电梯自动化技术起源于19世纪末的信号控制电梯，当时楼层按钮仅用于通知操作员。到了20世纪20年代，奥的斯公司的一系列创新技术，由大卫·L·林德奎斯特、爱德华·L·邓恩和大卫·C·拉尔森研发，推动了自动化技术的进步。他们的专利引入了半自动系统，操作员只需控制电梯门、启动电梯和按下轿厢按钮，而主控面板、楼层选择器、导向开关和调平装置则负责控制电梯的停止和运行。高速曳引式电梯采用钢带楼层选择器，轿厢操作箱内还配备了安全、低速和不间断运行功能。随后出现的完全无人操作的集体控制设计增加了重量感应平台、选择性轿厢调度和百货商店模式，标志着20世纪20年代中期电梯技术向无人操作电梯的转变。
随着系统变得越来越自动化，电梯操作员的作用逐渐减弱。
无人电梯发展的第一阶段始于19世纪最后十年，一直延续到20世纪前十年。 这项努力生产了一种机器，可以满足私人住宅业主（它最初被使用的地方）和小型公寓楼的需求。 后一种用途导致这些机器被识别为使用“信号控制”操作系统。 然而，在按钮控制发明之前，等待的乘客确实按下了着陆按钮。 这一动作向汽车操作员发出了一个信号，让他们知道他们需要停在给定的楼层。 因此，潜在乘客依靠运营商将汽车带到他们身边。 “信号控制”一词表明乘客不再依赖操作员，因为电梯的运行由按钮系统控制。 尽管该系统满足了交通量较小的建筑物的需求，但其为大型建筑物提供高速曳引电梯的潜力导致了无人驾驶电梯开发的下一阶段——矛盾的是，这一阶段也依赖于操作员。
奥蒂斯再次成为这项工作的领导者之一。 他们的设计团队由 David L. Lindquist 领导，成员包括 Edward L. Dunn 和 David C. Larson。 Lindquist (1874-1944)，出生于瑞典，在德国夏洛滕堡的 Technische Hochschule（技术大学）接受教育，1902 年移民到美国。1904 年，他加入奥的斯，到 1910 年，他担任首席职务工程师。 在他漫长的职业生涯中，他在现代电梯的发展中发挥了重要作用。 Larson (1883-1971) 也从瑞典移民（1900 年抵达美国），并于 1904 年加入奥的斯。在 1920 年加入奥的斯之前，邓恩 (1868-1946) 曾在 Burdett Rountree Manufacturing Co. 工作。 （芝加哥）和标准柱塞电梯公司（马萨诸塞州伍斯特）。 该团队于 1920 年代初开始工作，并获得了六项专利。 这些专利由三组不同的专利组成，涉及自动电梯系统的三种变体。 第一组最初于 3 年 1925 月 1930 日作为单一申请提交，后来分为三项专利，其中两项涉及整体系统设计，一项涉及切换机制（这些专利于 1933 年和 XNUMX 年授予）。[1]
总体设计的前提是提供一个自动电梯系统，在使用操作员的同时，将其职责限制为按下乘客楼层按钮、关闭和打开轿厢和层门以及启动电梯。 轿厢自动停下来接载潜在乘客（响应大厅呼叫），并自动停在操作员选择的楼层。 该系统还设计用于向正在等待的乘客发出信号，指示汽车正在按所需的行驶方向接近平台。 该信号仅由门厅呼叫按钮触发； 然而，如果汽车没有响应呼叫按钮请求而停下来，例如停下来让乘客下车，则不会提供到达信号。 最后，该系统的设计使得一群汽车中只有一辆车会响应呼叫而停在平台上。
示意图中概述了该系统的组件，该示意图说明了应用于一组两台电梯的设计（图 1）。 关键部件包括单独的电梯控制面板、主控制面板（停止和信号面板）、楼层选择器和平层开关。 后者反映了自动平层系统的最新发展，旨在改善高速电梯的运行。 “方向开关”将汽车的运动方向传达给主控制面板。 竖井在航站楼楼层配备了“导向开关凸轮”，可以自动反转轿厢的运动方向。 该设计还包括一个反映其介于操作员控制系统和自动系统之间的组件。 该车配有信号器面板，向操作员发出信号，指示已按下哪个楼层按钮以及所需的行驶方向（图 2）。 然而，考虑到系统的自动操作，这似乎是一个多余的功能。
