اختيار وتحليل المصعد في عام 1898 ، الجزء الأول

لمحة عامة عن "المصنع الميكانيكي للمبنى التجاري الحديث" لوليام إتش. بريان

في ديسمبر 1898، قدم ويليام إتش. بريان (1859-1910) ورقة بحثية بعنوان "المصنع الميكانيكي لمبنى تجاري حديث" في اجتماع فرع نيويورك للجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين. قدمت ورقته وصفًا تفصيليًا لعملية التصميم/الاختيار والتقييم اللاحق للمعدات الميكانيكية المخصصة لمبنى تجاري جديد مكون من ثمانية طوابق في سانت لويس. عمل برايان كمهندس رئيسي في المشروع وقدم موضوعه على النحو التالي:

"المبنى التجاري الحديث هو، في كثير من النواحي، هيكل هندسي. إن مشاكل الأساسات، وتصميم الإطار والجدران للأحمال المطلوبة وضغوط الرياح، وترتيبات السباكة والصرف الصحي، تتطلب مهارة هندسية على أعلى مستوى. غير أن هذه الورقة ستقتصر على مناقشة المصانع الميكانيكية والبخارية والكهربائية، التي لها نفس القدر من الأهمية. ومن المعترف به عمومًا الآن أنه لا توجد سمات للمبنى الحديث تحتاج إلى اهتمام أكبر من قبل المتخصصين. لقد كانت هذه المعاملة مرغوبة دائمًا وهي الآن أكثر من أي وقت مضى، وذلك بسبب التنوع الكبير في الخدمات المطلوبة والتحسينات التي يتم إجراؤها باستمرار.

بحلول أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر، بدأ اختيار معدات المصاعد المناسبة بسلسلة من الأسئلة، بعضها مألوف اليوم: “كم عدد المصاعد التي يجب أن يكون هناك؟ أين يقع؟ كم عدد الركاب وكم عدد الشحن؟ ما هي أحمال المصعد وسرعاته؟ كيف يُساقون؟» وكانت هذه الأسئلة مصحوبة بأسئلة أخرى أقل شهرة والتي نشأت بسبب استمرار وجود المصاعد القديمة التي تعمل بالبخار، وهيمنة المصاعد الهيدروليكية (المتوفرة في عدة تكوينات) على السوق، والمصعد الكهربائي الذي وصل حديثًا. ومن هنا يأتي سؤال براين: "كيف سيتم قيادتهم؟" وتلاه:

"إذا كان بالبخار، سواء كان مربوطًا أو مباشرًا؟ إذا كانت من النمط الهيدروليكي، فهل تكون ذات ضغط مرتفع أم منخفض، مع أسطوانات أفقية أم رأسية؟ ما هو نوع آلات الضخ التي سيتم استخدامها - وحدة الضخ المزدوجة ذات الطراز القديم ذات التأثير المباشر مع أسطوانات بسيطة للضغط العالي؛ نفس المحرك مزود بأسطوانات مركبة؛ النمط البسيط لعجلة الساعد والحذافة؛ أو المحرك الأكثر حداثة أو المحرك عالي التحمل ذو الساعد والحذافة ثلاثي التمدد؟ هل سيتم تزويده بالمكثفات؟ إذا كان سيتم تشغيل المصاعد بالكهرباء، بأي جهد؟ مباشرة أو مربوطة. ما مدى توازنها وتزويدها بأجهزة أوتوماتيكية وآمنة؟

يشير نطاق خيارات النظام إلى استمرار التكنولوجيا القديمة جنبًا إلى جنب مع الابتكارات الحديثة.

كان العميل الرئيسي "للمبنى التجاري" الخاص ببريان هو شركة Hagadine-McKittrick Dry Goods Co. ويشير مصطلح "البضائع الجافة" إلى المنسوجات والملابس والمنتجات المنزلية الأخرى، وقد تم استخدامه للتمييز بين هذا النوع من الأعمال وبين متاجر الأجهزة والبقالة. نظرًا لطبيعته التجارية، فقد تطلب أيضًا نظام مصاعد مختلفًا عما يتطلبه مبنى المكاتب النموذجي. وذكر بريان أنه تم تحديد ثمانية مصاعد: اثنتين للركاب وستة آلات للشحن، تم وضعها في أربعة "بنوك". تم طرح العطاءات على المصاعد الهيدروليكية والكهربائية والبخارية "التي تم تركيبها بالكامل". وأشار بريان إلى أن التردد بشأن نوع المصعد أثر أيضًا على عطاءات محطة الغلايات والنظام الكهربائي؛ وفي كل حالة، تغيرت المواصفات حسب نوع نظام المصعد المختار.

