電梯機械部分原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、電梯機械部分原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 電梯機械部分相關(guān)系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制

2、器（PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。 電梯是將機械原理應用、電氣技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學、人體工程學及空氣動力學等多學科和技術(shù)集于一體的機電設(shè)備，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。為滿足和提高人們的生活質(zhì)量，電梯的智能化、自動化技術(shù)迅速發(fā)展。特別是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電梯的技術(shù)含量日益提高。在

3、改善電梯性能的同時，對電梯的設(shè)計、管理和維護人員提出了更高的要求。 第二章電梯的結(jié)構(gòu) 2.1 電梯的基本結(jié)構(gòu) 電梯是機與電緊密結(jié)合的復雜產(chǎn)品，是垂直交通運輸工具中使用最普遍的一種電梯，其基本組成包括機械部份和電氣部份，結(jié)構(gòu)包括四大空間（機房部分、井道和底坑部分、圍壁部分和層站部分）和八大系統(tǒng)（曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)）組成。 電梯基本結(jié)構(gòu)如圖2—1所示： 1-減速箱； 2-曳引輪； 3-曳引機底座； 4-導向輪； 5-限速器； 6-機座； 7-導軌支架； 8-曳引鋼絲繩； 9-開關(guān)碰鐵； 10-緊急終端

4、開關(guān)； 11-導靴； 12-轎架； 13-轎門； 14-安全鉗； 15-導軌； 16-繩頭組合； 17-對重， 18-補償鏈； 19-補償鏈導輪； 20-張緊裝置； 21-緩沖器； 22-底坑； 23-層門； 24-呼梯盒； 25-層樓指示燈； 26-隨行電纜； 27-轎壁； 28-轎內(nèi)操縱箱； 29-開門機； 30-井道傳感器； 31-電源開關(guān)； 32-控制柜； 33-曳引電機； 電梯的基本結(jié)構(gòu)剖視圖 34-制動器 圖2-1 2.1.1 機房部分 機房用來安裝曳引機、電控屏、限速器等。機房可以設(shè)置在井道頂部，也可設(shè)置在井道底部。當機房設(shè)

5、于井道底部時，即為曳引機下置式曳引方式。這種方式結(jié)構(gòu)復雜，建筑物承重大，對井道尺寸要求大，只有在機房無法頂置時才使用。對于絕大多 數(shù)電梯，橢均設(shè)于井道頂部。機房必須有足夠的面積，高度、承重能力及良好的通風條件。 組成：總電源控制盒、控制柜、曳引機、導向輪、限速器。 2.1.2 井道及底坑部分 井道由圍壁、頂板及底坑圍成一個在納電梯轎廂和對重的有限空間。為了出人，在每個層站開有入口。井道的底坑深入地面，用于安裝緩沖器、限速器、鋼絲繩漲緊裝置等。由于深人了地面，因此要求防水，最好有排水設(shè)施。 組成：導軌、導軌支架、對重、緩沖器、限速器張緊裝置、補償鏈、隨行電纜、底坑、井道照明。 2.1

6、.3 圍壁部分 圍壁的作用是將電梯與外界分隔開，當導軌架直接安裝在圍壁上時，它還應承受費切力。圍壁的結(jié)構(gòu)分為封閉式和空格式。 2.1.4 層站部分 層站是各樓層中，電梯停靠的地點。每一層樓，電梯最多只有一個站；但可根據(jù)需要在某些層樓不設(shè)站。 組成：層門（廳門）、呼梯裝置（召喚盒）、門鎖裝置、層站開關(guān)門裝置、層樓顯示裝置。 2.1.5 曳引系統(tǒng) 電梯曳引系統(tǒng)的作用是輸出動力并且傳遞動力，從而使電梯完成向上或向下的運動。 電梯的曳引系統(tǒng)如圖2—2所示： 圖2-2 電梯的曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪及反繩輪等組成。 曳引機是電梯的主要拖動機械，它驅(qū)動電梯的轎廂和

7、對重裝置作上、下運動，是電梯的動力源，。曳引機由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速箱、機座、曳引輪等組成，根據(jù)需要，有的曳引機還裝有冷卻風機、速度反饋裝置(光碼盤)、慣性輪等。根據(jù)電動機與曳引輪之間是否有減速箱，可分為有齒曳引機和無齒曳引機。對于有齒輪曳引機，需在曳引電動機轉(zhuǎn)軸和曳引輪轉(zhuǎn)軸之間安裝減速器(箱)，目的是將電動機軸輸出的較大轉(zhuǎn)速降低到曳引輪所需的較低轉(zhuǎn)速，同時得到較大的曳引轉(zhuǎn)矩，以適應電梯運行的要求。制動器是電梯的一個重要安全裝置，對主動轉(zhuǎn)軸起制動作用。除了安全鉗以外，只有它能使工作中的電梯轎廂停止運行，另外它還對轎廂與廳門地坎平層時的準確度起著重要作用。 電梯曳引鋼絲繩的兩端分別與轎

