Проблемы проектирования лифтовых систем

Лифт

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 1 июня 2011; проверки требуют 54 правки.

Перейти к: навигация, поиск

У этого термина существуют и другие значения, см. Лифт (значения).

Вариант пиктограммы лифта

Современный лифт

Кабина энергосберегающего лифта

Скоростной лифт Останкинской телебашни

Лифт (англ. to lift — поднимать) — разновидность грузоподъёмной машины, предназначенная для вертикального или наклонного перемещения грузов на специальных платформах, передвигающихся по жёстким направляющим^[1].

История

Первый чертёж лифта (1861 г.)

Впервые о лифте писал римский архитектор Витрувий, ссылавшийся в свою очередь на Архимеда, который построил подъёмный аппарат, вероятно, ещё в 236 году до н. э.^[2]

Более поздние упоминания о лифтах датируются серединой VI века (лифты Монастыря Святой Екатерины в Египте), первой четвертью XVIII века (во Франции) и XVII века (лифт Виндзорского замка в Великобритании, «Летающий стул» Велайера в одном из парижских дворцов)^[2]. В XVIII веке пассажирские лифты начали применяться в Российской империи (лифты дворцовых построек Царского Села, подмосковной усадьбы Кусково, подъёмные стол и кресло в петродворцовском Эрмитаже). В 1795 году И. П. Кулибин разработал конструкцию винтового пассажирского лифта (подъёмных и спускных кресел) для Зимнего дворца. В 1816 году лифт был установлен в главном доме подмосковной усадьбы Архангельское.^[2]

В 1854 году Э. Г. Отис продемонстрировал своё устройство безопасности — ловители — в Кристалл Паласе на выставке в Нью-Йорке. Отис становился на открытой платформе подъёмника и топором обрубал удерживавший её канат. При этом платформа оставалась на месте и не падала в шахту благодаря ловителям^[2].

Первый пассажирский лифт-подъёмник был установлен в Нью-Йорке в 1857 году. Устройство безопасности Отиса в сочетании с использованием стальных каркасов зданий дало возможность строить небоскрёбы.

В 1859 году фирма Отиса поставила в отеле «Пятая авеню» винтовой лифт. От подвала до чердака здание пронизывал огромный металлический винт, а кабина ходила по нему как гайка. Винт вращался через шкив ремнём от паровой машины, стоявшей в подвале. Когда винт вращался вправо, кабина шла вверх, влево — вниз. Чтобы кабина не вращалась вместе с винтом, вдоль одного её угла в шахте лифта проходил рельс-ограничитель. Но эта система оказалась медленной, неудобной и дорогой. Было смонтировано только два таких лифта. В отеле он был заменён в 1875 году. В этот период лифты, как правило, приводились в движение паровой машиной по направляющим, подъёмные канаты наматывались и сматывались с барабана.

В 1867 году на Всемирной выставке в Париже были впервые показаны гидравлические лифты, которые имели ряд преимуществ по сравнению с канатными. Позже такой лифт установили на Эйфелевой башне. На этих лифтах удалось достичь высокой скорости движения кабины — до 3,5 м/с, но из-за значительной первоначальной стоимости и эксплуатационных расходов пришлось от них отказаться^[3].

В 1878 году был изобретён ограничитель скорости, позволяющий включать ловители при превышении номинальной скорости.

Первый электрический лифт был запатентован в 1861 году всё тем же Отисом. Первый электрический пассажирский лифт с реечным механизмом был изготовлен немецкой фирмой Siemens & Halske в 1880 году. Он поднимался на высоту 22 метра за 11 секунд. Первый электрический лифт фирмы «Отис» был смонтирован в одном из нью-йоркских небоскрёбов в 1889 году. С тех пор проблема подъёма больше не сдерживала рост зданий вверх. В конце XIX века появились лебёдки с канатоведущими шкивами, это были лебёдки с двойным обхватом шкива.

К началу XX века электрические лифты получили широкое распространение, постепенно вытесняя лифты с другими типами приводов. В 1920-х годах появились лебёдки с одинарным обхватом канатоведущего шкива, которые широко применяются и сейчас.

В Российской империи не было большого количества высоких инженерных сооружений в силу большого количества земельного фонда. Лифты в большинстве случаев использовались только в промышленности. В связи с Первой мировой войной, сменой власти, гражданской войной и экономическим спадом отечественное лифтостроение сильно отставало от зарубежного.

