双向循环斜坡电梯设计

王海鑫　韦磊　蔡翔

摘 要：斜坡电梯的主要使用环境是矿井斜巷、山体景区、滑雪场等长距离斜坡运输场合，用以解决在需要连续运输、运输量大，提升高度大，截面高度小、宽度窄，坡度任意，环境恶劣等条件下人员的安全运输问题。对整个双向循环斜坡电梯进行结构设计，满足长距离电梯运输，大大提高人员运输效率。

关键词：斜坡电梯；结构设计；矿井运输；运输效率

引言

一般单台自动扶梯同一时刻只能实现单向运行，其梯级在返回状态时无法运送人员，有一半的梯级踏板一直保持在无承载的运行状态，也就是说有50%的梯级是处在浪费的状态。如果想要实现双向运行，一侧上行一侧下行，就必须安装两台普通自动扶梯装置，这样增加了整个系统的重量、占有空间，而且使安装维修困难加大。因此如果能够使同一台运输装置扶梯的全部处于向上运行与向下运行的梯级同时载客，即双向环行，其工作效率将相当于普通两台装置同时运行的效率，并减少能源消耗。

1 整体结构设计

斜坡扶梯整体结构包括多点驱动装置、梯级双向环行系统、导轨系统、上下出入平台、扶手系统及桁架支架系统共六大机械系统。图1中（a）为三维视图，（b）为主视图，（c）为俯视图。该Pro/E三维模型是倾斜段缩短到后的模型，实际的斜坡扶梯，倾斜段将达到200m以上。多点驱动装置布置的相隔距离也只是示意距离，实际间隔距离将达到20m以上。

其关键结构原理如图2所示：两侧承载及单侧导向的梯级前后依次相连形成链条式的双向循环结构，即梯级双向环行系统；所有梯级铺设于环形导轨上，由导轨进行承载及导向；导轨包括梯级两侧行走轮导轨及一侧调整姿态导轨；梯级在两端转弯采用翻转竖起方式转弯，不用脱钩；两端设有人员出入平台；梯级上安装扶手柱，采用链条式扶手系统。

2 关键装置结构设计

2.1 驱动装置

双向循环斜坡电梯采用多级驱动方式，布置多个驱动，并且单个驱动单元可以同时驱动多个梯级，有多个驱动点，其结构示意图如图3所示。

在同步轴及反向齿轮的作用下，驱动主机同时驱动梯级式链条上行及下行，保证了上行时梯级的两侧驱动及下行时梯级的两侧驱动共四处驱动是同步的，上行下行方向相反。考虑到需要对驱动链条进行及时的张紧，加设了一套张紧装置。斜坡扶梯的驱动是通过驱动链条上的驱动齿与梯级上驱动轮啮合来驱动的。

（2）双向循环梯级 双向循环的梯级整体结构如图4所示。

结合图2，其结构原理为：梯级通过连接板依次前后相连，形成链条式循环结构；梯级两侧的轮子夹紧导轨，一侧导向轮由导轨导向，确保了梯级在运行过程中的正确姿态。确定导轨轨迹后，该梯级双向环行系统只要加上驱动即可沿着导轨实现向上、向下、翻转、转弯等循环运动。

为了满足双向环行的功能要求，梯级式链条必须在两端转弯，但转弯时需要本论文采用的是将梯级竖起转弯的方式，先将梯级从水平状态竖起，因为梯级外侧与内侧的运行部件在竖起时从图1（c）俯视图上看是重叠的，二者有相同的运动轨迹，没有内外径之分，因此可以直接转弯。相比于传统方式的不方便、成本高、结构复杂、安全性能不好等问题有较大优势。

为了满足前后相连形成链条式的结构，并使梯级在运行过程中具有乘人功能，设计了一种全新结构的梯级。单个梯级具体结构如图5所示：梯级主要由踏板部件（包括踏面侧板、踏板、扶手柱、踢脚板、导向轮）、连接板、底座支架（包括支架部件、主轴）等组成。

底座支架两侧的“三轮”结构夹紧安装在两根导轨上，由导轨确定其运行轨迹及空间姿态；踏板部件安装在主轴上，相对主轴可以自由旋转，由底座支架确定空间位置，踏板部件一侧设置有导向轮，导向轮行走在另一根导轨上，该导轨确定了踏板部件的空间姿态，其中在乘人区间踏板部件必须保持水平姿态。综上，单个梯级的空间位置及姿态得以确定，其运动规律具有唯一性。

3 布置方式

斜坡扶梯在斜坡场合进行安装施工的难度主要由其布置方式决定，为了解决提升高度大，长度长这一技术难点，采用单台斜坡扶梯布置方式该种方式的好处是节省空间，减少施工工作量，减少“无效”长度，乘客整个过程中可以直接从底部上升到顶部或相反，而不用停下，重复登梯下梯。

斜坡扶梯整体布置图如图6所示，双向环行斜坡扶梯布置于斜坡上，双向循环运行，中间水平、倾斜区段为工作段，人员从上下出入平台出入电梯，扶梯可同时运送人员上行或下行，扶梯单侧只允许单人通行，提升高度100m，倾斜段长度200m，倾角30°，运行速度0.5m/s。

4 技术指标及运输效率计算

所设计新型双向循环斜坡扶梯整体基本尺寸参数如表1。

为了解决在运行速度0.5m/s时输送能力要求大这一技术难点，斜坡扶梯设计为双向环行，可以同时向上向下运送人员。其输送能力如下：由国家标准《自動扶梯及自动人行道的制造与安装安全规范》可知理论上将每小时所输送的乘客人数定义为自动扶梯的理论输送能力。当自动扶梯每个梯级被站满时，理论上的最大小时输送能力计算公式为：

CL=3600kv/tJ （1）

式中，tJ-单个梯级的平均深度（m），取tJ=0.4m；k-相关系数，可根据梯级名义宽度确定，目前我国所采用的梯级名义宽度B：0.6m（承载1人）、0.8m（承载1.5人）、1.0m（承载2人），对应的系数k=1，k=1.5，k=2，本设计的扶梯单人通行，采用梯级宽度B=0.6m，取k=1；v-斜坡扶梯运行速度（m/s）。

即，理论输送能力为CL=4500人/h。

由于斜坡扶梯为双向环行，实际最大输送能力应为的两倍，即8100人/h，若同时运输200人上行、200人下行约需3分钟就能够将人员全部运输完毕，人员运输效率大大提高。

5 结束语

本章以斜坡扶梯需要连续运输人员、运输量大，提升高度大、长度长，允许截面高度小、宽度较窄，倾角大几个技术难点为出发点，给出了斜坡扶梯的斜坡布置图，对于斜坡扶梯的关键系统装置：多点驱动装置、梯级双向环行系统进行了设计及分析说明，并从结构上解释了斜坡扶梯各大系统究竟是如何得以克服各个关键技术难点的。

参考文献

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2011.

作者简介：王海鑫（1993-），男，汉族，山东省汶上县，硕士研究生，中国矿业大学机电工程学院，研究方向为电梯结构设计及安全检测。