استمع إلى هذه المقالة
سعت أبحاث أوتيس في مجال أنظمة الدفع بالحبال إلى حل مشاكل مصاعد الجر، كانزلاق الكابلات وتآكلها وارتفاع سرعات المحرك، وذلك بنقل الأحمال عبر بكرات وتقليل نسبة التروس. وقدّم نورمان باسيت في براءات اختراعه عام 1892 مفاهيم الحبل والبكرة والأسطوانة التفاضلية لتقليل الاحتكاك. ثم قام رودولف سميث في أوتيس بتطوير هذه الأفكار في براءة اختراع لنظام الدفع بالحبال عام 1905، وقاد موجة من طلبات براءات الاختراع بين عامي 1903 و1909. واستكشفت تصاميم لاحقة لبوينغ وإيلدر وليندكويست وسوند بكرات المفصلات، والبكرات والرافعات، والحبال المتعددة، والشد التلقائي، مع الموازنة بين البساطة وأذرع الإمالة المعقدة. اتسمت هذه البرامج بالدقة والمنهجية الرياضية، وغالبًا ما كانت أقرب إلى التجارب الفكرية منها إلى المنشآت العملية.
شكلت تصاميم Otis في مطلع القرن العشرين لمحرك مصعد فريد من نوعه مصعد الجر الحديث.
غالبًا ما اتبع اختراع أنظمة المصاعد الجديدة مسارًا تنمويًا متميزًا: يتبع المخترعون مسارًا رئيسيًا أو أوليًا يشمل ما سيصبح في النهاية النظام القياسي ، بينما يتابعون في نفس الوقت مسارًا ثانويًا أو أكثر من المسارات المتوازية. غالبًا ما تكون هذه المسارات الثانوية ، التي قد يُنظر إليها على أنها اختلافات في الموضوع الرئيسي ، مدفوعة برغبة شبه مهووسة في حل ما يُنظر إليه على أنه مشكلات حرجة مرتبطة بالنظام الجديد. عادةً ما تكون هذه المساعي عبارة عن تمارين تصميم مختصرة ومركزة للغاية تنتج أحيانًا أنظمة فريدة خاصة بها (وغالبًا ما تكون مفرطة التصميم). كان هذا هو الحال في تطوير مصعد الجر الحديث. يبدو أن بساطة المفهوم الأولي - نظام من الكابلات يربط السيارة والأثقال الموازنة ويمر فوق حزم الجر وحولها - أثار مجموعة من المخاوف بشأن انزلاق الكابلات والتآكل بسبب الاحتكاك المفرط ، وكذلك مخاوف بشأن التوصيل المباشر سرعات المحرك الكهربائي والسرعة المرتبطة بحزم القيادة. كان أحد الحلول المقترحة لهذه المشاكل هو المصعد الذي يعمل بالحبال.
مُنحت اثنتان من براءات اختراع المصاعد التي تعمل بالحبال إلى نورمان سي باسيت ، وهو مهندس في شركة Thomson-Houston Electric Co: "Gearing for Elevators" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 483,203 (27 سبتمبر 1892) و "Gearing for Elevators ، "براءة الاختراع الأمريكية رقم 485,163 (1 نوفمبر 1892). تم إيداع طلبي براءات الاختراع في 11 أكتوبر 1890 ؛ وهكذا ، رأى باسيت براءات اختراعه على أنها تعبر عن اختلافات اختراع مشترك. كان تصميم باسيت مبنيًا على الاعتقاد بأنه ، مع مصاعد الجر ، "إحدى الصعوبات الرئيسية. . . ينشأ في الخسارة المفرطة عن طريق الاحتكاك ، وهو أمر لا مفر منه عندما يتم تحميل وزن الحمولة الإجمالية على عضو المحرك أو الأجزاء الأخرى سريعة التشغيل المتصلة به. "[1]
وصف باسيت حله لهذه المشكلة بأنه "آلية فعالة وصامتة لنقل الطاقة وتقليل السرعة العالية للمحرك إلى سرعة السيارة البطيئة نسبيًا".[1] لقد أنجز ذلك عن طريق وضع المحرك الكهربائي وقيادة الحزم المجاورة لحزمة الرفع بحيث تعمل حزمة القيادة على تشغيل "جهاز حبل وبكرة" متصل بثقل الموازنة (الشكل 1). قام جهاز الحبل والبكرة بتحريك الثقل الموازن ، وبالتالي فإن السيارة ، وفقًا لباسيت ، نقلت بشكل فعال "الجزء الرئيسي من الحمولة" من حزمة القيادة "سريعة الحركة" إلى حزمة الرفع "البطيئة الحركة" ، وبالتالي "بشكل كبير" لتقليل "الخسارة الناتجة عن الاحتكاك والتآكل."[1] وصفت براءة الاختراع الثانية "آلية إرسال الطاقة" بأنها "جهاز حبل تفاضلي" (الشكل 2).[2] من الجدير بالذكر أنه في كلتا براءات الاختراع ، استخدم باسيت كلمة "طبل" باستمرار عند الإشارة إلى حزم الجر.
