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第二章电梯原理与构造
§2.1概述
一、电梯的起源、现状和发展
1．电梯的起源
电梯是垂直运行的电梯（通常也简称为电梯）、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。
有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。
据估计，截至2002年，全球在用电梯约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。
电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。
人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。
很久之前，人们就使用一些原始的升降工具运送人和货物。
公元前100年前后，我国古人发明了辘轳，它采用卷筒的回转运动完成升降动作，因而增加了提升物品的高度。
公元前236年，希腊数学家Archimedes设计制作了由绞车和滑轮组构成的起重装置。
这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。
19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。
1845年，威廉汤姆逊研制出1台液压驱动的升降机，其液压驱动的介质是水。
尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第1台安全升降机诞生。
1889年，升降机开始采用电力驱动，真正出现了电梯。
电梯在驱动控制技术方面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。
19世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明显改善。
20世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式）驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。
20世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。
1967年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现在1983年，变压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯的主流产品。
1996年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。
由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。
这种电梯还具有节能、无油污染、免维护和安全性高等特点。
电梯在操纵控制方式方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控。
如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。
1852年，美国纽约杨克斯（Yonkers）的机械工程师奥的斯先生（ElishaGravesOtis，1811年～1861年）发明了世界第1台安全升降机。
它是配有安全装置的升降机。
他将带有锯齿状的铁条固定在导轨上，在轿厢的上部设置了一个弹簧片，并将其与机械联动装置和制动棘爪连接起来。
曳引绳固定在弹簧片的中心，曳引绳破断时弹簧片恢复原始形状，强迫机械联动装置动作，然后制动爪伸入锯齿状的铁条阻止电梯下落。
工业用户（货梯）是安全升降机的首先使用者。
1853年9月20日，在纽约杨克斯，奥的斯先生在一家破产了的公司部分场地上办起了自己的车间，奥的斯电梯公司由此诞生。
1854年，在纽约水晶宫展览会上，奥的斯先生公开展示了他的安全升降机。
他站在载有木箱、大桶和其它货物的升降机平台上，当平台升至大家都能看到的高度后，他命令砍断绳缆，制动爪立即伸入平台两侧的锯齿状的铁条内，平台安全地停在原地，纹丝不动。
此举迎来了观众热烈的掌声，奥的斯先生不断地向观众鞠着躬说道：
一切平安，先生们，一切平安。
1857年3年23日，奥的斯公司在纽约为E.V.Haughwout公司的一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界上第1台客运升降机。
该商店共有5层，升降机由建筑物内的蒸汽动力站通过一系列轴和皮带驱动。
1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。
1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第1台水压式乘客升降机,提升高度达34m。
1889年12月，奥的斯公司在纽约的第玛瑞斯特大楼成功安装了1台直接连接式升降机。
