Лифты: дизайн, история и будущие инновации

Основы

Лифт — платформа, которая может быть открытой или закрытой — транспортирует людей и грузы между этажами. Современные высотные коммерческие и жилые здания регулярно включают лифты. Закон об американцах с ограниченными возможностями (ADA) предписал многим двух- и трехэтажным зданиям модернизировать лифты для обеспечения доступности.

Ручные грузовые лифты появлялись на складах и фабриках еще в 1600-х. Прорыв пришел с демонстрацией Элиши Отиса в 1853 году на Нью-Йоркской мировой выставке, где устройство безопасности мгновенно включалось при обрыве подъемных тросов. Ранние модели работали на паре, а в 1871 году появились гидравлические лифты, использующие водяное давление. Начальные гидравлические плунжеры были цельными, требуя глубокие шахты; позже телескопические плунжеры уменьшили необходимую глубину. Электричество вскоре вытеснило пар и гидравлику, с первым коммерчески успешным электрическим лифтом, установленным в 1889 году. Электричество предложило универсальную доступность и практически неограниченную вертикальную высоту, в отличие от высотно-ограниченных гидравлических систем.

Электрические лифты эволюционировали от простых двигателей постоянного тока к современным системам переменного тока с редуктором и прямым приводом. Редукторные двигатели обычно справляются со скоростями до 500 фут/мин (153 м/мин), в то время как прямые приводы обеспечивают высокоскоростное движение до 2000 фут/мин (610 м/мин).

Технология управления сменилась от ручной операции к автоматическим кнопочным системам в 1950-х, и от электромеханических реле к твердотельной электронике в 1970-х. Сегодня микропроцессорные контроллеры обеспечивают точное регулирование скорости и диагностическую обратную связь.

Лифты проектируют с надежными системами безопасности: регулятор ограничивает скорость регулировкой приводного шкива, аварийный тормоз срабатывает при обрыве тросов, и замки дверей предотвращают операцию, пока двери не полностью закрыты. Многие блоки также включают аварийный телефон и люк в потолке для эвакуации пассажиров.

Дизайн

Хотя подъемный механизм остается в значительной степени неизменным, логика управления стала все более изощренной для повышения безопасности и пропускной способности пассажиров. Каждый лифт адаптируется к высоте здания, ожидаемому трафику и пиковым периодам использования.

Контрвеса балансируют кабинку плюс 40 % ее максимальной нагрузки, снижая усилие двигателя и предотвращая неконтролируемый спуск. В тяговой системе подъемный трос идет от кабинки, вокруг приводного барабана и обратно к контрвесу. Второй регуляторный трос соединяет кабинку с регуляторным шкивом, который запускает аварийный тормоз, если кабинка ускоряется за безопасные пределы.

Наклонная направляющая планка внутри шахты активирует этажные выключатели, которые замедляют и останавливают кабинку на правильном этаже. Когда кабинка выравнивается с дверным проемом, конечный выключатель сигнализирует контроллеру остановить кабинку и открыть внутренние и внешние двери.

Крупные коммерческие башни часто содержат множество лифтов, управляемых единой системой управления, минимизирующей время ожидания пассажиров. Простейшие системы используют отдельные кнопки вызова вверх/вниз на каждом этаже; контроллер отправляет ближайшую кабинку, движущуюся в желаемом направлении, сигнализируемую подсвеченными стрелками над дверьми.

Продвинутые конфигурации формируют «группы» лифтов, разделенные на секторы, покрывающие смежные этажи. После завершения поездки кабинка возвращается на назначенный домашний этаж или отправляется в сектор, наиболее удаленный от других доступных кабинок. Программирование по времени суток адаптирует стратегию диспетчеризации — утренние пики могут приоритизировать обслуживание первого этажа, в то время как вечерний трафик распределяет кабинки более равномерно.

Пожарные могут переопределить нормальную операцию ключом, направив лифт прямо на указанный этаж без промежуточных остановок.

Сырье

Каркас кабинки — стальная рама, обеспечивающая прочность и жесткость. Поперечина из стальных балок перекрывает шахту, поддерживая подъемную шкив. Подвес выходит из поперечины для удерживания платформы. Стены пассажирской кабинки обычно стальные панели с декоративной отделкой; пол может быть кафельным или ковровым, поручни часто нержавеющей сталью для долговечности. Подвесный потолок с люминесцентным освещением устанавливается под крышей кабинки. Пульты, тревожные кнопки и аварийный телефон размещены за панелями у дверей.

