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电梯进化论——第一章 电梯的起源

发布日期:2017-01-13 13:01:54  来源:九州联盟电梯有限公司  作者:龚雄健  

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作者介绍

龚雄健,男,1975年7月出生于湖南省新化县。大专学历,机电工程师。

1993年11月参加工作,湖南省煤炭二处(现为湖南煤业集团)工人、技术主管;

2003年10月,创办娄底钢城锅炉制造厂,任副厂长,2007年,从事电梯行业,先后创办娄底天士地机电设备公司、湖南天地士电梯公司、九州联盟电梯有限公司,现任九州联盟电梯有限公司总经理。

 

 

1993年11月——2003年9月,湖南省煤炭二处 工人、技术主管;

期间:1997年3月——1998年1月,西安交通大学脱产学习锅炉专业,获专业证书;

1998年9月——2001年6月,湘潭大学函授学习应用电子技术专业,获大专文凭;

2003年10月——2007年5月,娄底市钢城锅炉制造厂任副厂长,全面主持工作;

2007年6月——2012年10月, 娄底市天士地机电设备工程有限公司,任总经理;主要经营电梯销售、安装维修。公司得了电梯安装维修C级资质。

2010年3月——2014年1月, 湖南天士地电梯有限公司,任总经理;公司得了电梯安装维修B资质。

2014年8月,在武汉参加全国电梯检验取证学习,取得电梯检验员证;

2015年3月,九州联盟电梯有限公司,任总经理;

龚雄健是一位技术型的创业者。对技术充满渴望,主持过四次企业的特种设备资质取证。由于管理和技术培训需要,他总是从通俗的角度去思考、理解和表达技术问题。因此积累了诸多经验,2016年8月开始构思《电梯进化论》,并开始写作。《电梯进化论》试图从电梯进化过程中的每一个节点来诠释电梯的基本原理、基础知识、分析每一次技术变革、每一个零部件的产生与改进的历史条件、所解决的问题和原理。从而让读者轻松的理解和掌握相关知识,让枯燥的知识变成趣味性的读物。

 

前言

 

电梯是垂直运行的电梯(通常也简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。据估计,截止2015年年底,全世界电梯保有量约为1500万台,中国电梯保有量为425.96万台。其中垂直电梯约1410万台,自动扶梯和自动人行道约100万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。

纵观整个电梯发展过程,是人们为适应自然环境、提高劳动效率,和对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的持续进步。

和从猿到人的过程一样,电梯的发展经历了许多的适应性演变。每一次功能或技术的改进都是一个历史性的节点,正是由于这些节点才组成和演变成今天的电梯现状。电梯的前身是采用人力、畜力和水力来拉升重量的垂直升降装置,这种装置在早期的农业社会就已经出现。公元前2600年,埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统,直到今天,它的基本原理几乎没有任何变化,一个平衡物下降的同时,负载平台上升。公元前100年前后,我国古人发明了辘轳,它采用卷筒的回转运动完成升降动作,因而增加了提升物品的高度。约始于东汉(公元25年-200年)的龙骨水车,活脱脱就是一台扶梯的原型。1852年,美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯(ElishaGravesOtis,1811年~1861年)发明了世界第一台安全升降机。1891年,纽约企业家杰西·雷诺(Jesse Wilfred Reno)在美国科尼岛码头设计制造出世界上第一部自动扶梯,它当时被称为“倾斜升降机”。 日本三菱电机公司2016年5月10日表示,已成功研发出了最大上升分速达1230米(时速73.8公里)的全球最快电梯,今年7月将向年内全面开业的中国最高大楼“上海中心大厦”(高632米)交货。等等。都是电梯进化的历程。随着人们要求的不断提高,电梯还将继续进化着。也许有一天,电梯的基本原理都会发生改变。我们期待着一切进步!

