為此，文中設計了一種自動轉彎、“一步到位”的樓道電梯，乘坐者只需要踏上踏板選擇樓層，即可一步到位，安全、舒適、快捷。

1 總體方案描述

所設計的“一步到位”型樓道電梯如圖1所示。在兩段樓梯之間有一平臺區，用于供人們行走和改變行進方向，稱為“中間平臺”。與樓層地面標高齊平的地方也有一塊平臺區，除起到與中間平臺相同的作用外，還用來分配從樓梯到達各樓層的人流，稱為“樓層平臺”[6]。中間平臺和樓層平臺都是“休息平臺”，在所有休息平臺上垂直固定導軌架，再在導軌架之間安裝兩根平行的導軌，兩導軌中間設有可移動的鋼索[7-8]，鋼索安裝在驅動輪及各導輪（定滑輪）上。連接軸安裝在兩根導軌的槽形軌道上，且與鋼索連接。電動機正轉帶動鋼索運轉時，連接軸沿導軌向上滑動；電動機反轉帶動鋼索運轉時，則連接軸沿導軌向下滑動[9-10]。在連接軸的上端配有可伸縮的扶手，下端安裝一塊可折疊的踏板，利用微型電機驅動實現扶手的伸縮和踏板的收放。不使用時扶手縮進電梯外殼內部，踏板收攏靠在電梯上；使用時扶手伸出，踏板則從電梯側面翻轉下來，以供用戶乘坐。

圖1 樓道電梯系統的全局結構示意圖

在每個樓層平臺和電梯扶手上均設有控制按鍵，需要使用電梯時，按下所在樓層的數字鍵，電梯便快速到達乘坐者所在樓層；隨后扶手自動伸出，側面自動翻下一塊踏板[11]。乘客站上去之后，扶著電梯上的扶手，再按下目的樓層的數字鍵，電梯便沿軌道開始運行；遇到彎道時電梯自動轉彎，乘客無需中途上下。當到達目的地樓層后，電梯自動停止；乘客離開后，電梯檢測到無人站立在踏板上，便自動收縮扶手、合上踏板。

在電梯工作過程中，按請求先后為各用戶服務。當一個用戶按鍵后，電梯立即執行該用戶的請求，若此時有其他用戶按鍵，電梯則不予理會。只有待上個用戶的請求執行完畢，電梯才會執行下個用戶的請求。

2 輪齒輪式轉向機構設計

輪齒輪式轉向機構如圖2所示。在圖2中，兩只齒輪1和一只滑輪2通過軸承4安裝在軸3上[12]；軸3通過緊固件固定在導軌架上，齒輪1和滑輪2均可在軸3上轉動。與其匹配，如圖3所示，在抱索器的兩側也加裝一對相同的齒輪（與圖2中的齒輪幾何參數完全相同），此2只齒輪與轉軸固定連接，抱索器與轉軸間裝有軸承，2只齒輪連同轉軸相對于抱索器可以自由轉動。抱索器的兩塊夾板通過螺紋連接將鋼索夾緊，尾端通過螺紋連接安裝在連接軸上。為了讓電梯能夠順利轉彎，文中采用了輪齒輪式轉向機構，使電梯能夠順利通過拐彎處，達到一步到位的目的。

圖2 輪齒輪結構

圖3 抱索器結構

圖1中，在軌道的180°轉彎范圍內設置了一系列的轉向輪齒輪。輪齒輪的轉向過程如圖4所示。在抱索器與滑輪相撞之前，抱索器上的齒輪先與轉向輪齒輪嚙合。由于鋼索有一定的彈性，且齒輪的分度圓直徑比滑輪的節圓直徑大，所以在齒輪嚙合時可以使抱索器與滑輪間分開一定間隙而不會相撞。當抱索器上的齒輪與上一對轉向輪齒輪脫離嚙合后，再與下一對轉向輪齒輪進入嚙合。通過抱索器上的齒輪與各對轉向輪齒輪的交替嚙合，避免了抱索器與滑輪的相撞，實現了電梯的自動、平穩轉彎。

3 電氣控制系統與動力系統

圖4 輪齒輪的轉向過程

樓道電梯的電氣控制系統包括控制電路、保護電路以及傳動系統等；動力系統包括供電電源、電動機驅動裝置等。傳動系統的輸出分別接至驅動輪、轉向輪齒輪、鋼索以及微型電動機等。控制器的輸出接控制電路，控制電路的輸出接傳動系統[13-15]，傳動系統的4個部分構成控制單元輸出，傳動系統獲得的信號反饋至保護電路，保護電路的信號可直接反饋至傳動系統，保護電路還將信號反饋到控制電路，通過控制電路進行處理與調控。

4 結語

針對老式住宅空間狹小的建筑特點，基于輪齒輪式轉向機構，文中設計了一種可以實現自動轉彎的“一步到位”的新型樓道電梯。與廂式電梯、扶手電梯相比，該樓道電梯更適合于老式住宅樓道的改造安裝；與分段式接力電梯相比，可以一步到位，直接到達目的地，具有價格低、體積小、操作簡單、維修方便、安全可靠等特點，應用前景廣闊。

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