涂层钢带25年发展历程回顾

电梯悬挂系统的新标准

作者：布鲁斯·霍恩

执行摘要

170多年来，电梯悬挂绳索一直是垂直运输系统中至关重要却又最容易被忽视的安全部件之一。本文追溯了电梯悬挂技术的演变历程，从编织麻绳到钢丝绳，最终发展到如今成为全球行业标准的涂层钢带技术。

悬挂技术的每一次革新都推动了电梯安全规范和建筑设计的同步发展。其中最显著的是D/d比值，这项工程规则要求驱动滑轮的直径至少是钢丝绳直径的40倍，以防止过早的弯曲疲劳，并被写入了首批电梯安全标准。更粗的钢丝绳意味着更大的电梯机房，而更大的机房又意味着需要占用宝贵的建筑空间。

上世纪90年代末，奥的斯工程师彻底革新了电梯悬挂系统。他们将传统的钢丝绳“拆解”成单根绳芯，并将它们并排嵌入聚氨酯涂层中，从而制造出扁平的涂层钢带。这使得电梯驱动装置所需的尺寸缩小了近80%，无需传统的大型机房。由此，奥的斯于2000年推出了Gen2®电梯，其优势远不止节省空间：无需润滑、减少磨损、运行更安静、能源效率更高。截至2026年1月，全球已安装超过120万台此类电梯，国际安全标准也已制定，将涂层钢带技术确立为新的行业标准。

涂层钢带已成为全球低层和中层电梯的实际悬挂标准，不断突破极限——这是一项安静但具有变革意义的工程成就，建立在 25 年以上的实际性能和持续创新之上。

1. 引言：电梯的演变

电梯技术的发展史包含了一系列的发明、再发明和技术演进，最终成就了如今安全、可靠、互联和可持续的电梯。

虽然电梯推进技术和乘客体验的进步经常占据新闻头条，但有时真正带来最有意义的进步的却是那些看不见的技术。

自电梯诞生之初，电梯悬挂装置的改进——以看似普通的钢丝绳为例——一直是电梯技术持续发展的关键因素。与安全规范的改进相辅相成，从麻绳到钢丝绳，再到如今的涂层钢带，这些演变推动了电梯行业的进步。奥的斯涂层钢带——这项关键创新推动了其第二代、第三代以及如今的360度全景电梯平台的发展——迎来了25周年纪念。值此之际，我们回顾一下这项创新的独特之处及其自问世以来的发展历程，可谓恰逢其时。

2. 早期历史：电梯和钢缆

电梯的历史可以追溯到古埃及的金字塔时期，它一直是人类历史的一部分。^[1] 虽然历史并未揭示是谁最早将麻绳抛过树枝，利用机械辅助将物品提升到人力无法企及的高度，但我们知道，埃及人、罗马人、巴比伦人以及其他文明都曾设计出日益精密的绳索滑轮系统、绞盘和其他起重设备用于建筑施工。甚至有证据表明，公元80年建成的罗马斗兽场内就设有电梯井道。^[2]

在伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯（1811-1861）于1852年发明电梯安全制动器之前，杠杆、绳索、滑轮和其他起重装置的使用并未取得多少显著的安全改进。1854年，他在纽约世界工业博览会上演示了这项发明：他站在平台上，用斧头砍断起重绳，证明安全机制能够防止自由落体。该发明于61年获得专利。^[3]

安全制动器迅速将原本不可靠的工业工具转变为一种可行的运输方式，不仅可以运输货物，还可以运送人员。第一部安全的商用客用电梯是奥的斯早期电梯，于1857年安装在曼哈顿一家由EV Haughwout and Co.公司拥有的百货商店中。

早期的电梯使用由麻绳或其他植物材料捻合或编织而成的绳索。绳索相对脆弱且强度难以预测，这促使人们需要安全制动器，并增强人们的信心。

19 世纪末，随着电梯技术的进步，绳索技术也随之发展，制造商开始试验钢丝绳和钢丝绳。^[4] 钢缆（也称钢丝绳或钢丝绳）是德国矿业官员威廉·奥古斯特·尤利乌斯·阿尔伯特于1834年发明的。^[5] 他也是最早记录金属疲劳现象的人之一。在观察了银矿中过载的起重机后，阿尔伯特意识到，将细小的金属丝缠绕在传统的麻绳上可以增强绳索的强度。就这样，以麻绳为芯，并在其周围缠绕越来越多的钢丝，第一批钢丝绳就此诞生。^[6] 这些手工绳索直径相对较大且较硬，因此在其他用途​​中并不受欢迎，也预示着未来创新将面临挑战。

