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斜行电梯在加速或减速运行时会对乘客产生水平作用力，这种水平作用力使乘客感到不稳定、不舒服和反感情绪。目前一些斜行电梯设计者为了减少这种影响，尽可能减小加速度，往往把斜行电梯运行的速度设计的很低(v≤1m/s)，这样虽然可以减小乘客的不舒服感，但是其工作效率太低。因此，研究快速斜行电梯可变角度倾斜机构的设计对于提高斜行电梯的运行速度及改善乘坐舒适性有着重要的意义。
一、轿厢水平时受力状况分析
(一)水平加速度
水平加速度的峰值和持续时间是影响乘客感觉的主要因素，乘客乘坐斜行电梯时往往会觉得不舒服是因为乘客希望乘坐平稳，担心受到冲击时失去平衡，甚至跌倒。根据大多数人的感觉，所测得的加速度最大值在0.012～0.018g之间，加速度变化率大约0.2g/s。因此，从安全的角度考虑，最大加速度值约0.01g，加速度变化率小于0.2g/s是可以的。下文将按照这样低的加速度值设计一种可变角度倾斜机构，使得斜行电梯能像快速垂直电梯那样快速、高效的运行。
(二)受力分析
作用在轿厢内乘客的力总是由两个方向的力组成即地球引力和轿厢加速力。在一般垂直电梯中，这两个力总是沿铅垂方向作用于乘客，是和乘客的重心线一致的。根据我们的许多经验，人们所能接受的垂直加速度值大约是1±0.1g。在前文已提到水平加速度的极限值为0.01g，这是一个较低的数值。在此，垂直加速度和水平加速度可能交互影响，但二者合成值对乘客的影响要小于二者分量的最大值的影响。由于二者数值相差较大，其合成值将不会有太大的变化，因此可忽略一个方向对另一个方向的影响，并且对每一个方向上加速度进行分别研究。
二、可变角度倾斜机构的设计
要想使快速斜行电梯的乘客不会感到身体受力，需要一个机构装置，使轿厢在任意时刻都能保持在最佳倾斜角度位置，而不受干扰，通过开环或闭环和反馈控制系统使其按预先设计的功能曲线进行工作。
(一)控制系统
可变角度倾斜机构由安装在轿厢上的加速度传感器测量轿厢的水平加速度信号，经滤波、修正和延时后得到轿厢的倾斜控制信号。为了提高轿厢的乘坐舒适性和可靠性，加速度信号需经低通滤波后才能用于控制倾斜。
(二)作动器设计
1.作动器控制方式的选择控制。可变角度倾斜机构将采用电脑控制、动力辅助的主动倾斜，其作动器可以是气动式、液压式或者机电式的。
(1)气动式作动器由于气体的可压缩性，致使倾斜系统响应有一点滞后，同时因为压缩空气压力低，所以要求作动器的直径和体积都较大。
(2)液压式作动器的控制系统采用电液伺服阀，它对油液污染特别敏感，效率低、加工精度要求高，同时它需要液压油源系统，因此系统的体积、重量较大，成本高。
(3)机电式作动器通过伺服电机的旋转运动带动安装在电机轴上的齿轮转动，通过齿轮减速，传递到滚珠丝杆副的螺母，通过滚珠丝杆的螺母旋转，转化为丝杆的伸缩运动。
机电式作动器具有系统体积小、重量轻、控制精度高等优点，并且随着交流变流技术的迅速发展，交流变频传动系统的成熟，无刷交流饲服调速电机、变频控制器均有性能可靠的成品，加上无间隙、大推力、高精度的行星滚柱丝杠的研制成功，使得采用机电作动器形式成为最佳的选择。
2.传动丝杠的选择。在机电作动器中，机电作动器使用功率放大器控制的电机来驱动高传动效率的螺杆机构，利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动。丝杠与螺母之间为无隙连接，运动精度高，经过正反转后仍能精确定位，传动效率高，它还能承受颠簸和振动，只需要很小的维护，滚珠丝杠在机床直线进给运动中普遍采用。由于滚珠丝杠是滚珠和滚道间的点接触传力，接触应力较大，承载能力相对较小。行星滚柱丝杠采用了齿形啮合的面接触传力，丝杠的承载能力大大加强，而且具有运动精度高、丝杠寿命长的优点。因此，所设计的可变角度倾斜机构机电作动器将使用行星滚珠丝杠。
