电梯如何工作

新蓝

在 1800 年代，新的钢铁生产工艺彻底改变了建筑世界。建筑师和工程师以坚固的金属梁为积木，可以在数百英尺高的空中建造巨大的摩天大楼。

但是，如果不是同时出现的另一项技术创新，这些塔基本上是无法使用的。现代电梯是使在地面上数十层楼的生活和工作变得切实可行的关键因素。像纽约这样的高层城市绝对依赖电梯。即使在较小的多层建筑中，电梯对于残障人士使用办公室和公寓也必不可少。
在本文中，我们将了解这些无处不在的机器如何让您从一个楼层移动到另一个楼层。我们还将研究决定电梯去向的控制系统以及防止灾难发生的安全系统。
液压电梯
电梯的概念非常简单——它只是一个与升降系统相连的隔间。将一根绳子系在一个盒子上，你就有了一个基本的电梯。

当然，现代客货电梯比这要复杂得多。他们需要先进的机械系统来处理电梯轿厢及其货物的巨大重量。此外，他们需要控制机制以便乘客可以操作电梯，并且他们需要安全装置来保持一切顺利运行。
当今常用的电梯设计主要有两种：液压电梯和绳索电梯。

液压电梯系统使用液压油缸提升轿厢，液压油缸是安装在气缸内的流体驱动活塞。

气缸连接到流体泵送系统（通常，像这样的液压系统使用油，但其他不可压缩的流体也可以工作）。液压系统由三部分组成：

一个罐（储液罐）
甲泵，搭载一个电动机
甲阀缸和所述储存器之间
泵迫使流体从罐中进入通向气缸的管道。当阀门打开时，加压流体将通过阻力最小的路径返回储液器。但是当阀门关闭时，加压流体除了进入气缸外无处可去。当流体聚集在气缸中时，它会向上推动活塞，从而提升电梯轿厢。

当轿厢接近正确的楼层时，控制系统会向电动机发送信号以逐渐关闭泵。泵关闭时，没有更多的流体流入气缸，但已经在气缸中的流体无法逸出（它不能通过泵倒流，阀门仍然关闭）。活塞靠在液体上，汽车就停在原地。

为了降低轿厢，电梯控制系统向阀门发送信号。该阀门由一个基本的电磁开关电动操作（有关电磁铁的信息，请查看电磁铁的工作原理）。当电磁阀打开阀门时，收集在气缸中的流体可以流出到储液器中。汽车和货物的重量压在活塞上，活塞将液体推入储液罐。车子缓缓下降。为了将轿厢停在较低楼层，控制系统再次关闭阀门。

这个系统非常简单且高效，但它也有一些缺点。在下一节中，我们将了解使用液压的主要缺点。
液压的优缺点
液压系统的主要优点是它们可以轻松地乘以泵的相对较弱的力，以产生提升电梯轿厢所需的更强的力（请参阅液压机的工作原理以了解具体方法）。

但是这些系统有两个主要缺点。主要问题是设备的大小。为了让电梯轿厢能够到达更高的楼层，您必须使活塞更长。当然，气缸必须比活塞长一点，因为当汽车在底层时，活塞需要能够一直塌陷。简而言之，更多的故事意味着更长的圆柱体。
问题是整个气缸结构必须埋在底部升降机挡块下方。这意味着当你建造得更高时，你必须更深入地挖掘。这是一个昂贵的项目，建筑物有几层楼高。例如，要在 10 层楼的建筑物中安装液压电梯，您至少需要挖 9 层楼深！

液压电梯的另一个缺点是效率相当低。将电梯轿厢抬高几层需要大量能量，而在标准液压电梯中，没有办法储存这种能量。该位置的能量（势能）仅适用于推动流体回到贮存。为了再次提升电梯轿厢，液压系统必须重新产生能量。

该绳索式电梯设计得到解决这两个问题。在下一节中，我们将看到这个系统是如何工作的。
电缆系统
最流行的电梯设计是绳索电梯。在绳索电梯中，轿厢由牵引钢绳升起和降下，而不是从下方推动。

