创新的电梯系统，第一部分

1870 年代 Otis 图纸中详述的独特系统，这是美国首次描绘从地下室到顶层公寓的乘客电梯装置。

垂直运输的历史充满了各种“第一”，它们确定了现代电梯系统发展的关键点。 在评估任何第一项声明时应谨慎使用的问题已在之前的文章中讨论过：总是有可能有一个较早的例子正在等待发现，而某事的真正第一次出现可能没有任何实际或持久的意义. 然而，发现——或者希望你已经发现——真正的第一个并将其呈现给世界的诱人诱惑是一种难以抗拒的诱惑。 这篇由两部分组成的文章涉及似乎是美国首次出版的一组图纸，这些图纸描绘了从地下室到顶层公寓的乘客电梯安装。 这项调查将检查这些图画中独特的电梯系统及其在 1870 年代初期的出版历史。

1869 年，奥的斯兄弟公司出版了 70 页的插图目录，其中详细描述了客梯和货梯中使用的组件和安全系统。 不幸的是，目录的插图与文本中的详细程度不完全匹配。 该目录有 10 幅版画，描绘了四种不同的起重引擎、典型的天花板安装式皮带驱动货运葫芦、自动安全滚筒和自润滑滑轮。 尽管两幅版画确实说明了典型的货运升降机安装，但都没有提供整个电梯系统的全面视图（图 1 和图 2）。 次年，该公司出版了一本八页的小册子，标题为 奥的斯专利安全乘客电梯说明，其中包括一组非凡的四张图纸，为读者提供了一个乘客电梯系统的全面视图。 图纸包括从地下室机械室到顶层公寓的电梯井的剖面图（通过不同的断裂线分为两部分），包括轿厢和发动机的局部平面图的井道平面图，以及平面图顶层滑轮和安全装置（图 3）。

小册子的文字提供了电梯的详细描述，并得出结论，图中所示的设计包含 12 项不同的专利。 后一个事实通过对单个系统组件的引用得到强调，其中包括该公司的专利安全锁棘轮带自锁棘爪、专利双作用安全鼓、专利自动停止运动、专利自动制动器和专利自润滑松套轮。 除了这些组件之外，1869 年的目录还引用了奥的斯的专利安全滑轮和制动器以及专利的安全停止连接。 事实上，几乎可以找到 Otis 1870 电梯的每个方面的专利参考。 对美国专利记录的调查确定了 17 年至 1860 年间授予奥的斯家族成员的 1873 项专利，如上所述，有 12 项应用于奥的斯的新电梯（表 1）。 虽然这个结束日期在小册子出版之后，但之所以选择它，是因为与这台乘客电梯相关的最后一项专利是在 1873 年 12 月颁发的。这本材料集（1869 项专利、1870 年目录和 XNUMX 年的小册子及其一系列非凡的版画） ) 允许对 Otis 的专利安全乘客电梯进行彻底调查。

当然，最著名的专利是 Elisha Otis 1861 年为其采用棘轮和棘爪的安全装置申请的专利。 棘轮在轴的整个高度上运行，并作为汽车的导向装置。 棘爪位于汽车的横梁上，在弹簧的作用下松开。 1870 年的 Otis 小册子对棘轮的描述如下：

“这些安全棘轮是铁制的，非常重，并且具有尽可能坚固的形式。 下端在地面上有一个牢固的轴承，两条线垂直延伸到汽车要上升的最高点。 安全棘轮的构造使得棘爪具有一系列钩形嵌齿，紧邻汽车连接到汽车上，并且在整个行驶距离中间隔限制为 3 英寸。 这些齿轮和作用在它们上的棘爪具有特殊的构造，可确保在最轻微的点接触后立即将两者完美锁定在一起，并且在适当的情况下，除非通过提升绳的工具，否则无法分离连接并为了工作。”

棘爪也由“重铁”制成，当“受力”时。 . . 与安全棘轮接触”是“能够承受汽车的整个重量”及其负载。 因为棘轮齿的间距为 3 英寸。 间隔，奥的斯还将这种安全性描述为“一种机械装置，可将汽车随时可能坠落的距离减少到 3 英寸，以防起重绳断裂。” 在 1870 年代初期，奥的斯制作了一幅透视图，展示了安全装置的各个组件（图 4）。

棘轮还用作引导汽车运动的导轨，棘轮齿两侧的区域被描述为“刨铁导轨”。 汽车的顶部和底部配备了由“带有硬橡胶外围的车轮”组成的“行驶装置”。 . . 由铁法兰支撑。” 轮式行走机构提供了“完美的位移安全性”以及“足够的弹性来补偿导轨相对位置的任何轻微变化”并确保“在所有点上都有完美的轴承，并且完全没有任何嘎嘎声或不规则动”。 1873 年的专利描述了行走装置：

“。 . . 旨在促进酒店、仓库等通常使用的那种电梯中垂直移动的轿厢的无噪音运行，并确保比迄今为止为该目的而设计的装置切实可行的更大的耐用性和更接近完美的运行. 它由具有柔软或弹性表面的固定导轨与汽车携带的金属或其他导向滚轮或滑轨组合而成，从而有效地固定了所需的物体。”

专利图与 1870 年出版物中对行走装置的描绘非常相似（图 5 和图 6）。

五项专利涉及蒸汽动力起重发动机的各个方面。 三项专利涉及直接连接到发动机启动/停止控制阀的发动机制动器，以便在发动机启动或停止时自动释放或接合制动器。 1870 年的小册子包括以下描述：

“与发动机和起重装置结合在一起的是一个强大的制动器，它被安排在发动机停止和启动的同时动作和释放动作，在机器运行时不会产生不必要的摩擦，但保持整个设备不动当需要站在任何地方接收或卸载货物或乘客时。”

奥的斯 (Otis) 的美国专利第 68,783 号涉及双缸蒸汽机的操作，通常“用于驱动普通起重设备”。 该公司声称，这些发动机的效率取决于“对提升或降低货物的动作正在或可能具有的控制权”，并且其设计“不仅提供了稳定性和耐用性。 . . 但很容易控制。 . . 以比较简单的方式。”

该专利的详细技术说明在 1869 年的目录中有所简化：

“发动机是双缸可逆的； 两个气缸都连接到一个轴上，曲柄设置成直角以避免停在中心。 蒸汽被允许通过单个阀门，排气从气缸通过，该阀门被布置为通过简单的运动或位置的改变来反转电流或检查蒸汽的流动。 关闭汽缸蒸汽的相同运动也会关闭排气孔，并使发动机无法进一步运动。 通过这种方式，只要传动装置和连接保持完好，汽车在向上和向下运动中始终处于受控状态。 当汽车向下行程时，与气缸连通的换向阀中的孔口具有刻度，以适应负载的变化关系和作用，从而防止任何过快的运动。”

除了确保发动机平稳运行外，奥的斯的美国专利第 83,725 号还解决了另一个关键因素——噪音：

“我们发明的主要特征或目的是提升设备以可称为快速的速度运行，没有令人反感的噪音——这是设计用于酒店和其他目的的重要考虑因素。 为了实现这一点，我们使用了无端螺钉，在蜗轮中工作。”

1870 年的小册子详细说明了该系统变体的实施情况，该变体似乎没有使用专利中引用的蜗轮：

“为了防止噪音，以及避免因使用传动装置而必须以快速速度使用的震击器，运动通过强大的皮带从发动机传递到起重装置（在第一次移除时）。 扩大与大卷筒的连接所需的第二和第三种组合是通过精确的机切齿轮装置制成的，齿轮系的每个变化都放置成双份，其中一个的齿放置在中间的空间对面它的对应物。 这种方法或将齿轮的轴承加倍，轮子制造和调整的完美程度，以及它们运行的​​慢速运动，在任何情况下都可以最完美地避免噪音或震动。 发动机和传动装置的这种精确性是必要的，因为在这一点上的任何运动不平衡都会大大增加汽车的运动不平衡，并产生非常不愉快的效果。”

最后一个发动机安全功能是停止运动，于 1865 年获得专利。该设备连接到卷筒，这样汽车的行程就不会超过预设限制（重点是我的）：

“。 . . 专利定格动画。 . . 调整到在井道底部和顶部之间运行一趟所需的精确转数，然后停止发动机，之后如果没有服务员的动作它无法再次启动，然后只能在相反的方向。”

缠绕鼓被描述为由铁制成，“经过精心加工”并且“螺旋形开槽以在缠绕在其上时与钢丝绳的线圈相配合，防止后者的表面接触和摩擦以及不必要的磨损。” 这些专利的成果包括 Otis 的 National 和 Metropolitan 起重发动机，1870 年版画中描绘的起重发动机类似于 National 发动机设计（图 2、7 和 8）。

本文的第二部分将研究 Otis 的 1870 年专利安全乘客电梯的其余特征，以及构成美国第一次从地下室到顶层公寓描述乘客电梯安装的图纸的出版历史。