Evoluzione del contrappeso

Una storia del componente spesso dimenticato e dei suoi adattamenti alla tecnologia nel tempo

di John Inglis

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Astratto

Questo articolo esaminerà l'evoluzione del contrappeso fin dai primissimi giorni, quando l'uomo voleva rendere più facile il suo lavoro. Sono stati utilizzati molti modelli di contrappesi e adattati per soddisfare i cambiamenti tecnologici. Il contrappeso tende ad essere il componente dimenticato nel pacchetto di sollevamento totale. Si spera che questo [articolo] possa informare e registrare questa evoluzione per le generazioni future.

I design dei contrappesi variavano per adattarsi alle seguenti condizioni: 

• Migliora l'efficienza 
• Ridurre il carico sull'albero della macchina 
• Riduci il consumo di energia 
• Ridurre il carico differenziale 
• Migliora la precisione di arresto 
• Ridurre le dimensioni delle funi sulla macchina
• Ridurre i problemi di trazione
• Ridurre l'impatto sul pavimento della fossa
• Ridurre il buffering alle alte velocità 
• Migliora la maneggevolezza
• Diminuire il tempo di installazione  
• Fornire un mezzo per regolare il peso in base all'auto finita 

Disposizioni di guida tipiche per i contrappesi

• Guidafilo fissata nella parte superiore e inferiore dell'albero 
• Scatola di legno contenente un peso tondo o quadrato 
• Guida in legno e legname di supporto utilizzato su molte vecchie installazioni e per unità attuali in un ambiente esplosivo  
• I pattini di guida tondi in acciaio o solidi o tubolari sono in metallo o plastica con alloggiamento in metallo  
• Tee in acciaio con rullo metallico flangiato  
• canale  
• Angolare con diverse disposizioni dei rulli 
• Serie di rulli o blocchi di guida, fissati alla parete del vano, che lavorano in combinazione con un tratto di guida su ciascun lato del contrappeso. Le unità di guida sulla parete del pozzo sono posizionate abbastanza vicine da garantire sempre un minimo di due serie impegnate su ciascun lato del contrappeso. 
• Rotaie in acciaio a T in una varietà di dimensioni e pesi; i pattini di guida sono generalmente in metallo o metallo con inserti in plastica per ascensori a bassa velocità e rulli per ascensori a velocità più elevata.

Guide Shoes come parte del peso superiore e inferiore

I primissimi contrappesi correvano su guide in legno; il legno guida era un legno resistente come il sego. Questo sistema consentiva pattini guida molto primitivi come fessure nel peso inferiore e superiore. Non c'era alcuna regolazione del pattino di guida. Anche nei primi giorni delle guide metalliche, si applicava il metodo di utilizzare il peso superiore e inferiore come guide fisse.

Scarpe guida che incorporano rompighiaccio

I contrappesi nelle alte torri esposte all'ambiente molto freddo dovevano essere dotati di "rompighiaccio" o raschiatori per mantenere pulite le rotaie.

Tipi di contrappeso

Peso d'urto

Gli schizzi mostrano un metodo molto antico per ridurre l'impatto sul pavimento della fossa in caso di rottura della sospensione. Ciò si applicava agli ascensori più piccoli in cui il contrappeso era al di sopra dello spazio occupato. Il suo principale svantaggio era che si trattava di una soluzione "one-hit" che rompeva tutti i pesi di riempimento, che avrebbero dovuto essere sostituiti. La rottura dei pesi di riempimento ha ridotto l'inerzia del sistema, riducendo così l'impatto sul pavimento della fossa. Lo schizzo a sinistra mostra la disposizione normale, a destra-lo schizzo a mano mostra i pesi rotti e l'altezza ridotta del pacco di riempimento. Il design dei riempitivi doveva garantire che sotto il normale impegno del respingente del contrappeso i riempitivi non si rompessero ma avessero spazi tra i riempitivi per consentire il massimo spazio di occupazione per i riempitivi rotti, provocando così la massima riduzione della pila di riempitivi.

Pesi tipo asta

Questo tipo di costruzione del peso era molto popolare nei primi giorni degli ascensori a tamburo e a trazione. È stato utilizzato per un periodo di tempo più lungo con le aziende più piccole a causa della sua flessibilità e del minore coinvolgimento della produzione. I produttori più grandi con impianti in acciaio strutturale sono passati al peso del telaio, in particolare con l'aumento della velocità di sollevamento.

Pesi di prova e ancoraggi di fune

Agli albori dei contrappesi ad asta, una varietà di pesi superiori (a volte chiamati pesi reali) veniva fabbricata in ghisa. In molti casi, su questi pesi era impresso il nome delle società come mostrato nello schizzo. 