随着钢缆开始在采矿业中使用，并逐渐扩展到其他货物提升、索道和起重应用领域，工程师们发现了绳索直径和滑轮直径之间的关系：绳索直径越大，就需要更大的滑轮；而滑轮直径越小，除非绳索直径也越小，否则钢缆就会开始磨损。

随着电梯技术的进步，人们的关注点转向了确保钢索在所有应用中的安全。

3. 安全发展促成了电梯规范的出台

19世纪，电梯技术和钢缆发展突飞猛进，这得益于钢丝绳的广泛应用，使得建筑物得以建造得更高，电梯运行速度也更快。电梯技术的进步和商业上的成功意味着越来越多的人开始乘坐电梯。美国各州开始对这个新兴行业进行监管，强制要求进行检查并采取其他安全措施，宾夕法尼亚州于1865年率先实施，马萨诸塞州则于1877年跟进。^[7]

尽管伊莱沙·奥的斯发明了安全制动器，但其他挑战依然存在。由于缺乏可靠的悬挂装置，电梯钢索断裂的问题在19世纪后期仍然令人担忧。

奥的斯电梯公司于1883年设立了检验局，负责对所有电梯部件进行定期检查和维护。具体来说，对于钢丝绳，定期检查细钢丝的磨损数量和频率，可以提前发现钢丝绳何时需要更换，从而避免潜在的故障。

在接下来的二十年里，电梯行业、保险公司和乘客的要求被用来制定美国第一部电梯安全规范，涵盖电梯的制造和安装，以确保公共安全。

旧金山于 1913 年通过了第一部安全法规；波士顿于 1914 年跟进；纽约市的法规于 1918 年发布。^[8] 最终，各州提出了统一的规范和区域性指导方针。随着各种规章制度的出现，电梯制造商开始寻求统一的电梯安全规范。美国电梯制造商协会（EMAUS）提出了第一个电梯安全规范范本。经过数年的发展，美国机械工程师协会（ASME）最终制定了该规范。^®) 于 1921 年出版了第一部《电梯、传菜梯和自动扶梯的建造和维护安全标准规范》。^[9]

在所有这些规范中，绳索都是一项至关重要的要求。具体而言，滑轮直径 (D) 与绳索直径 (d) 之间的关系至关重要。当时，人们对金属疲劳以及这种关系的失效机制尚未完全了解。但基于实践、观察和经验，业界最终​​确定了 D/d 比值为 40:1，即滑轮直径必须是绳索直径的 40 倍。

随着建筑物越建越高，对电梯速度和钢丝绳的需求也随之增加，这意味着电梯驱动轮的直径也越来越大。几十年来，这需要体积庞大的电梯驱动装置，这些装置通常安装在独立的机房内——机房位于建筑物的屋顶或内部，便于维护。

在整个 20 世纪，电梯的速度越来越快，连接越来越紧密，支撑着越来越高的建筑物，但绳索推进系统或机房的使用却没有发生太大变化。

4. 奥的斯第二代电梯及其涂层钢带

这些机房占用了建筑业主的可用空间，或者需要在屋顶上形成突出部分，影响建筑美观。通过创新去除机房，为电梯制造商带来了显著的竞争优势。

奥的斯以规范规定的 D/d 比率为灵感：为了缩小电梯机的尺寸以适应电梯井道，奥的斯必须想办法缩小钢丝绳的直径。

传统的钢丝绳通常由许多细小的钢丝股缠绕成较大的绳股，然后再将这些绳股进一步缠绕在一起形成绳索。奥的斯公司的创新之处在于将钢丝绳“拆解”成组成它的细绳，并将它们排列成一条直线，从而大大减小了有效弯曲直径（见图1）。然后，受工厂和露天采矿业传送带技术的启发，他们将每根细绳嵌入聚氨酯涂层中，制成传送带，使得这种新型结构更易于安装。