轿厢中的一个重要新功能是轿厢操作箱或电梯控制面板。 虽然电梯能够自动服务，但面板上包含的多种功能表明发明者不愿意将操作员完全从轿厢中移走，特别是在配备高速曳引机的大型建筑物中。 轿厢操作箱包括安全开关、紧急开关、辅助电机开关、慢速开关、不停车开关、启动开关、灯光开关和手轮（安装在箱体顶部）（图3）。 安全开关用于在紧急情况下使汽车停下来； 当启动时，它会切断主电机的电源，并自动应用动态制动器来降低汽车的速度，然后应用机械制动器来停止汽车。 通过打破玻璃盖即可打开紧急开关，电梯可以在轿厢和层站门打开的情况下运行。 它的目的是在紧急情况下使用，例如火灾，门可能无法工作。 辅助电机开关将轿厢的操作转移到辅助电机，用于使轿厢在平台处调平（当轿厢接近平台时，主电机自动关闭，辅助电机启动）。 当主电机发生故障时，该开关可作为额外的安全保障。
慢速开关允许轿厢以半速运行，可用于缓和或调整电梯流量和轿厢之间的间隔。 不间断开关允许操作员绕过楼层并快速移动到航站楼楼层（这通常在车厢已满且无法容纳更多乘客时使用）。 启动开关或控制杆有四个位置：关闭或空档（如果释放控制杆，它会自动返回到关闭位置）、启动、关闭和打开。 当汽车到达停靠点时，操作员将操纵杆向右移动并打开车门。 所有乘客登机（并指示目的地）后，操作员将手柄向左移动，经过关闭位置（从而关闭轿厢和层门）到起始位置，轿厢将继续行驶。 灯开关控制汽车的车内灯。 手轮允许操作员通过移动汽车顶部的导向开关来反转汽车的方向。 如果汽车处于向上行驶的过程中，在到达楼层后，操作员想要反转方向，他们会使用手轮将方向变化传达给控制面板。
另一个关键的系统组件是楼层选择器。 第一批无人电梯使用带有楼层选择器的滚筒机，通过链条连接到电机，链条在安装在电机轴上的小链轮和安装在选择器上的较大链轮之间运行（因此，可以将其校准为响应在着陆之间行驶所需的转数）。 高速曳引机需要不同的解决方案。 楼层选择器位于主电机附近，通过附在轿厢上的两条钢带进行操作（图 4）：
“一根卷尺从汽车顶部延伸到高架滑轮，卷尺以类似于卷尺的方式缠绕在滑轮上。 另一根带子从轿厢底部围绕张紧滑轮延伸，然后延伸到第二个高架滑轮，它以类似但相反的方式缠绕在第二个高架滑轮上。 高架滑轮引起选选机的运行，在驱动操作中，一根带子卷起，另一根带子解开。 这种无声驱动就像链轮链条一样积极，并且不受滑动或拉伸绳索的影响。”[2]
高架滑轮通过一根轴连接到楼层选择器，该轴采用锥齿轮连接到带有选择器开关的螺杆轴，选择器开关与一系列开关连接，每个开关对应于给定的楼层（图 5）。
21 年 1925 月 3 日，Lindquist、Dunn 和 Larson 提交了两项新的专利申请，涉及其 1928 月 1933 日设计的变体（这些专利于 XNUMX 年和 XNUMX 年授予）。[3] 虽然该系统的大部分组件与早期设计相同，但一个关键区别是该系统完全无需操作员（图 6）。 该设计的操作特点是：
- ）使按钮控制的汽车自动停止，以搭载希望沿汽车行驶方向运送的潜在乘客。
- ）当需求较少时，让一排电梯中的一部轿厢承担服务的主要任务，并在服务需求增加时使其他轿厢投入运行。
- ）当有几辆汽车在运行时，只有一辆汽车停在一个楼层，以响应潜在乘客按下的按钮。
- ）使至少一辆汽车继续运行，直到对按下的所有按钮都做出响应。
- ）在对所有操作的按钮做出响应后，使轿厢返回到选定的楼层。”[4]
反映乘客而不是操作员控制的设计变化包括简化的轿厢控制面板，仅具有楼层按钮、安全开关和导向开关。 汽车的典型操作如下（假设是一栋 10 层建筑）：如果上行行程从一楼开始，乘客前往二楼、四楼和五楼，在最后一批乘客离开汽车后，它将继续到达 10 楼，此时其方向将通过导向器开关凸轮自动反转，然后返回一楼，并在那里停留直至需要为止。 这通常被描述为“集体控制”运作系统。
一项新功能是“可移动平台开关”或地板下重量传感器，用于记录车内乘客的存在（图 7）。 当汽车停在楼梯平台时，车门会被未来的乘客手动打开。 当他们进入轿厢时，站台开关检测到他们的存在，在乘客关上轿门后，站台开关发出信号，导致竖井门关闭。 当乘客到达目的地并下车时，站台开关上自身重量的减轻也会导致竖井门自动关闭。