In una conferenza di ingegneria tenuta nel 1924, fu descritto un metodo per realizzare fori a forma di cuneo in questo peso superiore per l'ancoraggio diretto delle funi. Questa deve essere stata una delle prime applicazioni delle prese a cuneo nel settore degli ascensori. 

Questa introduzione dell'ancoraggio delle funi e dei pesi superiori è stata anche sottoposta a un test di resistenza delle terminazioni delle funi e del getto superiore e inferiore collegati dalle aste standard da utilizzare. Uno dei test effettuati su un peso per ascensore passeggeri ha resistito ad una sollecitazione pari a 30,000 kg. 

Peso incorniciato 

Dopo che molti paesi avevano vietato i pesi del tipo ad asta per ascensori ad alta velocità e ascensori nelle aree terremotate, il tipo di costruzione più popolare era il peso a telaio. Nei giorni precedenti alla saldatura ad arco, questi telai erano fabbricati da profilati di ferro e lamiera rivettati insieme. L'assemblaggio di questi contrappesi sul campo era molto più semplice rispetto alla costruzione del tipo ad asta e molto più sicuro per l'operaio edile. Il peso del tipo ad asta era molto difficile per caricare i riempitivi sulle aste e mantenere la stabilità della pila parzialmente costruita, che, a differenza del peso con telaio, non aveva pattini di guida superiori fino a quando non veniva montato il peso superiore.

Peso del serbatoio

I pesi dei serbatoi sono stati introdotti come riduzione dei costi; inoltre, i casting erano difficili da ottenere durante la seconda guerra mondiale. La descrizione più semplice di un peso per serbatoio è che è come un peso incorniciato con ogni lato coperto da una piastra d'acciaio che lo trasforma in una scatola o in un serbatoio. L'idea era di riempire il serbatoio con fustellature di scarto; ciò ha consentito la regolazione dell'ultimo minuto del bilanciamento dopo che i rivestimenti dell'auto erano stati completati. Un grosso problema è sorto nelle prime fasi dell'applicazione: i serbatoi hanno iniziato ad espandersi di spessore a causa dei punzonamenti che si imballavano a causa dell'arresto brusco del sollevatore e, cosa più importante, dell'innesto del respingente del contrappeso. Ci sono stati diversi casi in cui il lato del serbatoio si è piegato e si è rotta la saldatura. Questo effetto è stato causato dall'impacchettamento del contenuto a tal punto che i lati del serbatoio si sono gonfiati. 

L'aumento dello spessore del serbatoio riduce il gioco di scorrimento tra il serbatoio e la cabina e, in alcuni casi, tra il serbatoio e la parete del vano. 

La dimensione del serbatoio doveva essere notevolmente maggiore rispetto a quei contrappesi che utilizzavano riempitivi in ​​ghisa, perché l'efficienza del riempimento dello spazio all'interno del serbatoio dipendeva dalla dimensione e dalla forma dei fustellati di scarto. La ruggine era un altro problema inaspettato. La quantità di ruggine, o la velocità con cui si sviluppava la ruggine, dipendeva dal materiale perforato e dall'olio/lubrificante da taglio utilizzato per aumentare la durata dei punzoni. 

Contrappesi per lastre

L'uso di un contrappeso in un unico pezzo presenta sia vantaggi che svantaggi che dovrebbero essere considerati prima di decidere su questa forma di costruzione del contrappeso. 

Vantaggi dei pesi delle lastre

• Si tratta di un'unità compatta che può essere trasformata in una forma adatta all'applicazione, ad esempio lunga e sottile, corta e spessa o sagomata. 

• Può essere utilizzato su sollevatori modello dove sono noti i pesi specifici della cabina e non è richiesta la regolazione del peso.

• Non si piega in situazioni di terremoto come pesi multipli nella costruzione del tipo ad asta. 

Svantaggi dei pesi delle lastre

Non è facile aggiungere o sottrarre pesi addizionali se non nella parte inferiore del gruppo pesi. È molto difficile da gestire. Può facilmente danneggiare i telai delle porte o le soglie delle porte quando viene spostato nel vano.

Riduzione del consumo di energia

Durante la guerra in Australia, molti ascensori avevano i contrappesi ridotti al peso dell'auto più il 40% del carico, invece del peso dell'auto più il 50%, che era stata la pratica comune. Questo è stato progettato per ridurre il consumo energetico in base al fatto che gli ascensori trasportavano molto raramente il carico massimo. In alcuni casi ciò non è stato possibile a causa del rapporto di trazione tra cabina e contrappeso. 