После окончания Великой Отечественной войны лифтостроение в СССР получило развитие. В конце 1940-х годов, в СССР было освоено серийное производство типовых конструкций лифтов общего назначения и скоростных лифтов. В 1955—1956 годах ВНИИПТМАШ совместно с трестом «Союз Лифт» создали типовой ряд конструкций пассажирских лифтов для жилых домов и общественных зданий грузоподъёмностью от 320 до 1000 кг, а также типовой ряд грузовых лифтов грузоподъёмностью от 100 до 5000 кг и больничный лифт грузоподъёмностью 500 кг.

В 1963 году было организовано Центральное проектно-конструкторское бюро по лифтам. ЦПКБ по лифтам в 1966—1967 годах разработало новый параметрический ряд пассажирских и грузовых лифтов, представленный 36 моделями и 62 исполнениями. С ростом больших городов и появлением многоэтажной застройки значительно возрос и лифтовой парк. В конце 1990-х годов появились лифты, в которых управление осуществлялось с применением очень малого количества электроконтактных реле. Главным управляющим элементом стал микроконтроллер, то есть был осуществлён переход на более современную элементную базу. Несмотря на значительное многообразие типов и конструкций современных лифтов, все они состоят из основных элементов, имеющих принципиально одинаковое значение.

Очередная революция в лифтостроении произошла, когда финская компания «KONE» изобрела и в 1996 году запустила в массовое производство лифты MonoSpace^[4], благодаря безредукторному приводу EcoDisc^[5] не требующие машинного помещения.

Второй компанией в мире, начавшей выпускать лифты без машинного помещения, в 2000 году стала «Otis». Она применила в своей конструкции привод Gen2, использующий вместо металлических тросов полиуретановые ремни, которые, по мнению разработчиков, должны были снизить шум^[6]. Но в результате они породили другие проблемы: в частности, капризность нового привода к незначительному проседанию стен шахты (сопутствующему всем новым строениям), из-за чего вместо бесшумности получался сильнейший скрежет ремней до тех пор, пока привод заново не настраивался строго по горизонту, что могло продолжаться годами.

В том же 2000 году лифтами без машинного помещения отметилась компания Schindler, также, как и Otis, использующая ремни^[7][8].

В 2007 году компания «KONE» разработала лифт MaxiSpace, не требующий не только машинного помещения, но и противовеса. Лифт имеет максимальные размеры кабины при имеющихся габаритах шахты^[9].

В 2007 году компания «Сити Лифт» выпустила первый российский энергосберегающий лифт без машинного помещения БМП^[10]. В лифтах БМП и ВМП с канатной подвеской, кабина установлена на раму L-образной конструкции. Консольная конструкция и подвеска 1:1 обеспечивают простую установку, свойственную гидравлическому лифту, а также комфортное перемещение кабины с низким уровнем шума благодаря использованию электропривода без редуктора.

Классификация

Варианты кабин гидравлического лифта

По назначению:

• Пассажирские лифты. Для перевозки людей. Также допускается перевозка грузов, если общая масса пассажиров с грузом не превысит грузоподъёмности лифта.
• Грузовые лифты. Для перевозки грузов с сопровождающим персоналом (как правило, проводником) и только грузов, перевозка людей запрещена регламентом.
• Больничные лифты. Лифты для лечебно-профилактических учреждений. Используются для транспортировки больных, в том числе на больничных транспортных средствах (каталках, инвалидных колясках), с сопровождающим персоналом (как правило, проводником). Отличаются плавностью хода и точностью остановки.
• Грузопассажирские. Для транспортировки людей и грузов. Имеет увеличенную площадь пола и размер дверей.
• Грузовые платформы. Для транспортировки грузов, материалов и оборудования.
• Грузовые с проводником. Для транспортировки грузов и сопровождающих их лиц.
• Грузовые без проводника. Для транспортировки только грузов. Оборудуются наружным управлением, перемещение людей в этих лифтах не допускается.
• Грузовые малые. Используются как правило в ресторанах и кафе (для подъёма продуктов питания), библиотеках, складах и т. д. Грузоподъёмность, как правило, от 5 до 300 кг. Подъём людей на них категорически запрещён.
• Промышленные. Для установки в зданиях с запылённой, содержащей агрессивные газы, взрыво- и пожароопасной окружающей средой и для опасных производств.