Направляющие ролики или подошвы сидят на концах подвеса, скользя по стальным направляющим рельсам, проходящим по внутренней стороне шахты. Аварийный тормоз состоит из двух зажимных граней, хватающих направляющие рельсы, когда клин — активируемый барабаном — замыкает челюсти.

Лифт в новом магазине Lord and Taylor в Нью-Йорке выглядел так в день открытия в 1873 году. (Из коллекций Музея Генри Форда & Greenfield Village.)

Волновой эффект лифта переформировал современные города. Без лифтов любое здание выше восьми или десяти этажей было бы непрактичным. В сочетании со стальными рамами и железобетоном лифты позволили небоскребы и, как следствие, современный городской ландшафт.

В 1880-х, по мере расширения городов и роста стоимости недвижимости, квартирная жизнь появилась как высокотехнологичный образ жизни. Застройщики продавали удобства — горячую и холодную воду, телефонные линии, центральный газ, полностью оборудованные ванные комнаты и лифты — чтобы привлечь средний класс арендаторов, которые больше не могли позволить себе отдельные дома.

Эти здания часто имели централизованное отопление, вентиляцию, водоснабжение и даже вакуумные системы, обслуживающие все квартиры. Доступ лифта демократизировал жизнь: каждый этаж был одинаково доступен, в отличие от Европы, где богатые семьи занимали средние этажи, а бедные были отнесены к подвалам или верхним уровням.

Уильям С. Претцер

Подъемный трос — оплетенная сборка из множества прядей, каждая из которых состоит из нескольких стальных проводов, скрученных вокруг льняного сердечника, амортизирующего и смазывающего трос.

В установке с подъемным барабаном подъемный трос идет от приводного барабана, вокруг верхней шкива и обратно к контрвесу. В тяговой барабанной системе трос обходится один раз вокруг приводного барабана перед возвращением к контрвесу.

Электрические подъемные двигатели специально спроектированы для лифтовых служб и могут включать редуктор, оба являются коммерческими компонентами.

Процесс производства

1. Производитель изготавливает лифтовые кабинки на выделенном заводе, используя стандартные методы резки, сварки и формовки металла. Внутренняя отделка может быть установлена после завершения внешнего облицовки здания.
2. На объекте лифтовая шахта интегрируется в дизайн здания с самого начала. По мере подъема структуры бетонные стены литуют, и прямота и размеры шахты тщательно контролируются.
3. После отделки стен шахты, но перед закрытием крыши, направляющие рельсы, пандусы выключателей, служебные лестницы и связанное оборудование закрепляются на месте.
4. Кран поднимает контрвес на вершину шахты и сажает его на рельсы.
5. Тот же кран поднимает лифтовую кабинку и частично сажает ее в шахту; направляющие колеса зацепляют рельсы, и кабинка опускается на дно шахты.
6. Шахта кровель, создавая машинную комнату над ней. Здесь монтируют подъемный двигатель, регулятор, контроллер и вспомогательное оборудование, с двигателем, позиционированным прямо над шкивом кабинки.
7. Финальная сборка соединяет подъемные и регуляторные тросы, завершает электропроводку и программирует контроллер.

Контроль качества

Каждый лифт, установленный в США, должен соответствовать стандартам безопасности, установленным Американским национальным институтом стандартов (ANSI) и Американским обществом механических инженеров (ASME). Местные строительные кодексы могут принимать эти стандарты или устанавливать эквивалентные требования. Государственные власти инспектируют, оценивают и сертифицируют каждый пассажирский лифт перед вводом в эксплуатацию и проводят регулярные переинспекции впоследствии.

Будущее

Технологии лифтов будут продолжать развиваться, хоть и постепенно. Новые системы управления учатся на исторических паттернах трафика для прогнозирования спроса, сокращая время ожидания. Лазерные датчики вводятся для контроля скорости кабинки и обнаружения пассажиров, в то время как сканеры этажей предвосхищают прибытие пассажиров. Эти инновации обещают более умную, безопасную и эффективную вертикальную транспортировку.