绳索连接到电梯轿厢，并环绕在滑轮（3）上。滑轮只是一个在圆周上有凹槽的滑轮。滑轮抓住起重绳索，因此当您旋转滑轮时，绳索也会移动。
滑轮连接到电动机（2）。当电机向一侧转动时，滑轮将电梯升起；当电机转向相反方向时，滑轮会降低电梯。在无齿轮电梯中，电机直接带动滑轮旋转。在带齿轮的电梯中，电机转动齿轮系，使滑轮旋转。通常，滑轮、电机和控制系统（1）都安装在电梯井上方的机房中。

提升轿厢的绳索还连接到配重( 4 )，配重( 4 ) 悬挂在滑轮的另一侧。配重的重量与装满 40% 容量的汽车大致相同。换句话说，当汽车满载 40%（平均量）时，配重和汽车达到完美平衡。

这种平衡的目的是节约能源。在滑轮的每一侧负载相等的情况下，只需用一点力就可以使天平以一种或另一种方式倾斜。基本上，电机只需要克服摩擦——另一侧的重量完成大部分工作。换句话说，天平在整个系统中保持几乎恒定的势能水平。使用电梯轿厢中的势能（让它下降到地面）会在重物（重物上升到井道顶部）中积累势能。当电梯上升时，同样的事情会反过来发生。该系统就像一个跷跷板，两端都有一个同样重的孩子。

电梯轿厢和对重都沿着电梯竖井的侧面在导轨（5）上行驶。导轨可以防止轿厢和对重来回摆动，同时还与安全系统配合，在紧急情况下使轿厢停止。

绳索电梯比液压电梯用途广泛，效率也更高。通常，他们也有更多的安全系统。在下一节中，我们将看到这些元素如何在出现问题时防止您坠落到地面上。
安全系统
在好莱坞动作片的世界里，吊索总是会折断成两半，导致汽车和乘客从竖井上摔下来。实际上，这种情况发生的可能性很小。电梯配备了多个冗余安全系统，可将它们保持在适当的位置。

第一道防线是绳索系统本身。每根电梯绳都由几段相互缠绕的钢材料制成。凭借这种坚固的结构，一根绳索可以单独支撑电梯轿厢和对重的重量。但是电梯是用多根绳索建造的（通常在四到八根之间）。万一其中一根绳子折断，其余的绳子将举起电梯。
即使所有的绳索都断了，或者滑轮系统要释放它们，电梯轿厢也不太可能掉到井底。绳索电梯轿厢具有内置制动系统或安全装置，可在轿厢移动过快时抓住轨道。

在下一节中，我们将检查内置制动系统。
安全系统：安全
当电梯移动太快时，安全装置由调速器启动。大多数调速器系统围绕位于电梯井道顶部的滑轮构建。限速器绳绕在限速器滑轮和轴底部的另一个加重滑轮上。绳索还与电梯轿厢相连，因此在轿厢上升或下降时它会移动。随着汽车加速，州长也在加速。

随着调速器的旋转运动增加，离心力将飞锤向外移动，推动弹簧。如果电梯轿厢下降得足够快，离心力将足够强大，可以将飞重的末端一直推到调速器的外边缘。在这个位置旋转，飞重的钩状端抓住棘轮，棘轮安装在围绕滑轮的固定圆柱体上。这可以阻止州长。
限速器绳索通过连接到杠杆连杆的可移动致动器臂连接到电梯轿厢。当限速器绳索可以自由移动时，臂相对于电梯轿厢保持在同一位置（由拉簧固定到位）。但是，当调速器滑轮自锁时，调速器绳索会将执行器臂猛拉起来。这会移动操纵制动器的杠杆连杆。
安全系统：更多备份
电梯也有电磁制动器，当汽车停下来时会接合。电磁铁实际上将制动器保持在打开位置，而不是关闭它们。通过这种设计，如果电梯断电，制动器将自动夹紧关闭。