本书试图从电梯进化的过程中的每一个节点来诠释电梯的基本原理、基础知识、以及每一次技术变革、每一个零部件的产生与改进的历史条件、所解决的问题和原理。试图让枯燥的知识变成趣味性的读物。要是能对初步电梯行业的人以帮助,对行业人员以提升,则幸莫大耶。

第一章 电梯的起源

 

与任何一样工具一样,电梯起源于工作、生活的需求。对电梯这个产品而言,其产生与发展是一个进化的过程。让我们从古老的遗存说起吧。

 

第一节 埃及金字塔的建设中的电梯智慧

图一 埃及金字塔景观图

建于公元前2690年左右 ,在现在埃及首都开罗郊外的吉萨,建造了一座举世闻名的胡夫金字塔。作为人造建筑的世界奇迹,胡夫金字塔首先是世界上最大的金字塔,是第四王朝第二个国王胡夫的陵墓。在1888年巴黎建筑起埃菲尔铁塔以前,它一直是世界上最高的建筑物(另说:1880年竣工的科隆大教堂高157.3米)。原高146.5米,因年久风化,顶端剥落10米,现高136.5米;底座每边长230多米,现长220米,三角面斜度52度,塔底面积52900平方米;塔身由230万块石头砌成,每块石头平均重2.5吨,最大的重达160吨;有学者估计,如果用火车装运金字塔的石料,大约要用60万节车皮;如果把这些石头凿碎,铺成一条一尺宽的道路,大约可以绕地球一周。据说,10万人用了30年的时间才得以建成。

在这里,我们不赞叹金字塔的设计精巧,计算精密,规模的巨大和其高超的建筑技巧。单单从石头的运输、就位来探索。寻觅古老电梯的起源。

许多的科学家对于这一世界建筑奇迹的建造方法纷纷猜想。从他们所能想到的角度,结合当时的技术条件和资源条件进行了各种猜想。关于运输,大至有利用水的浮力来完成的,有利用筑沙路拖运的,也有修土路用木头滚动的,等等。我们先来看几张图片。

图二 用土筑坡路运输石头的猜想

猜想一:古埃及奴隶是借助畜力和滚木,把巨石运到建筑地点的,他们又将场地四周天然的沙土堆成斜面,把巨石沿着斜面拉上金字塔。就这样,堆一层坡,砌一层石,逐渐加高金字塔。建造胡夫金字塔花了整整20年的时间。

想象一下,对于每块石头平均重2.5吨,最大的重达160吨的石块,要一个什么样的坡度,又须要修多长的坡才能实现?显然这对于劳动效率而言不是最佳选项。短距离的水平运输采用这种方式可能效果更好。

图三 利用水的浮力和羊皮气囊来运输完成堆砌的猜想图

猜想二:古人没有什么发达的交通工具,金字塔的花岗岩采石场附近有沟渠,因此最有可能的方法就是水运,在河流域通往胡夫金字塔的路线建造运河,能够凭借水的浮力来运送石块。金字塔的原料来自于距离遥远的采石场,古埃及没有什么橡胶之类的漂浮工具,他们利用皮筏和绳索固定石块,让石头浮起来。古埃及人用牛只拖运一个个石块到运河的港口。接下来的问题是,如何将这些石块一层一层的运上去?在往上的渠道中间,古埃及人设置了许多道闸门,当第一道闸门开启的时候,石头就会浮到第二道闸门处,再关闭第一道,打开第二道,以此类推。在这样的运送方式下,巨大的石块就可以被运送到准备施工的高度,在这样一层一层得往上砌筑。

这种猜测对水的浮力应用相当熟练,但是在往上运输的过程中所碰到的技术难题(水渠的密封性)真正解决起来可不是一件容易的事。

图四 埃及金字塔建设时用的起吊运输示意图

猜想三:起吊运输。就图四做一下设想,成立的关键是古埃及人所能利用的材料和当时的技术条件是不是可以满足这一个起重吊装的过程?这一点是不容置疑的。这里只要满足两个条件:一是结绳技术的成熟应用;二是大量的木材以及加工技术。单从金字塔的石头加工上,我们可以想像加工木材的技术是完全没有问题的。至于结绳,是一项很古老的技术了,而且当时的尼罗河流域旁生长了许多的纸莎草,最有名的用途就是做为莎草纸,在建造金字塔时据信也用了纸莎草来编织粗硬的绳索。