من الواضح أن مفهوم مصعد باسيت الذي يعمل بالحبال قد جذب القليل من الاهتمام حتى أوائل القرن العشرين ، عندما أصبحت أوتيس مهتمة بهذا الإصدار البديل من مصعد الجر. في 20 يناير 7 ، قدم رودولف سي سميث ، أحد المهندسين الرائدين في Otis ، طلبًا للحصول على براءة اختراع أمريكية "Rope-Drive for Elevators" رقم 1903 ، والتي تم منحها في 789,765 مايو 16. وفيه ، أوضح سميث عبر عن وعيه بتصميم باسيت:
"يتعلق هذا الاختراع بمحرك بحبل للمصاعد الكهربائية والمصاعد الأخرى ، والهدف منه هو توفير جهاز بسيط وفعال مع الحد الأدنى من الاحتكاك وما يترتب على ذلك من تآكل وتمزق. الاختراع الحالي هو تعديل للجهاز الموضح في براءة الاختراع الأمريكية رقم 483,203 ، بتاريخ 27 سبتمبر 1892 ، الصادرة إلى نورمان سي باسيت. يصف هذا الاختراع ترتيبًا لكتل البكرة لمحرك الحبل بالاشتراك مع سيارة متصلة بوزن موازن عن طريق كبلات مستقلة إضافية بحيث لا يجب التغلب إلا على جزء كسري من الحمل غير المتوازن عندما يتم تشغيله بواسطة المحرك ".[3]
كما كان الحال مع باسيت ، قام سميث بتوصيل السيارة وثقل الموازنة عبر كابل بسيط ونظام الحزم ، والذي كان مدفوعًا بمحرك كهربائي متصل بحزم قيادة يعمل بنظام ثانوي (الشكل 3). ووصف نظامه الثانوي بأنه "مجموعتان من الكتل المتعددة أو المصغرة والتدخل" ، والتي تعمل في اتجاهين متعاكسين ، وبالتالي ، كانت قادرة على رفع أو خفض ثقل الموازنة والسيارة.[3] وفقًا لسميث:
"سيكون من الواضح أن الحمولة المراد رفعها أو خفضها هي فقط الفرق بين السيارة وحملها وثقل الموازنة ، وأنه وفقًا لمدى الحد من عمل الكتل والمعالجة ، يتم تقليل السحب على المحرك ، في حين أن الشيء نفسه قد يدور بسرعة عالية ".[3]
كانت براءة اختراع سميث الأولى في سلسلة تابعها مهندسو Otis. تتم الإشارة إلى مستوى اهتمام الشركة بتطوير هذا النوع من النظام من خلال 10 طلبات براءات اختراع إضافية تم تقديمها بين عامي 1903 و 1909. وتم إيداع أربعة طلبات في عامي 1906 و 1908 ؛ وهكذا ، يبدو أن فترة الذروة للبحث كانت من أواخر عام 1905 إلى أوائل عام 1909. ومع ذلك ، فإن تتبع مسار البحث بدقة يتطلب استخدام تاريخ طلب براءات الاختراع. (تراوحت الفجوة الزمنية بين التطبيق والجائزة من سبعة أشهر إلى ست سنوات). وبالتالي ، فإن المسح المختار التالي لهذه البراءات لا يتبع التسلسل الذي مُنحت فيه البراءات ، ولكن الترتيب الذي تم به إيداع طلباتها (الجدول 1).
