樓道升降機研究綜述

張峰久 陳海聰 閆俊霞

摘要：樓道升降機作為一種新的縱向交通方式，能夠滿足出行不便的弱勢群體正常的出行需求。現(xiàn)通過搜集歷年來關(guān)于樓道升降機的專利與研究，經(jīng)過分析比對，得到樓道升降機這個領(lǐng)域從理論到實際應(yīng)用已越發(fā)成熟的結(jié)論。隨著近幾年樓道升降機在公眾場合的應(yīng)用越發(fā)廣泛，相信這一領(lǐng)域很快可以得到進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：樓道升降機;座椅電梯;弱勢群體

0? ? 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)如今的建筑不論是商用辦公還是民用住宅都呈現(xiàn)出高樓化的趨勢，因此，電梯、樓梯等縱向交通工具就顯得十分重要。然而調(diào)查結(jié)果顯示，目前我國的民用住房建筑在七樓以下一般是不裝設(shè)電梯的[1]，這就造成一些殘障人士、高齡老人等行動不便的弱勢群體在出行方面存在很大的障礙。隨著生活水平的不斷提高，人們對于提升生活幸福感的要求也越來越高，這樣一來，為了照顧到上述行動不便的弱勢群體，樓道升降機應(yīng)運而生。

樓道升降機是一種沿樓梯方向輸送人或貨物的特殊升降設(shè)備，國標(biāo)規(guī)定分為座椅式、站立平臺式和輪椅車平臺式三種運載裝備[2]。其通過機械傳動、電氣控制的方式滿足殘障人士、老年人等弱勢群體無障礙出行的需求，也為建筑縱向交通提供了一種新的方式。

1? ? 樓道升降機的起源

已有數(shù)據(jù)顯示，第一件關(guān)于樓道升降機的申請專利是在1972年由美國人提出的，由此開啟了樓道電梯設(shè)計的先河。接下來的1972—1980年這段時間屬于該領(lǐng)域的萌芽期，專利發(fā)表主要集中在美國、德國和英國。從1981年開始，日本進入樓道電梯領(lǐng)域，成為該領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹饕瓌?chuàng)國家，推動了樓道電梯事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展[3]。2000年之后，中國開始進入樓道電梯領(lǐng)域，隨著中國知識產(chǎn)權(quán)事業(yè)大力發(fā)展，關(guān)于該領(lǐng)域?qū)＠纳暾堉鹉暝龆?，并?015年達到該領(lǐng)域?qū)＠暾埖捻敺濉r至今日，中國仍是樓道電梯領(lǐng)域?qū)＠暾堊疃嗟脑瓌?chuàng)國。

關(guān)于樓道電梯的驅(qū)動方式，根據(jù)資料梳理，1970年德國人最早提出通過牽引鋼纜、牽引鏈驅(qū)動樓道電梯的專利，在后續(xù)的專利研究中，對這種驅(qū)動方式進行了優(yōu)化，出現(xiàn)了通過卷揚機驅(qū)動、鋼絲繩帶動的新型方式。1971年出現(xiàn)了通過螺桿螺母驅(qū)動樓道電梯的專利。隨后，1980年出現(xiàn)了一種新的驅(qū)動方式，即通過齒條和齒輪、摩擦輥驅(qū)動。以上三種方式構(gòu)成了樓道電梯的基本驅(qū)動方式[3]。

2? ? 樓道升降機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1? ? 樓道升降機國內(nèi)研究現(xiàn)狀

伴隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，科技力量日益壯大，樓道升降機領(lǐng)域也正蓬勃發(fā)展。國內(nèi)方面，蔡祖光[4]提出了一種滾輪摩擦式樓梯升降機，借助貼膠曲面滾輪與導(dǎo)軌之間的摩擦力驅(qū)動升降機來搭載行動不便的弱勢群體，沿著樓梯軌道運行，實現(xiàn)上下樓梯的功能。因貼膠曲面滾輪與導(dǎo)軌之間幾乎都是滾動摩擦，摩擦損耗小，可以節(jié)約能源;與此同時，它可以適應(yīng)行程長、提升高度大、多轉(zhuǎn)彎的空間折疊型或螺旋型樓梯，是目前市場上最有發(fā)展?jié)摿Φ臉堑郎禉C。徐逢源、藺云霞[5]提出了一種適用于樓道升降機的平動協(xié)動機構(gòu)，用于保障升降機的平穩(wěn)運作和精準(zhǔn)控制，即使是機構(gòu)處于緊急制動狀態(tài)，也能保證乘客的安全。王靜等人[6]提出了一種斜掛式可調(diào)節(jié)輪椅升降平臺，采用非晶硅薄膜制成的發(fā)電板和卷材發(fā)電電池，在升降機電量不足時，卷出卷材發(fā)電電池進行充電;滿電時收回電池，避免損壞，這樣可以避免升降機使用時電量不足或過度充電的情況發(fā)生。董雙利[7]在輪椅車式樓梯升降平臺的基礎(chǔ)上將一個由動力機構(gòu)驅(qū)動的支撐平臺鉸接在主機架上，以此方便將輪椅推上樓梯升降機，起到一定的保護作用。白顯濤[8]提出了一種拼接式樓梯升降機，能夠給多層樓房提供連續(xù)的助力，同時每個梯段的移動單元面積達到中轉(zhuǎn)平臺面積的1/2，拼接后全覆蓋以實現(xiàn)無縫式對接，由此行人、輪椅或搬運車行走和停站更加安全。

