Лифт как работает: Как работает лифт в небоскребах? Алгоритмы + задачи с собеседований

Как работает лифт в небоскребах? Алгоритмы + задачи с собеседований

В небоскрёбах и других высотных зданиях лифт — это единственный способ добраться на нужный этаж за приемлемое время. Алгоритм по которому работает лифт должен учитывать множество факторов: скорость передвижения, безопасность, удобство пассажиров, время ожидания и другие. Современные умные лифты используют для этого компьютерное моделирование и машинное обучение.

История

Первые лифты приводились в движение паровой машиной, их работой управлял оператор. В 1924 году компания Otis представила первый автоматический лифт, управляемый логическими реле. Это позволило увеличить скорость передвижения кабины. Через 13 лет, Otis показала систему помогающую планировать работу лифта в периоды высокой нагрузки. Так выглядели первые автоматические лифты:

В 1948 году Otis начал производить автоматические лифты, которые уже умели изменять скорость, адаптировать своё расписание к периодам нагрузки, не останавливаться при полной загрузке кабины. В них появилась функция автоматического закрытия двери после определенного времени простоя.

Управление с помощью реле использовалось до 1980 годов, когда их начали вытеснять микропроцессоры. Микропроцессоры потребляли меньше энергии и занимали гораздо меньше места.

Так выглядела управляющая система реле лифта Otis. Картинка с сайта

Алгоритмы работы лифтов

Простой алгоритм

Большинство обычных лифтов работают по простому алгоритму:

• пока внутри лифта или на этажах (по ходу движения) есть пассажиры, которым нужно ехать в ту же сторону, лифт движется в эту сторону;
• если вызовов по ходу движения больше нет, но есть в обратную сторону, то лифт меняет направление.

В этом случае лифту важно знать только желаемое направление, поэтому для вызова обычно используют две кнопки со стрелками. Подобный алгоритм использовался в жёстких дисках.

Такое поведение оптимально при небольшом количестве этажей и наличии только одного лифта. При увеличении количества этажей время ожидания возрастает. В случае если лифтов больше одного, при такой стратегии все лифты будут приезжать на один этаж. Чтобы справиться с этим инженеры начали синхронизировать лифты между собой. Так, если вызвать лифт, то приедет тот, который ближе всего в данном направлении.

Группировка по месту назначения

Этот алгоритм принципиально отличается от простого: на каждом этаже, вместо кнопки вызова лифта, находятся кнопки для указания, на какой этаж нужно пассажиру. Благодаря этой информации, лифт может собрать в одной кабине всех, кому нужно на конкретный этаж. Это позволяет не тратить время на лишние остановки. Однако время ожидания в среднем немного увеличится.

Для большинства людей ожидание кажется настолько невыносимым, что некоторые лифты настраивают так чтобы минимизировать время ожидания, даже если это увеличит время поездки.

В зависимости от времени суток, лифт может работать в разных режимах. Например утром лифты будут стоять с открытыми дверьми на первом этаже, готовые к часу пик. Это называется стратегией парковки, когда лифты возвращаются на этажи, где пользуются наибольшим спросом. Кроме того, лифт можно привязать к определённой группе этажей. Чтобы использовать оптимальную в данный момент стратегию компьютер, управляющий лифтами, анализирует ситуацию с помощью машинного обучения.

Задачи с собеседований

Алгоритм работы лифта — нетривиальная задача, вопросы о нём задают даже на собеседовании в Google. Вот пример задания:

Текст задачи

Как должен работать лифт в 40-этажном офисном здании, на каждом из этажей которого работает около 100 человек, чтобы обеспечить наиболее эффективное заполнение и опустошение здания во время стандартного 9 часового рабочего дня, с двумя выходными, учитывая возможные пробки?

Дайте максимально подробный ответ, включая: предполагаемое количество пассажиров в кабине лифта, время на остановку, среднее количество остановок за поездку в разные часы и т. д.

Такую задачу предлагает компания Synergy Team:

Текст задачи

Требуется разработать программу — эмулятор лифта. При старте программа должна запрашивать этажность дома. Программа должна выводить пользователю текущее состояние лифта (номер этажа, направление движения (вверх, вниз, остановка). Скорость движения лифта: 1 этаж в секунду. Пользователь должен иметь возможность в любой момент, включая периоды движения лифта, «нажать» кнопку вызова на любом этаже. Во время движения может быть нажато произвольное количество кнопок «вызов» на разных этажах. Пользователь должен иметь возможность «нажать» кнопку любого этажа на вызывной панели внутри кабины лифта. При написании программы надо руководствоваться собственными здравым смыслом и знаниями о работе лифтов. Остальные ограничения по работе программы должны устанавливаться программистом по его собственному усмотрению. Дополнительные уточнения по заданию не выдаются.

Другие логические задачи с собеседований можно посмотреть здесь.

В интернете даже есть игра, в которой вам нужно запрограммировать лифт, чтобы развезти людей за определённое время.

Реклама на Tproger: найдем для вас разработчиков нужного стека и уровня.

Подробнее

Реклама на tproger.ru

Загрузка

Как устроен лифт

Ты подходишь к лифту, нажимаешь на кнопку со стрелкой, и наступает ожидание. Долгое ожидание. Очень долгое…

TechInsider

На самом деле существует веская причина, по которой кабины лифта одна за другой отправляются наверх, не останавливаясь на твоем этаже. Это не потому, что они тебя не любят. Каждый раз, когда мы нажимаем на кнопку, лифт решает не самую простую задачу. Система должна выбрать, когда и какую кабину направить на наш этаж. Кроме того, нужно решить, стоит ли лифту подняться наверх с пятого этажа и забрать пассажиров на седьмом, прежде чем опуститься к нам на первый. А еще нужно учесть, кто уже прождал дольше всех и какой маршрут будет наиболее эффективным.

Эта система требует детальной разработки и тонкой настройки, и нельзя не восхищаться кропотливой работой создавших ее инженеров.

Раньше было проще

Порядок движения самых первых лифтов с электронным управлением определяли люди. Оператор, находящийся в кабине, направлял лифт вверх и вниз при помощи дросселя и останавливал движение, как только он или диспетчер видели нового пассажира. Однако лифтеры совершали ошибки, требовали достойных оплаты и условий труда, поэтому уже к началу 1950-х их повсеместно заменили электронными переключателями.

Чтобы лифт мог сам управлять своим движением, инженерам нужен был алгоритм, определяющий, в каких случаях куда кабине нужно направляться. Самый простой способ – двигаться вниз и вверх с остановками на указанных этажах в предустановленные временные промежутки. Для пассажира это выглядит как поездка на электричках с пересадками: сначала идешь на десятый этаж, куда в 15:10 прибывает лифт, следующий до пересадочного этажа, а там уже ищешь, как добраться на нужный. Об эффективности говорить не приходится: в часы пик пассажиры вынуждены тратить время, ожидая, когда лифт отправится по расписанию, а в то время, когда почти никто им не пользуется, кабины впустую расходуют электроэнергию, порожними курсируя между этажами.

К 1965 году инженеры остановились на знакомой каждому с детства модели: пассажир нажимает на кнопку вызова, и на его этаж прибывает кабина. Но вот задача: как алгоритму понять, куда направлять кабину, если ее вызывают сразу на нескольких этажах?

Мучительное ожидание

Какова должна быть идеальная система координации лифтов? Должен ли лифт приехать сначала к тому пассажиру, который ждет дольше всех? Или лучше направить кабину к ближайшему этажу вызова? Как найти баланс между скоростью подачи лифта и расходом электроэнергии?

Понятно, что нужно оптимизировать время на провоз пассажиров. Но как расставить приоритеты? Если одному пассажиру придется ждать не 20 с, а минуту, прежде чем перед ним раскроются двери лифта, насколько это для него будет утомительнее? В три раза? А может, в шесть или семь? Даже для такой незамысловатой задачи нет четких вводных данных.

Иногда даже лучше, если сама поездка в лифте займет больше времени. Представим два сценария: в первом лифт приезжает через 10 с после нажатия кнопки вызова, а сама поездка до нужного этажа занимает минуту. По второму сценарию вы ждете лифт 30 с и едете тоже 30 с. Большинству людей ожидание кажется настолько невыносимым, что они выбрали бы первый вариант, пускай и придется потратить лишние десять секунд. Исходя из этого, инженеры программируют алгоритм таким образом, чтобы он учитывал «коэффициент утомительности», вместо того чтобы просто минимизировать время поездки.

Не стоит забывать и о физических ограничениях лифтов: у них есть предел скорости, а промежуток времени, чтобы просчитать следующий шаг, – не больше 1–2 с. Кроме того, у лифта нет права на ошибку: если он проедет нужный этаж без остановки, пассажиру это не понравится. Кто знает – вдруг недовольный пассажир от злости разнесет панель управления? Грамотная компьютерная система должна найти идеальный баланс между возможностями лифта и целями его пользователя, даже если тому надо было быть наверху десять минут назад.

Алгоритмы

Во многих лифтах все еще используется самый ранний и простой механизм электронного управления. Этот алгоритм содержит два правила:

1. Пока внутри лифта или на этажах, куда приближается лифт по ходу движения, есть пассажиры, которым нужно по направлению текущего движения, лифт продолжает перемещаться в этом направлении.

2. Как только вызовы лифта по текущему направлению движения закончились, но при этом есть вызов в противоположном направлении, механизм направляет движение в обратную сторону. Если же вызовов нет, лифт останавливает движение до следующего вызова.

Именно поэтому на всех этажах, где есть движение по лифтовой шахте, обычно имеются кнопки вызова со стрелками «вверх» и «вниз». Так, если кабина направляется вверх, то можно собрать и высадить всех пассажиров на ее пути. Подобная схема не учитывает большинство факторов, которые мы обозначили выше, но все-таки это не худший вариант. Этот алгоритм прост в исполнении и довольно энергоэффективен, к тому же позволяет обслужить всех пассажиров за один цикл. Такой же алгоритм используется для программирования большинства жестких дисков.

В небольших офисах и многоквартирных домах, где от лифта не требуется повышенной энергоэффективности, удобно задействовать этот незамысловатый механизм. Однако его применение в зданиях с большей этажностью влечет за собой ряд трудностей. Каждый раз, проезжая средние этажи, лифт обслуживает находящихся там пассажиров, но алгоритм может долго не давать лифту остановиться на цокольном этаже по пути на седьмой. Поэтому ожидание на первом и последнем этажах, где лифт вызывают чаще всего, может продлиться мучительно долго. Кроме того, большие здания обычно обслуживает не один, а несколько лифтов. Если каждый из них будет следовать одному и тому же алгоритму, начнется настоящая чехарда: на некоторых этажах будут попеременно раскрываться несколько лифтов. Кроме того, все они будут усиленно обслуживать средние этажи, иногда открываясь по два раза на один вызов.

Чтобы оптимизировать работу групп лифтов, инженеры придумали ряд хитростей. Им удалось заставить лифты «договариваться» между собой – а это уже половина дела. Если лифт вызывают на первом этаже, а кабина 1 в это время направляется вверх, то вместо нее может спуститься кабина 2. Кроме того, можно привязать каждый лифт к определенной группе этажей. Возможно, вам приходилось бывать в зданиях, где несколько лифтов просто стоят в лобби с открытыми дверями. Это называется «стратегия парковки», когда пустые лифты возвращаются на этажи, где они пользуются наибольшим спросом. Сегодня технологии прогнозирования пассажиропотока и программы для мониторинга в режиме реального времени позволяют компьютерной системе лифта варьировать стратегии, чтобы подстроиться под нужды пассажиров в утренние и вечерние часы пик.

Должен ли лифт приехать сначала к тому пассажиру, кто ждет дольше всех? Или лучше направить кабину к ближайшему этажу вызова?