التصميم الموجود في براءة اختراع إرنست بوينينغ "مصعد الاحتكاك - الحبل - محرك" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 932,432 (31 أغسطس 1909) ، اتبع النموذج الذي وضعه باسيت وسميث واستخدموا أحزمًا منفصلة للقيادة والرفع متصلة بحزم وسيطة وحبال. كان أحد أهداف Boening هو "توفير وسيلة بسيطة وفعالة للحفاظ تلقائيًا على التوتر على حبال القيادة لمثل هذه المصاعد."[4] استند تصميمه إلى استخدام "كتلة مفصلية" للحصول على "التلامس الاحتكاكي" المطلوب بين الحبال وحزمة القيادة. كان التوازن فوق كتلة المفصلة عبارة عن حزمة داعمة تحمل حزم الرفع والحزم الثانوية. (تم وضع المحرك وحزم القيادة أسفل الحزم الثانوية مباشرة). كما تميزت الحزمة الداعمة أيضًا بزنبركات ضخمة في أي من الطرفين تهدف إلى "تحمل" أي اهتزازات أو اهتزازات حدثت. وصف Boening تصميمه بأنه "نظام رافعة مائلة" ينتج تلقائيًا "إجهادًا على حلقة الحبل أو الحبال الموجودة بين الحزم الدافعة والحزمة العلوية".[4] وأعرب عن اعتقاده أن "الاحتكاك أو التوتر" الناتج سيكون "متناسبًا مع وزن السيارة وحملها".[4] تم توضيح تعقيد مخططه بوضوح في النسختين اللتين استخدمتا الأثقال الموازنة (الشكل 4).
قدم John D. Ihlder "Rope-Drive Elevator" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 1,016,691،6،1912 (XNUMX فبراير XNUMX) حلاً تصميميًا أبسط بكثير ، والذي يشبه إلى حد ما نظام الجر المعياري. وفقًا لإيلدر:
"كانت الطريقة المعتادة لقيادة السيارة حتى الآن هي قيادة حبل القيادة حول حزمة القيادة ومن ثم حول الحزمة الفضفاضة ، والعودة مرة أخرى إلى الموازنة. . . . ينتج عن هذا إجهاد شديد للغاية على محامل بكرة أو أسطوانة القيادة ، وكذلك على الحزم المفكوكة أو الشد ".
تم تخفيف هذا "الضغط الثقيل" عن طريق فصل حزم الرفع والقيادة واستخدام حبال متعددة. ومع ذلك ، على عكس التصميمات السابقة ، استخدم هذا النظام مجموعة بسيطة نسبيًا من المكونات الإضافية (الشكل 5). في الواقع ، لاحظ إيلدر أن تصميمه لم يكن معقدًا كما ظهر في رسوماته:
"من أجل تسهيل تتبع الحبال المختلفة ، قمت بعرض الحزم بأقطار مختلفة ، على التوالي ، وقمت بتعيينها كما لو كانت ، في كل حالة ، حزمات منفصلة. ومع ذلك ، يجب أن يكون مفهوماً أن الحزم لها نفس القطر إلى حد كبير ومثبتة ببعضها البعض ؛ أو ، قد تكون الحزم المذكورة عبارة عن حزمة واحدة ، مع أخدود مزدوج للحبال. [تم تصميم النظام] للتخفيف من إجهاد وسائل نقل القدرة على جهاز القيادة الاحتكاكية [ولتوفير] وسيلة فعالة لمواجهة الضغط على محامل رباط القيادة وحزم الشد لجهاز مصعد الجر. "[5]
ربما يكون من المدهش إلى حد ما أن البراءات الثماني اللاحقة تناولت بشكل أساسي الاختلافات في تصميم Boening (بدلاً من تصميم Ihlder). الدليل الذي يكشف عن تركيز Otis على مخطط كتلة المفصلات الأكثر تعقيدًا مصحوبًا أيضًا بتلميحات إلى أن العديد من هذه الآلات ربما تم بناؤها بالفعل (إذا كان ذلك في مرافق الاختبار الخاصة بـ Otis فقط). وصف David Lindquist's و August Sundh "Rope-Drive Elevator" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 987,384 (21 مارس 1911) بأنه تحسن في أنظمة المصاعد "الجر أو الدفع المباشر". كان للتصميم أهداف متكاملة تتمثل في توفير "وسيلة بسيطة وفعالة لإنتاج الشد اللازم على كبلات قيادة الجر" وتوفير "وسيلة لتوزيع التوتر على كبلات القيادة على الجوانب المتقابلة لحزمة قيادة الجر".[6] تم تحقيق ذلك باستخدام السيارة وثقل الموازنة لإنتاج الشد المطلوب على حبال الرفع ، مع موازنة السيارة أيضًا لمراعاة الاختلافات في الحمولة. تم أيضًا استخدام "نقطة محورية" وشعاع (على غرار كتلة المفصلة في Beoning) لتوفير "وسيلة بسيطة وفعالة لإعطاء الجر المطلوب في ظل جميع ظروف الحمل دون تعقيد نظام الشد أو استخدام أوزان إضافية بأي شكل من الأشكال. "[6] إن ادعاء المخترعين بأن هذا التصميم يشكل حلاً غير معقد هو بالطبع محل نقاش. ومع ذلك ، فقد أشاروا بوضوح إلى أن تصميمهم قد تم بناؤه واختباره. وذكروا أن المصعد الخاص بهم "أظهر في الممارسة الفعلية" كفاءته وفائدته الإضافية: فقد ساعد على ما يبدو على "التغلب" على ميل السيارة إلى "الربط" (أو الارتداد لأعلى) عند توقفها فجأة.