ويعود هذا التردد جزئياً إلى اختلاف آراء الأطراف المشاركة في المشروع. استخدم العملاء المصاعد البخارية في مبناهم الحالي "برضا تام" ولم يروا بلا شك أي سبب للتخلي عن التكنولوجيا المألوفة. كان المهندسون المعماريون قد أكملوا مؤخرًا مشروعًا يتضمن استبدال المصاعد البخارية بنظام هيدروليكي "حديث" عالي الضغط، مما أدى إلى "توفير هائل في استهلاك الوقود". لقد خصص المهندسون (ومن بينهم برايان) وقتًا طويلاً لدراسة المصاعد الكهربائية الحديثة وأدركوا أنه من المقدر لها أن تدخل حيز الاستخدام على نطاق واسع. ومع ذلك، ذكر برايان أيضًا أن الفريق الهندسي لم يكن:

". . . مقتنعون تمامًا بأن هذا هو النظام المناسب الذي يجب اعتماده في الحالة الحالية وكانوا على دراية تامة بمزايا النوعين الآخرين. ولذلك تقرر صياغة المواصفات بحيث يتم تلقي العطاءات المقارنة على جميع الأنواع الثلاثة.

وكانت المواصفات الأساسية للمصاعد كما يلي:

وكان على المقاول "تجهيز الآلات كاملة [و] جاهزة للخدمة". تم تحديد سكك توجيه فولاذية، وكان من المفترض أن تكون كابلات المصعد "ذات عدد وأبعاد وقوة بحيث أنه في حالة فشل نصفها في وقت واحد، فإن النصف المتبقي سيحمل الحد الأقصى للحمل، مع عامل أمان قدره أربعة." ومن المثير للاهتمام أن التوازن الموازن تم إدراجه بشكل منفصل وكان مطلوبًا "استخدامه قدر الإمكان". تم تناول السلامة، المدرجة أيضًا بشكل منفصل، على النحو التالي: “يجب توفير أجهزة أمان كاملة، تمنع السرعات الزائدة في أي من الاتجاهين؛ توقفات تلقائية عند نهاية السفر، وميزات أخرى، مثل توقفات الكابلات المتراخية، والمخازن المؤقتة، والمقابض، وما إلى ذلك. وتضمنت المواصفات حدًا للتكلفة يبلغ 300 دولار أمريكي لكل سيارة ركاب، وكان على المقاول "توفير بوابات معدنية مزخرفة في كل طابق لأعمدة مصاعد الركاب. تمت الدعوة إلى مقترحات منفصلة لبوابات الأمان عند مداخل مصاعد الشحن في جميع الطوابق.

وذكر براين أن سعة مصعد الركاب المطلوبة قد تم تحديدها من خلال "الاختبارات" التي تم إجراؤها على محطة المصاعد البخارية الموجودة لدى العميل. يتكون أحد الاختبارات من ملء 6 أقدام. × 6 قدم. سيارة المصعد مع "الأشخاص الذين صادف أنهم يمارسون الأعمال التجارية في المتجر". كان هذا إجمالي 18 شخصًا كانوا ببساطة "مزدحمين في السيارة". قُدر وزنهم بـ 2700 رطل، أو 75 رطلاً لكل قدم مربع. أما الاختبار الثاني، الذي تم إجراؤه "في يوم حافل متوسط"، يتألف ببساطة من مراقبة استخدام المصعد. وكشف هذا أن مصعد الركاب كان في الخدمة بنسبة 47% من الوقت، وكانت مصاعد الشحن في الخدمة بنسبة 35% من الوقت. بناءً على هذه "البيانات"، يجب أن تفترض المواصفات المذكورة على مقدمي العروض أن مصاعد الركاب ستكون في الخدمة بنسبة 50% من الوقت، ومصاعد الشحن 33% من الوقت.

سؤال بالغ الأهمية يتعلق بكيفية تحديد الطاقة اللازمة لتشغيل محطة المصاعد. وأشار برايان إلى أن هناك "نقصًا في البيانات الموثوقة فيما يتعلق بأداء المصاعد التي تغطي نطاقًا واسعًا من الخدمة، ومن المستحيل إجراء مثل هذه الحسابات بدقة". ومع ذلك فقد أفاد:

"لقد أظهرت الاختبارات أنه عندما تكون آلات الطبل متوازنة مع نصف متوسط ​​الحمل، وحيثما يتم حمل نفس الحمل الإجمالي لأعلى ولأسفل، فإن صافي العمل المنجز هو ببساطة ما هو ضروري للتغلب على الاحتكاك، بالإضافة إلى بدل لتغطية تدفق الطاقة المطلوبة في كل بداية."

واستنادًا إلى "دراسة" لمصنع مصاعد كهربائية مشابه، قرر برايان أنه عند التشغيل "في ظل ظروف مناسبة للأحمال، والموازنة، وتكرار التوقف، وما إلى ذلك"، يجب أن تتمتع مصاعد المبنى الجديد "بالكفاءة" التالية (تعمل في كلا الاتجاهين):

• مصعد الركاب: 3.5 كيلو وات في الساعة لكل ميل بالسيارة.
• مصعد الشحن (القدرة: 3500 رطل): 4.5 كيلووات ساعة لكل ميل سيارة.
• مصعد الشحن (القدرة: 4000 رطل): 4.5 كيلووات ساعة لكل ميل سيارة.