解决方案是采用“涂层钢带”——12根直径1.65毫米的钢丝绳包裹在聚氨酯涂层中。结合永磁电机技术，涂层钢带使电梯驱动轮的直径缩小了近80%，同时保持了原有的40:1直径比。[10] 整个电梯装置（电机、轮子、轴承和机架）的尺寸足够小，可以安装在井道顶部——从而实现了无机房（MRL）电梯。该装置形状更长更窄，设计团队称之为“长香肠”，这与同类MRL设计（形状更像煎饼，安装在轿厢导轨后方）截然不同。（见图2）

平皮带是多层旋转电梯设计的关键之一，但其他在结构、环境和性能方面的优势也很快显现出来：

• 由于无需在最高居住楼层上方建造机房或顶层公寓来安置电梯设备，因此降低了建筑成本。
• 建筑物上的结构荷载更简单，特别是采用轨道式机器配置时，机器安装在电梯轨道的顶部。
• 小型永磁电机比传统的绳索或液压系统更节能，如果加上再生驱动，节能效果会更好。
• 钢丝绳在钢制滑轮和滑轮上运行需要润滑，但聚氨酯护套则不需要润滑。
• 皮带轮与钢之间没有直接接触，从而避免了钢丝绳磨损，延长了皮带的相对使用寿命。
• 与钢丝绳相比，聚氨酯护套还能更好地控制摩擦力和牵引力。

但涂层钢带也带来了一个挑战——监测和测量磨损的影响。

使用钢丝绳时，机房内的维修人员可以直接观察和计数断股。而使用涂层钢带时，断股被隐藏起来，无法用传统的钢丝绳检测方法进行磨损表征。

这一挑战催生了另一项创新——奥的斯脉搏系统。^® 用于连续监测的系统。通过在钢丝绳中通入低压电流并持续监测电阻，这种非侵入式连续检测方法与目视检查相比，能够提供更完善的维护信息。

奥的斯进行了广泛而全面的测试，以确定涂层钢带是否符合其第二代电梯系统的要求并获得认证。^[11]

奥的斯公司借鉴了一个多世纪以来在钢丝绳上磨练出的测试方法，制定了一项严格的认证活动，以检验涂层钢带的弯曲疲劳、抗拉强度和弹性应变、牵引力和滑移、牵引耐久性、蠕变、磨损、跟踪性能，以及环境影响（温度、紫外线、臭氧、盐雾、火灾）、污染物（油、洗涤剂、清洁剂）和其他因素。

通过持续创新，我们推出了帘线数量更少、帘线更坚固、聚氨酯护套性能更优的输送带。从最初的涂层钢输送带到之后推出的每一款输送带，都经过了数百万次的疲劳循环和各种测试规程的检验。最终，该输送带在各种工况下都展现出了可靠性和耐用性。

第一批采用涂层钢带的第二代电梯，其承载能力高达 1000 公斤，速度高达 1.6 米/秒，最大提升高度为 75 米。

经过多年的测试和实际应用经验，以及丰富的全球维护记录，涂层钢带的应用范围现已扩展至5000公斤的承载能力、3.5米/秒的速度和超过150米的提升高度，并且在特定应用中，其性能极限还会根据客户需求不断提升。涂层钢带的性能确实达到了新的高度。

5. Gen3、Gen360 平台与电梯代码的未来

第二代电梯和最初版本的涂层钢带取得了巨大的成功。自2000年2月首批设备售予奥地利林茨的合作公寓楼以来，25多年来，^[11] 奥的斯已售出并安装了超过120万台第二代电梯，仅奥的斯自身就生产了超过82,500英里的涂层钢带，这一长度接近地球周长的五倍。奥的斯开展业务的近200个国家和地区都已安装了钢带电梯。

涂层钢带已被证明是一种久经考验的可靠系统，使带式电梯产品系列得以蓬勃发展，并成为持续革新和创新的基础。

涂层钢带被应用于奥的斯最新的低层和中层产品中：配备奥的斯 ONE™ 物联网服务平台的 Gen3 电梯，以及受 EN 81-1 和 EN 81-20 引入的规范变更启发而设计的 Gen360 电梯。