كانت آخر براءة اختراع في هذا التسلسل هي "مصعد بالحبال" لشركة Lindquist ، وهي براءة الاختراع الأمريكية رقم 931,935 (24 أغسطس 1909). وصف Lindquist تصميمه بعبارات مألوفة:
"الهدف من هذا الاختراع هو زيادة التلامس الاحتكاكي تلقائيًا في أجزاء مختلفة من العملية. أثناء معظم تشغيل المصعد من هذا النوع ، من الضروري أن يكون هناك شد كافٍ فقط على حبال القيادة لمنع انزلاق الحبال على حزمة القيادة عندما يكون الأخير في حالة راحة أو قيادة حمولة خفيفة على السيارة. من خلال اختراعي ، يزداد هذا التوتر والاحتكاك اللاحق كلما زاد الحمل في السيارة ، ويمكن جعل هذه الزيادة في الاحتكاك ، من خلال الترتيب المناسب للأجزاء ، متناسبة مع هذه الزيادة في الحمل ".[7]
ربما يكون من المناسب أن يبدو أن هذا المخطط النهائي يجمع بين بساطة تصميم Ihlder مع تعقيد Beoning ، مع ظهور الأخير في الترتيب الشبيه بكعكة الزفاف للكتل المفصلية ، والرافعات المائلة ، والينابيع ، والحزم الأولية والثانوية و الحبال (الشكل 7).
تتحدث الجودة المدروسة والمركزة والهادئة والخصوصية لمصاعد أوتيس التي تعمل بالحبال عن محاولة مخصصة لحل مشكلة بسيطة ظاهريًا بأكثر الوسائل الممكنة تعقيدًا. تتضح جدية هذا السعي من خلال حقيقة أن العديد من براءات الاختراع تتضمن تفسيرات رياضية مفصلة لتشغيل المصعد. ومع ذلك ، لا يزال من الصعب تخيل أن كادر Otis الموهوب من المهندسين تصور بالفعل استخدام هذه الآلات في المباني الأمريكية وأعمدة المصاعد الحالية. لذلك ، قد يكون من المناسب النظر إلى هذه الاستكشافات على أنها المكافئ الهندسي "لتجربة فكرية" ، وهو مفهوم فلسفي يُعرَّف عادةً على أنه "أداة من الخيال تُستخدم لاستقصاء طبيعة الأشياء".[8]
مراجع حسابات
[1] نورمان سي باسيت ، "Gearing for Elevators" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 483,203 (27 سبتمبر 1892)
[2] نورمان سي باسيت ، "التجهيز للمصاعد" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 485,163 (1 نوفمبر 1892).
[3] رودولف سي سميث ، "محرك بالحبال للمصاعد" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 789,765 (16 مايو 1905).
[4] إرنست بوينينج ، "مصعد الاحتكاك بحبل الدفع" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 932,432 (31 أغسطس 1909).
[5] جون د.إيلدر ، "مصعد بحبال" ، براءة اختراع أمريكية رقم 1,016,691 (6 فبراير 1912).
[6] ديفيد ليندكويست وأوغست سوند ، "مصعد بالحبال" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 987,384 (21 مارس 1911).
[7] ديفيد ليندكويست ، "مصعد بالحبال" ، براءة الاختراع الأمريكية رقم 931,935 (24 أغسطس 1909).
[8] جيمس روبرت براون ويفتاح فهيج. "تجارب الفكر" ، موسوعة ستانفورد للفلسفة (إصدار خريف 2014) ، إدوارد ن.
المزيد من الفئة
أخبار يومية