المصعد الكهرومغناطيسي

تنافس اثنان من المخترعين لإنتاج مقدمة لمفهوم المصعد الخطي الحالي في نهاية القرن التاسع عشر.

في العقد الأخير من القرن التاسع عشر ، استكشف مهندسان أمريكيان بشكل مستقل استخدام المغناطيسات الكهربائية كوسيلة لتشغيل المصاعد. تكشف هذه الجهود ، عند النظر إليها في سياق تطوير المحرك التحريضي الخطي ، أنه ، كما هو الحال مع المصاعد المصممة للتحرك عموديًا وأفقياً ، غالبًا ما يكون للابتكارات المعاصرة سوابق تاريخية مثيرة للاهتمام. يوازي العمل المنفصل ولكن المتزامن تقريبًا الذي قام به هؤلاء المهندسين الأحداث الحديثة حيث سعى أحد المخترعين إلى تطبيق نظام تم تطويره لقطار كهرومغناطيسي على المصاعد ، بينما سعى الآخر إلى تطوير نظام مصمم خصيصًا لأنظمة النقل الرأسي.

في ديسمبر 1893 ، أسس بول دبليو ليفلر (1853-1914) من شيكاغو شركة Leffler Electro- Magnetic للسكك الحديدية. مغناطيس كهربائي. بين أغسطس 10 ومارس 1895 ، قدم ستة طلبات براءات اختراع ، صدرت خمسة منها في نفس التاريخ: 1896 ديسمبر 22. تضمنت المجموعة الأخيرة براءة الاختراع الوحيدة غير المتعلقة بالسكك الحديدية التي سعى إليها خلال هذه الفترة: "مصعد كهربائي" (براءة الاختراع الأمريكية رقم 1896). في مقدمته ، أشار ليفلر إلى براءات اختراع السكك الحديدية ، مشيرًا إلى:

"في براءات الاختراع هذه. . . أستخدم مجالًا مغناطيسيًا يمتد على طول خط السفر ، والذي يتم إنتاجه بواسطة سلسلة من المغناطيسات متباعدة عن بعضها البعض ، مع الأعضاء المجاورة للقطبية المعاكسة ، وحديد غير دوار تحمله السيارة في موضعها ليكون خاضعًا للتأثير من المجال المذكور ، يُفضل أن يتم ترتيب المغناطيسات الكهربائية التي يتم ترتيبها في مجموعات متصلة في سلسلة وموضعها فيما يتعلق ببعضها البعض والمغناطيسات الميدانية التي تتعاون فيها القوى المغناطيسية للجاذبية والتنافر لدفع السيارة في اتجاه مشترك. للتحكم في العلاقات المغناطيسية المناسبة والحفاظ عليها بين المجال ومغناطيس المحرك ، أستخدم أيضًا. . . يتم تطبيق آلية أوتوماتيكية لتغيير العمود ، بشكل مفضل ، في توصيلات الدائرة لمغناطيس المحرك. في اختراعي الحالي ، أقوم بتنظيم المجموعة المذكورة أعلاه ، جنبًا إلى جنب مع بعض الميزات الإضافية ، في مصعد. "^[1]

تم التعبير عن "تنظيم" Leffler لتصميم خط السكة الحديد الخاص به "إلى مصعد" من خلال 10 صفحات من الرسومات الخاصة ببراءة اختراعه (تحتوي على 27 شكلاً) وست صفحات ونصف من النص. يسمح عرضه التفصيلي بإجراء فحص شامل لمصعده الكهرومغناطيسي.

يكشف تحليل تصميمه أنه حاول إنتاج مصعد معياري قدر الإمكان. صرح ليفلر بأن "عربة المصعد قد تكون في شكل القفص العادي".^[1] لقد أدرك أن أهم جوانب تصميم السيارة كانت المنصة ، والأعمدة ، والصليب ، ولوح الأمان ، مشيرًا إلى هذه المكونات مثل الأرضية ، والنير العلوي ، والقضبان الرأسية ، والنير السفلي ، على التوالي. وذكر أن السيارة "ستعلق وتوازن بالطريقة المعتادة" (الشكل 1).^[1] يشير نص براءة اختراعه إلى أن الثقل الموازن يساوي وزن السيارة ، وهو أمر غير معتاد إلى حد ما ، حيث أنه بحلول تسعينيات القرن التاسع عشر ، استخدمت معظم المصاعد نظامًا فائضًا في التوازن ، مع ثقل موازن يساوي وزن السيارة بالإضافة إلى نصف الحمولة النموذجية.