电梯在电梯井的顶部和底部附近也有自动制动系统。如果电梯轿厢向任一方向移动得太远，制动器就会使其停止。
如果所有其他方法都失败了，并且电梯确实从井道上掉下来了，那么最后一项安全措施可能会拯救乘客。轴的底部有一个重型减震器系统——通常是一个安装在充油气缸中的活塞。减震器就像一个巨大的垫子，可以软化电梯轿厢的着陆。

除了这些精心设计的应急系统外，电梯还需要大量机械才能停下来。在下一节中，我们将了解电梯在正常条件下的运行方式。
进行回合
许多现代电梯由计算机控制。计算机的工作是处理有关电梯的所有相关信息，并将电机转动正确的量，以将电梯轿厢放置在需要的位置。为了做到这一点，计算机至少需要知道三件事。

人们想去的地方
每层楼在哪里
电梯轿厢在哪里
找出人们想去的地方非常容易。电梯轿厢内的按钮和每层楼的按钮都与电脑相连。当您按下这些按钮之一时，计算机会记录此请求。
在一个有很多楼层的建筑物中，计算机必须有某种策略来保持汽车尽可能高效地运行。在较旧的系统中，策略是避免反转电梯的方向。也就是说，只要上面的楼层有人想要上升，电梯轿厢就会一直向上移动。汽车只有在处理完所有“向上呼叫”后才会应答“向下呼叫”。但是一旦它开始下降，它就不会接听任何想要上升的人，直到较低楼层不再有下降的电话为止。这个程序在让每个人尽快到达他们的楼层方面做得非常好，但它非常不灵活。

更高级的程序会考虑客运模式。他们知道哪些楼层的需求最高，在一天中的什么时间，并相应地引导电梯轿厢。在多轿厢系统中，电梯将根据其他轿厢的位置引导个别轿厢。

在一个尖端系统中，电梯大堂就像一个火车站。等待电梯的人可以输入特定楼层的请求，而不是简单地向上或向下按。根据所有汽车的位置和路线，计算机会告诉乘客哪辆车最能把他们送到目的地。

大多数系统在轿厢地板上也有一个负载传感器。负载传感器告诉计算机汽车有多满。如果汽车接近容量，计算机将不会再进行任何取车，直到有人下车。负载传感器也是一个很好的安全功能。如果汽车超载，计算机将不会关闭车门，直到部分重量被移除。

在下一节中，我们将了解电梯中最酷的组件之一：自动门。
门
杂货店和办公楼的自动门主要是为了方便和帮助残疾人。另一方面，电梯中的自动门绝对是必不可少的。它们的作用是防止人们从敞开的竖井中跌落。

电梯使用两组不同的门：轿厢门和通向电梯井道的门。轿厢上的门由电动机驱动，电动机与电梯计算机相连。
电动机转动一个轮子，轮子连接在一根长金属臂上。金属臂连接到另一个臂，该臂连接在门上。门可以在金属导轨上来回滑动。

当电机转动轮子时，它会旋转第一个金属臂，从而将第二个金属臂和连接的门拉向左侧。门由两块面板组成，当门打开时它们彼此闭合，当门关闭时它们向外伸出。当汽车到达某个楼层时，计算机转动电机以打开车门，并在汽车再次开始移动之前关闭车门。许多电梯都有一个运动传感器系统，如果有人在它们之间，它可以防止门关闭。

轿门有一个离合器机构，可以解锁每一层的外门并将它们拉开。这样，外门只有在该楼层有汽车时才会打开（或者如果它们被强行打开）。这可以防止外门打开进入空的电梯井。

在相对较短的时间内，电梯已成为必不可少的机器。随着人们继续建造不朽的摩天大楼，以及更多的小型建筑成为无障碍设施，电梯将成为社会中更加普遍的元素。它确实是现代最重要的机器之一，也是最酷的机器之一。

https://science.howstuffworks.co ... ipment/elevator.htm