这是以直流电动机为动力的世界第1台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。
1889年，奥的斯公司完成了法国巴黎Eiffel铁塔中的电梯项目。
Eiffel铁塔高324m，按照铁塔底角的斜度及曲率，电梯在部分行程中须在倾斜的导轨上运行，由第1层平台升至第2层平台。
1898年，美国设计者CharlesDavidSeeberger（西伯格）买下了一项扶梯专利，并与奥的斯公司携手改进制作。
1899年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1台真正的扶梯。
1900年，这种扶梯在法国巴黎国际博览会上展出取得巨大成功。
在展览会上另一种扶梯也引人注目，它是由Jesse Wilfred Reno设计的扶梯。
接下来的10年里，奥的斯-西伯格和Reno是世界上仅有的在扶梯领域的竞争者。
1910年，西伯格根据合作协议把自己所有的专利出售给了奥的斯公司。
1911年，奥的斯公司收购了Reno公司。
1900年，西伯格把拉丁文中“scala（楼梯）”一词与“elevator（电梯）”一词的字母结合起来创造的“escalator（如今称为自动扶梯）”一词注册为产品商标，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，成为扶梯的通称。
1902年，瑞士迅达电梯公司开发了自动按钮控制的乘客电梯。
1903年，奥的斯公司在纽约安装了第1台直流无齿轮曳引电梯。
1915年，奥的斯公司设计了自动平层微动装置，首次用于美国海军舰队的电梯。
1920年，奥的斯公司把Reno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1台现代化自动扶梯，水平楔槽式梯级与梳齿板相结合，从此即为其它自动扶梯制造商所沿用。
1924年，奥的斯公司在纽约新建的标准石油公司大楼安装了第1台信号控制的电梯，这是一种自动化程度较高的有司机电梯。
1926年，迅达公司开始生产采用沃德－伦纳德（发电机—电动机组）系统驱动的直接曳引式电梯。
1931年，奥的斯公司在纽约安装了世界第1台双层轿厢电梯。
双层轿厢电梯增加了额定载重量，节省了井道空间，提高了输送能力。
1968年，奥的斯公司为美国芝加哥的Time-Life大厦安装了1台双层轿厢电梯系统。
1946年，奥的斯公司设计了群控电梯，1949年首批群控电梯安装于纽约联合国大厦。
1967年，奥的斯公司为美国纽约世界贸易中心大楼安装了208台电梯和49台自动扶梯。
纽约世界贸易中心南北两座高楼都是110层，每层均有4047㎡办公空间，北楼高417m;南楼高415m。
该大楼于2001年9月11日因恐怖分子的袭击而轰然倒塌。
1974年，奥的斯公司在荷兰阿姆斯特丹国际机场安装了200m长的自动人行道，当时在欧洲时最长的1条自动人行道。
1975年，加拿大多伦多市的CN电视塔建造，它是世界上最高的独立式建筑物。
塔高550m;装有奥的斯公司4台特制玻璃围壁的观光电梯。
1976年7月，日本富士达公司开发了速度为10.00m/s的直流无齿轮曳引电梯。
1977年，日本三菱电机公司开发了可控硅-伦纳德控制的无齿轮曳引电梯。
1979年，奥的斯公司开发了第1台基于微处理器的电梯控制系统;Elevonic101，从而使电梯电气控制进入一个崭新的发展时期。
1980年，奥的斯公司发布了一个称之为OtisPlan的计算机程序，帮助建筑师们为新的或改造的建筑物确定电梯的最佳形式、速度、数量等配置方案。
1983年，奥的斯公司开发了OTISLINE,它是一个基于计算机的每天24h的召修服务系统。
1983年，三菱电机公司开发了世界第1台变压变频驱动的电梯。
1990年，三菱电机公司又首次将变频驱动系统用于液压电梯。
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。
1988年2月，富士达公司应用模糊理论和人工智能技术开发的电梯群控管理系统“FLEX8800”系列商品化。
1988年，奥的斯公司发布了REM,它是一个可以远程监测电梯性能的计算机诊断系统。
1995年，奥的斯公司引入REMⅢ,它是奥的斯最先进的远程电梯监控系统。
电梯远程监控系统逐渐成为各大公司提高服务的手段。
1989年，奥的斯公司在日本发布了无机房线性电机驱动的电梯。
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。
1992年12月，奥的斯公司在日本东京附近的Narita机场安装了穿梭人员运输系统。
穿梭轿厢悬浮于一个气垫上，以保证平滑、无声地运行，运行速度可达9.00m/s。
后来，奥的斯公司又在奥地利、南非以及美国其他一些地区安装了该系统。
1993年，三菱电机公司在日本横滨地区Landmark大厦安装了12.50m/s速度的超高速乘客电梯，是当时世界速度最快的乘客电梯。
超高速电梯往往用于电视塔、超高大厦等具有标志意义的建筑中。
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。
2.我国电梯发展史
100多年来，中国电梯行业的发展经历了以下几个阶段：