Сложные вычисления

Настоящий прорыв в программировании лифтов пришелся на 1970-е, когда появилась возможность перепрограммировать компьютеры. Если кто-то изобретал новую стратегию маршрутизации лифтов, то вовсе не обязательно было, как раньше, продавать идею строительному магнату и ждать, пока он построит небоскреб. Теперь можно было обкатать и настроить разработку на виртуальных симуляторах.

После этого индустрия обогатилась множеством новых алгоритмов. Одна из популярных сегодня стратегий – «контроль расчетного времени прибытия». Ее суть в том, что компьютер оценивает все кабины, движущиеся по направлению к этажу, где была нажата кнопка вызова, и выбирает ту, которая, по его расчетам, прибудет на место быстрее всех. Другая востребованная стратегия – всегда направлять на вызов ту кабину, которая, согласно прогнозу, наиболее удобна для пассажира. Это предполагает сочетание минимального времени поездки, минимальных затрат энергии и других обозначенных конструктором приоритетов.

Вершина оптимизации – это технология группировки по месту назначения (destination dispatch), которая используется в лифтах небоскребов, построенных или модернизированных после 1990-х годов. В этих зданиях вместо кнопок вызова «вверх» и «вниз» вы выбираете кнопку с нужным этажом, и интеллектуальная система сообщает, какой лифт из группы доставит вас до места назначения.

Благодаря тому что система знает, куда конкретно нужно добраться пассажирам, ее эффективность стремится к идеальной. Люди, которым нужно на один и тот же этаж, группируются в одной кабине, и каждая группа добирается до места назначения без лишних остановок. Можно догадаться, что при этом время ожидания лифта в среднем увеличивается, поэтому система, оснащенная технологией группировки по месту назначения, может менять приоритеты в течение дня. Например, в утренний час пик, когда ключевой является полезная производительность, ждать прибытия лифта придется дольше, но зато время поездки сокращается. Днем, когда пассажиропоток уменьшается, лифт может приехать быстрее и ожидание будет менее утомительным.

Имея в распоряжении все эти варианты, можно выбрать из них самый подходящий. Зачастую этот выбор тоже автоматизируется. Используя технологии машинного обучения, инженеры моделируют желаемый результат, и затем программа-контроллер симулирует действия, чтобы добиться оптимального эффекта в соответствии с заданной моделью. В каждый момент времени система сканирует состояние симуляторов лифта и параметры каждого исходящего вызова, решает, какие действия следует предпринять, и измеряет результативность. В итоге программа находит наиболее эффективные пути для всех комбинаций факторов. Они бывают настолько сложны, что даже разработчикам не всегда понятно, почему контроллер работает так, а не иначе.

Клуб почемучек. Как работает лифт?

Здравствуйте, дорогие читатели и участники “Клуба почемучек“! Я рада снова приветствовать вас! Отпуск закончился, а значит, “Клуб почемучек” возобновляет свою работу. Снова я жду от вас новых и интересных вопросов. И не забывайте, что 6 сентября уже близко. Именно в этот день состоится розыгрыш приза среди всех, кто присылал мне вопросы. Призом будет один из блоков моего платного проекта “Нескучная наука“. 

А сегодняшнем выпуске Клуба я буду отвечать на вопрос мамы Наташи и ее сына Миши (4 года): “Откуда лифт знает, на каком этаже ему остановиться?”

Думаю, большинство детей хоть один раз, но сталкивались с этим волшебным устройством – лифтом. Нажимаешь на кнопочку у двери, заходишь в маленькую комнатку, которая вдруг начинает куда-то ехать, а потом двери открываются – и ты оказываешься на нужном этаже. Чудо, правда? Хотя никакого чуда в лифте нет – это такое же техническое устройство, как стиральная машинка или пылесос. Давайте рассмотрим поближе, как же устроен лифт.

Для этого мы с моей неизменной помощницей Катей пошли на экскурсию в соседнюю девятиэтажку. В доме, где мы живем, всего пять этажей – в нем лифта не предусмотрено. А вот в девятиэтажке можно на нем покататься, чем иногда и развлекается местная детвора. Катя лифта немного побаивается, но ради научного эксперимента все же согласилась съездить на самый верх дома.

Первое, что мы увидели, зайдя в подъезд – это закрытые внешние двери лифта. За ними скрывается шахта – огромный колодец, проходящий от первого до самого верхнего этажа. По этому колодцу и движется кабина лифта (та самая маленькая комнатка) вверх-вниз, вверх- вниз.

Если нажать кнопку вызова у дверей, то к вам приедет кабина, откроются внешние двери шахты и внутренние двери лифта, и можно будет зайти внутрь. Что мы и сделали.

В шахте кабина висит на тросах – железных веревках, которые привязаны к потолку кабины. Их обычно бывает от трех до восьми. В случае, если один из тросов перетрется и порвется, остальные его подстрахуют. Поэтому бояться, как Катя, того, что лифт “оторвется”, совершенно не нужно. 

На самом верху тросы тянет подъемный механизм –  лебёдка. Это большое колесо (канатоведущий шкив) на оси, соединенной с электрическим мотором. Мотор крутится, ось вращается и наматывает трос на колесо, а кабина едет.

Лебедка установлена в специальной комнате, находящейся выше самого последнего этажа – машинном помещении. В нем, кроме подъемного механизма, находится станция управления – электронное устройство, которое управляет движением лифта, его перемещением на нужное расстояние и открыванием дверей.

Именно к станции управления идут электрические провода от кнопок вызова на этажах и от кнопочного аппарата внутри кабины лифта. Сигнал от кнопок поступает в компьютер станции управления, а он уж решает, что надо делать лифту: опускаться или подниматься, открыть или закрыть двери.  

Вот бы когда-нибудь попасть в машинное помещение и посмотреть на работу этих механизмов своими глазами! 

Кабина лифта едет вверх и вниз по шахте по специальным направляющим – похожим на рельсы железкам, проложенным по бокам шахты. Они нужны для того, чтобы кабина во время движения не качалась и не стукалась о стенки.

Помогает ей в движении противовес – груз, подвешенный к противоположному концу троса. Он нужен для того, чтобы лебедке нужно было прилагать меньше усилий для поднятия кабины (мы это запомним, а потом проверим – действительно ли противовес помогает?).

Противовес  (фото отсюда: romakrivenko. livejournal.com)

Ну и в самом низу шахты лифта, ниже первого этажа, находится приямок – пустое место, куда может опуститься кабина в случае падения. Там находятся буферы (амортизаторы) – специальные пружинные или гидравлические тормоза, которые смягчат удар На фото это три красных пружинки на бетонных кубиках. 

И там же расположено натяжное устройство ограничителя скорости. Дело в том, что у лифта есть несколько защит от падения. Если кабина начнет падать, скорость ее движения станет слишком большой, и тогда сработает ограничитель скорости  – по принципу, похожему на действие автомобильных ремней безопасности.

Кроме того, на самой кабине есть ловители – похожие на прищепки железные устройства, которые в случае необходимости резко зажимают трос, останавливая движение кабины. Так что даже если все три троса сразу оборвутся, лифт не упадет, а просто остановится в шахте.

Это называется “лифт застрял”. И тогда нужно будет на кнопочной панели в кабине нажать кнопку вызова диспетчера (или позвонить ему по телефону, потому что в нашем лифте эта кнопка была испорчена и не работала), чтобы пришли техники и помогли выбраться из застрявшей кабины.

Но наш лифт работает вполне исправно. Катя нажала на кнопку девятого этажа, и кабина лифта поехала вверх.

Как же компьютер узнает, когда именно лифту будет нужно замедлить ход и остановится? Ведь  глаз у него нет, и сколько лифт проехал этажей он не видит? Глаз у компьютера, действительно, нет. Но вместо глаз у него есть специальные электрические датчики. Они крепятся на стене шахты перед каждым этажом. Кабина лифта, проезжая мимо них, получает сигнал о том, где она находится. И когда кабина окажется напротив нужного датчика, компьютер скомандует ей сбросить скорость и остановиться. Только при правильной остановке кабины электропривод дверей получит ток, и двери откроются. Поэтому не надо бояться, что двери лифта откроются между этажами  – у них нет своего питания для этого. И также не надо боятся “шагнуть в пустоту”: того, что внешние двери шахты откроются, а кабина не пришла  – у внешних дверей совсем нет своего механизма для открывания, они открываются дверями кабины. Поэтому такого не может быть, чтобы двери открылись без кабины за ними.

Рассказ обо всех этих мерах безопасности совершенно успокоил Катю. Мы поднялись на лифте на самый верх, посмотрели в окошко на наш двор, который так непривычно выглядит с высоты птичьего полета, и вернулись обратно. 

А дома мы занялись постройкой модели лифта и проверкой основных физических принципов его движения. Предлагаем это проделать и вам.

Для того, чтобы своими руками сделать лифт, нужны самые обычные вещи – картонная коробка с вырезанной передней стенкой, и веревка, которую надо прикрепить к крыше коробки.

Подтягивая вверх и отпуская веревку вниз можно поднимать и опускать кабину с грузом. Это самое простое устройство лифта. Наверное, именно так выглядели первые в мире лифты, которые использовали египтяне много сотен лет назад для поднятия грузов при постройке своих пирамид. Но, возможно, они уже знали более сложное механическое устройство – блоки. Перекинув веревку через блок гораздо легче поднимать грузы на высоту. Предлагаю проверить это на собственном опыте: попросите ребенка сначала поднять игрушечный лифт на высоту просто за веревочку (для этого надо встать повыше – на лесенку или стол), а потом пусть он поднимет лифт на ту же высоту, только используя блок (для этого надо перекинуть веревку повыше через ступеньку лесенки или через какую-нибудь штангу, а тянуть за нее ее снизу). Правда, с блоком поднимать груз легче?

А теперь вспомним, что в настоящем лифте используется не только веревка (трос) и блок (колесо лебедки, расположенное вверху шахты лифта), но и противовес. Проверим, легче ли двигать лифт, используя его? Для этого в нашем игрушечном лифте на второй конец веревки подвесим груз. Мы подобрали книжку такого веса, чтобы в свободном состоянии лифт и груз уравновешивали друг друга. Если теперь тянуть за веревку, заставляя кабину ехать вверх-вниз, то становится очевидно, что нам достаточно приложить гораздо меньшее усилие, чтобы двигать кабину. То есть противовес нужен, чтобы облегчить работу электромотору лебедки.

Ну и в конце можно попробовать сделать подобие датчиков этажей. Для этого мы на каждую ступеньку лесенки (этаж) прикрепили скотчем гибкую палочку. Проезжая мимо, кабина лифта цепляет за палочки, отсчитывая  этажи. Один щелчок-два-три: пора выходить.

Надеюсь, Мишу устроит мой ответ на его вопрос:)

А чтобы я ответила и на ваши вопросы, присылайте их мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы) с пометкой “Клуб почемучек”. Все присланные в Клуб вопросы, независимо от того, публиковался на них ответ или нет, будут участвовать в розыгрыше приза, который состоится в первую пятницу осени, 6 сентября. 

Архив прошлых выпусков “Клуба почемучек” можно посмотреть ЗДЕСЬ.
Другие развивающие занятия на тему техники можно увидеть здесь:  Как строят мосты, Что быстрее, машина или поезд,  Почему самолет оставляет на небе белый след, Куда пропадает мультгерой, когда выключают телевизор, Добыча и выплавка металлов, Водяные часы – клепсидра, Как самим сделать мультфильм, Почему люди не выпадают из качелей, Ракета на водяном двигателе,  Как увидеть МКС,  Как сделать флюгер  

Материалы по теме:

• Схема пассажирского лифта. СтройТехника (http://stroy-technics.ru/article/skhema-passazhirskogo-lifta-s-avtomaticheskim-privodom-dverei-i-vyzovom-kabiny-na-lyubuyu-etazhnuyu-ploshchadku)
• Ловитель лифтов: Элайшу Отиса прославил тормоз. Популярная механика (http://www.popmech.ru/article/4669-lovitel-liftov/)
• Как устроен лифт в ижевских домах. Выпуск газеты «Центр» №5 от 03.02.11 (http://izhlife.ru/mikroskop/print:page,1,6123-kak-ustroen-lift-v-vashem-dome.html)
• Как устроен лифт. Как это работает? (http://alput.biz/kak-ustroen-lift.htm)
• Устройство, классификация и технические характеристики лифтов (http://lift.org.ua/index.php?act=lift)

Как работают лифты и лифты?

Как работают лифты и подъемники? — Объясните этот материал

Вы здесь:
Домашняя страница >
Транспорт >
Лифты

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 5 мая 2022 г.

Нажмите верхнюю кнопку лифта и приготовьтесь к долгой поездке: всего через несколько дней вы будете махать обратно из космоса! Лифты, которые могут подниматься вверх
за пределами Земли, безусловно, захватили воображение людей в течение десятилетия
или около того с тех пор, как ученые-космонавты впервые предложили их — и это неудивительно.
Но в свое время обычные офисные лифты, вероятно, казались почти такими же радикальными. Это было не просто
блестящие строительные материалы, такие как сталь и
бетон, который позволил
современные небоскребы, чтобы воспарить к облакам: это было изобретение, в
1861 г., о безопасном и надежном лифте человека по имени Элиша Грейвс.
Отис из Йонкерс, Нью-Йорк. Отис буквально изменил лицо
Земле, разработав машину, которую он скромно назвал «улучшением в
подъемных устройств», что позволило городам расширяться вертикально по мере
так и по горизонтали. Вот почему его изобретение по праву может быть
описывается как одна из самых важных машин всех времен. Давайте
присмотритесь к лифтам и узнайте, как они работают!

Фото: Как далеко вас унесет верхняя кнопка? Весь путь в космос? НАСА уже работает
на лифте, который мог бы доставлять материалы с поверхности Земли на геостационарную околоземную орбиту на высоту 35 786 км (22 241 миля).
Иллюстрация художника Пэта Ролинга предоставлена ​​Центром космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Содержание

1. Что такое лифт?
2. Как лифты используют энергию
3. Сколько энергии потребляет лифт?
4. Противовес
5. Предохранительный тормоз
6. Как работал оригинальный лифт Otis
7. Регуляторы скорости
8. Другие системы безопасности
9. Как работает гидравлический лифт?
10. Узнать больше

Что такое лифт?

Художественное произведение: За исключением электронных систем управления, основной механизм тяговых лифтов (тех, которые поднимаются и опускаются с помощью тросов) не сильно изменился за более чем столетие. Эта диаграмма взята из исторической брошюры Otis.
датируется около 1900 любезно предоставлено
Интернет-архив.

Что раздражает в лифтах (если вы пытаетесь их понять), так это то, что их
рабочие части обычно закрыты. С точки зрения кого-то
путешествуя из вестибюля на 18-й этаж, лифт — это просто
металлический ящик с дверьми, которые закрываются на одном этаже, а затем снова открываются на
еще один. Для тех из нас, кто более любопытен, ключевыми частями лифта являются:

1. Одна или несколько машин (металлических ящиков), которые поднимаются и опускаются.
2. Противовесы, уравновешивающие автомобили.
3. Электродвигатель, поднимающий и опускающий вагоны, включая
   система торможения. (В некоторых лифтах вместо них используются гидравлические механизмы.)
4. Система прочных металлических тросов и шкивов между вагонами и двигателями.
5. Различные системы безопасности для защиты пассажиров при обрыве троса.
6. В больших зданиях электронная система управления, направляющая автомобили на нужный этаж с помощью
   так называемый «алгоритм лифта» (сложный вид математического
   логика), чтобы гарантировать, что большое количество людей перемещается вверх и вниз в
   самым быстрым и эффективным способом (особенно важно в огромных,
   оживленные небоскребы в час пик). Интеллектуальные системы запрограммированы
   нести гораздо больше людей вверх, чем вниз в начале
   днем и наоборот в конце дня.

На фото: типичный современный лифт с электронным управлением. Если вы подождете, пока машины уберутся с дороги, вы часто сможете увидеть некоторые из механизмов и понять, какие части за что отвечают.

Рекламные ссылки

Как лифты используют энергию

С научной точки зрения, все лифты работают на энергии. Чтобы добраться с земли до 18-го
пол, поднимаясь по лестнице, вы должны перемещать вес своего тела
против направленной вниз силы тяжести. Энергия, которую вы тратите
в процессе (в основном) преобразуется в потенциальную энергию, поэтому
подъем по лестнице увеличивает вашу потенциальную энергию (подъем вверх)
или уменьшение вашей потенциальной энергии (снижение).
Это пример закона сохранения энергии в действии.
У вас действительно больше потенциальной энергии наверху здания, чем внизу, даже если это не ощущается иначе.

Для ученого лифт — это просто устройство, которое увеличивает или уменьшает
потенциальной энергии без необходимости поставлять эту энергию
себя: лифт дает вам потенциальную энергию, когда вы поднимаетесь
и он забирает у вас потенциальную энергию, когда вы спускаетесь. В
теории, это звучит достаточно просто: лифту не нужно много
энергии вообще, потому что она всегда будет возвращаться столько же (когда она
идет вниз) как выдает (когда идет вверх). К сожалению, это не
совсем уж просто. Если бы все лифты были простыми подъемниками с
клетка, проходящая через шкив, потребовала бы значительного количества энергии
поднимать людей, но у него не было бы возможности вернуть эту энергию: энергия
просто потеряться из-за трения тросов и тормозов (исчезновение
в воздух как отработанное тепло), когда люди возвращались вниз.

Сколько энергии потребляет лифт?

Фото: Лифты не просто висят на одном тросе: есть несколько прочных тросов, поддерживающих вагон в случае обрыва одного из них. Если случится худшее, вы обнаружите, что в кабине лифта часто есть телефон экстренной связи, который вы можете использовать внутри кабины лифта, чтобы вызвать помощь.

Если лифт должен поднять слона (весом, скажем, 2500 кг) на расстояние, может быть, 20 м.
в воздух, он должен снабдить слона 500 000 джоулей энергии.
дополнительная потенциальная энергия. Если он поднимется за 10 секунд, он должен
работают со скоростью 50 000 джоулей в секунду или 50 000 ватт, что
примерно в 20 раз больше энергии, чем потребляет обычный электрический тостер.

Предположим, лифт целый день перевозит слонов (10 часов или 10 × 60 = 600
минут или 10 × 60 × 60 = 36 000 секунд) и поднимать вдвое меньше времени.
(18 000 секунд). Всего потребуется 18 000 × 50 000 = 900.
миллионов джоулей (900 мегаджоулей) энергии, что равно 250
киловатт-часы в более привычных терминах.

На самом деле, лифт не был бы на 100% эффективен: вся энергия, которую он потреблял от
электроэнергия не будет полностью преобразована в потенциальную энергию в
восходящие слоны. Некоторые будут потеряны из-за трения, звука, тепла,
сопротивление воздуха (лобовое сопротивление) и другие потери в механизме. Таким образом, реальное потребление энергии будет
быть несколько больше.

Звучит как огромное количество энергии — и это так. Но многое из этого
можно сэкономить, используя противовес.

Противовес

Фото: Противовес перемещается вверх и вниз на колесах, которые следуют по направляющим сбоку
шахта лифта. Кабина лифта находится наверху этой шахты (вне поля зрения), поэтому противовес находится внизу. Когда кабина движется вниз по шахте, противовес движется вверх и наоборот. У каждой машины есть свой противовес, поэтому машины могут работать независимо друг от друга. На этой картинке вы также можете видеть двери на каждом этаже, которые открываются и закрываются только тогда, когда кабина лифта выровнена с ними.

На практике лифты работают немного иначе, чем обычные подъемники. Лифт
уравновешивается тяжелым противовесом, который весит примерно столько же
как автомобиль, когда он загружен наполовину (другими словами, вес
самого автомобиля плюс 40–50 процентов от общего веса, который он может нести). Когда лифт идет
вверх, противовес опускается — и наоборот, что помогает нам в
четырьмя способами:

1. Противовес облегчает двигателю подъем и опускание автомобиля — просто
   как сидение на качелях значительно облегчает подъем чьего-либо
   веса по сравнению с поднятием их на руках. Благодаря
   противовес, двигатель должен использовать гораздо меньше усилий, чтобы переместить
   машина вверх или вниз. Если предположить, что автомобиль и его содержимое весят больше, чем противовес, все
   двигатель должен подняться, это разница в весе между ними и немного больше
   сила для преодоления трения в шкивах и так далее.
2. Поскольку прилагается меньшее усилие, меньше натяжение тросов, что делает лифт
   немного безопаснее.
3. Противовес снижает количество энергии, необходимой двигателю. Это
   интуитивно очевидно любому, кто хоть раз сидел на качелях:
   качели правильно сбалансированы, вы можете качаться вверх и вниз на любое число
   раз, не уставая по-настоящему, — совсем не то,
   поднимать кого-то на руки, что очень быстро утомляет. Этот
   пункт также вытекает из первого: если двигатель использует
   меньше силы, чтобы переместить автомобиль на то же расстояние, он делает меньше работы
   против силы тяжести.
4. Противовес уменьшает количество тормозов, необходимых лифту. Представьте, если
   не было противовеса: тяжело нагруженная кабина лифта была бы
   действительно трудно тянуть вверх, но на обратном пути
   мчаться на землю сама по себе, если бы не было какого-то
   надежный тормоз, чтобы остановить его. Противовес значительно облегчает управление
   вагон лифта.

В другой конструкции, известной как дуплексный невесомый лифт, две кабины соединены
к противоположным концам одного и того же кабеля и эффективно сбалансировать каждый
другой, устраняя необходимость в противовесе.

Предохранительный тормоз

У всех, кто когда-либо ездил в лифте, возникала одна и та же мысль: а что, если трос
держать эту штуку вдруг сломается? Уверяю вас, нечего
беспокоюсь о. Если трос оборвется, различные системы безопасности предотвратят
кабина лифта от падения на пол. Это было здорово
новшество, которое Элиша Грейвс Отис сделал еще в 1860-х годах. Его
лифты не просто держались на веревках: они также имели
храповая система в качестве резервной. Каждая машина проехала между двумя
вертикальные направляющие с прочными металлическими зубьями, встроенными до упора
их. В верхней части каждой машины находился подпружиненный механизм.
с прикрепленными крючками. Если трос рвался, крюки прыгали
наружу и застрял в металлических зубьях направляющих,
надежно зафиксировать автомобиль в нужном положении.

Как работал оригинальный лифт Otis

Иллюстрация: Лифт Otis. Благодаря чудесам Интернета очень легко просмотреть оригинальные патентные документы и точно узнать, о чем думали изобретатели. Здесь, любезно предоставлено патентом и товарным знаком США
«Офис» — один из рисунков, которые Элиша Грейвз Отис представил вместе со своим патентом на «Подъемный аппарат» от 15 января 1861 года. Я немного раскрасил его, чтобы его было легче понять.

Значительно упрощено, вот как это работает:

1. Отсек лифта (1, зеленый) поднимается и опускается с помощью подъемно-шкивной системы (2) и подвижного противовеса (не виден
   в этой картине). Видно, как лифт плавно движется между вертикальными направляющими: он не просто тупо болтается на тросе.
2. Трос, выполняющий весь подъемный механизм (3, красный), наматывается на несколько шкивов и основной намоточный барабан. Не забывайте, что этот лифт был изобретен до того, как кто-то по-настоящему начал использовать электричество: его поднимали и опускали вручную.
3. В верхней части кабины лифта находится простой механизм, состоящий из подпружиненных рычагов и шарниров (4). Если основной трос (3) рвется, пружины выталкивают два прочных стержня, называемых «собачками» (5), так что они фиксируются в вертикальных стойках с направленными вверх зубьями (6) с обеих сторон. Это похожее на храповик устройство надежно фиксирует лифт на месте.