2.2? ? 樓道升降機的國外研究現(xiàn)狀

國外方面，Douglas William Glover[9]提出了一種當(dāng)樓梯間的車廂沿傾斜角度不同的軌道移動時，保持升降機座位水平的裝置。通過樓道升降機的控制裝置響應(yīng)于車廂沿其軌道的位置以及表示座椅與車廂沿軌道在不同位置之間的期望角度的存儲數(shù)據(jù)來控制驅(qū)動裝置，以便在車廂沿軌道移動時保持座椅基本水平。Jan H.Bor[10]提出樓道升降機的車廂由平行四邊形的橫桿和垂直桿組成，并且將它們通過一根垂直軸和水平軸連接，這樣一來平行四邊形就為樓道升降機的運載平臺提供了堅固穩(wěn)定的支撐，無論是水平面還是垂直面上的彎板都可以順利通過，采用這種結(jié)構(gòu)可以改善以往設(shè)計的樓道升降機在轉(zhuǎn)彎時車廂不穩(wěn)定、運行不平穩(wěn)的狀況。威爾科·范艾金[11]提出在座椅電梯的扶手處安裝用于激活緊急下降裝置的使用者輸入裝置，這樣一來在不脫離位置的前提下，幾乎每個人都可以夠到按鈕，從而可以改善座椅電梯緊急下降的人體工程學(xué)，維持高質(zhì)量的安全標(biāo)準(zhǔn)。Gordon Molnar[12]提出樓梯升降機使用輕質(zhì)電池驅(qū)動電機驅(qū)動輕質(zhì)螺旋齒輪的驅(qū)動系統(tǒng)組合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的重型電機和齒輪，使用輕質(zhì)的樓梯升降機組件進行改進，節(jié)省能源的同時可以方便樓道升降機的組裝。

3? ? 樓道升降機的分類和工作原理

3.1? ? 樓道升降機的分類

樓道升降機的分類方式有很多種，按照驅(qū)動方式，可分為鏈輪驅(qū)動式、齒輪齒條驅(qū)動式、摩擦驅(qū)動式和繩珠鏈驅(qū)動式四種類型;按照使用環(huán)境，又可分為室內(nèi)型和室外型兩種;按照運載裝置，可分為垂直式、傾斜軌道平臺式和傾斜軌道座椅式等，如圖1～3所示。

3.2? ? 傾斜軌道助力電梯工作原理

傾斜軌道助力電梯的主要結(jié)構(gòu)如圖4所示，其主要由升降平臺（承載機構(gòu)）、牽引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全保護裝置等組成。

3.2.1? ? 摩擦驅(qū)動式助力電梯

如圖5所示，整個系統(tǒng)由驅(qū)動電機、主軌道、過渡軌道、摩擦滾輪、鏈條、氣體彈簧、安全保護裝置等部分組成。驅(qū)動電機安裝在設(shè)備主機內(nèi)，設(shè)計了冗余的驅(qū)動電機保證足夠的驅(qū)動輸出轉(zhuǎn)矩;驅(qū)動電機端設(shè)計有制動器，能將最大載荷條件的下行電梯在20 mm距離內(nèi)平穩(wěn)制動，當(dāng)斷開主機電源時，其制動器斷電，制動閘瓦壓縮彈簧復(fù)位動作，制動驅(qū)動電機軸;當(dāng)驅(qū)動電機得電時，銜鐵受電磁閥磁力作用，壓縮彈簧被壓縮，松開對驅(qū)動電機軸的制動。