По конструкции:

• Выжимные. В таком лифте канаты обхватывают кабину снизу.
• Тротуарные. Кабина выезжает из пола. Тротуарный лифт может быть выжимным.
• Грузовые с монорельсом, встроенным в кабину.
• Грузовые (малые магазинные).
• Лифты доступные для инвалидов. Предназначены для перемещения людей с ограниченными физическими способностями в коттеджах, административных и общественных зданиях.
• Пневмолифты. Работают за счёт воздуха, который накачивается внутри цилиндра в секции ниже кабины. После достижения определённого давления (0,006-0,007 МПа) кабина начинает подниматься.^[11]
• Гидравлические.
• Коттеджные. От обычных серийных пассажирских лифтов отличаются следующим: низкое энергопотребление, возможность работать в автономном режиме при перебоях с электропитанием в доме, малый вес, минимальные габариты шахты.
• Строительные подъёмники. Предназначены для подъёма и подачи различных грузов внутрь проёмов зданий или на крышу^[12].
• Ножницевидные подъёмники. Фиксированное подъёмное устройство, предназначенное для вертикального перемещения предметов с одного уровня на другой.
• Системы парковки автомобилей.
• Панорамные. Не имеют собственных лифтовых шахт. Из кабины панорамного лифта пассажирам открывается обозрение внешнего пространства. Прозрачность стен лифта избавляет некоторых людей от чувства дискомфорта при нахождении в ограниченном пространстве.
• Домашние лифты. Лифты устанавливаются в квартирах и жилых домах с питанием от обычной сети 220В переменного тока, способны при минимальной мощности (от 700 Вт) поднимать и опускать до 300 кг, требуется малый вес лифта для уменьшения влияния на строительные конструкции.

По конструкции привода:

• С электрическим приводом:
• С барабанными лебёдками. Имеют жёсткое соединения кабины и противовеса с барабаном.
• Лебёдки с канатоведущим шкивом. Не имеют жёсткого соединения кабины и противовеса с канатоведущим шкивом.
• C гидравлическим приводом.
• С пневматическим приводом.

По конструкции привода различают лебёдки с редукторным и безредукторным приводом. Лебёдки с редукторным приводом применяют на лифтах с небольшими скоростями, безредукторные лебёдки применяют, наоборот, на лифтах с большими скоростями.

Устройство

Схема клинового ловителя лифта: а — положение клиньев до включения ловителей; б — положение клиньев после включения ловителей: 1 — балки каркаса; 2 — башмаки; 3 — клинья; 4 — тяги механизма включения ловителей; 5 — направляющая

С электрическим приводом

1. Средства подвески кабины и противовеса. Представлены стальными проволочными канатами. Сегодня также применяются плоские канаты, которые позволяют снизить уровень шумов при работе лифта. Обычно канатов подвески несколько, идущих параллельно, связывая противовес, лебёдку и кабину, а иногда ещё и шахту при их закреплении в ней.
2. Лебёдка. Является силовой установкой.Также бывают лебедки редукторные и безредукторного типа.
3. Кабина. Перевозит пассажиров и/или другие грузы. Снаружи кабины расположены направляющие башмаки, скользящие по направляющим шахты при движении кабины и поддерживающие кабину в вертикальном положении, ловители для аварийного останова лифта^[13], отводка для воздействия на этажные переключатели при подходе к нужному этажу^[14]:77—78. К кабине сверху напрямую или через полиспаст с блоком прикреплены рабочие канаты подвески. У выжимного лифта канаты подвески проходят через шкивы, закреплённые под кабиной.
4. Противовес. Уравновешивает (в некоторых вариантах дизайна — лишь частично), силу тяжести массы кабины, иногда и часть массы номинального груза. Противовес связан едиными канатами подвески с кабиной и лебёдкой.
5. Шахта лифта. Полностью или частично огороженное место, простирающееся от пола приямка до перекрытия. В ней двигается кабина и, если есть, то и противовес. Она оборудована направляющими кабины и противовеса, дверями посадочных площадок, буферами или упорами в приямке.
6. Ловитель. Механическое устройство для остановки и удержания кабины или противовеса на направляющих в случае обрыва, ослабления натяжения канатов подвески или если скорость опускающейся кабины (противовеса) превышает номинальную скорость на заранее установленную величину. Между шкивом ограничителя скорости наверху шахты (в машинном помещении) и натяжным устройством (блоком) на дне шахты (в приямке) натянут канат ограничителя скорости^[13] (отдельный стальной канат, не относящийся к подвеске), который соединен с ловителями на кабине и движется вместе с ней, вращая ограничитель скорости. При превышении скорости движения кабины вниз ограничитель скорости останавливает канат и кабина своим весом приводит в действие расположенные на ней ловители^[14]:78—83.
7. Буфера. Устройства плавного замедления кабины за пределами нижнего расчётного положения кабины или противовеса. Могут быть полиуретановыми, пружинного или масляного типа, в зависимости от номинальной скорости. Предназначены для накопления или рассеивания кинетической энергии кабины или противовеса. Устанавливаются в приямок на дне шахты^[14]:84—86.
8. Электрические устройства. Включают электрические устройства безопасности и освещения. Некоторые бывают связаны с кабиной специальным кабелем.
9. Станция управления лифтом (контроллер).