جانب آخر غير عادي في تصميمه كان وجود كل من ذراع التحكم اليدوي وحبل الشاحن في السيارة. عادة ، تم استخدام نظام تحكم واحد فقط.

تم تضمين المكونات الأساسية لنظام Leffler الكهرومغناطيسي في قضبان التوجيه وسلالم السيارة. استخدمت قضبان التوجيه قناة معدنية على شكل حرف U لإيواء "سلسلة من قطع القطب البارزة ، والتي تكون عبارة عن ملفات مغناطيسية ملفوفة".^[1] كانت قطع العمود مغطاة بقضبان توجيه نحاسية كانت بمثابة قضبان توجيه فعلية للسيارة (الشكل 2). تم تجهيز جوانب القناة على شكل حرف U بشرائط خشبية توفر سطحًا قابلاً لجهاز أمان المصعد. تم وضع نظائر قطب قطب التوجيه في سلالم السيارة (الشكل 3). تتميز السلالم أيضًا بزوجين من "بكرات التوجيه ذات الحواف أو بكرات الحراسة. . . محمولة بواسطة الغطاس المنزلق برأس نير "، والذي تم تجهيزه بزنبركات لتثبيت البكرات" بإحكام على قضبان التوجيه وغطاء زنبركي للسيارة في وضع مركزي بين الحقول. "^[1] تم وضع المكون الحرج الثالث ، المبدل ، أعلى التقاطع. نظرًا لأن تشغيله كان مرتبطًا بشكل مباشر بسرعة السيارة ، فقد تم التحكم في عمل المبدل بواسطة "عن طريق حبل يمر فوق حزامة ، مثبت في الطرف الخلفي من عمود المبدل ، ومن ثم على حزمة توجيه يحملها الجزء الخلفي الحافة العلوية للسيارة ، ويكون طرفاها مشدودان ومثبتان بالمبنى أو أي دعامة ثابتة أخرى ، مع أحد طرفيها أعلاه ، والطرف الآخر أسفل الحدود القصوى لسير السيارة ".^[1] تشبه عملية المبدل إلى حد كبير عمليات السلامة المعاصرة ذات السرعة الزائدة ؛ وبالتالي ، فإن تصميمه يمثل تكيفًا مثيرًا للاهتمام لتكنولوجيا المصاعد الحالية للاستخدام الجديد.

تم وضع جهاز أمان ليفلر ، الذي وصفه بأنه "قابض أمان" ، أسفل السيارة. تتكون السلامة من "عمودين أو قضيبين صخريين متوازيين مستعرضين ، مثبتين في محامل. . . ويتم تزويدها في نهاياتها بكاميرات قبضة أو كتل احتكاك غريب الأطوار ، والتي ، عند إطلاقها ، تشغل الواجهات الخشبية "لقضبان التوجيه (الشكل 4).^[1] تم إبعاد الكامات عن الواجهات الخشبية عن طريق ملامسات كهربائية أبقت نوابض الأمان مضغوطة. إذا فقدت السيارة الطاقة الكهربائية ، فسيتم تفعيل الأمان تلقائيًا. وبالتالي ، فإن سلامة Leffler تعمل فقط في حالة انقطاع التيار الكهربائي. لم يكن ليمنع السيارة من زيادة السرعة. من المحتمل أن يكون هذا الخطأ الواضح بسبب اعتقاده أن تصميمه الكهرومغناطيسي سمح بمثل هذا التحكم الدقيق في السيارة بحيث لا يمكن أن تزيد السرعة. كما اعتمد على هذا النظام لتثبيت السيارة في مكانها عند توقفها عند الهبوط. بمعنى آخر ، لم تكن السيارة مزودة بفرامل. وفقًا لـ Leffler ، عندما يكون ذراع التحكم في وضع "التوقف" ، فإن "قوى الجذب والتنافر (بين مغناطيس المجال) سوف تحيد بعضها البعض وليس لديها ميل لتحريك السيارة في أي من الاتجاهين."^[1] إن الاستكشاف الكامل للعملية التفصيلية لهذا المصعد خارج نطاق هذا المقال. ومع ذلك ، قد يستكشف القراء المهتمون هذا النظام بشكل كامل من خلال فحص براءة اختراع Leffler (انظر الإضافات عبر الإنترنت لهذا الشهر).