باستخدام هذه الأرقام، حدد براين الطاقة اللازمة لإبقاء كل سيارة في الحركة:

• مصعد الركاب: 4.66 حصان كهربائي لكل ميل سيارة.
• مصعد الشحن (القدرة: 3500 رطل): 4.66 حصان كهربائي لكل ميل سيارة.
• مصعد الشحن (القدرة: 4000 رطل): 6 حصان كهربائي لكل ميل سيارة.

سرعة السيارة كانت :

• مصعد الركاب: 4.3 ميل في الساعة
• مصعد الشحن (القدرة: 3500 رطل): 2.55 ميل في الساعة
• مصعد الشحن (القدرة: 4000 رطل): 1.7 ميل في الساعة

هاتان المجموعتان من الأرقام سمحت لبرايان بحساب الطاقة المطلوبة لكل مصعد:

• مصعد الركاب: قوة 15.9 حصان كهربائي
• مصعد الشحن (القدرة: 3500 رطل): 14.46 حصان كهربائي
• مصعد الشحن (القدرة: 4000 رطل): 10.2 حصان كهربائي

بافتراض أن مصاعد الركاب كانت قيد التشغيل بنسبة 50% ومصاعد الشحن بنسبة 33% من الوقت، قام برايان بضرب القوة الكهربائية في النسبة المئوية لوقت التشغيل مضروبًا في عدد المصاعد في كل مجموعة، مما أعطى أرقام استهلاك الطاقة التالية:

• مصعدين للركاب: 15.9 حصان كهربائي
• مصعدين للشحن (القدرة: 3500 رطل): 9.6 حصان كهربائي
• أربعة مصاعد للشحن (القدرة: 4000 رطل): 13.6 حصان كهربائي

تضيف هذه الأرقام ما يصل إلى إجمالي 40 حصانًا كهربائيًا تقريبًا؛ ومع ذلك، افترض براين أن الظروف المثالية هي:

". . .لم يتم الوصول إليها أبدًا، كما كان هناك عدم يقين بشأن العدد الفعلي لمحطات التوقف لكل رحلة، والنسبة المئوية للوقت الذي ستعمل فيه المصاعد. . . . [لذلك] كان من الحكمة زيادة هذا البدل بنسبة 50٪.

وبذلك ارتفع إجمالي استهلاك الطاقة إلى ما يقدر بـ 60 حصاناً كهربائياً. تم تعديل هذا الرقم للمرة الأخيرة - استنادًا إلى "كفاءة المحرك والدينامو المشتركة بنسبة 80٪" - وتم تحديد "متوسط ​​قوة حصان" المشار إليها بـ 75.

كان من المقرر تخصيص مولد كهربائي بقدرة 75 كيلووات لخدمة المصعد (ينتج المبنى الطاقة الخاصة به)، وتم تحديد التيار الكهربائي بـ 220 فولت. وكان المقاول مطالبًا بتنفيذ جميع الأسلاك من "لوحة المفاتيح" إلى محرك المصعد، وكل محرك:

". . .كان من المقرر أن يكون هناك جهاز تشغيل أوتوماتيكي ليمنح السيارة بداية سهلة مستقلة عن المشغل والكابل، ويعود إلى نقطة البداية تلقائياً في حالة انقطاع التيار.

كان مطلوبًا من المحركات أيضًا أن تبدأ من السكون وتصل إلى السرعة الكاملة خلال 5 ثوانٍ، ويجب ألا يتجاوز تيار التشغيل تيار التشغيل بأقصى سرعة بأكثر من 50%. على الرغم من أن المصاعد لديها مولد خاص بها، إلا أن المواصفات نصت على أن النظام يجب أن يكون مصممًا "ليكون قادرًا على العمل بشكل متعدد مع نظام الإضاءة دون تداخل ملحوظ مع ثبات المصابيح الكهربائية". كان من المفترض أن تكون محركات المصعد إما من نوع تروس دودية مفردة أو مزدوجة مع "دودة فولاذية وتروس معدنية". كان من المفترض أن يكون حجم سيارات الشحن 8 أقدام × 8 أقدام وسيارات الركاب 6 أقدام × 6 أقدام.

سيتناول الجزء الثاني من هذه السلسلة استجابة مقدم العرض لهذه المواصفات، واختيار الماكينة والاختبار اللاحق الذي تم إجراؤه للتحقق من أن الشركة المصنعة قد استوفت حدود استخدام الطاقة المحددة. كانت هذه السلسلة مستوحاة جزئيًا من حضوري في Elevcon 2012، حيث كان من دواعي سروري الاستماع إلى سلسلة من العروض التقديمية الممتازة حول تكنولوجيا المصاعد والسلالم المتحركة المعاصرة. ومع ذلك، كما يكشف هذا المقال، كانت التحقيقات في تشغيل المصعد وكفاءته جانبًا ثابتًا في تصميم المصعد وتطبيقه لفترة طويلة.