电梯制动器 1895-1927

在这篇历史文章中，您的作者简要介绍了早期的制动系统。

Frederick A. Annett 着名的电动电梯著作的第一版于 1927 年出版。Annett 将两章专门用于制动器：一章关于直流制动，一章关于交流制动。 前者包括对制动技术的一般介绍：

“在电梯机器上，制动器是设备最重要的部件之一，因为其正常运行不仅取决于机器的安全性，还取决于机器的令人满意的运行。 如果刹车失灵，操作员可能会失去对汽车的控制，造成严重后果。 如果刹车过于猛烈，汽车就会停下来，乘客会感到不舒服的猛烈撞击，并且设备也会受到不必要的拉伤。 当刹车力度不够时，汽车将难以控制并着地。”^[1]

Annett 还指出：“电梯制动器的制造形式与机器的类型和品牌一样多，因此任何文章中所能做的就是指出一些不同的类型以及它们如何操作和被调整了。”^[1]

这些介绍性评论之后是对八个直流制动系统的图解讨论。 尽管 Annett 明确将某些系统称为“早期”制动类型的代表，但给读者留下的印象是，作者主要是在讨论当代技术。 然而，对内容的检查表明，当本书出版时，这些制动系统中有许多已经使用了 30 多年。

到 1890 年代中期，Elecktron 制造公司开发了一种电气/机械制动系统（图 1）。 制动蹄由两个几乎完全环绕制动轮的弯曲臂或带组成。 最初的设计采用带有木制刹车蹄的铸铁带（到 1910 年，这些已被皮鞋取代）。

带子铰接在车轮的一侧，并连接到另一侧的制动杆。 杠杆的动作由电磁铁和空气缓冲器控制。 当电磁铁通电时，它会向上推动一个柱塞，从而抬起刹车杆并释放刹车。 当电源被移除时，杠杆的重量导致制动器关闭。 缓冲器控制这些动作的速度，并设置为不会太快地施加制动，从而允许平稳停止。

在同一时期，奥的斯开发了一种电气/机械设计，该设计还采用带式制动蹄（图 2）。 然而，对于这种制动器，其规范使用完全是机械操作，制动器的动作由托运轮控制。 电磁铁被用作安全装置，只有在电梯运行超过其上限或下限的情况下才会被激活。 在这种情况下，电磁铁将断电，从而释放导致制动器接合的重量。

Elektron 和 Otis 制动器及其带式制动器基本上是 1860 年至 1900 年间最常用的制动系统的变体，该系统采用环绕制动轮的连续皮革衬里带。 然而，到 20 世纪第一个十年末，出现了一种新设计，确立了现代制动器的基本特征。

在此期间，奥的斯开发了几种全电动制动系统，它们采用安装在中央制动轮两侧的皮革衬里制动蹄。 每只鞋的中心都连接到一个刹车杆，刹车杆的操作由安装在刹车顶部的弹簧控制。 弹簧的动作由双芯电磁铁控制。 通电时，电磁铁向内拉动弹簧，从而释放制动器。

在电梯机器上，制动器是设备中最重要的部件之一，其正常运行不仅取决于机器的安全性，还取决于机器的令人满意的运行。

安妮特指出，这种设计只需要“在操作过程中各个部件的小幅移动”。^[1] 此外，由于制动蹄“在中间铰接并通过杠杆在水平直径处从车轮上抬起，因此它们在所有点上都与车轮等距地抬起。”^[1] 这是对带式制动器的改进，当释放时，制动蹄通常与车轮的距离略有不同，这偶尔会导致制动蹄不均匀磨损。

1911 年，奥的斯工程师 Frederick Hymans 详细描述了奥的斯新型制动系统在高速牵引电梯上的运行情况：

“这种类型的电梯机器的一个重要部分是制动器，因为机器的机械摩擦非常小，因此必须完全依靠制动器将轿厢保持在着陆点。 制动器本质上是一个保持制动器，也就是说，直到机器实际上通过动态制动停止并且呈现出这样一个有趣的发展时，才会应用制动蹄。 不希望通过机械制动来停止这种高速电梯机械，因为如果施加固定的制动压力来停止负载不断变化的电梯，将会导致停止距离的巨大变化。 此外，这种制动器的磨损将需要继续调整。 制动器由弹簧保持并由制动磁铁释放，该磁铁配备有一定比例的并联绕组，其自感应导致其电路闭合和闸瓦释放之间存在明显的时间滞后。 因此，虽然电枢和制动电路实际上是同时闭合的，但在制动器释放之前需要足够的时间来建立完整的电机扭矩。 当电流关闭时，再次有足够的滞后时间，允许电机在制动器设置之前通过动态制动动作实际停止。 与几乎完全通过动态制动停止的优势一起，制动蹄的磨损最小，一旦设置，制动器很少需要进一步调整。”^[2]