Фото: Современный лифт имеет много общего с оригинальным дизайном Otis. Здесь вы можете увидеть маленькие колеса по краям кабины лифта, которые помогают ей плавно двигаться вверх и вниз по направляющим.

Согласно Отису, ключевой частью изобретения было: «иметь собачки и зубья крюка стоек, сформированные, по существу, так, как показано, так что вес платформы в случае разрыва веревки вызовет собачки и зубы, чтобы сцепиться вместе и предотвратить случайное разделение одного и того же».

Если вам нужно более подробное объяснение, взгляните на оригинальный патент Отиса, патент США № 31,128: Улучшение подъемного устройства. В нем более подробно объясняется, как лебедка и шкивы работают с противовесом.

Отис изобрел лифт?

Нет. Он изобрел безопасный лифт: он заметил, как обычные лифты могут выйти из строя, и придумал лучший вариант.
дизайн, который сделал их более безопасными. Лифт Отис датируется серединой 19 века, но обычные лифты появились еще раньше.
гораздо дальше — вплоть до греческих и римских времен. Мы можем проследить их до более общих видов подъемного оборудования, таких как краны,
лебедки и шпили; древние устройства для подъема воды, такие как шадуф (иногда пишется как шадуф), основанные на конструкции качающихся качелей, вполне могли вдохновить на использование противовесов в первых лифтах и ​​подъемниках.

Регуляторы скорости

Большинство лифтов имеют полностью отдельную систему регулирования скорости, называемую
губернатор, который является тяжелым
маховик с
внутри него встроены массивные механические руки. Обычно руки держат внутри
маховик здоровенными пружинами, но если подъемник движется слишком быстро, они
лететь наружу, нажимая на рычажный механизм, который приводит в действие одну или несколько тормозных систем.
Во-первых, они могут отключить питание подъемного двигателя. Если это не удается и лифт продолжает ускоряться,
руки вылетят еще дальше и сработают второй механизм, задействовав тормоза.
Некоторые регуляторы полностью механические; другие электромагнитные;
третьи используют смесь механических и электронных компонентов.

Работа: Как работает губернатор. Подъемный двигатель (1) приводит в движение шестерни (2), которые вращают шкив (3) — колесо с желобками, которое направляет основной трос. Трос поддерживает как противовес (4), так и подъемную кабину (5). Отдельный трос регулятора (6) прикреплен к кабине подъемника и механизму регулятора справа. Регулятор состоит из маховика с центробежными рычагами внутри него (7). Если подъемник движется слишком быстро, рычаги вылетают наружу, приводя в действие предохранительный механизм, который притормаживает трос регулятора (8) и замедляет его. Поскольку трос регулятора теперь движется медленнее, чем основной трос и сама кабина, он активирует другой механизм, который заставляет фрикционные тормоза вылетать из кабины лифта на ее внешние направляющие, плавно и безопасно останавливая ее (в аналогичном случае). путь к оригинальному предохранительному механизму Otis).

Изображение: пример полностью механического механизма регулятора, разработанного инженерами Otis в 1960-х годах. Вы можете увидеть маховик (серый) с его центробежными рычагами внутри (светло-голубой) и удерживающими их пружинами (желтый). Когда колесо вращается слишком быстро, рычаги вылетают наружу, срабатывая тормозное устройство, которое прикладывает пару подпружиненных рычагов (темно-синий) к тросу регулятора (коричневый). Из патента США 3 327 811: Губернатор Джозефа Мастроберте, Otis Elevator Company, запатентован 27 июня 19 г.67. Изображение предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (для облегчения понимания добавлены цвета).

Фото: В старых лифтах иногда использовались центробежные регуляторы с двумя маленькими тяжелыми металлическими шариками, которые двигались вверх и наружу при вращении, блокируя кабину, если они двигались слишком быстро и слишком далеко. Это двигатель подъемника и подъемник (слева) и центробежный регулятор (справа) на старом лифте Otis на плотине Гранд-Кули. Фотография Джета Лоу, Библиотека Конгресса, отдел печати и фотографий, HAEL WASH, 13-GRACO, 1A-32.

Другие системы безопасности

Современные лифты имеют несколько систем безопасности. Как тросы на подвеске
мост, трос в лифте сделан из множества металлических нитей
проволочного каната, скрученного вместе, поэтому небольшой отказ одной части кабеля не
по крайней мере, вызовет какие-либо проблемы. Большинство лифтов также имеют
несколько отдельных тросов, поддерживающих каждую кабину, так что при полном выходе из строя одного троса
другие функционируют на его месте. Даже если все тросы оборвутся, эта система все равно удержит автомобиль на месте.

В ноябре 2018 года в чрезмерно сенсационных СМИ широко сообщалось, что кабина лифта
на 875 North Michigan Avenue в Чикаго (небоскреб, ранее известный как John Hancock Cente)
«упал» на 84 этажа после обрыва кабеля.
На самом деле, как позже стало ясно из подробного отчета инспектора по технике безопасности, только один из семи подъемных канатов порвался.
а остальные шесть неповрежденных тросов позволили медленно, контролируемо спуститься с 20-го этажа на 11-й этаж, где
пассажиры в конечном итоге были спасены. Системы безопасности лифта работали точно так, как было задумано.
и это «никогда не было неконтролируемым или небезопасным».

Фото: Один из лифтов на 875 North Michigan Avenue в Чикаго.
Несколько систем безопасности гарантируют, что вы вернетесь на землю, даже если трос выйдет из строя.
Фото любезно предоставлено американским проектом Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит,
Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Наконец, если вы когда-нибудь смотрели на лифт из прозрачного стекла, вы наверняка заметили гигантский
гидравлическая или газовая пружина
буфер внизу, чтобы смягчить удар
если предохранительный тормоз каким-то образом выйдет из строя. Спасибо Элише Грейвс Отис и
многие талантливые инженеры, которые пошли по его стопам, вы
в лифте гораздо безопаснее, чем в машине.

Как работает гидравлический подъемник?

Лифты, которые работают с тросами и колесами, иногда называют тяговыми лифтами , потому что они
включают двигатель, тянущий автомобиль, и противовес. Однако не все лифты работают таким образом.
В небольших зданиях довольно часто можно встретить гидравлические лифты , которые поднимают и опускают
одноместный автомобиль с гидравлическим цилиндром (заполненный жидкостью поршень, аналогичный тем, которые используются в строительных машинах, таких как бульдозеры и краны). Гидравлические лифты механически проще и, следовательно, дешевле в установке, но, поскольку в них обычно не используются противовесы, они потребляют больше энергии для подъема и опускания автомобиля. Иногда гидравлический цилиндр устанавливается прямо под автомобилем и толкает его вверх и вниз (конструкция, известная как прямого действия ). В качестве альтернативы, если для этого нет места, домкрат можно установить сбоку от шахты лифта, управляя кабиной с помощью системы тросов и шкивов (в конструкции, известной как непрямого действия ). Более сложные лифты, такие как показанный здесь, используют несколько гидравлических цилиндров и противовесов.

Произведение: Гидравлический лифт с энергосберегающим противовесом. В этой конструкции легковой автомобиль (1) поддерживается гидравлическим цилиндром прямого действия (2), соединенным через гидравлический насос (3), приводимый в действие двигателем (4), соединенным со вторым гидроцилиндром (5), который приводит в действие противовес (6). Когда кабина лифта падает, насос перекачивает гидравлическую жидкость от одного штока (2) к другому (5), что позволяет избежать необходимости в резервуаре для жидкости. Мой рисунок основан на дизайне Отиса, описанном в патенте США 5,9.75 246: Гидравлически сбалансированный лифт Ренцо Тоски, Otis Elevator Company, запатентован 2 ноября 1999 г.

Узнать больше

На этом сайте

• Энергия
• Шестерни
• Как работают здания
• Гидравлика
• Шкивы

Другие полезные сайты

• Мир Лифта: Отраслевой журнал с большим количеством интересных материалов о последних событиях в мире «людского движения».

Статьи

• Старинные лифты Каира, великолепные и глючные, — сцены любви и страха Вивиан Йи. The New York Times, 20 сентября 2021 г. Увлекательный взгляд на древние лифты в египетской столице.
• В новых предлагаемых лифтах метро некоторые видят риск терроризма автора Сара Маслин Нирджан. The New York Times, 22 января 2018 г. Некоторые жители Манхэттена выступают против лифтов, которые могли бы сделать метро более доступным, как потенциальную угрозу безопасности.
• Энди Ньюман: Поездка на капсуле времени в квартиру 8G. The New York Times, 15 декабря 2017 г. Празднование старомодного, ручного
  управляемые лифты.
• лифтов на магнитной подвеске будут поднимать вас вверх, вниз и в стороны к 2016 году, Эван Акерман. IEEE Спектр. 2 декабря 2014 г. Как линейные двигатели избавляют от необходимости использовать традиционные лифтовые кабели.
• В лифты, а потом в яму автора Джули Бесонен. Нью-Йорк Таймс. 22 августа 2014 г. Увлекательное знакомство с Историческим музеем лифта.
• Самый быстрый лифт: Испытательная башня Hyundai Elevator от Элизы Стрикленд. IEEE Спектр. 1 июня 2011. Ультрасовременным небоскребам нужны современные лифты, способные двигаться со скоростью 64 км/ч (40 миль в час).
• Небо — это предел: краны и подъемные устройства с приводом от человека, Крис Де Декер, журнал Low-Tech, 25 марта 2010 г. Более общий взгляд на историю механического подъема.
• On the up, Шон Коглан, BBC News, 6 апреля 2007 г. Краткий исторический обзор лифтовой техники от Otis до Taipei 101.
• умных лифтов Клайва Томпсона. The New York Times, 10 декабря 2006 г. Miconic 10 быстрее доставляет людей к месту назначения, направляя пассажиров к разным кабинам лифта в вестибюле.
• Быстрые лифты попадают в книгу рекордов: BBC News, 16 декабря 2004 г. Как быстро могут двигаться лифты?

Книги

Лифты

• Справочник по движению в лифтах: теория и практика Джины Барни и Лютфи Аль-Шарифа. Routledge, 2016. Исследует теорию проектирования лифтов (и других транспортных систем) для наиболее эффективного перемещения большого количества людей.
• Справочник по вертикальной транспортировке Джорджа Р. Стракоша и Роберта С. Капорале. John Wiley, 2010. Актуальный справочник о современных лифтовых системах, подготовленный журналом Elevator World.

История

• Поднято: культурная история лифта Андреаса Бернара. NYU Press, 2014. Архитектура, инженерия, политика и психология — вот некоторые из тем, затронутых в этом обширном исследовании.
• От восходящих комнат до скоростных лифтов: история пассажирского лифта в XIX в. век, Ли Э. Грей. Мир лифтов, 2002 г. Эта увлекательная книга охватывает период 1850–1900 гг., начиная с первых грузовых лифтов, рассматривая роль лифтов в развитии небоскребов и заканчивая современными безопасными лифтами примерно 1900 г.
• [PDF] История американской лифтовой промышленности: 1850–2001 гг., Патрик Карражат. Lir Group, 2009. [Архивировано с помощью Wayback Machine.]
• Otis Elevator Brochure c.1900 Эта архивная брошюра показывает нам, что электрические и гидравлические лифты были довольно сложными в начале 20-го века, хотя их максимальная скорость составляла всего около 11 миль в час (1000 футов/мин).
• История инженерии в классические и средневековые времена Дональда Р. Хилла. Routledge, 1984. Хотя в этой книге не рассматриваются элеваторы (насколько я помню), в ней очень подробно рассказывается о древних водоподъемных машинах, использовавшихся для орошения, которые были одними из первых механических подъемных устройств.

