全方位移動(dòng)電梯技術(shù)探索

高松　郁偉　李小綿　高東旭

摘要

本文提出了一種可以上下左右全方位移動(dòng)的電梯，該電梯采用懸磁浮技術(shù)，用線性馬達(dá)作為動(dòng)力 用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)電梯在特定設(shè)計(jì)的電磁軌道上做上下和水平方向上移動(dòng) 。本文首先介紹了上下左右全方位移動(dòng)電梯的工作原理， 以及電梯軌道框型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后主要介紹了單片機(jī)對(duì)該上下左右全方位移動(dòng)電梯控制的硬件及軟件設(shè)計(jì)。該電梯設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于只需要建造一條梯道，可以同時(shí)移動(dòng)多部轎廂，有利于快速運(yùn)送，提高效率，節(jié)省大樓空間。將是高樓電梯技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) ？磁懸浮技術(shù) ？全方位移動(dòng)電梯？？？電梯軌道

中圖分類號(hào)：TH789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1.引言

在當(dāng)今社會(huì)人民的生活水平在不斷提高，尤其我國(guó)現(xiàn)在住房緊張，樓層也越來(lái)越高，電梯已經(jīng)是人民生活中不可缺少的部分了，我們對(duì)電梯的安全性能，舒適性的要求也在不斷的提高。

鋼索牽引所設(shè)計(jì)的電梯是現(xiàn)在電梯的主要設(shè)計(jì)，隨著大樓高度的不斷增加所需的電梯鋼索長(zhǎng)度將會(huì)不斷增，重量也會(huì)不斷的增加，所以，在今后的電梯設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該設(shè)計(jì)出更完美的電梯，以滿足社會(huì)的需要。

隨著懸磁浮列出技術(shù)的成熟及普遍應(yīng)用，科學(xué)技術(shù)人員提出一種將懸磁浮技術(shù)應(yīng)用到很多的高層住宅和商業(yè)樓中，改變了原來(lái)依靠的鋼索牽引才能運(yùn)行的傳統(tǒng)電梯，相對(duì)于傳統(tǒng)電梯速度更加的快， 所能達(dá)到的高度不在受到影響，在方向上的移動(dòng)也增加了左右，因此 ，在很大幅度上減少了乘客因?yàn)橼s時(shí)間而等不上電梯的麻煩，安全性能也提升了，也節(jié)省了能耗。

2.上下左右全方位移動(dòng)電梯

上下左右全方位移動(dòng)電梯采用懸磁浮技術(shù)，用線性馬達(dá)作為動(dòng)力，可以上下左右全方位運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗黾恿藗鹘y(tǒng)電梯所不能左右方向，那么他的軌道也不能向傳統(tǒng)電梯一樣，得在拐彎處將導(dǎo)軌設(shè)計(jì)成弧狀的，這樣就可以讓兩個(gè)以上的電梯箱同時(shí)工作。大大減小等待乘坐電梯的時(shí)間，運(yùn)載能力也能提高50%。另外，由于不需要鋼纜，所以不需要太大的空間。為此比一般電梯節(jié)省了一半的電梯安裝空間，大大提高了高層建筑的設(shè)計(jì)自由度，而且電梯廂和電梯門(mén)是用碳復(fù)合材料等輕型材料，因此電梯重量也減少了一半。這將是高樓電梯技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

2.1磁懸浮工作原理

磁懸浮技術(shù)之所以能運(yùn)用到實(shí)際生活中，而且能使機(jī)械設(shè)備能夠自由的移動(dòng)，是因?yàn)榇艖腋〖夹g(shù)結(jié)合了磁鐵的基本性質(zhì)屬性和當(dāng)代高科技的技術(shù)，首先，磁鐵的屬性為磁懸浮技術(shù)提供了基礎(chǔ)的理論，但是要想磁懸浮技術(shù)能夠運(yùn)用到生活里，光有理論基礎(chǔ)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不行的，他必須與不斷進(jìn)步的當(dāng)代高科技技術(shù)結(jié)合，現(xiàn)在生活中已經(jīng)有許多的磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用，例如，高鐵列車(chē)、地鐵。下面我以高鐵列車(chē)為例，來(lái)分析磁懸浮在高鐵列車(chē)中的工作原理：

高鐵列車(chē)之所以能夠懸浮在列車(chē)所行駛的軌道的上面，并保持一定的距離，可見(jiàn)高鐵列車(chē)的車(chē)上和列車(chē)行駛軌道上都需要磁場(chǎng)才能滿足磁懸浮，那么，如何在高鐵列車(chē)上和列車(chē)所行駛的軌道上產(chǎn)生磁場(chǎng)，是我們主要研究的問(wèn)題，首先，我們需要在列車(chē)上安裝電磁鐵，其次，列車(chē)行駛的軌道肯定會(huì)有線圈，那么，安裝在高鐵列車(chē)上的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就需要與列車(chē)行駛軌道上的線圈所生成的磁場(chǎng)所屬的極性必須得相反，這樣的話，高鐵列車(chē)就可以懸浮在列車(chē)所行駛軌道的上面了。因?yàn)榱熊?chē)上安裝的電磁鐵他的磁場(chǎng)極性是不變的，所以，要想列車(chē)向前行駛，在列車(chē)行駛的導(dǎo)軌線圈上產(chǎn)生的電磁會(huì)在列車(chē)的車(chē)頭前面的S極和車(chē)頭前面的磁場(chǎng)吸引，同理，在車(chē)頭后面的一點(diǎn)，也會(huì)產(chǎn)生與車(chē)頭的電磁鐵產(chǎn)生磁極所相反的N極，這樣列車(chē)就能行駛了。由于列車(chē)已經(jīng)開(kāi)始向前行駛，那么安裝在列車(chē)行駛反向的導(dǎo)軌上的線圈的磁場(chǎng)極性與原來(lái)的極性所相反了。所以，列車(chē)在行駛過(guò)程中所行駛的列車(chē)導(dǎo)軌的磁極屬性也不斷變化，列車(chē)就能夠?qū)崿F(xiàn)不斷的向前行駛了。