8、廂和對重裝置聯(lián)接，繩承受著電梯全部懸掛重量，且反復彎曲，承受很高的比壓，還要頻繁承受電梯起動和制動的沖擊。因此，對電梯曳引鋼絲繩的強度、耐磨性和撓性均有很高的要求。 當鋼絲繩的繞繩比大于1時，在轎廂頂和對重架上應增設(shè)反繩輪。反繩輪的個數(shù) 可以是1個、2個甚至3個，這與曳引比有關(guān)。 導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，將曳引鋼絲繩引向?qū)χ鼗蜣I廂的鋼絲繩輪，采用復繞型時還可增加曳引能力。導向輪安裝在曳引機架上或承重梁上。 2.1.6 導向系統(tǒng) 導向系統(tǒng)由導軌、導靴和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。 導軌固定在導軌架上，導軌架是承重

9、導軌的組件，與井道壁聯(lián)接。 導靴裝在轎廂和對重架上，與導軌配合，強制轎廂和對重的運動服從于導軌的直立方向。 2.1.7 門系統(tǒng) 門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、聯(lián)動機構(gòu)、門鎖等組成。 轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導軌架、門靴和門刀等組成。 層門設(shè)在層站入口，由門扇、門導軌架、門靴、門鎖裝置及應急開鎖裝置組成。 開門機設(shè)在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動力源。 2.1.8 轎廂 轎廂用以運送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構(gòu)架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂

10、體空間的大小由額定載重量或額定載客人數(shù)決定。 組成：轎廂、轎廂門、安全鉗裝置、平層裝置、安全窗、導靴、開門機、轎內(nèi)操縱箱、指層燈、通訊報警裝置。 2.1.9 重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分的額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側(cè)曳引 鋼絲繩長度變化對電梯平衡設(shè)計影響的裝置。 2.1.10 電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，對電梯實行速度控制。 曳引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或直流電機。 供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。 速度反饋裝

11、置是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器，與電機相聯(lián)。 調(diào)速裝置對曳引電機實行調(diào)速控制。 2.1.11 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、控制屏、位置顯示裝置、平層裝置、選層器等組成,它的作用是對電梯的運行實行操縱和控制。 操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂和機房中的檢修或應急操縱箱。 控制屏安裝在機房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實行電氣控制的集中組件。 位置顯示裝置是指轎內(nèi)和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯運行方向或轎廂所在的層站。 選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運行方向、發(fā)出加減速信號等作用。 2.

12、1.11 安全保護系統(tǒng) 安全保護系統(tǒng)包括機械和電氣的各類保護系統(tǒng)，可保護電梯安全使用。 機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用；緩沖器起沖頂和撞底保護作用；還有切斷總電源的極限保護等。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)都有。 第三章 電梯工作原理 3.１ 電梯系統(tǒng)工作原理 電梯的安全保護裝置用于電梯的啟?？刂?；轎廂操作盤用于轎廂門的關(guān)閉、轎廂 需要到達的樓層等的控制；廳外呼叫的主要作用是當有人員進行呼叫時，電梯能夠準 確達到呼叫位置；指層器用于顯示電梯達到的具體位置；拖動控制用于控制電梯的起 停、加速、減速等功能；門機控制主要用于控制當電梯達到一定位置后，電梯門

13、應該能夠自動打開，或者門外有乘電梯人員要求乘梯時，電梯門應該能夠自動打開。 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3—1所示： CPU 存儲器輸出接口PC 主機輸入接口轎廂操作盤廳外呼叫 指層器 調(diào)整 拖動控制 門機控制 井道裝置安全保護 裝置 圖3-1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 電梯信號控制基本由PLC 軟件實現(xiàn)。輸入到PLC 的控制信號有運行方式選擇（如 自動、有司機、檢修、消防運行方式等）、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護 信號、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。 電梯信號控制系統(tǒng)如圖3—2所示： 輸出接口PLC 輸入接口運行方式選擇運行控制信號安全保護信號 內(nèi)指令信號