也许古埃及人用的是三个猜想的整合方案来完成金字塔的建造的吧.用水路运输完成从采石场到工地码头,用起吊运输来完成从水到陆以及砌筑的过程,用筑路拖运的方式来完成短途运输。终于完成了这一伟大工程。

图五 埃及金字塔建设时用的牵引坡面运输示意图

再看图(五),古埃及人应用金字塔本身的自然坡度,应用重力平衡的原理来省力运输也是完全有可能的。这样,运送侧不就是我们的轿厢,而牵引侧就是我们的对重了。当然,我们也找得到扶梯的影子:在倾斜的坡面上完成运输。也就是说早在公元前2690年左右,我们人类在统治者追求的生活下,为了完成特定的工程,在使用和制造工具的过程中开始了电梯的研发和制造,只是那时候没有电,也就不叫电梯了。

图六 电梯基本原理示意图

回到本书的出发点,从图四和图五上是不是可以找到图六的影子?

埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统,直到今天,它的基本原理几乎没有任何变化,一个平衡物下降的同时,负载平台上升。

 

第二节,中国古代的简单机械中的电梯智慧

我国古代的农业、手工业、建筑业和运输业是比较发达的,因此简单机械的成就也是辉煌的,杠杆、斜面、辘轳等的应用非常广泛。

我国古代辘轳和绞车

辘轳的制造和应用,在古代是和农业的发展紧密结合的,它广泛地应用在农业灌溉上。我国在公元前1100年以前就发明了辘轳,它采用卷筒的回转运动完成升降动作,因而增加了提升物品的高度。根据《物原》记载:“史佚始作辘轳”。史佚是周代初期的史官。辘轳的应用在我国时间较长,虽经改进,但大体保持了原形,说明在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳。解放前在我国的北方缺水地区,仍在使用辘轳提水灌溉小片土地。现在一些地下水很深的山区,也还在使用辘轳从深井中提水,以供人们饮用。

古代汉族民间的起重机械,辘轳在春秋战国时代已用于从竖井中提升铜矿石。《农书》还记述了一种复式辘轳:绕在轴筒上的绳子两端各系一个容器,“顺逆交转,所悬之器虚者下,盈者上,更相上下,次第不辍,见功甚速。”这就省去空容器的行程时间;同时,空容器的重量也起一定的平衡作用。

现代强制驱动电梯示意图

可以说,我国古代劳动人民,用其非凡的智慧,为了提高劳动效率,在使用轴筒的绕转来增加提升高度、用大辐与小轴来省力。从最原始的原理上完成了强制电梯的原始制造和应用。而复式辘轳的发明无疑是在向曳引电梯的原理的方向迈进了一大步。而且为了增加摩擦力,采用了复绕的方式。

我国古代的龙骨水车

龙骨水车约始于东汉(公元25年-200年),三国时发明家马钧曾予以改进。此后一直在农业上发挥巨大的作用。清蒋炯《踏车曲》:“以人运车车运辐,一辐上起一辐伏。辐辐翻水如泻玉。大车二丈四,小车一丈六。小以手运大以足,足心车柱两相逐。左足才过右足续,踏水浑如在平陆。高田低田足灌沃。不惜车劳人力尽,但愿秋成获嘉谷。”

现代扶梯结构图

“以人运车车运辐,一辐上起一辐伏。辐辐翻水如泻玉。”有链节,有梯辐,有龙骨,更有了驱动轮和转向轮。这不就是一台古老的人力扶梯吗? 纯粹从原理角度来考量,无疑已经非常完美了。这比1891年,纽约企业家杰西·雷诺(Jesse Wilfred Reno)在美国科尼岛码头设计制造出世界上第一部自动扶梯,早了近1800年。

如果不纠结于驱动力,中国公元前1100年以前发明辘轳、始于东汉(公元25年-200年)的龙骨水车,已经相应的完成了电梯原理的创造和应用。并取得了相当的成就。 

关键词: 进化论 电梯

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