随着悬挂装置和电梯系统的不断发展，电梯规范也随之更新。最初，规范中并未提及皮带。ASME 17.6 于 2005 年开始制定，并于 2010 年首次发布，成为首个“电梯悬挂、补偿和调速系统标准”，并在第三部分首次对皮带和其他“用于电梯的非圆形弹性钢悬挂构件”进行了描述。印度采用了类似的规范语言，其他国家和地区也纷纷效仿。在欧洲首次发布之前，为了证明皮带相对于 EN 81-1 中定义的钢丝绳的安全使用和应用，欧盟电梯指令的基本健康和安全要求得到了充分考虑。随着 ISO 8100-1 和 ISO 8100-2 于 2026 年 3 月发布，这将为弹性涂层悬挂装置的使用提供通用标准。如今，这一成熟的规范语言有望成为全球通用的标准。

自伊莱沙·奥蒂斯发明安全制动器以来，170 多年过去了，很多事情都发生了变化，但他所秉持的安全理念和创新精神却流传至今。

乘客和顾客不再需要担心不可预测的麻绳，也不需要担心大型硬钢丝绳的弯曲疲劳和磨损。

奥的斯通过在钢丝上包裹护套，消除了钢线之间的磨损。此外，由于钢丝绳更细，奥的斯产品的相对弯曲度更小，摩擦损耗更少，线股间的移动也更少，从而延长了使用寿命，提高了产品的整体性能。

保护涂层的耐久性对于延长使用寿命至关重要。悬挂装置的监测起到了一定的作用，但目视检查标准仍然必不可少——就像钢丝绳的年度检查一样，断裂悬挂装置的检测至关重要。甚至ASME A17机械设计规范委员会也更新了初始悬挂装置系统风险评估，这将为未来的规范修订提供依据，使其更加侧重于断裂悬挂构件的检测标准，而不是基于疲劳强度降低的标准。

皮带式电梯噪音更小，在电梯的整个使用寿命周期内更具可持续性，并且已成为该行业的实际标准。

伊莱沙·奥蒂斯因在水晶宫的演示中割断绳索并高呼“女士们先生们，一切安全！一切安全！”而闻名。正是由于他的精神，这种精神才得以延续，并体现在现代涂层钢带的创新之中。涂层钢带问世25余年后，其应用仍在不断增长，这得益于旨在确保其安全、高质量的制造、安装和维护标准的制定，从而造福世界各地的乘客。

案例

[1] Gavois J. “向上：从金字塔到现在的电梯非正式历史”，第 1 版，1983 年。康涅狄格州法明顿：奥的斯电梯公司。 

[2] Nichols S.“电梯的演变：物理-人机界面、数字交互和超高层建筑”。工程前沿冬季桥梁会议。2017 年。美国国家工程院院刊。 

[3] Goodwin J. “奥蒂斯：现代城市的兴起”，第 1 版，2001 年。芝加哥：Ivan R. Dee。 

[4] Gray, I.“电梯钢丝绳简史，第一部分”电梯世界。2016 年。 

[5] Koetsier, T 和 Ceccarelli, M (2012)。“机器和机构的历史探索”。Springer 出版社。第 388 页。ISBN 9789400741324。 

[6] Sayenga, D.“钢丝绳的现代史” 

[7] Gray, I.“19 世纪乘客电梯的历史：从上升房间到高速电梯”EW 教育部 2002 年。2014 年重印。 

[8] 加利福尼亚州电梯安全条例，1915-1918 年 

[9] “A17.1 规范：一个世纪的安全进步（1921 年至 2021 年）” EW 2021。 

[10] O'Donnell, H.“新型电梯绳技术——涂层钢丝带”。2001 年新加坡电梯技术 11 届国际电梯工程师协会会议论文集。 

[11] “奥的斯推出无需独立机房的 Gen2® 皮带技术” 美国工业新闻，EW。2000 年 3 月。“奥的斯将在奥地利的公寓大楼安装 28 套 Gen2® 电梯系统” 奥的斯电梯公司新闻稿，2000 年 3 月 27 日。