當(dāng)然，當(dāng)列車(chē)在向前行駛時(shí)，他的穩(wěn)定性能和安全性能也是我們必須考慮的，那么，列車(chē)在運(yùn)行時(shí)必須安裝一個(gè)導(dǎo)向系統(tǒng)，這個(gè)導(dǎo)向系統(tǒng)的應(yīng)用也必須用一種導(dǎo)向電磁鐵來(lái)完成。如果列車(chē)在行駛時(shí)，發(fā)生與原線路偏移移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向軌道就會(huì)和安裝在列車(chē)上的導(dǎo)向磁鐵相互產(chǎn)生排斥力，這樣列車(chē)因?yàn)槭艿搅Φ淖饔茫涂梢曰氐皆瓉?lái)的行駛線路上。當(dāng)列車(chē)在行駛的過(guò)程中遇到拐彎和上坡時(shí)，這時(shí)，列車(chē)運(yùn)行時(shí)的控制系統(tǒng)控制列車(chē)的導(dǎo)向磁鐵中的電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)的控制。

本文上下左右全方位移動(dòng)電梯采用懸磁浮技術(shù)而設(shè)計(jì)，電梯轎箱的運(yùn)行相當(dāng)于“豎起來(lái)”的懸磁浮列車(chē)。

2.2 電梯軌道框型設(shè)計(jì)

為了解決電梯爬升高層的動(dòng)力 及安全問(wèn)題，電梯軌道設(shè)計(jì)成框型結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示 ，使用框型磁浮軌道可以省下許多空間，在摩天大樓里面可以讓多臺(tái)電梯行走在單一個(gè)通道中，，預(yù)估使用者只要等15至30秒，就有一班電梯可搭。

本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為上下左右全方位移動(dòng)電梯的控制系統(tǒng)，通關(guān)查閱相關(guān)資料，綜合分析，為了能達(dá)到我們所預(yù)期的效果，能控制電梯上下左右同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，我們決定整個(gè)系統(tǒng)的控制選擇單片機(jī)來(lái)完成，本次全方位移動(dòng)電梯選擇89C52芯片的單片機(jī)。通過(guò)上圖分析，我們可以了解到，要想讓電梯運(yùn)行，首先，安裝單片機(jī)，因?yàn)樽罨A(chǔ)的電梯運(yùn)行的控制系統(tǒng)需要單片機(jī)原理技術(shù)來(lái)完成，然后，還得安裝直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，因?yàn)?，電梯要想運(yùn)行必須要有力的作用，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以在單片機(jī)的控制下，可以實(shí)現(xiàn)電梯的全方位的移動(dòng)運(yùn)行，最后，需要安裝一個(gè)檢測(cè)模塊，因?yàn)樵陔娞莸倪\(yùn)行中控制系統(tǒng)需要檢測(cè)電梯廂在運(yùn)行到下一個(gè)呼梯時(shí)的所處位置信息，和通往下一個(gè)呼梯時(shí)的運(yùn)行速度，以及運(yùn)行到下一個(gè)呼梯時(shí)所需要的間隙，傳達(dá)給單片機(jī)的控制系統(tǒng)，然后通過(guò)單片機(jī)的控制系統(tǒng)作用于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才能完成全方位移動(dòng)電梯的運(yùn)行。因此本次設(shè)計(jì)的控制主要是運(yùn)用單片機(jī)來(lái)完成，所以我們注重分析單片機(jī)的工作原理。

3.結(jié)論與展望

隨著當(dāng)今社會(huì)人們的生活水平越來(lái)越高，全方位移動(dòng)電梯在今后的日子里面肯定會(huì)在我們的生活中得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)今社會(huì)的主題是綠色和環(huán)保，人們也逐漸的認(rèn)識(shí)到了環(huán)保對(duì)我生活的影響，因?yàn)槿轿浑娞?，?jié)能，方便，環(huán)保，噪聲低，控制系統(tǒng)穩(wěn)定。我相信有那么一天，隨著科技的逐步發(fā)展，全方位移動(dòng)電梯肯定會(huì)充斥在我們的生活中，他會(huì)我們帶來(lái)更多的方便。未來(lái)電梯的發(fā)展可能會(huì)有以下的發(fā)展：電梯群控系統(tǒng)會(huì)更加智能；超高速的電梯；電梯產(chǎn)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化；乘著電梯去往太空。

參考文獻(xiàn)

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