في حين تعامل ليفلر مع تصميمه باعتباره دخيلاً على الصناعة سعى إلى تكييف النظام الأفقي للنقل الرأسي، كان منافسه مرتبطًا بشكل مباشر بصناعة المصاعد. تخرج إتش راسل سميث (من مواليد عام 1864) بدرجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية من معهد ستيفنز عام 1888. وهو من مواليد شيكاغو، عاد إلى وطنه بعد التخرج وقبل وظيفة لدى شركة المقاولات JB Smith & Co. بدأ حياته المهنية في مجال المصاعد عام 1890، عندما انضم إلى شركة Hale Elevator Co. كمساعد مشرف على البناء. في عام 1894، غادر Hale إلى شركة Winslow Brothers Elevator Co.، حيث عمل كمهندس رئيسي. غادر شركة Winslow Brothers في عام 1897، وبعد فترات وجيزة مع شركة Morse, Williams & Co. وشركة Burdett-Rowntree Manufacturing Co.، انضم إلى مكتب Otis في شيكاغو في عام 1900. وفي الفترة ما بين عامي 1894 و1898، حصل على خمس براءات اختراع للمصاعد، إحداها تتعلق بتصميم مصعد كهرومغناطيسي: "المصعد الكهربائي"، براءة اختراع أمريكية رقم 549,542 (6 يونيو 1896).

تقدم براءة اختراع سميث ، بصورها الثلاث وأربع صفحات من النص ، دراسة مثيرة للاهتمام على النقيض من براءة اختراع ليفلر. تتميز العروض التفصيلية لهذا الأخير بقوة بصرية مفقودة بوضوح من الرسومات الخطية البسيطة لسميث (الشكل 5). ومع ذلك ، يكشف فحص تصميم سميث عن مخطط عملي يعتمد على تطبيق محرك كهرومغناطيسي على تصنيف قياسي للمصعد. كان مصعد سميث أيضًا موضوع مقالتين مصورتين. ظهر أول "مصعد سميث الكهرومغناطيسي" في عدد ١٩ ديسمبر ١٨٩٦ من كهربائي غربي، والثاني ، "Ascenseur Electro-Magnétique" ، ظهر في عدد 10 أبريل 1897 من إلكتريسيان. كان هذا الأخير أحد العروض التقديمية الأولى لنظام محرك مغناطيسي كهربائي للجمهور الأوروبي. (تم أيضًا تضمين هذه المقالات وبراءة اختراع سميث كإضافات عبر الإنترنت.)

يشير كلا المقالين إلى أن مرحلة تطوير تصميم المصعد حدثت في مصنع Winslow Brothers في شيكاغو. بدأ العمل في أواخر عام 1895 أو أوائل عام 1896. (تم تقديم طلب براءة اختراع سميث في مارس 1896.) على عكس مخطط ليفلر ، حيث كان العمود بأكمله جزءًا من نظام القيادة ، صمم سميث محركًا كهرومغناطيسيًا يعمل على تشغيل السيارة من خلال عمود نموذجي . تمت مقارنة تصميمه بتصميم المصعد الهيدروليكي العمودي ، مع "القطعة الأساسية" للمحرك الكهرومغناطيسي "المقابلة للمكبس" والقلب المجوف الذي تتحرك فيه القطعة الأساسية "المقابلة لأسطوانة" المصعد الهيدروليكي .^[2]