3.2.2? ? 齒輪齒條驅(qū)動式助力電梯

齒輪齒條傳動有傳遞動力大、壽命長、工作平穩(wěn)、可靠性高、耐沖擊等特點，在機械傳動中應(yīng)用廣泛。如圖6所示，驅(qū)動電機軸上設(shè)計有制動器，能將滿載下行的樓道升降機在20 mm距離內(nèi)平穩(wěn)制停。當(dāng)驅(qū)動主機由于意外斷電或安全開關(guān)動作等原因失電，制動器制動線圈也同時失電，制動彈簧推動制動閘瓦動作，使電機主軸停止轉(zhuǎn)動。而當(dāng)驅(qū)動電機得電，制動線圈同時得電，電磁力壓縮制動彈簧，松開制動閘瓦，驅(qū)動電機主軸可以正常轉(zhuǎn)動。當(dāng)樓道升降機下行超速時，限速器動作帶動安全鉗動作，將樓道升降機制停在導(dǎo)軌上。安全鉗動作后只有經(jīng)人工復(fù)位，樓道升降機才可以重新運行;安裝在驅(qū)動電機主軸上的齒輪與焊接在導(dǎo)軌上的齒條嚙合，驅(qū)動電機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，座椅沿著導(dǎo)軌方向穩(wěn)定運行。

3.2.3? ? 繩珠鏈驅(qū)動式助力電梯

繩珠鏈驅(qū)動式助力電梯主體結(jié)構(gòu)如圖7所示，其一般在導(dǎo)軌上端固定平臺的驅(qū)動部，當(dāng)機器出現(xiàn)故障或停電時，還可通過驅(qū)動部的手動盤車實現(xiàn)平臺的上行或下行。繩珠鏈驅(qū)動式助力電梯一般在導(dǎo)軌下端通過直接折返彎曲導(dǎo)軌鋼管實現(xiàn)返回，也有通過安裝繩珠鏈返回輪實現(xiàn)返回，并設(shè)計有超速限制器，當(dāng)遇到各種原因?qū)е轮﹄娞菹滦羞\行超速時，觸發(fā)超速限制器，使驅(qū)動部斷電，電梯停止運行，同時制動繩珠鏈。繩珠鏈驅(qū)動式特殊人群助力電梯由于運行時，繩珠與導(dǎo)軌鋼管內(nèi)壁始終存在滑動摩擦，所以該類型助力電梯適用于高度不高的樓道。

4? ? 目前樓道升降機在我國的應(yīng)用

樓道升降機自面世以來，在公共交通、舊小區(qū)改造、醫(yī)院和養(yǎng)老院等場所被廣泛應(yīng)用。比如在城市軌道交通中，樓道升降機一般設(shè)置在出入口或站廳至站臺，專為坐輪椅的殘障人士及行動不便的老年人服務(wù)，屬于地鐵車站無障礙設(shè)計的一部分。廣州地鐵2號線在全線16個車站安裝了30臺樓道升降機，是我國第一個批量采用樓道升降機的場所[13]。除此之外，樓道升降機也適合安裝在一些民用住宅樓中。2010年，在北京市東城區(qū)東花市北里小區(qū)舊樓改造工程中，隨著工程完工，一座不破壞樓層結(jié)構(gòu)、可載重137 kg的座椅式電梯落戶單元樓道，成為該單元老年居民上下樓的便利工具，這也是北京市首個由居民自籌資金修建的樓道升降機[14]。

5? ? 結(jié)語

古往今來，衣食住行都是人類生活的基本需求。伴隨著物質(zhì)文明和精神文明的不斷發(fā)展，不僅僅是正常人的生活質(zhì)量需要保證，殘障人士的生活質(zhì)量同樣也需要保障。近年來，殘障人士專用廁所、停車位的設(shè)立體現(xiàn)了當(dāng)前社會對特殊人群的重視，而殘障人士的無障礙出行也成為目前研究的熱點。樓道升降機的出現(xiàn)提供了一種新的縱向交通方式，經(jīng)過國內(nèi)外研究人員多年的努力，這項技術(shù)正慢慢變得成熟可靠，無論是在地鐵、車站、商場等公共場合，還是在家庭住宅建筑中，樓道升降機都為殘障人士的出行提供了很大的方便。

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[14] 張文森.舊樓改造亟待破題[J].綠色環(huán)保建材，2015（3）：52-53.

收稿日期：2020-04-26

作者簡介：張峰久（1981—），男，吉林省吉林市人，高級工程師，研究方向：電梯技術(shù)。

通信作者：閆俊霞（1984—），女，山西大同人，副教授，研究方向：機械動力學(xué)。