奥的斯团队设计的第三个系统于13年1925月1929日提交了专利申请（该专利于XNUMX年授予）。[5] 该专利的介绍简要概述了免操作员系统组件的开发：
“随着电动电梯系统技术的发展，越来越多的趋势是减轻轿厢内操作员的各种控制操作。 在一些早期的系统中，汽车的启动和停止、汽车的行驶方向以及加速和减速的速率都是由操作员控制的。 后来，系统被安排为通过操作员控制的装置自动确定加速减速率。 再后来，又提供了自动装置，使轿厢在停靠时达到精确的水平。 最近已经开发了电梯系统，其中提供了一些装置，用于减轻操作员确定距层站的距离的负担，在该距离处将轿厢开关返回到“空档”位置，以允许自动减速装置和调平装置使轿厢停在层站处。 与最早类型的系统相比，这些发展极大地提高了电梯系统的运行效率。”[5]
在该专利中，Lindquist、Dunn 和 Larson 寻求提高“特别适合百货商店所需的电梯服务”的系统的“运行效率”。[5] 在该系统中，操作员的角色仅限于启动轿厢以及在每个层站打开和关闭轿厢门和竖井门。 一旦在一楼启动，汽车就会自动停在百货商店的每一层，允许购物者进出，并让操作员有时间宣布在特定楼层发现的商品类型。 当车子到达顶层时，方向自动反转。 轿厢控制面板设有启动电梯日常正常运行的“连续停止开关”、安全或紧急停止开关以及导向开关。 该系统被赋予（有点明显或合乎逻辑的）“百货商店控制”的名称。
这一系列专利的设计和系统均于 1925 年提交，凸显了奥的斯对无人驾驶电梯开发的持续关注。 这项工作也为 1920 世纪 XNUMX 年代中期开始的电梯运营根本性转变奠定了基础。 本系列文章的下一篇文章将讨论这些创新在实际系统中的应用、它们如何运作以及如何宣传和推广。
案例
[1] David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，电梯系统，美国专利号 1,767,891（24 年 1930 月 1,767,892 日）； David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，开关机构，美国专利号 24（1930 年 1,904,646 月 18 日）； 以及 David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，《电梯系统》，美国专利号 1933（XNUMX 年 XNUMX 月 XNUMX 日）。
[2] David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，电梯系统，美国专利号 1,767,891（24 年 1930 月 XNUMX 日）。
[3] David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，电梯系统，美国专利号 1,694,712（11 年 1928 月 1 日）以及 David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，电梯系统，美国专利号 904,647, 18（1933 年 XNUMX 月 XNUMX 日）。
[4] David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，电梯系统，美国专利号 1,694,712（11 年 1928 月 XNUMX 日）。
[5] David L. Lindquist、Edward L. Dunn 和 David C. Larson，电梯系统，美国专利号 1,717,046（11 年 1929 月 XNUMX 日）。
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