Gioco di marcia del contrappeso

C'è sempre da discutere su quanto spazio sia disponibile per gli ascensori; il cliente desidera il massimo spazio affittabile e l'appaltatore dell'ascensore richiede adeguati spazi di manovra. Lo spazio tra la cabina e il contrappeso può essere di soli 25 mm per molti ascensori a bassa velocità, ma per gli ascensori ad alta velocità, questo deve essere aumentato per ridurre l'effetto scuotimento quando il contrappeso e la cabina passano. In alcuni casi, un gioco di 100 mm, in combinazione con un design del contrappeso che ha una forma aerodinamica, dovrebbe migliorare il flusso d'aria e ridurre la turbolenza.

Confronto del peso per i materiali del contrappeso 

Per molti anni, le aziende hanno utilizzato materiali diversi per fornire la maggior parte del peso di un gruppo contrappeso. La selezione di questi materiali è stata basata su prezzo, disponibilità, costi di trasporto e modalità di regolazione dell'equilibrio al completamento dell'interno della cabina. È necessario considerare quanto sopra e lo spazio disponibile, in quanto il materiale meno denso occupa molto più spazio a parità di peso. Il materiale più comunemente utilizzato è stato la ghisa; altri materiali sono stati acciaio, piombo, cemento e combinazioni di questi. 

Multi linea di riempitivi

Per ascensori molto grandi, i riempitivi a contrappeso sono diventati troppo pesanti da maneggiare; ciò richiedeva che i telai dei contrappesi fossero progettati per contenere diverse file di pesi di riempimento. Questa pratica ha anche consentito ai produttori di utilizzare i loro pesi più piccoli negli assiemi a più file piuttosto che realizzare pesi speciali di grandi dimensioni che non venivano utilizzati molto spesso. 

Sabbia nel serbatoio 

Ci sono stati casi di contrappesi riempiti di sabbia in modo da poter ottenere l'equilibrio corretto o richiesto. Questa pratica fu di breve durata a causa di due problemi principali: la sabbia fuoriusciva da piccoli fori e il peso della sabbia cambiava a causa dell'assorbimento di umidità nella sabbia o dell'essiccazione della sabbia. 

Contrappesi per drum machine 

Perché il contrappeso è stato rimosso dai sollevatori a tamburo? I principali incidenti associati a contrappesi e macchine a tamburo sono stati il ​​risultato della regolazione o del guasto dei finecorsa, anche se la maggior parte di questi è stata realizzata parte della macchina per garantire un'azione positiva. 

In alcuni casi, la macchina si è ribaltata e ha tirato il contrappeso nella sala macchine. La posizione del raggio della macchina può impedire che il contrappeso venga trascinato nella sala macchine, ma allo stesso tempo ne causa un brusco arresto. Questo arresto improvviso è stato la causa della rottura di molte funi o del cedimento delle terminazioni, consentendo così al contrappeso di cadere liberamente nella fossa. 

L'inceppamento della cabina nel vano durante la corsa in discesa ha consentito l'allentamento delle funi, arrestando la macchina mediante l'apertura dell'interruttore fune allentata. Questa situazione non è stata infallibile; ci sono stati casi in cui i meccanici dell'ascensore azionavano manualmente i comandi e avvolgevano la fune dal tamburo, quindi riavvolgevano la fune sul tamburo nella direzione sbagliata.

Prima che i contrappesi fossero vietati sugli ascensori a tamburo, erano installati due contrappesi nelle stesse guide. Il peso inferiore era per l'auto e le funi passavano attraverso il peso superiore. Il peso superiore è stato montato per due motivi: per ridurre il carico sulla drum machine e per evitare la necessità di corde più grandi o aggiuntive.

I contrappesi del pickup singolo si sono guastati, consentendo al contrappeso di cadere liberamente nella fossa. Anche se c'erano due funi tra la macchina e il contrappeso, l'attacco avveniva tramite una barra di equalizzazione che aveva un solo punto di connessione al contrappeso.

Contrappesi che fuoriescono dalle guide

Ci sono diversi motivi per cui i contrappesi fuoriescono dalle guide; in primo luogo, i terremoti possono far aumentare la distanza tra le guide a tal punto che i pattini della guida si disinnestano. 

La separazione della rotaia di guida può essere dovuta a un cedimento o all'allentamento delle staffe della rotaia, molte delle quali sono dotate di fori di fissaggio asolati per la regolazione durante l'installazione. 

In alcuni casi le staffe sono indipendenti e la costruzione dell'edificio fallisce tra due staffe allo stesso livello. 