14、 外指令信號開關(guān)門信號門區(qū)平層信號拖動控制系統(tǒng) 呼梯信號指示 樓層顯示運行方式指示 開關(guān)門控制 呼梯鈴 圖3-2 電梯信號控制系統(tǒng) 第四章控制系統(tǒng)分析 4.1繼電器控制系統(tǒng) 電梯繼電器控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高；普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高

15、；電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大；由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高，而且檢查故障困難，費時費工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 4.2 計算機控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，其主機一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運行的工控機。工控機有通用微機應用發(fā)展而來，在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，能提供實時操作系統(tǒng)的支持，

16、故對要求快速，實時性強，模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護要求工作人員應具有一定的專業(yè)知識，技術(shù)水平較高，且工控機在整機水平上尚不能適應惡劣工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗Υ诉M行了改進，變通用為專用，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等特性，更適應過程控制的要求。 4.3 PLC控制系統(tǒng) 可編程序控制器(PLC)最早是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電 器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，P

17、LC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。 可編程序控制器的應用領(lǐng)域，在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程序控制器的性能價格比的不斷提高，過去許多使用專用計算機的場合也可以使用可編程序控制器。比如用在開關(guān)量的控制，這是可編程序控制器最基本最廣泛的應用，它的輸入和輸出信號都是只有通、斷狀態(tài)的開關(guān)量信號，這種控制與繼電器控制最為接近，可以用價格較低，僅有開關(guān)量控制的功能的可編程序控制器作為繼電器控制系統(tǒng)的替代物。開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動線生產(chǎn)線，如機床控制、沖壓、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制，同樣也可以用于電梯的控制。

18、 可編程序控制器的特點： ①可靠性高、抗干擾能力強 ②控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強 ③編程簡單，使用、維護方便 ④組合方便、功能強、應用范圍廣 ⑤體積小、重量輕、功耗低 通過上述的簡述，PLC電梯控制系統(tǒng)應能夠達到如下要求： （1）安全性 電梯是運送乘客的，即使載貨電梯通常也有人伴隨，因此對電梯的第一要求便是安全。電梯中設(shè)置有必要的安全措施，它們主要有： ①超速保護裝置 ②轎廂超越上、下極限工作位置時，切斷控制電路的裝置，交流電梯（除 雜物電梯）還應有切斷主電路電源的裝置，直流電梯在井道上、下端站前，應有強迫減速裝置。 ③撞底緩沖裝置 ④對三相交流電源應設(shè)斷相保護的裝

19、置和相序保護裝置 ⑤應設(shè)置廳門、轎門電氣聯(lián)鎖裝置 ⑥電梯因中途停電或電氣系統(tǒng)有故障不能運行時，應有轎廂慢速移動措施 （2）可靠性 電梯的可靠性也很重要，如果一部電梯工作起來經(jīng)常出故障，就會影響人們正常的生產(chǎn)、生活，給人們造成很大的不便。不可靠也是事故的隱患，是不安全的起因。要想提高電梯的可靠性，首先應提高構(gòu)成電梯的各個零、部件的可靠性，只有每個零、部件都是可靠的，整部電梯才可能是可靠的。 （3）乘坐舒適感 根據(jù)人們生活中的經(jīng)驗證明，在運動速度不變的情況下，速度值的大小對人們的器官基本上沒有什么影響，這只是指人們沿地面或空中的沿與地面平行的任意方向運動的情況而言的。高速的升降運動就和

20、上述運動有所不同。這是由于在升降運動中，人體周圍氣壓的迅速變化，對人們的器官產(chǎn)生影響。例如耳膜會感到壓力而嗡嗡響等等。只要采取一定措施，這些影響是可以消除的。所以目前電梯的運行速度雖已高達10m/s。仍能使乘客無大的不適感。 （4）快速性 電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的?？焖倏梢怨?jié)省時間，這對于在快節(jié)奏的現(xiàn)代.中的乘客是很重要的?？焖傩灾饕ㄟ^以下方法得到： ①提高電梯額定速度 ②集中布置多臺電梯，通過電梯臺數(shù)的增加來節(jié)省乘客候梯時間 ③見面可能減少電梯起、停過程中加、減速所用的時間 （5）停站準確性 （6）電梯理想運行曲線 根據(jù)大量的研究和實驗表明，人可接

21、受的最大加速度為am≤1.5m/s2，加速度變化率ρm≤3m/s3,電梯的理想運行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲線實現(xiàn)較為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動及制動段的轉(zhuǎn)折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即ρm跳變到-ρm或由-ρm跳變到ρm的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實現(xiàn)并且有良好加速度變化率頻繁指標，故被廣泛采用。 變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當變頻器接收到控制器發(fā)出的呼梯方向信號，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值，啟動電動機，達到最大速度后，勻速運行，在到達目的層的減速點時，控制器發(fā)出切斷高速度信號，變頻器以設(shè)定的減速度將最大速度減至爬 行速