С гидравлическим приводом

Гидравлическим приводом оснащаются прежде всего лифты для малоэтажных зданий, так как скорость и высота подъёма таких лифтов ограничена. Помимо этих ограничений, существенным недостатком гидравлических лифтов является необходимость использования большого количества масла (около 200 литров). Это является большим минусом на фоне современных электрических лифтов, вообще не требующих масла, и, к тому же, пожароопасно и неэкологично. Наряду с необходимостью использования машинного помещения под резервуар с маслом, нужен ещё и шумный и энергоёмкий насос, зачастую требующий дополнительный силовой трансформатор и охлаждающий кондиционер. Принцип действия гидравлического лифта не претерпел особых изменений с XIX века и заключается в следующем: насос нагнетает в высокий вертикальный цилиндр масло, давление масла приводит в движение расположенный в цилиндре поршень; движение этого поршня при помощи системы блоков и тросов передаётся лифтовой кабине. Не следует забывать и о достоинствах этих лифтов, при малой этажности — это более низкая цена, сверху вниз кабина идет под своим собственным весом без подключения силовой установки, грузоподъемность до 5 т, скорость до 1 м/с. Машинное помещение можно расположить вверху, по середине шахты и внизу.

Безредукторный электрический привод

Шахта лифта

Рабочие канаты и подвеска на крыше кабины

Приямок с тремя буферами

Натяжное устройство каната ограничителя скорости

Редукторный электрический привод

• Лебёдка с асинхронным двигателем
• 

Панель управления для пассажиров

Станция управления лифтами УКЛ

Эксплуатация

Современные пассажирские лифты могут перемещать до тридцати человек со скоростями от 0,5—4 м/с (обыкновенный лифт), до 18 м/с^[15] (высокоскоростной лифт).

Грузовые лифты перемещают до 10 тонн груза со скоростями до 1,5 м/с.

Рабочим напряжением привода обычно является 380 вольт.

Проблемы проектирования лифтовых систем

Создание лифта для большой высоты — сложная инженерная задача. Масса тросов при большой длине превышает массу других подвижных элементов и требует сложного и тяжёлого противовеса.

Расчёт лифтов

Сложность проблемы заключается не только в обеспечении перевозки интенсивных пассажиропотоков в высотных зданиях, но и в необходимости оптимального разъединения или объединения отдельных пассажиропотоков многофункциональных комплексов: жильцов в жилой части зданий, служащих в офисной части зданий, покупателей в торговых учреждениях и т. д.

При этом для решения проблемы необходимо применять наиболее эффективные средства вертикального транспорта: скоростные электрические пассажирские лифты для высотной части зданий с компьютеризированными системами группового управления, пассажирские электрические лифты средней скорости для нижней части высотных зданий; гидравлические пассажирские лифты и грузовые лифты для нижних этажей зданий и комплексов; электрические или гидравлические лифты для обслуживания многоэтажных автомобильных стоянок; эскалаторы и пассажирские конвейеры для перемещения массовых пассажиропотоков в нижних этажах комплексов.

Провозная способность

Провозная способность вертикального транспорта рассчитывается с учётом таких параметров лифтов как грузоподъёмность, скорость, число вероятных остановок кабины во время кругового рейса, характеристики разгона и торможения, затрат времени на открывание и закрывание дверей, вход и выход пассажиров.

Существенное влияние на провозную способность лифтов оказывает эффективность организации их движения, обеспечиваемая современными компьютеризированными системами группового управления. Эти системы способны регистрировать данные о загрузке кабин лифтов, направлении и интенсивности пассажиропотока, времени ожидания выполнения вызова на этажах. На основе этих данных системы вырабатывают управляющие сигналы, оптимизирующие работу лифтов. Для высотных многофункциональных зданий расчёт вертикального транспорта осуществляется методами математического моделирования.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: