Анализ подъемных механизмов: история и современность.
Аннотация: В статье рассматривается история возникновения подъемных аппаратов, выясняется, что способствовало их развитию, как они повлияли на нашу жизнь и в целом на вид больших городов. Первые конструкции, напоминающие собой подъёмный механизм, то есть наличие тросов, блока и противовеса, описаны в древнем Египте еще до нашей эры. Первый лифт был найден в городе рядом с Помпеей, который предназначался для подъема блюд из кухни до столовой. В средние века тоже были подобия лифтов, но они были очень дорогими и могли позволить себе лифт только богатые люди. В 1795 году появился пассажирский лифт, управляемый человеком, а в 1845 действующий посредством давления воды, но была одна нерешенная проблема, которая мешала развитию подъемных машин – это отсутствие систем безопасности. Эту проблему в 1852 году решил Элайша Грейвс Отис, американский изобретатель, в прошлом неудавшийся бизнесмен. Он придумал механизм, который при обрыве троса все равно удерживал платформу (кабину), а не давал ей упасть и прославил свое изобретение при помощи рекламного трюка. В 1880 году построили электрический пассажирский лифт, который поднимал груз(пассажиров) гораздо быстрее, чем аналог, работающий на гидравлике. Эти два изобретения и дали огромный толчок зданиям — расти в верх. Ни одна высотка не может обслуживать и эксплуатироваться без лифта. Высотность – это отличительная черта городской эффективности и экономичности.
Ключевые слова: лифт, грузоподъемный механизм, Элайша Грейвс Отис, ловители, тросы, амортизаторы, высотные здания, небоскрёбы, организация перевозки пассажиров в высотных зданиях.
Analysis of elevators: Past and Present.
Key words: elevator, lifting device, Elisha Graves Otis, catcher, ropes, shock absorbers, high-rise buildings, skyscrapers, organization of the transport of passengers in high-rise buildings.
Почти что каждый житель любого большого города начинает рабочий день с подъема или спуска на пассажирском лифте – это и есть самый часто встречающийся грузоподъемный механизм. Люди живут, работают и проводят досуг на высоте, до которой не представляет возможности добраться самостоятельно, не прилагая физических усилий, или до которой невозможно доставить тяжелый груз без лифта. Было посчитано, что лифт в среднем проходит 3 тысячи км за месяц и 720 000 км за 20 лет работы — это около 3 000 000 пусков. [1]
Так что же такое грузоподъемная машина и как она работает?
Грузоподъёмная машина — это устройство для подъёма грузов или людей в вертикальной или близкой к ней наклонной плоскости, разновидность подъёмно-транспортных машин циклического действия. [3]
Если разобраться в механизме работы грузоподъемных механизмов, то можно почти что сразу предположить с чего начался путь его развития и как египтяне еще в 2600 году до нашей эры додумались использовать их в строительстве пирамид или как в 236 г. до н.э. Архимед построил подъёмный аппарат.
Главная задача грузоподъемного механизма — это поднять тяжелый груз на высоту с минимальными энергетическими затратами. Для этого нужен блок, уменьшающий усилие, необходимое для подъема груза [7], а также противовес, облегчающий работу механизма, который приводит в движение тросы. [6] Этот механизм – это либо лебедка, которая используется сейчас, либо человеческая сила, как это, наверное, было в древнем Египте.
Не смотря на конструктивные различия и особенности, принцип устройства современного лифта один. Он подразумевает наличие стандартного набора частей. (рис.1) Кабина или платформа пассажирского лифта, которая закреплена на стальных тросах (рис.2), перекинутых через шкив (колесо с ободом по окружности) приводного механизма, который представляет собой систему, с помощью которой канаты приводится в движение (в основном в качестве этого механизма используют лебедку). Приводной механизм вместе с аппаратурой управления лифтом, которые находятся в машинном отделении, расположенном в верхней части шахты, куда и передаются сигналы из кабины лифта. На одном из концов стальных тросов находятся противовесы – грузы, уравновешивающие кабину или платформу лифта. Поэтому, когда кабина лифта приводится в движение электрическим двигателем, противовесы опускаются вниз и поднимают кабину или наоборот. Мощность, затрачиваемая на эту работу, снижается за счет того, что основная нагрузка по подъему кабины выполняется за счет противовеса. [4] Таким образом функционирует современный лифт.
| Рис. 1 Разрез многоквартирного дома по лифтовой шахте с изображением основных частей устройства современного лифта. |
В римском городе Геркулануме, погибшем во время извержения Везувия одновременно с Помпеями, нашли не просто упоминание, а сам древний лифт, который предназначался для подъема кулинарных блюд из кухни в столовую. В дальнейшем в средние века тоже имелись подобия подъемных аппаратов, но они были очень дорогие и позволить себе их могли только монархи, дворяне и церковнослужители. В 1795 году Иван Кулибин создал первый в России пассажирский лифт, управляемый человеком. Этот лифт работал в Зимнем дворце в Петербурге, а в 1845 году Вильям Томпсон разработал первый гидравлический лифт. [1] Все эти механизмы имели один большой недостаток — они не был оснащены ни какими системами безопасности.
На сегодняшний день в лифтах имеется всё для почти полной безопасности:
Первое это тросы, выполненные из нескольких сплетений стальных волокон (рис.2 и 3), из-за такой структуры один трос может выдержать вес кабины лифта и противовеса самостоятельно. Они обеспечивают 16-ти кратный запас прочности.
| Рис.2 Стальные тросы, на которых закреплена кабина лифта.
|
Рис.3 Схематичное расположение стальных тросов. |
Без тросов невозможно передвижение лифтовой кабины, но что если они оборвутся?
Первым придумал решение этой проблемы американский изобретатель Элайша Отис(рис.6). [3] Именно он в 1854 году на выставке в Нью-Йорке продемонстрировал новое устройство безопасности – ловители.
| Рис.4 Схематическое расположение системы амортизаторов, предназначенные для смягчения приземления лифта. | Рис.5 Схематичное расположение ловителей. |
Работа ловителя заключается в том, что приямок лифта, находящийся внизу шахты, служит вместилищем системы амортизаторов (рис.4) и натяжного устройства ограничителя скорости, который, в свою очередь канатами связан с ловителями (рис.5). Блокировка кабины лифта в случае обрыва или ослабления тросов осуществляется с помощью ловителей, которые останавливают движение. Они же выполняют функцию тормоза при превышении кабиной или противовесом номинальной скорости. [5]
Элайша Отис родился в многодетной семье (шестым ребёнком из шести детей) и в молодости пытался заниматься бизнесом, но у него не получилось добиться успеха тогда. [8] В наши дни компания «Otis» является одним из лидеров на мировом рынке лифтов. Его изобретение внесло большой вклад в развитее грузоподъемных машин, но прославил его и его небольшую мастерскую по производству лифтов один рекламный трюк, придуманный им же. Была установлена конструкция, в которой между двумя опорами высотой 12 метров двигалась подъемная платформа. На вершине сооружения стоял помощник, державший в руке острый меч. На платформе среди бочек и ящиков стоял сам Отис во фраке и цилиндре. Паровая машина подтягивала платформу на самый верх. Ассистент по его команде обрубал канат. Платформа сперва устремлялась вниз, но через 2-3 метра автоматика со страшным скрежетом срабатывала и останавливала падение. Отис снимал цилиндр и раскланивался (рис.7). [9]
|
|||
| Рис.6 Элайша Грейвс Отис | Рис.7 Отис раскланивается, снимая цилиндр, после демонстрации ловителей в живую. |
Вторая половина 19 века была большим прорывом для подъемных машин. После изобретения Отиса в 1852 году, Вернер фон Сименс – инженер из Германии, в 1880 построил в городе Мангейм электрический пассажирский лифт, который поднимался на высоту 22 метра за 11 секунд. Это случилось уже после кончины Отиса в 1861 году. Фирма «Otis» в 1889 году, установила свой первый электрический лифт в одном из нью-йоркских небоскрёбов. С тех пор проблема подъема на этажи больше не сдерживала рост зданий вверх. [1]
Известно, что первые высотки были построены в конце XIX века в США. Ни одно здание этого типа не может нормально функционировать без лифта. Однако подъемные механизмы в высотных зданиях немного отличаются от своих собратьев в малоэтажных домах. При проектировании таких механизмов необходимо предусмотреть множество нюансов, которые непосредственно влияют на безопасность и комфорт пассажиров.
В первых высотках схема организации перевозки практически не отличалась от обычной, в которой шахты лифта располагались по всей высоте здания, а кабина перемещалась и обслуживала пассажиров всех этажей. Но такая система неэффективна для зданий более 30 этажей так, как людям приходилось подолгу ждать лифта.
Классическая схема организации перевозки высотных зданиях заключается в выделении основного посадочного этажа (обычно первый) для всех лифтов здания, которые, разделяются на группы, каждая из которых обслуживает только определенную зону этажей. Например, одна группа лифтов перемещается только с 1 по 20 этажи. Другая только с 21 по 40 этаж, а первые 19 этажей проезжает без остановки. Эта группа этажей называется слепой зоной. Такая схема позволила увеличить скорость прохождения этажей, причем, чем выше уровень, на который нужно подняться, тем больше лифт разовьет скорость в слепой зоне и доставит на этаж. [10]
Самый высокий небоскреб США («Сирс Тауэр» в Чикаго) имеет 106 лифтов, 16 из которых — двухэтажные, то есть принимают и высаживают пассажиров сразу с двух этажей. Два экспресс-лифта для посетителей смотровой площадки на крыше преодолевают 412 метров за минуту и несколько секунд. [9]
Две вещи делают небоскрёбы возможными: стальной каркас и безопасный лифт. Город без лифтов – как чтение без бумаги или война без пороха. Без лифта нет вертикальности, и, как результат, — низкая плотность, нет ни одного из преимуществ городской эффективности, экономической производительности и культурных ферментов. Население земли постепенно растеклось бы по ее поверхности, как нефтяное пятно, и мы проводили бы ещё больше времени в машинах и поездах, пересекая обширные бетонные пространства. [2]
Библиографический список
- Цицин К.Г. Энциклопедия горожанина. Том 1: Жилище. – М.,2015-С. 480.
- In future [Электронный ресурс]: статья. Эти коварные лифты. – М.,2008. – Режим доступа: http://www.infuture.ru/article/551, свободный.
- Википедия [Электронный ресурс]: статья. Грузоподъёмная машина. – 2014. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org, свободный.
- Александров М.П., Подъёмно-транспортные машины: Учеб. для машиностроит. спец. вузов. — 6-е изд., перераб. — М.: Высш. шк., 1985.—520 с.
- Лифты и лифтовое оборудование [Электронный ресурс]: статья. Устройство лифта. – М. – Режим доступа: http://www.optimalift.ru/poleznaya_informatsiya/ustrojstvo_lifta, свободный.
- Это интересно! [Электронный ресурс]: статья. Откуда лифт знает, на каком этаже ему остановиться? – М., 2013. – Режим доступа: http://www.tavika.ru/2013/08/lift.html, свободный.
- IT News [Электронный ресурс]: статья. Как работают блоки? М., 2010. – Режим доступа: http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/211-kak-rabotayut-bloki, свободный.
- Справочник ЖКХ [Электронный ресурс]: статья. История лифта и Отиса. – Режим доступа: http://gkh-topograph.narod.ru/lift-history.htm, свободный.
- Архив журнала «НАУКА И ЖИЗНЬ» [Электронный ресурс]: Фролов Ю., статья. История лифта. 1998. – Режим доступа: http://www.nkj.ru/archive/articles/10345, свободный.
- Строительная компания [Электронный ресурс]: статья. Лифты в небоскребах: высота и современные технологии. – Режим доступа: http://mlifts.com/stati/lifti-v-neboskrebach-visota-i-sovremennie-technologii/, свободный.
Автор публикации