3.机电作动器结构设计。设计可采用伺服电机带着螺母旋转，螺母驱动丝杠，使丝杠直线运动。传动比选为10，由电机所带传动比为5的行星减速齿轮头和传动比为2的一级齿轮传动实现。
(三)可旋转轿厢结构设计
在起牵引和支撑轿厢作用的底部滑车上固接一个支撑架，轿厢通过铰接机构与支撑架相连，支撑架需要有足够的强度和刚度能够支撑轿厢的重量，同时还要留出一定的空间使得轿厢旋转时不发生干涉。从安全角度考虑，轿厢与铅垂线的倾斜角不能大于8°，即轿厢以通过铰接机构中心的铅垂线为基准，可旋转角度为大于－8°小于8°。
(四)可变角度倾斜机构总体设计
可变角度倾斜机构由倾斜执行机构、作动器和控制系统组成。先由控制系统根据斜行电梯加速起动还是减速制动来控制作动器工作，然后由作动器将输入的动力源转换为轿厢倾斜力，输出给倾斜执行机构。倾斜执行机构再使轿厢发生倾斜，最后仍然由控制系统对轿厢倾斜角进行检测，控制作动器的工作。
当电机断电作动器无动力输出时，由于倾斜机构左右对称，轿厢在自身重力作用下将自动回正。这有效地避免了在突发事故时轿厢由于不能回正而发生倾覆的危险。
保证轿厢旋转后倾斜角在±8°范围内变化，且倾斜机构摆杆不会与轿厢滑车发生干涉。
三、倾斜机构运行时倾斜角变化情况
对斜行电梯来说，垂直加速度和水平加速度方向不在同一作用线上，水平加速度作用于轿厢和乘客。为了消除垂直作用于乘客轴线的加速度，可通过倾斜机构将轿厢倾斜角，使作用力的合力通过轿厢的纵轴，也就是说合力是在铅垂方向上作用于乘客。由于没有垂直于乘客轴线的加速度的作用，因此乘客不会感到有任何的干扰。实际上乘客可能不知道电梯不是在垂直方向上移动而是在倾斜方向上运行。倾斜角随着瞬时加速度的变化而变化，当轿厢的运行速度达到恒定时，倾斜角将变为0。
四、结语
本文受摆动火车和摆动汽车启发，拟设计一种可变角度倾斜机构，使轿厢在起、制动时能够倾斜一定角度以抵消作用在乘客身上的水平作用力，从而使得这种新型的、快速高效的斜行电梯可以像一般垂直梯一样经济高效的运行，同时又不会对乘客产生任何不舒适的影响。
责任编辑：赵秀娟
一、轿厢水平时受力状况分析
(一)水平加速度
水平加速度的峰值和持续时间是影响乘客感觉的主要因素，乘客乘坐斜行电梯时往往会觉得不舒服是因为乘客希望乘坐平稳，担心受到冲击时失去平衡，甚至跌倒。根据大多数人的感觉，所测得的加速度最大值在0.012～0.018g之间，加速度变化率大约0.2g/s。因此，从安全的角度考虑，最大加速度值约0.01g，加速度变化率小于0.2g/s是可以的。下文将按照这样低的加速度值设计一种可变角度倾斜机构，使得斜行电梯能像快速垂直电梯那样快速、高效的运行。
(二)受力分析
作用在轿厢内乘客的力总是由两个方向的力组成即地球引力和轿厢加速力。在一般垂直电梯中，这两个力总是沿铅垂方向作用于乘客，是和乘客的重心线一致的。根据我们的许多经验，人们所能接受的垂直加速度值大约是1±0.1g。在前文已提到水平加速度的极限值为0.01g，这是一个较低的数值。在此，垂直加速度和水平加速度可能交互影响，但二者合成值对乘客的影响要小于二者分量的最大值的影响。由于二者数值相差较大，其合成值将不会有太大的变化，因此可忽略一个方向对另一个方向的影响，并且对每一个方向上加速度进行分别研究。
二、可变角度倾斜机构的设计
要想使快速斜行电梯的乘客不会感到身体受力，需要一个机构装置，使轿厢在任意时刻都能保持在最佳倾斜角度位置，而不受干扰，通过开环或闭环和反馈控制系统使其按预先设计的功能曲线进行工作。
(一)控制系统
可变角度倾斜机构由安装在轿厢上的加速度传感器测量轿厢的水平加速度信号，经滤波、修正和延时后得到轿厢的倾斜控制信号。为了提高轿厢的乘坐舒适性和可靠性，加速度信号需经低通滤波后才能用于控制倾斜。