Для младших читателей

• Лифты Трейси Маурер. Rourke Educational, 2017. Введение на 48 страницах для детей от 8 до 11 лет.
• Будь механиком по лифтам автора Уил Мара. Вишневое озеро, 2019 г.. 32-страничный обзор для начинающих инженеров.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2022) Лифты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-elevators-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Средства связи
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда
• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и инструменты
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работают лифты и лифты?

Как работают лифты и подъемники? — Объясните этот материал

Вы здесь:
Домашняя страница >
Транспорт >
Лифты

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 5 мая 2022 г.

Нажмите верхнюю кнопку лифта и приготовьтесь к долгой поездке: всего через несколько дней вы будете махать обратно из космоса! Лифты, которые могут подниматься вверх
за пределами Земли, безусловно, захватили воображение людей в течение десятилетия
или около того с тех пор, как ученые-космонавты впервые предложили их — и это неудивительно.
Но в свое время обычные офисные лифты, вероятно, казались почти такими же радикальными. Это было не просто
блестящие строительные материалы, такие как сталь и
бетон, который позволил
современные небоскребы, чтобы воспарить к облакам: это было изобретение, в
1861 г., о безопасном и надежном лифте человека по имени Элиша Грейвс.
Отис из Йонкерс, Нью-Йорк. Отис буквально изменил лицо
Земле, разработав машину, которую он скромно назвал «улучшением в
подъемных устройств», что позволило городам расширяться вертикально по мере
так и по горизонтали. Вот почему его изобретение по праву может быть
описывается как одна из самых важных машин всех времен. Давайте
присмотритесь к лифтам и узнайте, как они работают!

Фото: Как далеко вас унесет верхняя кнопка? Весь путь в космос? НАСА уже работает
на лифте, который мог бы доставлять материалы с поверхности Земли на геостационарную околоземную орбиту на высоту 35 786 км (22 241 миля).
Иллюстрация художника Пэта Ролинга предоставлена ​​Центром космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Содержание

1. Что такое лифт?
2. Как лифты используют энергию
3. Сколько энергии потребляет лифт?
4. Противовес
5. Предохранительный тормоз
6. Как работал оригинальный лифт Otis
7. Регуляторы скорости
8. Другие системы безопасности
9. Как работает гидравлический лифт?
10. Узнать больше

Что такое лифт?

Художественное произведение: За исключением электронных систем управления, основной механизм тяговых лифтов (тех, которые поднимаются и опускаются с помощью тросов) не сильно изменился за более чем столетие. Эта диаграмма взята из исторической брошюры Otis.
датируется около 1900 любезно предоставлено
Интернет-архив.

Что раздражает в лифтах (если вы пытаетесь их понять), так это то, что их
рабочие части обычно закрыты. С точки зрения кого-то
путешествуя из вестибюля на 18-й этаж, лифт — это просто
металлический ящик с дверьми, которые закрываются на одном этаже, а затем снова открываются на
еще один. Для тех из нас, кто более любопытен, ключевыми частями лифта являются:

1. Одна или несколько машин (металлических ящиков), которые поднимаются и опускаются.
2. Противовесы, уравновешивающие автомобили.
3. Электродвигатель, поднимающий и опускающий вагоны, включая
   система торможения. (В некоторых лифтах вместо них используются гидравлические механизмы.)
4. Система прочных металлических тросов и шкивов между вагонами и двигателями.
5. Различные системы безопасности для защиты пассажиров при обрыве троса.
6. В больших зданиях электронная система управления, направляющая автомобили на нужный этаж с помощью
   так называемый «алгоритм лифта» (сложный вид математического
   логика), чтобы гарантировать, что большое количество людей перемещается вверх и вниз в
   самым быстрым и эффективным способом (особенно важно в огромных,
   оживленные небоскребы в час пик). Интеллектуальные системы запрограммированы
   нести гораздо больше людей вверх, чем вниз в начале
   днем и наоборот в конце дня.

На фото: типичный современный лифт с электронным управлением. Если вы подождете, пока машины уберутся с дороги, вы часто сможете увидеть некоторые из механизмов и понять, какие части за что отвечают.

Рекламные ссылки

Как лифты используют энергию

С научной точки зрения, все лифты работают на энергии. Чтобы добраться с земли до 18-го
пол, поднимаясь по лестнице, вы должны перемещать вес своего тела
против направленной вниз силы тяжести. Энергия, которую вы тратите
в процессе (в основном) преобразуется в потенциальную энергию, поэтому
подъем по лестнице увеличивает вашу потенциальную энергию (подъем вверх)
или уменьшение вашей потенциальной энергии (снижение).
Это пример закона сохранения энергии в действии.
У вас действительно больше потенциальной энергии наверху здания, чем внизу, даже если это не ощущается иначе.

Для ученого лифт — это просто устройство, которое увеличивает или уменьшает
потенциальной энергии без необходимости поставлять эту энергию
себя: лифт дает вам потенциальную энергию, когда вы поднимаетесь
и он забирает у вас потенциальную энергию, когда вы спускаетесь. В
теории, это звучит достаточно просто: лифту не нужно много
энергии вообще, потому что она всегда будет возвращаться столько же (когда она
идет вниз) как выдает (когда идет вверх). К сожалению, это не
совсем уж просто. Если бы все лифты были простыми подъемниками с
клетка, проходящая через шкив, потребовала бы значительного количества энергии
поднимать людей, но у него не было бы возможности вернуть эту энергию: энергия
просто потеряться из-за трения тросов и тормозов (исчезновение
в воздух как отработанное тепло), когда люди возвращались вниз.

Сколько энергии потребляет лифт?

Фото: Лифты не просто висят на одном тросе: есть несколько прочных тросов, поддерживающих вагон в случае обрыва одного из них. Если случится худшее, вы обнаружите, что в кабине лифта часто есть телефон экстренной связи, который вы можете использовать внутри кабины лифта, чтобы вызвать помощь.

Если лифт должен поднять слона (весом, скажем, 2500 кг) на расстояние, может быть, 20 м.
в воздух, он должен снабдить слона 500 000 джоулей энергии.
дополнительная потенциальная энергия. Если он поднимется за 10 секунд, он должен
работают со скоростью 50 000 джоулей в секунду или 50 000 ватт, что
примерно в 20 раз больше энергии, чем потребляет обычный электрический тостер.

Предположим, лифт целый день перевозит слонов (10 часов или 10 × 60 = 600
минут или 10 × 60 × 60 = 36 000 секунд) и поднимать вдвое меньше времени.
(18 000 секунд). Всего потребуется 18 000 × 50 000 = 900.
миллионов джоулей (900 мегаджоулей) энергии, что равно 250
киловатт-часы в более привычных терминах.

На самом деле, лифт не был бы на 100% эффективен: вся энергия, которую он потреблял от
электроэнергия не будет полностью преобразована в потенциальную энергию в
восходящие слоны. Некоторые будут потеряны из-за трения, звука, тепла,
сопротивление воздуха (лобовое сопротивление) и другие потери в механизме. Таким образом, реальное потребление энергии будет
быть несколько больше.

Звучит как огромное количество энергии — и это так. Но многое из этого
можно сэкономить, используя противовес.

Противовес

Фото: Противовес перемещается вверх и вниз на колесах, которые следуют по направляющим сбоку
шахта лифта. Кабина лифта находится наверху этой шахты (вне поля зрения), поэтому противовес находится внизу. Когда кабина движется вниз по шахте, противовес движется вверх и наоборот. У каждой машины есть свой противовес, поэтому машины могут работать независимо друг от друга. На этой картинке вы также можете видеть двери на каждом этаже, которые открываются и закрываются только тогда, когда кабина лифта выровнена с ними.

На практике лифты работают немного иначе, чем обычные подъемники. Лифт
уравновешивается тяжелым противовесом, который весит примерно столько же
как автомобиль, когда он загружен наполовину (другими словами, вес
самого автомобиля плюс 40–50 процентов от общего веса, который он может нести). Когда лифт идет
вверх, противовес опускается — и наоборот, что помогает нам в
четырьмя способами:

1. Противовес облегчает двигателю подъем и опускание автомобиля — просто
   как сидение на качелях значительно облегчает подъем чьего-либо
   веса по сравнению с поднятием их на руках. Благодаря
   противовес, двигатель должен использовать гораздо меньше усилий, чтобы переместить
   машина вверх или вниз. Если предположить, что автомобиль и его содержимое весят больше, чем противовес, все
   двигатель должен подняться, это разница в весе между ними и немного больше
   сила для преодоления трения в шкивах и так далее.
2. Поскольку прилагается меньшее усилие, меньше натяжение тросов, что делает лифт
   немного безопаснее.
3. Противовес снижает количество энергии, необходимой двигателю. Это
   интуитивно очевидно любому, кто хоть раз сидел на качелях:
   качели правильно сбалансированы, вы можете качаться вверх и вниз на любое число
   раз, не уставая по-настоящему, — совсем не то,
   поднимать кого-то на руки, что очень быстро утомляет. Этот
   пункт также вытекает из первого: если двигатель использует
   меньше силы, чтобы переместить автомобиль на то же расстояние, он делает меньше работы
   против силы тяжести.
4. Противовес уменьшает количество тормозов, необходимых лифту. Представьте, если
   не было противовеса: тяжело нагруженная кабина лифта была бы
   действительно трудно тянуть вверх, но на обратном пути
   мчаться на землю сама по себе, если бы не было какого-то
   надежный тормоз, чтобы остановить его. Противовес значительно облегчает управление
   вагон лифта.

В другой конструкции, известной как дуплексный невесомый лифт, две кабины соединены
к противоположным концам одного и того же кабеля и эффективно сбалансировать каждый
другой, устраняя необходимость в противовесе.

Предохранительный тормоз

У всех, кто когда-либо ездил в лифте, возникала одна и та же мысль: а что, если трос
держать эту штуку вдруг сломается? Уверяю вас, нечего
беспокоюсь о. Если трос оборвется, различные системы безопасности предотвратят
кабина лифта от падения на пол. Это было здорово
новшество, которое Элиша Грейвс Отис сделал еще в 1860-х годах. Его
лифты не просто держались на веревках: они также имели
храповая система в качестве резервной. Каждая машина проехала между двумя
вертикальные направляющие с прочными металлическими зубьями, встроенными до упора
их. В верхней части каждой машины находился подпружиненный механизм.
с прикрепленными крючками. Если трос рвался, крюки прыгали
наружу и застрял в металлических зубьях направляющих,
надежно зафиксировать автомобиль в нужном положении.

Как работал оригинальный лифт Otis

Иллюстрация: Лифт Otis. Благодаря чудесам Интернета очень легко просмотреть оригинальные патентные документы и точно узнать, о чем думали изобретатели. Здесь, любезно предоставлено патентом и товарным знаком США
«Офис» — один из рисунков, которые Элиша Грейвз Отис представил вместе со своим патентом на «Подъемный аппарат» от 15 января 1861 года. Я немного раскрасил его, чтобы его было легче понять.

Значительно упрощено, вот как это работает:

1. Отсек лифта (1, зеленый) поднимается и опускается с помощью подъемно-шкивной системы (2) и подвижного противовеса (не виден
   в этой картине). Видно, как лифт плавно движется между вертикальными направляющими: он не просто тупо болтается на тросе.
2. Трос, выполняющий весь подъемный механизм (3, красный), наматывается на несколько шкивов и основной намоточный барабан. Не забывайте, что этот лифт был изобретен до того, как кто-то по-настоящему начал использовать электричество: его поднимали и опускали вручную.
3. В верхней части кабины лифта находится простой механизм, состоящий из подпружиненных рычагов и шарниров (4). Если основной трос (3) рвется, пружины выталкивают два прочных стержня, называемых «собачками» (5), так что они фиксируются в вертикальных стойках с направленными вверх зубьями (6) с обеих сторон. Это похожее на храповик устройство надежно фиксирует лифт на месте.