①对进口电梯的销售、安装、维保阶段（1900～1949年），这一阶段我国电梯拥有量仅约1100多台；②独立自主，艰苦研制、生产阶段（1950～1979年），这一阶段我国共生产、安装电梯约1万台；③建立三资企业，行业快速发展阶段（自1980年至今），这一阶段我国共生产、安装电梯约40万台。
目前，我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。
2002年，中国电梯行业电梯年产量首次突破6万台。
中国电梯行业自改革开放以来第3次发展浪潮正在掀起。
第1次出现在1986～1988年，第2次出现在1995～1997年。
目前，中国电梯产量、电梯保有量、年增长量均为世界第一。
1999-2009年我国电梯产量年均复合增长率为23.3%，2009年我国电梯市场总量已经超过了22万台。
2010年我国电梯产量为36.5万台，年产值约为800亿元。
截至2010年底，中国在用电梯总数达到162.8万台，并以每年20%左右的速度高速增长。
2011年上半年，全国电梯产量同比增长40%左右，远超市场预期。
我国电梯年产量增长里程碑见下表。
年份里程碑实际年产量/万台
1983突破5千台0.51
1986突破1万台1.13
1993突破2万台2.41
1998突破3万台3.02
2001突破4万台4.67
2002突破6万台约6.20
1900年，美国奥的斯电梯公司通过代理商Tullock＆Co.获得在中国的第1份电梯合同——为上海提供2台电梯。
从此，世界电梯历史上展开了中国的一页。
1907年，奥的斯公司在上海的汇中饭店（今和平饭店南楼，英文名PeacePalaceHotel）安装了2台电梯。
这2台电梯被认为是我国最早使用的电梯。
汇中饭店建造于1906年，系6层砖木混合结构。
1908年，AmericanTradingCo.成为奥的斯公司在上海和天津的代理商。
1908年，位于上海黄浦路的礼查饭店（英文名AstorHouse，后改为浦江饭店）安装了3台电梯。
1910年，上海总会大楼（今东风饭店）安装了1台德国西门子公司制造的三角形木制轿厢电梯。
1915年，位于北京市王府井南口的北京饭店安装了3台奥的斯公司交流单速电梯，其中客梯2部，7层7站；杂物梯1部，8层8站（含地下1层）。
1921年，北京协和医院安装了1台奥的斯公司电梯。
1921年，国际烟草托拉斯集团英美烟公司在天津建立的“大英烟公司天津工厂（1953年改名为天津卷烟厂）”厂房竣工。
厂房内安装了奥的斯公司6台手柄操纵的货梯。
1924年，天津利顺德大饭店（英文名AstorHotel）在改扩建工程中安装了奥的斯电梯公司1台手柄开关操纵的乘客电梯。
其额定载重量630kg，交流220V供电，速度1.00m/s，5层5站，木制轿厢，手动栅栏门。
1927年，上海市工务局营造处工业机电股开始负责全市电梯登记、审核、颁照工作。
1947年，提出并实施电梯保养工程师制度。
1948年2月，制订了加强电梯定期检验的规定，这反映了我国早期地方政府对电梯安全管理工作的重视。
1931年，瑞士迅达公司在上海的怡和洋行（JardineEngineeringCorp.）设立代理行，开展在中国的电梯销售、安装及维修业务。
1931年，曾在美国人开办的慎昌洋行当领班的华才林私人在上海常德路648弄9号内开设了华恺记电梯水电铁工厂，从事电梯安装、维修业务。
该厂成为中国人开办的第1家电梯工程企业。
1932年11月，我国台湾省台北市菊元百货公司安装了台湾第１台商用电梯。
1959年，台湾省高雄市大新百货公司安装了台湾第1台自动扶梯。
1935年，位于上海的南京路、西藏路交口的9层高度的大新公司（当时上海南京路上四大公司——先施、永安、新新、大新公司之一，今上海第一百货商店）安装了2台奥的斯公司的2台轮带式单人自动扶梯。
这2台自动扶梯安装在铺面商场至2楼、2楼至3楼之间，面对南京路大门。
这2台自动扶梯被认为是我国最早使用的自动扶梯。
截至到1949年，上海各大楼共安装了进口电梯约1100台，其中美国生产的最多，为500多台；其次是瑞士生产的100多台，还有英国、日本、意大利、法国、德国、丹麦等国生产的。
其中丹麦生产的1台交流双速电梯额定载重量8t，为上海解放前的最大额定载重量的电梯。
1951年冬，党中央提出要在北京天安门安装1台我国自己制造的电梯，任务交给了天津（私营）从庆生电机厂。
4个多月后，第1台由我国工程技术人员自己设计制造的电梯诞生了。
该电梯载重量为1000kg，速度为0.70m/s，交流单速、手动控制。
1952年12月～1953年9月，上海华恺记电梯水电铁工厂承接了中央直属的工程公司、北京苏联红十字会大楼、北京有关部委办公大楼、安徽造纸厂等单位订制的货梯、客梯达21台。
1953年，该厂制造了由双速感应电动机驱动的自动平层电梯。
1952年12月28日，上海市房地产公司电气修理所成立。
人员主要由美国奥的斯公司、瑞士迅达公司在上海从事电梯业务的人员和国内一些私营厂商人员组成，主要经营电梯、水暖、马达等房屋设备的安装、维修和保养。
1952年，天津（私营）从庆生电机厂并入天津通讯器材厂（1955年更名为天津起重设备厂），成立了电梯车间，年产电梯70台左右。
1956年，天津起重设备厂、利民铁厂、星火喷漆厂等6个小厂合并，组建了天津市电梯厂。
