一种过街节能电梯的设计

黄灿军，王元春

（广东水利电力职业技术学院，广东 广州510635）

1 引言

步行交通是居民出行的重要方式。在城市里，步行交通主要分为沿街步行与过街步行。其中的过街步行，因为人行通道与机动车道重叠，导致交通事故、道路拥堵等问题，在城市交通中显得尤为重要。多年以来，城市的建设与规划一直以保障机动车的通行能力为目标，一些城市快速主干道，为了提高机动车的通行能力，采取尽量减少交通灯而设置多个过街天桥或过街地道等过街设施，给行人，尤其是一些体弱者步行过街带来极大不方便。因此，有些步行过街设施被行人弃用[1]，而采取违规的过街方式会带来更大的危险。某些城市采用全自动扶梯式过街天桥以提高行人过街的舒适性，但这种过街设施的建造与使用成本都较高，并不能被广泛推广应用。因此，有必要推动新型自动过街设施及其技术的实现，将行人过街通道与机动车道相互隔离，并能使行人方便、快捷、舒适地过街，同时具有安全、节能、建造成本与使用成本低等优点，进而缓解城市交通拥堵情况。

2 过街设施的人性化设计需求

自1936年起，国外学者就对过街步行等问题进行了系列研究，例如行人在心理上对绕行距离的接受程度、立体过街的设置标准、人车交通行为的仿真模型、行人对过街设施的选择偏好、行人过街安全设置等。在国内，段里仁[2]教授率先开展对行人过街设施的研究，从而带动中国在行人过街设施相关理论与技术应用等方面的研究[3-5]。

20世纪50年代以后，人文主义城市交通理论被提出，一些发达国家倡导以人为本才是城市规划的初衷，城市要重视步行空间规划，真正做到以人为本、人文精神与科学精神相融合[6]。然而要将以人为本真正落到实处，任重而道远。虽然当前城市的过街设施在不断改进与优化，但在日常生活中行人闯红灯、乱穿马路、人车抢道等现象普遍存在，既带来安全问题也增加了道路的拥堵程度。人们往往将行人违章过街归咎于素质问题，而忽视过街设施对行人过街造成的时间延误和额外的体力消耗等心理不适问题，现有的某种行人过街设施，很难做到保障机动车通行能力、保障行人过街安全、减少行人过街延误时间、提供舒适的人性化过街设施及节能等多方面的统一。熊文等[7]针对过街设施对上海市民进行调查，认为增加自动扶梯等人性化设计是影响行人偏好的根本因素。因此，开展新型行人过街设施的研究具有非常重要的意义。通过新技术的应用，为行人，特别是为老人、儿童等行动不便、安全意识较差的群体提供一种便捷、安全、舒适的人车分离过街设施，从而促进“以人为本”过街方案的实现，适当缓解城市交通拥堵问题，进一步提升城市形象[8]。

3 行人过街节能电梯整体设计方案

行人过街节能电梯整体设计如图1所示。该电梯包含有2组U形导轨和2个箱体，2组U形导轨在垂直方向上以地面为对称面呈镜像上下排列，每组导轨包含6根导轨，共计12根，每组导轨的每侧又各有3根，所有U形轨道的形状一致。其中地上U形轨道从道路的一侧在地面之上横跨到道路的另一侧，地下U形轨道从道路的一侧在地面以下穿过路面到达道路的另一侧。每组轨道中，在垂直方向上两轨道间的距离相等，保证地上箱体和地下箱体运动过程中底部一直保持水平状态（如图1中位置a所示），同时每个箱体的两侧分别由3根导轨支撑，其运行平稳。地上U形轨道和地下U形轨道上还安装有导电条，为箱体照明、通风等提供电源。

箱体由箱体支架和支撑轴支撑，轴的两端安装有滚动轮。滚动轮安装在U形轨道中，可沿U形轨道运动，从而带动箱体沿着U形轨道运动。每根轨道均有上下两个导条，并于两端形成封闭，同时上下导条的内侧分别开有与滚动轮外形一致的凹槽，使滚动轮只能沿着轨道运动而不发生侧向移动或脱离轨道等情况。电梯滚轮安装如图2所示。

图2 电梯滚轮安装示意图

在每组6根轨道中，导轨的两端分别装有位置检测装置以及锁扣装置，如图3所示。当箱体的滚动轮沿U形轨道向某方向运动，来到该行程终点处，被位置检测装置检测到，锁扣装置立即将滚动轮锁死，使滚动轮停在该处。牵引同步带同时与上下箱体的支撑轴相连，通过同步带轮形成首尾相连，可以牵引上下两个箱体按照图1所示的顺时针或逆时针方向做同步运动。

图1 行人过街节能电梯整体设计方案示意图

图3 电梯锁扣装置安装示意图

地上轨道位于最上排两根导轨的外侧，地下轨道位于最下排两根导轨的外侧，在地上轨道和地下轨道分别安装有地上牵引带导向槽和地下牵引带导向槽，与地上U形轨道和地下U形轨道在箱体运动方向上的形状一致，如图4所示。地上牵引带导向槽和地下牵引带导向槽的内侧沿箱体运动方向装有多个滚子，由于牵引同步带沿着地上牵引带导向槽和地下牵引带导向槽运动时，牵引同步带与滚子接触，变滑动摩擦为滚动摩擦，减少摩擦力的消耗。

图4 行人过街节能电梯驱动示意图

外墙体将电梯活动部分与行人隔离，保护行人安全，外墙体上设有自动开关门，与箱体的自动开关门对应，用于行人进出箱体。

4 行人过街节能电梯运行方式

从图1、图2中可以看出，地上箱体、地下箱体的初始位置分别位于地上U形轨道和地下U形轨道的某一端，并分别位于道路的两侧。当行人需要过马路时按下电梯的开门按钮，自动开关门和箱体的门被打开，行人分别进入地上箱体、地下箱体，自动开关门延时后被强制关闭，完全关闭后发出信号使地上锁扣装置和地下锁扣装置同时松开，电动机启动，通过牵引同步带带动地上箱体、地下箱体运动，由于地上箱体上升的行程刚好是地下箱体下降的行程，地上箱体下降的行程又刚好是地下箱体上升的行程，两者之间通过牵引同步带连接在一起运行，从而使电梯运行过程中下降行程的箱体与行人的重力刚好为上升行程的箱体与行人提供驱动力，极大降低了能量消耗。当地上箱体、地下箱体分别到达终点后，并由另一端的地上锁扣装置和地下锁扣装置锁死固定，自动开关门和箱体的门被打开，行人出、进，再重复上述过程，将需要过马路的行人运送到另一边。

5 结束语

本文提出的过街节能电梯无垂直下落行程，行人全程均处于密闭的箱体内，安全风险低。运行过程中两个箱体的上升、下降行程刚好相反，使下降行程的箱体通过同步带为上升行程的箱体提供动力，能减少电能的消耗。该过街电梯通过U形轨道一次性将行人从街道的一侧运送到另一侧，无需行人再自行行走，从而实现行人便捷、安全、舒适地过街，吸引行人自觉使用，将对城市的人车分离过街产生很大的帮助，在一定程度上能够改善城市交通拥堵的状况。为过街设施的优化和创新设计提供参考与借鉴。