Фото: Современный лифт имеет много общего с оригинальным дизайном Otis. Здесь вы можете увидеть маленькие колеса по краям кабины лифта, которые помогают ей плавно двигаться вверх и вниз по направляющим.

Согласно Отису, ключевой частью изобретения было: «иметь собачки и зубья крюка стоек, сформированные, по существу, так, как показано, так что вес платформы в случае разрыва веревки вызовет собачки и зубы, чтобы сцепиться вместе и предотвратить случайное разделение одного и того же».

Если вам нужно более подробное объяснение, взгляните на оригинальный патент Отиса, патент США № 31,128: Улучшение подъемного устройства. В нем более подробно объясняется, как лебедка и шкивы работают с противовесом.

Отис изобрел лифт?

Нет. Он изобрел безопасный лифт: он заметил, как обычные лифты могут выйти из строя, и придумал лучший вариант.
дизайн, который сделал их более безопасными. Лифт Отис датируется серединой 19 века, но обычные лифты появились еще раньше.
гораздо дальше — вплоть до греческих и римских времен. Мы можем проследить их до более общих видов подъемного оборудования, таких как краны,
лебедки и шпили; древние устройства для подъема воды, такие как шадуф (иногда пишется как шадуф), основанные на конструкции качающихся качелей, вполне могли вдохновить на использование противовесов в первых лифтах и ​​подъемниках.

Регуляторы скорости

Большинство лифтов имеют полностью отдельную систему регулирования скорости, называемую
губернатор, который является тяжелым
маховик с
внутри него встроены массивные механические руки. Обычно руки держат внутри
маховик здоровенными пружинами, но если подъемник движется слишком быстро, они
лететь наружу, нажимая на рычажный механизм, который приводит в действие одну или несколько тормозных систем.
Во-первых, они могут отключить питание подъемного двигателя. Если это не удается и лифт продолжает ускоряться,
руки вылетят еще дальше и сработают второй механизм, задействовав тормоза.
Некоторые регуляторы полностью механические; другие электромагнитные;
третьи используют смесь механических и электронных компонентов.

Работа: Как работает губернатор. Подъемный двигатель (1) приводит в движение шестерни (2), которые вращают шкив (3) — колесо с желобками, которое направляет основной трос. Трос поддерживает как противовес (4), так и подъемную кабину (5). Отдельный трос регулятора (6) прикреплен к кабине подъемника и механизму регулятора справа. Регулятор состоит из маховика с центробежными рычагами внутри него (7). Если подъемник движется слишком быстро, рычаги вылетают наружу, приводя в действие предохранительный механизм, который притормаживает трос регулятора (8) и замедляет его. Поскольку трос регулятора теперь движется медленнее, чем основной трос и сама кабина, он активирует другой механизм, который заставляет фрикционные тормоза вылетать из кабины лифта на ее внешние направляющие, плавно и безопасно останавливая ее (в аналогичном случае). путь к оригинальному предохранительному механизму Otis).

Изображение: пример полностью механического механизма регулятора, разработанного инженерами Otis в 1960-х годах. Вы можете увидеть маховик (серый) с его центробежными рычагами внутри (светло-голубой) и удерживающими их пружинами (желтый). Когда колесо вращается слишком быстро, рычаги вылетают наружу, срабатывая тормозное устройство, которое прикладывает пару подпружиненных рычагов (темно-синий) к тросу регулятора (коричневый). Из патента США 3 327 811: Губернатор Джозефа Мастроберте, Otis Elevator Company, запатентован 27 июня 19 г.67. Изображение предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (для облегчения понимания добавлены цвета).

Фото: В старых лифтах иногда использовались центробежные регуляторы с двумя маленькими тяжелыми металлическими шариками, которые двигались вверх и наружу при вращении, блокируя кабину, если они двигались слишком быстро и слишком далеко. Это двигатель подъемника и подъемник (слева) и центробежный регулятор (справа) на старом лифте Otis на плотине Гранд-Кули. Фотография Джета Лоу, Библиотека Конгресса, отдел печати и фотографий, HAEL WASH, 13-GRACO, 1A-32.

Другие системы безопасности

Современные лифты имеют несколько систем безопасности. Как тросы на подвеске
мост, трос в лифте сделан из множества металлических нитей
проволочного каната, скрученного вместе, поэтому небольшой отказ одной части кабеля не
по крайней мере, вызовет какие-либо проблемы. Большинство лифтов также имеют
несколько отдельных тросов, поддерживающих каждую кабину, так что при полном выходе из строя одного троса
другие функционируют на его месте. Даже если все тросы оборвутся, эта система все равно удержит автомобиль на месте.

В ноябре 2018 года в чрезмерно сенсационных СМИ широко сообщалось, что кабина лифта
на 875 North Michigan Avenue в Чикаго (небоскреб, ранее известный как John Hancock Cente)
«упал» на 84 этажа после обрыва кабеля.
На самом деле, как позже стало ясно из подробного отчета инспектора по технике безопасности, только один из семи подъемных канатов порвался.
а остальные шесть неповрежденных тросов позволили медленно, контролируемо спуститься с 20-го этажа на 11-й этаж, где
пассажиры в конечном итоге были спасены. Системы безопасности лифта работали точно так, как было задумано.
и это «никогда не было неконтролируемым или небезопасным».

Фото: Один из лифтов на 875 North Michigan Avenue в Чикаго.
Несколько систем безопасности гарантируют, что вы вернетесь на землю, даже если трос выйдет из строя.
Фото любезно предоставлено американским проектом Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит,
Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Наконец, если вы когда-нибудь смотрели на лифт из прозрачного стекла, вы наверняка заметили гигантский
гидравлическая или газовая пружина
буфер внизу, чтобы смягчить удар
если предохранительный тормоз каким-то образом выйдет из строя. Спасибо Элише Грейвс Отис и
многие талантливые инженеры, которые пошли по его стопам, вы
в лифте гораздо безопаснее, чем в машине.

Как работает гидравлический подъемник?

Лифты, которые работают с тросами и колесами, иногда называют тяговыми лифтами , потому что они
включают двигатель, тянущий автомобиль, и противовес. Однако не все лифты работают таким образом.
В небольших зданиях довольно часто можно встретить гидравлические лифты , которые поднимают и опускают
одноместный автомобиль с гидравлическим цилиндром (заполненный жидкостью поршень, аналогичный тем, которые используются в строительных машинах, таких как бульдозеры и краны). Гидравлические лифты механически проще и, следовательно, дешевле в установке, но, поскольку в них обычно не используются противовесы, они потребляют больше энергии для подъема и опускания автомобиля. Иногда гидравлический цилиндр устанавливается прямо под автомобилем и толкает его вверх и вниз (конструкция, известная как прямого действия ). В качестве альтернативы, если для этого нет места, домкрат можно установить сбоку от шахты лифта, управляя кабиной с помощью системы тросов и шкивов (в конструкции, известной как непрямого действия ). Более сложные лифты, такие как показанный здесь, используют несколько гидравлических цилиндров и противовесов.

Произведение: Гидравлический лифт с энергосберегающим противовесом. В этой конструкции легковой автомобиль (1) поддерживается гидравлическим цилиндром прямого действия (2), соединенным через гидравлический насос (3), приводимый в действие двигателем (4), соединенным со вторым гидроцилиндром (5), который приводит в действие противовес (6). Когда кабина лифта падает, насос перекачивает гидравлическую жидкость от одного штока (2) к другому (5), что позволяет избежать необходимости в резервуаре для жидкости. Мой рисунок основан на дизайне Отиса, описанном в патенте США 5,9.75 246: Гидравлически сбалансированный лифт Ренцо Тоски, Otis Elevator Company, запатентован 2 ноября 1999 г.

Узнать больше

На этом сайте

• Энергия
• Шестерни
• Как работают здания
• Гидравлика
• Шкивы

Другие полезные сайты

• Мир Лифта: Отраслевой журнал с большим количеством интересных материалов о последних событиях в мире «людского движения».

Статьи

• Старинные лифты Каира, великолепные и глючные, — сцены любви и страха Вивиан Йи. The New York Times, 20 сентября 2021 г. Увлекательный взгляд на древние лифты в египетской столице.
• В новых предлагаемых лифтах метро некоторые видят риск терроризма автора Сара Маслин Нирджан. The New York Times, 22 января 2018 г. Некоторые жители Манхэттена выступают против лифтов, которые могли бы сделать метро более доступным, как потенциальную угрозу безопасности.
• Энди Ньюман: Поездка на капсуле времени в квартиру 8G. The New York Times, 15 декабря 2017 г. Празднование старомодного, ручного
  управляемые лифты.
• лифтов на магнитной подвеске будут поднимать вас вверх, вниз и в стороны к 2016 году, Эван Акерман. IEEE Спектр. 2 декабря 2014 г. Как линейные двигатели избавляют от необходимости использовать традиционные лифтовые кабели.
• В лифты, а потом в яму автора Джули Бесонен. Нью-Йорк Таймс. 22 августа 2014 г. Увлекательное знакомство с Историческим музеем лифта.
• Самый быстрый лифт: Испытательная башня Hyundai Elevator от Элизы Стрикленд. IEEE Спектр. 1 июня 2011. Ультрасовременным небоскребам нужны современные лифты, способные двигаться со скоростью 64 км/ч (40 миль в час).
• Небо — это предел: краны и подъемные устройства с приводом от человека, Крис Де Декер, журнал Low-Tech, 25 марта 2010 г. Более общий взгляд на историю механического подъема.
• On the up, Шон Коглан, BBC News, 6 апреля 2007 г. Краткий исторический обзор лифтовой техники от Otis до Taipei 101.
• умных лифтов Клайва Томпсона. The New York Times, 10 декабря 2006 г. Miconic 10 быстрее доставляет людей к месту назначения, направляя пассажиров к разным кабинам лифта в вестибюле.
• Быстрые лифты попадают в книгу рекордов: BBC News, 16 декабря 2004 г. Как быстро могут двигаться лифты?

Книги

Лифты

• Справочник по движению в лифтах: теория и практика Джины Барни и Лютфи Аль-Шарифа. Routledge, 2016. Исследует теорию проектирования лифтов (и других транспортных систем) для наиболее эффективного перемещения большого количества людей.
• Справочник по вертикальной транспортировке Джорджа Р. Стракоша и Роберта С. Капорале. John Wiley, 2010. Актуальный справочник о современных лифтовых системах, подготовленный журналом Elevator World.

История

• Поднято: культурная история лифта Андреаса Бернара. NYU Press, 2014. Архитектура, инженерия, политика и психология — вот некоторые из тем, затронутых в этом обширном исследовании.
• От восходящих комнат до скоростных лифтов: история пассажирского лифта в XIX в. век, Ли Э. Грей. Мир лифтов, 2002 г. Эта увлекательная книга охватывает период 1850–1900 гг., начиная с первых грузовых лифтов, рассматривая роль лифтов в развитии небоскребов и заканчивая современными безопасными лифтами примерно 1900 г.
• [PDF] История американской лифтовой промышленности: 1850–2001 гг., Патрик Карражат. Lir Group, 2009. [Архивировано с помощью Wayback Machine.]
• Otis Elevator Brochure c.1900 Эта архивная брошюра показывает нам, что электрические и гидравлические лифты были довольно сложными в начале 20-го века, хотя их максимальная скорость составляла всего около 11 миль в час (1000 футов/мин).
• История инженерии в классические и средневековые времена Дональда Р. Хилла. Routledge, 1984. Хотя в этой книге не рассматриваются элеваторы (насколько я помню), в ней очень подробно рассказывается о древних водоподъемных машинах, использовавшихся для орошения, которые были одними из первых механических подъемных устройств.