1952年，上海交通大学设置起重运输机械制造专业，还专门开设了电梯课程。
1954年，上海交通大学起重运输机械制造专业开始招收研究生，电梯技术是研究方向之一。
1954年10月15日，因资不抵债而破产的上海华恺记电梯水电铁工厂由上海市重工业管理局接管，厂名定为地方国营上海电梯制造厂。
1955年9月，振业电梯水电工程行并入该厂，定名为“公私合营上海电梯厂”。
1956年底，该厂试制成功自动平层、自动开门的交流双速信号控制电梯。
1957年10月，公私合营上海电梯厂生产的8台自动信号控制电梯，顺利安装在武汉长江大桥上。
1958年，天津市电梯厂第1台大提升高度（170m）电梯安装在新疆伊犁河水电站。
1959年9月，公私合营上海电梯厂为北京人民大会堂等重大工程制造安装了81台电梯和4台自动扶梯。
其中这4台AC2-59型双人自动扶梯是我国自行设计和制造的第1批自动扶梯，由公私合营上海电梯厂与上海交通大学共同研制成功，安装在铁路北京站。
1960年5月，公私合营上海电梯厂试制成功采用信号控制的直流发电机组供电的直流电梯。
1962年，该厂载货电梯支援几内亚和越南。
1963年，4台船用电梯安装在苏联“伊里奇”2.7万t货船上，由此填补了我国制造船用电梯的空白。
1965年12月，该厂生产了中国第1台露天电视塔用的交流双速电梯，提升高度为98m，安装在广州越秀山电视塔上。
1967年，上海电梯厂为澳门葡京大酒店制造出直流快速群控电梯，载重量1000kg，速度1.70m/s，4台群控，这是上海电梯厂最早生产的群控电梯。
1966年，永大机电公司成为我国台湾省第1家电梯专业公司，1985年该公司建成台湾第1座电梯试验塔。
1971年，上海电梯厂试制成功我国第1台全透明无支撑自动扶梯，安装在北京地铁。
1972年10月，上海电梯厂大提升高度（60多m）自动扶梯试制成功，安装在朝鲜平壤市金日成广场地铁。
这是我国最早生产的大提升高度自动扶梯。
1974年，机械行业标准JB816-74《电梯技术条件》发布，这是我国早期的关于电梯行业的技术标准。
1976年12月，天津市电梯厂制造了1台直流无齿轮高速电梯，提升高度102m，安装在广州市白云宾馆。
1979年12月，天津市电梯厂生产了第1台集选控制的交流调速电梯，速度1.75m/s，提升高度40m，安装在天津市津东饭店。
1976年，上海电梯厂试制成功总长为100m，速度为40.00m/min的双人自动人行道，安装在北京首都国际机场。
1979年11月，由郗小森等译的《电梯》一书由中国建筑工业出版社出版，该书由日本木村武雄等著。
这是我国早期的电梯专业书籍之一。
1979年，建国以来30年间，全国生产安装电梯约1万台。
这些电梯主要是直流电梯和交流双速电梯。
国内电梯生产企业约10家。
1980年7月4日，中国建筑机械总公司、瑞士迅达股份有限公司、香港怡和迅达（远东）股份有限公司3方合资组建中国迅达电梯有限公司。
这是我国自改革开放以来机械行业第1家合资企业。
该合资企业包括上海电梯厂和北京电梯厂。
中国电梯行业相继掀起了引进外资的热潮。
1982年4月，天津市电梯厂、天津直流电机厂、天津蜗轮减速机厂组建成立天津市电梯公司。
9月30日，该公司电梯试验塔竣工，塔高114.7m，其中试验井道5个。
这是我国最早建立的电梯试验塔。
1983年，上海市房屋设备厂为上海游泳馆制造了国内第1台用于10m跳台的低压控制防湿、防腐电梯。
同年，为辽宁北台钢铁厂制造了国内第1台用于检修干式煤气柜的防爆电梯。
1983年，建设部确定中国建筑科学研究院建筑机械化研究所为我国电梯、自动扶梯和自动人行道行业技术归口研究所。
1984年6月，中国建筑机械化协会建筑机械制造协会电梯分会成立大会在西安市召开，电梯分会为三级协会。
1986年1月1日，更名为“中国建筑机械化协会电梯协会”，电梯协会升为二级协会。
3.电梯技术发展
二、电梯定义与工作条件
1.定义
《特种设备安全监察条例》（第549号）
电梯，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人、货物的机电设备，包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等。
GB/T7024-2008电梯、自动扶梯、自动人行道术语
服务于建筑物内若干特定楼层，其轿厢运行在至少两列垂直于水平面或与铅垂线倾角小于15○的刚性导轨运动的永久运输设备。
2.工作条件
GB/T10058-2009电梯技术条件
§2.1分类
国质检锅[2004]31号
特种设备目录
代码
种类
类别
品种
3000
电梯
3100
乘客电梯
3110
曳引式客梯
3120
强制式客梯
3130
无机房客梯
3140
消防电梯
3150
观光电梯
3160
防爆客梯
3170
病床电梯
3200
载货电梯
3210
曳引式货梯
3220
强制式货梯
3230
无机房货梯
3240
汽车电梯
3250
防爆货梯
3300
液压电梯
3310
液压客梯
3320
防爆液压客梯
3330
液压货梯
3340
防爆液压货梯
3400
杂物电梯
3500
自动扶梯
3600
自动人行道
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