Un altro motivo per cui i contrappesi fuoriescono dalle rotaie di guida è l'instabilità delle rotaie a causa del fatto che le rotaie finiscono troppo vicino alla parte inferiore del pavimento della sala macchine e la compressione dell'edificio causa il carico sulla parte superiore delle rotaie. Questo carico ha deformato le rotaie nella misura in cui la distanza tra le rotaie è aumentata. 

L'innesto del pattino di guida o del rullo è molto importante, in particolare su rotaie di piccole dimensioni. Nel tentativo di mantenere un gioco adeguato tra il pattino di guida o la staffa di sicurezza del pattino a rulli e i fermagli di fissaggio della rotaia, alcuni progettisti hanno commesso l'errore di ridurre l'entità dell'impegno sulle rotaie di guida più piccole. 

Durante i terremoti è possibile che il contrappeso fuoriesca dalle sue guide; con un ascensore che viaggia ad alta velocità, questo può essere un grave disastro. Per proteggersi da ciò, un rilevatore di spostamento, come quello mostrato nello schizzo, fermerà l'ascensore quando l'anello di rilevamento sul contrappeso tocca il filo di rilevamento.

Rimbalzo del contrappeso (dispositivo anti-rimbalzo)

Negli ultimi anni, c'è stata molta preoccupazione per le forze sviluppate quando i paracadute operano su ascensori a molti piani, causando un considerevole rimbalzo del contrappeso. I progettisti stanno attualmente lavorando per trovare una soluzione a questo grave problema, principalmente con installazioni senza indennizzo per il lock-down. 

Respingenti montati sotto il contrappeso 

L'aggiunta di tamponi d'olio sul fondo dei contrappesi ha dato ulteriore peso al contrappeso; questo, a sua volta, ha ridotto il peso dei riempitivi da utilizzare rispetto al peso del gruppo tampone. La gravità ha causato il ripristino del buffer quando il contrappeso è stato spostato verso l'alto dal pit stop.

Equipaggiamento di sicurezza sui contrappesi

L'aggiunta di paracadute ai contrappesi è spesso richiesta per soddisfare le seguenti emergenze: prevenire la fuga delle auto e prevenire la caduta libera del contrappeso in caso di guasto della sospensione. A seconda della velocità del contratto, il paracadute può essere di tipo istantaneo, scorrevole oa cuscino d'olio. 

Il paracadute con morsetto a cuneo su un contrappeso crea un grosso problema per quanto riguarda il riarmo dell'attrezzatura dopo che è stata azionata. Un metodo per superare questo problema è avere il tamburo della fune con una fune che esce da ciascun lato; cioè una fune nella parte superiore del tamburo che tira il paracadute sulle rotaie e l'altra fune nella parte inferiore che si avvolge contemporaneamente sul tamburo. Per sbloccare il paracadute, il meccanico può entrare nella fossa e tirare la fune che si collega al fondo del tamburo. Questo svolgerà il paracadute e, allo stesso tempo, ripristinerà la fune superiore di azionamento. Questa disposizione può essere rilasciata se il mezzo di sospensione è guasto, ma se rilasciato completamente, il contrappeso scenderà a velocità eccessiva, provocando l'azionamento del regolatore e il ripristino del paracadute. 

Equipaggiamento di sicurezza duplex

Lo spazio disponibile nei vani ascensore è solitamente limitato nella vista in pianta, tuttavia, nella maggior parte dei casi, l'elevazione non è così restrittiva. Per ascensori di grandi dimensioni che richiedono l'applicazione del paracadute al contrappeso, il paracadute standard potrebbe essere troppo grande nelle dimensioni in pianta. Qui è possibile montare il paracadute duplex: un telaio di contrappeso dotato di due blocchi di sicurezza a ciascuna estremità. Questo tipo di paracadute si resetta spostando la cabina verso l'alto. Normalmente, i paracadute sono di uguale capacità, ma se si utilizzano coppie di diversa capacità, la capacità maggiore dovrebbe essere montata sul fondo del telaio del contrappeso.

Modifica del rapporto di cordatura del contrappeso per adattarsi alle fondazioni dell'edificio 

Il basamento degli edifici ha spesso causato grossi problemi agli installatori di ascensori. Ad esempio, quando è stata scavata una particolare fossa, sono stati trovati grandi basamenti che non potevano essere rimossi. Questi ostacoli erano al di sotto del percorso del contrappeso riducendo la corsa richiesta. Legando il contrappeso 2:1 e lasciando l'auto a 1:1, il problema è stato risolto. 

Questa soluzione presenta alcuni inconvenienti in quanto il contrappeso deve ora essere il doppio del peso precedentemente richiesto a causa del roping 2:1, ma percorre solo la metà della distanza dell'auto. 