Для младших читателей

• Лифты Трейси Маурер. Rourke Educational, 2017. Введение на 48 страницах для детей от 8 до 11 лет.
• Будь механиком по лифтам автора Уил Мара. Вишневое озеро, 2019 г.. 32-страничный обзор для начинающих инженеров.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2022) Лифты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-elevators-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Средства связи
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда
• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и инструменты
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Как работают лифты и лифты?

Как работают лифты и подъемники? — Объясните этот материал

Вы здесь:
Домашняя страница >
Транспорт >
Лифты

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 5 мая 2022 г.

Нажмите верхнюю кнопку лифта и приготовьтесь к долгой поездке: всего через несколько дней вы будете махать обратно из космоса! Лифты, которые могут подниматься вверх
за пределами Земли, безусловно, захватили воображение людей в течение десятилетия
или около того с тех пор, как ученые-космонавты впервые предложили их — и это неудивительно.
Но в свое время обычные офисные лифты, вероятно, казались почти такими же радикальными. Это было не просто
блестящие строительные материалы, такие как сталь и
бетон, который позволил
современные небоскребы, чтобы воспарить к облакам: это было изобретение, в
1861 г., о безопасном и надежном лифте человека по имени Элиша Грейвс.
Отис из Йонкерс, Нью-Йорк. Отис буквально изменил лицо
Земле, разработав машину, которую он скромно назвал «улучшением в
подъемных устройств», что позволило городам расширяться вертикально по мере
так и по горизонтали. Вот почему его изобретение по праву может быть
описывается как одна из самых важных машин всех времен. Давайте
присмотритесь к лифтам и узнайте, как они работают!

Фото: Как далеко вас унесет верхняя кнопка? Весь путь в космос? НАСА уже работает
на лифте, который мог бы доставлять материалы с поверхности Земли на геостационарную околоземную орбиту на высоту 35 786 км (22 241 миля).
Иллюстрация художника Пэта Ролинга предоставлена ​​Центром космических полетов имени Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Содержание

1. Что такое лифт?
2. Как лифты используют энергию
3. Сколько энергии потребляет лифт?
4. Противовес
5. Предохранительный тормоз
6. Как работал оригинальный лифт Otis
7. Регуляторы скорости
8. Другие системы безопасности
9. Как работает гидравлический лифт?
10. Узнать больше

Что такое лифт?

Художественное произведение: За исключением электронных систем управления, основной механизм тяговых лифтов (тех, которые поднимаются и опускаются с помощью тросов) не сильно изменился за более чем столетие. Эта диаграмма взята из исторической брошюры Otis.
датируется около 1900 любезно предоставлено
Интернет-архив.

Что раздражает в лифтах (если вы пытаетесь их понять), так это то, что их
рабочие части обычно закрыты. С точки зрения кого-то
путешествуя из вестибюля на 18-й этаж, лифт — это просто
металлический ящик с дверьми, которые закрываются на одном этаже, а затем снова открываются на
еще один. Для тех из нас, кто более любопытен, ключевыми частями лифта являются:

1. Одна или несколько машин (металлических ящиков), которые поднимаются и опускаются.
2. Противовесы, уравновешивающие автомобили.
3. Электродвигатель, поднимающий и опускающий вагоны, включая
   система торможения. (В некоторых лифтах вместо них используются гидравлические механизмы.)
4. Система прочных металлических тросов и шкивов между вагонами и двигателями.
5. Различные системы безопасности для защиты пассажиров при обрыве троса.
6. В больших зданиях электронная система управления, направляющая автомобили на нужный этаж с помощью
   так называемый «алгоритм лифта» (сложный вид математического
   логика), чтобы гарантировать, что большое количество людей перемещается вверх и вниз в
   самым быстрым и эффективным способом (особенно важно в огромных,
   оживленные небоскребы в час пик). Интеллектуальные системы запрограммированы
   нести гораздо больше людей вверх, чем вниз в начале
   днем и наоборот в конце дня.

На фото: типичный современный лифт с электронным управлением. Если вы подождете, пока машины уберутся с дороги, вы часто сможете увидеть некоторые из механизмов и понять, какие части за что отвечают.

Рекламные ссылки

Как лифты используют энергию

С научной точки зрения, все лифты работают на энергии. Чтобы добраться с земли до 18-го
пол, поднимаясь по лестнице, вы должны перемещать вес своего тела
против направленной вниз силы тяжести. Энергия, которую вы тратите
в процессе (в основном) преобразуется в потенциальную энергию, поэтому
подъем по лестнице увеличивает вашу потенциальную энергию (подъем вверх)
или уменьшение вашей потенциальной энергии (снижение).
Это пример закона сохранения энергии в действии.
У вас действительно больше потенциальной энергии наверху здания, чем внизу, даже если это не ощущается иначе.

Для ученого лифт — это просто устройство, которое увеличивает или уменьшает
потенциальной энергии без необходимости поставлять эту энергию
себя: лифт дает вам потенциальную энергию, когда вы поднимаетесь
и он забирает у вас потенциальную энергию, когда вы спускаетесь. В
теории, это звучит достаточно просто: лифту не нужно много
энергии вообще, потому что она всегда будет возвращаться столько же (когда она
идет вниз) как выдает (когда идет вверх). К сожалению, это не
совсем уж просто. Если бы все лифты были простыми подъемниками с
клетка, проходящая через шкив, потребовала бы значительного количества энергии
поднимать людей, но у него не было бы возможности вернуть эту энергию: энергия
просто потеряться из-за трения тросов и тормозов (исчезновение
в воздух как отработанное тепло), когда люди возвращались вниз.

Сколько энергии потребляет лифт?

Фото: Лифты не просто висят на одном тросе: есть несколько прочных тросов, поддерживающих вагон в случае обрыва одного из них. Если случится худшее, вы обнаружите, что в кабине лифта часто есть телефон экстренной связи, который вы можете использовать внутри кабины лифта, чтобы вызвать помощь.

Если лифт должен поднять слона (весом, скажем, 2500 кг) на расстояние, может быть, 20 м.
в воздух, он должен снабдить слона 500 000 джоулей энергии.
дополнительная потенциальная энергия. Если он поднимется за 10 секунд, он должен
работают со скоростью 50 000 джоулей в секунду или 50 000 ватт, что
примерно в 20 раз больше энергии, чем потребляет обычный электрический тостер.

Предположим, лифт целый день перевозит слонов (10 часов или 10 × 60 = 600
минут или 10 × 60 × 60 = 36 000 секунд) и поднимать вдвое меньше времени.
(18 000 секунд). Всего потребуется 18 000 × 50 000 = 900.
миллионов джоулей (900 мегаджоулей) энергии, что равно 250
киловатт-часы в более привычных терминах.

На самом деле, лифт не был бы на 100% эффективен: вся энергия, которую он потреблял от
электроэнергия не будет полностью преобразована в потенциальную энергию в
восходящие слоны. Некоторые будут потеряны из-за трения, звука, тепла,
сопротивление воздуха (лобовое сопротивление) и другие потери в механизме. Таким образом, реальное потребление энергии будет
быть несколько больше.

Звучит как огромное количество энергии — и это так. Но многое из этого
можно сэкономить, используя противовес.

Противовес

Фото: Противовес перемещается вверх и вниз на колесах, которые следуют по направляющим сбоку
шахта лифта. Кабина лифта находится наверху этой шахты (вне поля зрения), поэтому противовес находится внизу. Когда кабина движется вниз по шахте, противовес движется вверх и наоборот. У каждой машины есть свой противовес, поэтому машины могут работать независимо друг от друга. На этой картинке вы также можете видеть двери на каждом этаже, которые открываются и закрываются только тогда, когда кабина лифта выровнена с ними.

На практике лифты работают немного иначе, чем обычные подъемники. Лифт
уравновешивается тяжелым противовесом, который весит примерно столько же
как автомобиль, когда он загружен наполовину (другими словами, вес
самого автомобиля плюс 40–50 процентов от общего веса, который он может нести). Когда лифт идет
вверх, противовес опускается — и наоборот, что помогает нам в
четырьмя способами:

1. Противовес облегчает двигателю подъем и опускание автомобиля — просто
   как сидение на качелях значительно облегчает подъем чьего-либо
   веса по сравнению с поднятием их на руках. Благодаря
   противовес, двигатель должен использовать гораздо меньше усилий, чтобы переместить
   машина вверх или вниз. Если предположить, что автомобиль и его содержимое весят больше, чем противовес, все
   двигатель должен подняться, это разница в весе между ними и немного больше
   сила для преодоления трения в шкивах и так далее.
2. Поскольку прилагается меньшее усилие, меньше натяжение тросов, что делает лифт
   немного безопаснее.
3. Противовес снижает количество энергии, необходимой двигателю. Это
   интуитивно очевидно любому, кто хоть раз сидел на качелях:
   качели правильно сбалансированы, вы можете качаться вверх и вниз на любое число
   раз, не уставая по-настоящему, — совсем не то,
   поднимать кого-то на руки, что очень быстро утомляет. Этот
   пункт также вытекает из первого: если двигатель использует
   меньше силы, чтобы переместить автомобиль на то же расстояние, он делает меньше работы
   против силы тяжести.
4. Противовес уменьшает количество тормозов, необходимых лифту. Представьте, если
   не было противовеса: тяжело нагруженная кабина лифта была бы
   действительно трудно тянуть вверх, но на обратном пути
   мчаться на землю сама по себе, если бы не было какого-то
   надежный тормоз, чтобы остановить его. Противовес значительно облегчает управление
   вагон лифта.

В другой конструкции, известной как дуплексный невесомый лифт, две кабины соединены
к противоположным концам одного и того же кабеля и эффективно сбалансировать каждый
другой, устраняя необходимость в противовесе.

Предохранительный тормоз

У всех, кто когда-либо ездил в лифте, возникала одна и та же мысль: а что, если трос
держать эту штуку вдруг сломается? Уверяю вас, нечего
беспокоюсь о. Если трос оборвется, различные системы безопасности предотвратят
кабина лифта от падения на пол. Это было здорово
новшество, которое Элиша Грейвс Отис сделал еще в 1860-х годах. Его
лифты не просто держались на веревках: они также имели
храповая система в качестве резервной. Каждая машина проехала между двумя
вертикальные направляющие с прочными металлическими зубьями, встроенными до упора
их. В верхней части каждой машины находился подпружиненный механизм.
с прикрепленными крючками. Если трос рвался, крюки прыгали
наружу и застрял в металлических зубьях направляющих,
надежно зафиксировать автомобиль в нужном положении.

Как работал оригинальный лифт Otis

Иллюстрация: Лифт Otis. Благодаря чудесам Интернета очень легко просмотреть оригинальные патентные документы и точно узнать, о чем думали изобретатели. Здесь, любезно предоставлено патентом и товарным знаком США
«Офис» — один из рисунков, которые Элиша Грейвз Отис представил вместе со своим патентом на «Подъемный аппарат» от 15 января 1861 года. Я немного раскрасил его, чтобы его было легче понять.

Значительно упрощено, вот как это работает:

1. Отсек лифта (1, зеленый) поднимается и опускается с помощью подъемно-шкивной системы (2) и подвижного противовеса (не виден
   в этой картине). Видно, как лифт плавно движется между вертикальными направляющими: он не просто тупо болтается на тросе.
2. Трос, выполняющий весь подъемный механизм (3, красный), наматывается на несколько шкивов и основной намоточный барабан. Не забывайте, что этот лифт был изобретен до того, как кто-то по-настоящему начал использовать электричество: его поднимали и опускали вручную.
3. В верхней части кабины лифта находится простой механизм, состоящий из подпружиненных рычагов и шарниров (4). Если основной трос (3) рвется, пружины выталкивают два прочных стержня, называемых «собачками» (5), так что они фиксируются в вертикальных стойках с направленными вверх зубьями (6) с обеих сторон. Это похожее на храповик устройство надежно фиксирует лифт на месте.

