一種“一步到位”的新型樓道電梯

裴培 ， 劉井月， 魯貞園， 歐 陽(yáng)智 婉， 王玉琳

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009）

0 引言

隨著我國(guó)人口老齡化問(wèn)題的日益加劇，社區(qū)的高齡老人、獨(dú)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(wú)法安裝新式住宅常用的廂式電梯[4]和商場(chǎng)常見(jiàn)的扶手電梯，給他們的晚年生活帶來(lái)諸多不便。有些老人甚至常年無(wú)法下樓，缺少與社會(huì)的交流，失去了與大自然的親近，寂寞和孤獨(dú)使他們的晚年生活很不幸福。

文獻(xiàn)[5]曾報(bào)道，世界第三類(lèi)電梯——“非常道樓道電梯首次現(xiàn)身廣州某居民舊小區(qū)”，該樓道電梯采用分段式結(jié)構(gòu)，即每?jī)蓚€(gè)平臺(tái)之間為一段。這種電梯雖然解決了現(xiàn)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(shí)現(xiàn)樓層的轉(zhuǎn)換，乘坐速度慢，不適合行動(dòng)不便的老人和殘疾人。為此，文中設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(tái)區(qū)，用于供人們行走和改變行進(jìn)方向，稱(chēng)為“中間平臺(tái)”。與樓層地面標(biāo)高齊平的地方也有一塊平臺(tái)區(qū)，除起到與中間平臺(tái)相同的作用外，還用來(lái)分配從樓梯到達(dá)各樓層的人流，稱(chēng)為“樓層平臺(tái)”[6]。中間平臺(tái)和樓層平臺(tái)都是“休息平臺(tái)”，在所有休息平臺(tái)上垂直固定導(dǎo)軌架，再在導(dǎo)軌架之間安裝兩根平行的導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌中間設(shè)有可移動(dòng)的鋼索[7-8]，鋼索安裝在驅(qū)動(dòng)輪及各導(dǎo)輪（定滑輪）上。連接軸安裝在兩根導(dǎo)軌的槽形軌道上，且與鋼索連接。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)鋼索運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，連接軸沿導(dǎo)軌向上滑動(dòng)；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)鋼索運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則連接軸沿導(dǎo)軌向下滑動(dòng)[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(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)扶手的伸縮和踏板的收放。不使用時(shí)扶手縮進(jìn)電梯外殼內(nèi)部，踏板收攏靠在電梯上；使用時(shí)扶手伸出，踏板則從電梯側(cè)面翻轉(zhuǎn)下來(lái)，以供用戶(hù)乘坐。

圖1 樓道電梯系統(tǒng)的全局結(jié)構(gòu)示意圖

在每個(gè)樓層平臺(tái)和電梯扶手上均設(shè)有控制按鍵，需要使用電梯時(shí)，按下所在樓層的數(shù)字鍵，電梯便快速到達(dá)乘坐者所在樓層；隨后扶手自動(dòng)伸出，側(cè)面自動(dòng)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(shù)字鍵，電梯便沿軌道開(kāi)始運(yùn)行；遇到彎道時(shí)電梯自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，乘客無(wú)需中途上下。當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地樓層后，電梯自動(dòng)停止；乘客離開(kāi)后，電梯檢測(cè)到無(wú)人站立在踏板上，便自動(dòng)收縮扶手、合上踏板。

在電梯工作過(guò)程中，按請(qǐng)求先后為各用戶(hù)服務(wù)。當(dāng)一個(gè)用戶(hù)按鍵后，電梯立即執(zhí)行該用戶(hù)的請(qǐng)求，若此時(shí)有其他用戶(hù)按鍵，電梯則不予理會(huì)。只有待上個(gè)用戶(hù)的請(qǐng)求執(zhí)行完畢，電梯才會(huì)執(zhí)行下個(gè)用戶(hù)的請(qǐng)求。

2 輪齒輪式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

圖2 輪齒輪結(jié)構(gòu)

圖3 抱索器結(jié)構(gòu)

圖1中，在軌道的180°轉(zhuǎn)彎范圍內(nèi)設(shè)置了一系列的轉(zhuǎn)向輪齒輪。輪齒輪的轉(zhuǎn)向過(guò)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(zhuǎn)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(jié)圓直徑大，所以在齒輪嚙合時(shí)可以使抱索器與滑輪間分開(kāi)一定間隙而不會(huì)相撞。當(dāng)抱索器上的齒輪與上一對(duì)轉(zhuǎn)向輪齒輪脫離嚙合后，再與下一對(duì)轉(zhuǎn)向輪齒輪進(jìn)入嚙合。通過(guò)抱索器上的齒輪與各對(duì)轉(zhuǎn)向輪齒輪的交替嚙合，避免了抱索器與滑輪的相撞，實(shí)現(xiàn)了電梯的自動(dòng)、平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎。

3 電氣控制系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)

圖4 輪齒輪的轉(zhuǎn)向過(guò)程

樓道電梯的電氣控制系統(tǒng)包括控制電路、保護(hù)電路以及傳動(dòng)系統(tǒng)等；動(dòng)力系統(tǒng)包括供電電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置等。傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出分別接至驅(qū)動(dòng)輪、轉(zhuǎn)向輪齒輪、鋼索以及微型電動(dòng)機(jī)等?？刂破鞯妮敵鼋涌刂齐娐罚刂齐娐返妮敵鼋觽鲃?dòng)系統(tǒng)[13-15]，傳動(dòng)系統(tǒng)的4個(gè)部分構(gòu)成控制單元輸出，傳動(dòng)系統(tǒng)獲得的信號(hào)反饋至保護(hù)電路，保護(hù)電路的信號(hào)可直接反饋至傳動(dòng)系統(tǒng)，保護(hù)電路還將信號(hào)反饋到控制電路，通過(guò)控制電路進(jìn)行處理與調(diào)控。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)老式住宅空間狹小的建筑特點(diǎn)，基于輪齒輪式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，文中設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)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(dá)目的地，具有價(jià)格低、體積小、操作簡(jiǎn)單、維修方便、安全可靠等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

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