(二)作动器设计
1.作动器控制方式的选择控制。可变角度倾斜机构将采用电脑控制、动力辅助的主动倾斜，其作动器可以是气动式、液压式或者机电式的。
(1)气动式作动器由于气体的可压缩性，致使倾斜系统响应有一点滞后，同时因为压缩空气压力低，所以要求作动器的直径和体积都较大。
(2)液压式作动器的控制系统采用电液伺服阀，它对油液污染特别敏感，效率低、加工精度要求高，同时它需要液压油源系统，因此系统的体积、重量较大，成本高。
(3)机电式作动器通过伺服电机的旋转运动带动安装在电机轴上的齿轮转动，通过齿轮减速，传递到滚珠丝杆副的螺母，通过滚珠丝杆的螺母旋转，转化为丝杆的伸缩运动。
机电式作动器具有系统体积小、重量轻、控制精度高等优点，并且随着交流变流技术的迅速发展，交流变频传动系统的成熟，无刷交流饲服调速电机、变频控制器均有性能可靠的成品，加上无间隙、大推力、高精度的行星滚柱丝杠的研制成功，使得采用机电作动器形式成为最佳的选择。
2.传动丝杠的选择。在机电作动器中，机电作动器使用功率放大器控制的电机来驱动高传动效率的螺杆机构，利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动。丝杠与螺母之间为无隙连接，运动精度高，经过正反转后仍能精确定位，传动效率高，它还能承受颠簸和振动，只需要很小的维护，滚珠丝杠在机床直线进给运动中普遍采用。由于滚珠丝杠是滚珠和滚道间的点接触传力，接触应力较大，承载能力相对较小。行星滚柱丝杠采用了齿形啮合的面接触传力，丝杠的承载能力大大加强，而且具有运动精度高、丝杠寿命长的优点。因此，所设计的可变角度倾斜机构机电作动器将使用行星滚珠丝杠。
3.机电作动器结构设计。设计可采用伺服电机带着螺母旋转，螺母驱动丝杠，使丝杠直线运动。传动比选为10，由电机所带传动比为5的行星减速齿轮头和传动比为2的一级齿轮传动实现。
(三)可旋转轿厢结构设计
在起牵引和支撑轿厢作用的底部滑车上固接一个支撑架，轿厢通过铰接机构与支撑架相连，支撑架需要有足够的强度和刚度能够支撑轿厢的重量，同时还要留出一定的空间使得轿厢旋转时不发生干涉。从安全角度考虑，轿厢与铅垂线的倾斜角不能大于8°，即轿厢以通过铰接机构中心的铅垂线为基准，可旋转角度为大于－8°小于8°。
(四)可变角度倾斜机构总体设计
可变角度倾斜机构由倾斜执行机构、作动器和控制系统组成。先由控制系统根据斜行电梯加速起动还是减速制动来控制作动器工作，然后由作动器将输入的动力源转换为轿厢倾斜力，输出给倾斜执行机构。倾斜执行机构再使轿厢发生倾斜，最后仍然由控制系统对轿厢倾斜角进行检测，控制作动器的工作。
当电机断电作动器无动力输出时，由于倾斜机构左右对称，轿厢在自身重力作用下将自动回正。这有效地避免了在突发事故时轿厢由于不能回正而发生倾覆的危险。
保证轿厢旋转后倾斜角在±8°范围内变化，且倾斜机构摆杆不会与轿厢滑车发生干涉。
三、倾斜机构运行时倾斜角变化情况
对斜行电梯来说，垂直加速度和水平加速度方向不在同一作用线上，水平加速度作用于轿厢和乘客。为了消除垂直作用于乘客轴线的加速度，可通过倾斜机构将轿厢倾斜角，使作用力的合力通过轿厢的纵轴，也就是说合力是在铅垂方向上作用于乘客。由于没有垂直于乘客轴线的加速度的作用，因此乘客不会感到有任何的干扰。实际上乘客可能不知道电梯不是在垂直方向上移动而是在倾斜方向上运行。倾斜角随着瞬时加速度的变化而变化，当轿厢的运行速度达到恒定时，倾斜角将变为0。
四、结语
本文受摆动火车和摆动汽车启发，拟设计一种可变角度倾斜机构，使轿厢在起、制动时能够倾斜一定角度以抵消作用在乘客身上的水平作用力，从而使得这种新型的、快速高效的斜行电梯可以像一般垂直梯一样经济高效的运行，同时又不会对乘客产生任何不舒适的影响。
责任编辑：赵秀娟