Фото: Современный лифт имеет много общего с оригинальным дизайном Otis. Здесь вы можете увидеть маленькие колеса по краям кабины лифта, которые помогают ей плавно двигаться вверх и вниз по направляющим.

Согласно Отису, ключевой частью изобретения было: «иметь собачки и зубья крюка стоек, сформированные, по существу, так, как показано, так что вес платформы в случае разрыва веревки вызовет собачки и зубы, чтобы сцепиться вместе и предотвратить случайное разделение одного и того же».

Если вам нужно более подробное объяснение, взгляните на оригинальный патент Отиса, патент США № 31,128: Улучшение подъемного устройства. В нем более подробно объясняется, как лебедка и шкивы работают с противовесом.

Отис изобрел лифт?

Нет. Он изобрел безопасный лифт: он заметил, как обычные лифты могут выйти из строя, и придумал лучший вариант.
дизайн, который сделал их более безопасными. Лифт Отис датируется серединой 19 века, но обычные лифты появились еще раньше.
гораздо дальше — вплоть до греческих и римских времен. Мы можем проследить их до более общих видов подъемного оборудования, таких как краны,
лебедки и шпили; древние устройства для подъема воды, такие как шадуф (иногда пишется как шадуф), основанные на конструкции качающихся качелей, вполне могли вдохновить на использование противовесов в первых лифтах и ​​подъемниках.

Регуляторы скорости

Большинство лифтов имеют полностью отдельную систему регулирования скорости, называемую
губернатор, который является тяжелым
маховик с
внутри него встроены массивные механические руки. Обычно руки держат внутри
маховик здоровенными пружинами, но если подъемник движется слишком быстро, они
лететь наружу, нажимая на рычажный механизм, который приводит в действие одну или несколько тормозных систем.
Во-первых, они могут отключить питание подъемного двигателя. Если это не удается и лифт продолжает ускоряться,
руки вылетят еще дальше и сработают второй механизм, задействовав тормоза.
Некоторые регуляторы полностью механические; другие электромагнитные;
третьи используют смесь механических и электронных компонентов.

Работа: Как работает губернатор. Подъемный двигатель (1) приводит в движение шестерни (2), которые вращают шкив (3) — колесо с желобками, которое направляет основной трос. Трос поддерживает как противовес (4), так и подъемную кабину (5). Отдельный трос регулятора (6) прикреплен к кабине подъемника и механизму регулятора справа. Регулятор состоит из маховика с центробежными рычагами внутри него (7). Если подъемник движется слишком быстро, рычаги вылетают наружу, приводя в действие предохранительный механизм, который притормаживает трос регулятора (8) и замедляет его. Поскольку трос регулятора теперь движется медленнее, чем основной трос и сама кабина, он активирует другой механизм, который заставляет фрикционные тормоза вылетать из кабины лифта на ее внешние направляющие, плавно и безопасно останавливая ее (в аналогичном случае). путь к оригинальному предохранительному механизму Otis).

Изображение: пример полностью механического механизма регулятора, разработанного инженерами Otis в 1960-х годах. Вы можете увидеть маховик (серый) с его центробежными рычагами внутри (светло-голубой) и удерживающими их пружинами (желтый). Когда колесо вращается слишком быстро, рычаги вылетают наружу, срабатывая тормозное устройство, которое прикладывает пару подпружиненных рычагов (темно-синий) к тросу регулятора (коричневый). Из патента США 3 327 811: Губернатор Джозефа Мастроберте, Otis Elevator Company, запатентован 27 июня 19 г.67. Изображение предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (для облегчения понимания добавлены цвета).

Фото: В старых лифтах иногда использовались центробежные регуляторы с двумя маленькими тяжелыми металлическими шариками, которые двигались вверх и наружу при вращении, блокируя кабину, если они двигались слишком быстро и слишком далеко. Это двигатель подъемника и подъемник (слева) и центробежный регулятор (справа) на старом лифте Otis на плотине Гранд-Кули. Фотография Джета Лоу, Библиотека Конгресса, отдел печати и фотографий, HAEL WASH, 13-GRACO, 1A-32.

Другие системы безопасности

Современные лифты имеют несколько систем безопасности. Как тросы на подвеске
мост, трос в лифте сделан из множества металлических нитей
проволочного каната, скрученного вместе, поэтому небольшой отказ одной части кабеля не
по крайней мере, вызовет какие-либо проблемы. Большинство лифтов также имеют
несколько отдельных тросов, поддерживающих каждую кабину, так что при полном выходе из строя одного троса
другие функционируют на его месте. Даже если все тросы оборвутся, эта система все равно удержит автомобиль на месте.

В ноябре 2018 года в чрезмерно сенсационных СМИ широко сообщалось, что кабина лифта
на 875 North Michigan Avenue в Чикаго (небоскреб, ранее известный как John Hancock Cente)
«упал» на 84 этажа после обрыва кабеля.
На самом деле, как позже стало ясно из подробного отчета инспектора по технике безопасности, только один из семи подъемных канатов порвался.
а остальные шесть неповрежденных тросов позволили медленно, контролируемо спуститься с 20-го этажа на 11-й этаж, где
пассажиры в конечном итоге были спасены. Системы безопасности лифта работали точно так, как было задумано.
и это «никогда не было неконтролируемым или небезопасным».

Фото: Один из лифтов на 875 North Michigan Avenue в Чикаго.
Несколько систем безопасности гарантируют, что вы вернетесь на землю, даже если трос выйдет из строя.
Фото любезно предоставлено американским проектом Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит,
Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Наконец, если вы когда-нибудь смотрели на лифт из прозрачного стекла, вы наверняка заметили гигантский
гидравлическая или газовая пружина
буфер внизу, чтобы смягчить удар
если предохранительный тормоз каким-то образом выйдет из строя. Спасибо Элише Грейвс Отис и
многие талантливые инженеры, которые пошли по его стопам, вы
в лифте гораздо безопаснее, чем в машине.

Как работает гидравлический подъемник?

Лифты, которые работают с тросами и колесами, иногда называют тяговыми лифтами , потому что они
включают двигатель, тянущий автомобиль, и противовес. Однако не все лифты работают таким образом.
В небольших зданиях довольно часто можно встретить гидравлические лифты , которые поднимают и опускают
одноместный автомобиль с гидравлическим цилиндром (заполненный жидкостью поршень, аналогичный тем, которые используются в строительных машинах, таких как бульдозеры и краны). Гидравлические лифты механически проще и, следовательно, дешевле в установке, но, поскольку в них обычно не используются противовесы, они потребляют больше энергии для подъема и опускания автомобиля. Иногда гидравлический цилиндр устанавливается прямо под автомобилем и толкает его вверх и вниз (конструкция, известная как прямого действия ). В качестве альтернативы, если для этого нет места, домкрат можно установить сбоку от шахты лифта, управляя кабиной с помощью системы тросов и шкивов (в конструкции, известной как непрямого действия ). Более сложные лифты, такие как показанный здесь, используют несколько гидравлических цилиндров и противовесов.

Произведение: Гидравлический лифт с энергосберегающим противовесом. В этой конструкции легковой автомобиль (1) поддерживается гидравлическим цилиндром прямого действия (2), соединенным через гидравлический насос (3), приводимый в действие двигателем (4), соединенным со вторым гидроцилиндром (5), который приводит в действие противовес (6). Когда кабина лифта падает, насос перекачивает гидравлическую жидкость от одного штока (2) к другому (5), что позволяет избежать необходимости в резервуаре для жидкости. Мой рисунок основан на дизайне Отиса, описанном в патенте США 5,9.75 246: Гидравлически сбалансированный лифт Ренцо Тоски, Otis Elevator Company, запатентован 2 ноября 1999 г.

Узнать больше

На этом сайте

• Энергия
• Шестерни
• Как работают здания
• Гидравлика
• Шкивы

Другие полезные сайты

• Мир Лифта: Отраслевой журнал с большим количеством интересных материалов о последних событиях в мире «людского движения».

Статьи

• Старинные лифты Каира, великолепные и глючные, — сцены любви и страха Вивиан Йи. The New York Times, 20 сентября 2021 г. Увлекательный взгляд на древние лифты в египетской столице.
• В новых предлагаемых лифтах метро некоторые видят риск терроризма автора Сара Маслин Нирджан. The New York Times, 22 января 2018 г. Некоторые жители Манхэттена выступают против лифтов, которые могли бы сделать метро более доступным, как потенциальную угрозу безопасности.
• Энди Ньюман: Поездка на капсуле времени в квартиру 8G. The New York Times, 15 декабря 2017 г. Празднование старомодного, ручного
  управляемые лифты.
• лифтов на магнитной подвеске будут поднимать вас вверх, вниз и в стороны к 2016 году, Эван Акерман. IEEE Спектр. 2 декабря 2014 г. Как линейные двигатели избавляют от необходимости использовать традиционные лифтовые кабели.
• В лифты, а потом в яму автора Джули Бесонен. Нью-Йорк Таймс. 22 августа 2014 г. Увлекательное знакомство с Историческим музеем лифта.
• Самый быстрый лифт: Испытательная башня Hyundai Elevator от Элизы Стрикленд. IEEE Спектр. 1 июня 2011. Ультрасовременным небоскребам нужны современные лифты, способные двигаться со скоростью 64 км/ч (40 миль в час).
• Небо — это предел: краны и подъемные устройства с приводом от человека, Крис Де Декер, журнал Low-Tech, 25 марта 2010 г. Более общий взгляд на историю механического подъема.
• On the up, Шон Коглан, BBC News, 6 апреля 2007 г. Краткий исторический обзор лифтовой техники от Otis до Taipei 101.
• умных лифтов Клайва Томпсона. The New York Times, 10 декабря 2006 г. Miconic 10 быстрее доставляет людей к месту назначения, направляя пассажиров к разным кабинам лифта в вестибюле.
• Быстрые лифты попадают в книгу рекордов: BBC News, 16 декабря 2004 г. Как быстро могут двигаться лифты?

Книги

Лифты

• Справочник по движению в лифтах: теория и практика Джины Барни и Лютфи Аль-Шарифа. Routledge, 2016. Исследует теорию проектирования лифтов (и других транспортных систем) для наиболее эффективного перемещения большого количества людей.
• Справочник по вертикальной транспортировке Джорджа Р. Стракоша и Роберта С. Капорале. John Wiley, 2010. Актуальный справочник о современных лифтовых системах, подготовленный журналом Elevator World.

История

• Поднято: культурная история лифта Андреаса Бернара. NYU Press, 2014. Архитектура, инженерия, политика и психология — вот некоторые из тем, затронутых в этом обширном исследовании.
• От восходящих комнат до скоростных лифтов: история пассажирского лифта в XIX в. век, Ли Э. Грей. Мир лифтов, 2002 г. Эта увлекательная книга охватывает период 1850–1900 гг., начиная с первых грузовых лифтов, рассматривая роль лифтов в развитии небоскребов и заканчивая современными безопасными лифтами примерно 1900 г.
• [PDF] История американской лифтовой промышленности: 1850–2001 гг., Патрик Карражат. Lir Group, 2009. [Архивировано с помощью Wayback Machine.]
• Otis Elevator Brochure c.1900 Эта архивная брошюра показывает нам, что электрические и гидравлические лифты были довольно сложными в начале 20-го века, хотя их максимальная скорость составляла всего около 11 миль в час (1000 футов/мин).
• История инженерии в классические и средневековые времена Дональда Р. Хилла. Routledge, 1984. Хотя в этой книге не рассматриваются элеваторы (насколько я помню), в ней очень подробно рассказывается о древних водоподъемных машинах, использовавшихся для орошения, которые были одними из первых механических подъемных устройств.

Для младших читателей

• Лифты Трейси Маурер. Rourke Educational, 2017. Введение на 48 страницах для детей от 8 до 11 лет.
• Будь механиком по лифтам автора Уил Мара. Вишневое озеро, 2019 г.. 32-страничный обзор для начинающих инженеров.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.