事实上，动态制动的使用是在 1890 年代引入的，并且是早期 Elektron 和 Otis 系统的一个特征。

Annett 展示了 Otis 电动制动器的两个示例（图 3 和 4）。 第一个被描述为“用于早期类型的高速电梯的制动器”，第二个被描述为设计用于“高速直接牵引机器”。 ^[1] 后者与当代 Otis 技术手册的比较表明，这是 Annett 讨论的为数不多的真正“现代”系统之一（图 5）。

这一事实，以及高速牵引电梯的使用越来越多，可能是他决定将直流制动一章的最后三分之一用于该系统的原因。

Annett 还将本次演讲用作讨论制动操作的基本方面的论坛。 他首先描述了电梯承载的不同负载对制动操作的影响，包括“满载向上运动和满载下降的极端情况”。 ^[1] 他总结了这个讨论，提醒读者“移动质量的能量与其重量乘以速度的平方成正比； 因此，所需的制动作用随着重量和速度的平方而增加。 两倍的质量需要两倍的制动作用； 两倍的速度需要四倍的制动力。”^[1]

然后安妮特描述了“决定电梯停止的三个不同的因素”。^[1] 这些被确定为：

1. 重力，由于协助或反对停止的不平衡负载。
2. 电动机在断电时充当发电机。
3. 制动蹄对制动轮的摩擦力。^[1]

每个主题都经过彻底讨论，并包括了解它们对制动操作的影响所需的适当公式。

他还提供了两张电路图，一张展示了动态制动系统，另一张展示了制动绕组（图 6 和 7）。 后者描述了绕组使用的四个电阻：“BR，制动电阻； ABR，辅助制动电阻； PBR，并联制动电阻； （和）PBR'，辅助并联制动电阻。”^[1] 制动蹄松开后，ABR 降低了制动绕组电流。 这减少了“制动磁铁中的热量，同时在启动时可以快速释放制动器”。^[1] PBR 和 PBR 的电阻利用“存储在制动电磁铁中的能量来提供制动蹄对皮带轮的缓慢应用”。^[1]

早期制动系统的简要介绍见于安妮特 1927 年的书中，提供了 20 世纪上半叶这项技术的快照。 它还在许多方面将这个重要的故事置于“中间”的某个地方，因为没有讨论带式和鞋式制动器系统的确切起源。 需要进一步调查以充分了解制动系统的历史，这些材料将在以后的文章中进行研究。

另一个值得研究的主题是制动器维护，Annett 详细讨论了该主题，如下例所示：

“在期望制动器正常工作之前，其衬片表面必须处于良好状态。 用于衬里刹车片的常用材料有三种——即皮革、石棉和木材——对这些材料的偏好大致按命名顺序排列。 衬里表面应保持无油污。 油可能会从齿轮箱沿蜗杆轴流出并进入制动轮。 发生这种情况时，应脱掉鞋子，用玻璃刮掉油污或用汽油洗掉。 可以使用富勒土来吸收油，然后将其刮掉以使衬里表面保持清洁。 皮革制动衬里有时会变得干燥变硬，在这种情况下，应使用优质皮革敷料或 Neatsfoot 油进行处理。”^[1]

这个主题也将在未来的文章中讨论，其中可能包括对工作安全态度的探索，特别是根据建议使用汽油（在封闭的工作空间）作为清洁剂的建议。

案例

^[1] Frederick A. Annett，“Electric Elevators”，纽约：McGraw-Hill Book Company（1927 年）。

^[2] Frederick Hymans，“匹兹堡 Oliver 大楼中的直接牵引电动电梯”，Electric Journal，（1911 年 XNUMX 月）。

^[3] Henry W. Ravenshaw，“电动电梯 VI：Elektron 电动电梯”电气世界（8 年 1897 月 XNUMX 日）。

^[4] Henry W. Ravenshaw，“电动电梯 VII：奥的斯电动电梯”电气世界（22 年 1897 月 XNUMX 日）。

^[5] 电梯，国际教科书公司，纽约（1902 年）。

^[6] William Baxter, Jr.，“Electric Elevators”，Power（11 年 1910 月 XNUMX 日）。

^[7] William Baxter, Jr.，“电动电梯：具有机械控制的 Elektron 系统”，Power（5 年 1910 月 XNUMX 日）。