رسم براءة الاختراع أيضًا صورة لحزم مضاعف ، وهي ميزة موجودة في الآلات الهيدروليكية. مثل ليفلر ، صمم سميث مكابح تعتمد على ملف كهربائي ومغناطيس مكبس ، والتي تعمل عندما ينقطع التيار الكهربائي عن الفرامل. ومع ذلك ، تم التحكم في فرامل سميث (غير موضحة في براءة اختراعه) بواسطة ذراع التحكم في السيارة ، والتي ، عند تحريكها إلى وضع التوقف ، قامت بتنشيط الفرامل. تم وصف التصميم أيضًا بأنه قادر على أن يكون "مجهزًا بالكامل بأجهزة السلامة المحسنة المستخدمة في سيارات جميع المصاعد الهيدروليكية المصنعة" من قبل Winslow Brothers ، والتي تضمنت "جهازًا بسيطًا موجودًا في فتحة السيارة [يجلب تلقائيًا] السيارة إلى طريق مسدود عند الحدين العلوي والسفلي للسفر إذا لم يوقفه المشغل ".^[2]

استخدم كهربائي غربي ولخص المقال ، الذي ربما كتب سميث أجزاء منه ، مزايا تصميمه على النحو التالي:

من وجهة نظر المهندس المعماري أو المالك، يتمتع المصعد الكهرومغناطيسي بعدة مزايا: فهو لا يتطلب مساحة للمضخات والخزانات والأنابيب والصمامات الخاصة بالمصعد الهيدروليكي، ولا للمحرك أو الأسطوانة أو البرغي الخاص بمعظم المصاعد الكهربائية. وإذا تم تركيبه بنسبة تروس 2:1 مع تعليق قلبه من العوارض العلوية للمصعد، فلن يشغل أي مساحة على الإطلاق، باستثناء المساحة التي تشغلها الكابينة نفسها... نظرًا لخصائصه الفريدة البناء ، فإن حجم وشكل المحرك المغناطيسي هو من النوع الذي يشغل في القصص التي ينتقل من خلالها فقط مسافة مساوية لجسم أسطوانة المصعد الهيدروليكي ذو الأسطوانة العمودية ".^[2]

في حين أن الثقة التي تم التعبير عنها في هذه العبارات تعكس المبالغة الإعلانية النموذجية (وادعاءات ليفلر في براءة اختراعه) ، كان لدى سميث ووينسلو براذرز ميزة واضحة على منافسهم. كان الدافع وراء مقالة 1896 هو البناء الناجح لنموذج أولي يعمل بكامل طاقته في مصنع Winslow Brothers (الشكلان 6 و 7). لسوء الحظ ، لا تشير الصورة ، التي تُظهر منصة السيارة و "العمود" والمحرك ، إلى الارتفاع التشغيلي للمصعد.

تمثل جهود Leffler الخيالية وجهود سميث العملية - التي تحققت في النموذج الأولي لآلة حقيقية - موجة اهتمام مكثفة في تكييف المغناطيسات الكهربائية مع أنظمة قيادة المصاعد. لسوء الحظ ، أثبت التحدي المتمثل في تجاوز المفهوم ونموذج العمل أنه من الصعب للغاية التغلب عليه ، وتم التخلي عن السعي وراء المصعد الكهرومغناطيسي. ومع ذلك ، في حين أن هذه الجهود المبكرة ضاعت سريعًا في التاريخ ، فإن استعادتها وعرضها هنا بمثابة تذكير مفيد بأن السوابق غالبًا ما توجد للابتكارات الحديثة وأن وجود الماضي يحيط بنا - إذا عرفنا أين ننظر.

مراجع حسابات
[1] بول دبليو ليفلر. "المصعد الكهربائي" براءة الاختراع الأمريكية رقم 573,820 (22 ديسمبر 1896).
[2] "مصعد سميث الكهرومغناطيسي" ، Western Electrician (19 ديسمبر 1896).