22、度，在減速運行過程中，變頻器能夠自動計算出減速點到平層點之間的距離，并計算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運行，使低速爬行時間縮短至0.3s,在電梯的平層過程中變頻器通過調(diào)整平層速度或制動斜坡來調(diào)整平層精度。即當電梯停得太早時，變頻器增大低速度值或減少制動斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動斜坡值，在電梯到距平層位置4—10cm時，有平層開關(guān)自動斷開低速信號，系統(tǒng)按優(yōu)化曲線實現(xiàn)高精度的平層，從而達到平層的準確可靠。（其速度曲線如圖4—1所示） 圖4-1 拋物線——直線綜合速度曲線 拋物線——直線綜合速度曲線的加速時間的起始階段（ta/n）和最末段（ta/n）均為拋物線形速度曲線，而中間段（n

23、-2）ta/n為直線形的速度曲線；n為起動時間系數(shù)。 三周的專業(yè)設(shè)計很快的結(jié)束了。在這次課程設(shè)計中，我感覺到了自己以前學的知識只是皮毛而已，在實際運用上還有很多不足。理論和實際不能很好的運用，在設(shè)計過程中遇到了一些不懂得知識。 在設(shè)計的過程中，雖然感覺到不足的地方很多，但是也學到了不少知識。在一定程度上，使我對以前學習過的東西有了加深理解和熟練操作。專業(yè)設(shè)計是機械專業(yè)學習的一個重要的、總結(jié)性的理論和實踐相結(jié)合的教學環(huán)節(jié)，是綜合運用所學知識和技能的具體實踐過程。 再接下來的畢業(yè)設(shè)計當中，我會更加努力學習，認真做設(shè)計，從而可以學到更多實踐性的知識，而且老師還把他的經(jīng)驗交給我們，對我們來說受益

24、匪淺。這次課程設(shè)計對我來說就像經(jīng)歷了一次考驗，結(jié)果可能不是最好的，與其他同學相比可能有一定差距，但是相信通過這次的學習和以后的努力，一定會有所提 首先要感謝學校給了我們這次寶貴的實訓機會，在此之前，我僅限于了解書本上的知識，對實踐的內(nèi)容一無所知，找不到理論與實踐的結(jié)合點，通過三周的摸索和老師的指導，慢慢有了進步，掌握了很多以前不知道的知識。 還要感謝王曉明王老師的教導，開始時對題目無從下手，經(jīng)老師指點后，終于確定了大概的設(shè)計框架。 這次專業(yè)設(shè)計，雖然我完成的不一定很好，但是通過老師的幫助和自己的努力完成課程設(shè)計還是讓我有一種自豪感，畢竟是我自己認真的去思考所得來的成果。在這次專業(yè)設(shè)計結(jié)束

25、的時候，我感到有一種輕松感，不是因為課程設(shè)計不用再做了，而是因為我從這次課程設(shè)計中獲得了知識，有所學、有所用。 最后再次感謝學校讓我們得到這次實訓機會，這會是我們以后工作中的寶貴財富，為以后打下了基礎(chǔ)。雖然結(jié)果不是最好的，但是過程是最重要的，在這個過程中我努力了，成長了，這就是最好的！ 最后，衷心的對老師說一聲：老師，您辛苦了！ 參考文獻 [1]汪曉平主編.PLC可編程控制器系統(tǒng).人民郵電出版社，2021. [2]李國厚主編.PLC原理與應用設(shè)計.化學工業(yè)出版社，2021. [3]程玉華主編.西門子S7-200工程應用實例分析.電子工業(yè)出版社,2021. [4]王衛(wèi)星等著.可編程控制器原理及應用.中國水利水電出版社，2021. [5]胡學林編著.可編程控制器應用技術(shù).高等教育出版社，1996. [6]劉載文等著.電梯控制系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社， 1996. [7]陳家勝主編.電梯結(jié)構(gòu)原理及安裝維修.北京：電子工業(yè)出版社，1990. [8]朱善君等著.可編程序控制系統(tǒng)原理、應用、維護.北京：清華大學出版社,1992. [9]王兆義主編.可編成控制器教程.北京：機械工業(yè)出版社，2021. [10]陳伯時等.交流調(diào)速系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，2021. [11]孫振強主編.可編程控制器原理及應用.清華大學出版社,2021.