Corda di compensazione o attacco a catena

A seguito dell'aumento dell'altezza degli edifici, la compensazione a catena è stata seguita dalla compensazione a fune. Ciò ha quindi richiesto l'attacco di funi di compensazione al contrappeso. Inizialmente, le funi erano collegate alla parte inferiore del contrappeso, ma poiché ciò richiedeva una maggiore profondità della fossa, le funi erano collegate alla faccia del contrappeso. Ciò ha ridotto la profondità della fossa ma ha aumentato la distanza tra l'auto e il contrappeso. Alcuni produttori hanno incassato gli attacchi della fune di compensazione nella parte anteriore del contrappeso. È stato necessario prestare attenzione alla posizione dei pattini guida per ridurre al minimo i carichi dei pattini; a seconda dell'altezza dell'edificio, il carico sulle scarpe variava rispetto al peso delle funi di compensazione; questo è stato in parte compensato spostando la linea centrale della scarpa più vicino alla linea centrale della fune e consentendo l'offset del contrappeso per fornire un carico di contrasto.

Contrappesi per effetto architettonico

C'è un'applicazione in Australia dove c'è un grande foro di osservazione attraverso il centro del contrappeso. Intorno all'interno del foro ci sono luci alimentate da un banco di batterie situato nella parte inferiore del peso. Sul peso sono presenti due contatti a molla per il collegamento a un'unità di ricarica della batteria ogni volta che l'ascensore parcheggia al piano di un terminal. A causa dell'ampio spazio occupato dal foro di osservazione, il perimetro del peso è più lungo del normale per fornire il peso necessario per l'equilibrio.

Peso in tensione 

I progettisti possono trovarsi di fronte a una situazione in cui la caduta di un peso incontrollato potrebbe avere effetti devastanti. Un esempio era dove un pozzo dell'ascensore era situato direttamente sopra la conduttura principale che forniva acqua a una città. Un secondo problema era che non c'era abbastanza spazio nel pozzo per un contrappeso dotato di paracadute. È stato utilizzato un metodo del peso di tensione in cui il peso era al di fuori della linea dell'albero in corrispondenza del pianerottolo superiore e c'era una puleggia fissa nella fossa.

Contrappesi su ascensori idraulici indiretti

Il vantaggio principale di una tale disposizione del contrappeso è ridurre la potenza richiesta per sollevare l'auto a pieno carico. È necessario prestare attenzione per garantire che la metà del peso, compresi pistone e puleggia, non sia eccessiva (per cordatura 1:2). Una guida approssimativa è il 60% del peso dell'auto a vuoto; in caso contrario, l'auto vuota non scenderà da sola. 

Rapporto di cordatura per applicazioni gravose

Le macchine con fune 2:1, 3:1 e 4:1 consentono di utilizzare macchine più piccole, ma all'aumentare del rapporto, la durata della fune si riduce a causa del numero di curve inverse. 

La velocità della puleggia della macchina può essere molto elevata quando si utilizza un rapporto 4:1 tra contrappeso e carrello.

Motore lineare e contrappeso

I precedenti sviluppi del sistema di azionamento del motore lineare posizionavano il motore sulla cabina dell'ascensore, il che aumenta il carico sulle funi e sull'albero della macchina. Successivamente, è stato aggiunto al contrappeso, che ha ridotto il carico sulle funi e sulla macchina. 

L'ultima versione includeva prima il freno nel contrappeso, poi proponeva che, poiché le funi sono ora così affidabili, si potesse fare a meno del paracadute sulla cabina dell'ascensore, poiché il freno sul contrappeso poteva fermare e trattenere l'ascensore. 

La situazione complessiva con il motore lineare integrato nel contrappeso è la seguente: 

Vantaggi del motore lineare 

• Non è richiesta alcuna macchina di sollevamento convenzionale. 
• Non è richiesto alcun locale macchine, solo un locale puleggia in cima al pozzo. 
• Nessuna puleggia di trazione per ridurre la durata della fune. 
• Carico ridotto sull'edificio grazie al ridotto peso totale dell'attrezzatura. 
• Il freno sul contrappeso può essere utilizzato anche al posto del paracadute. 
• Entro certi limiti, maggiore è l'aumento, più conveniente è il sistema. 
• I requisiti di altezza ridotta dell'edificio possono consentire di servire un altro piano nella parte superiore del pozzo senza invadere i limiti di altezza dell'edificio. 

Svantaggi del motore lineare 

• I cavi mobili sono ora richiesti anche per contrappesare, con correnti nominali per alimentare il motore lineare. 
• I requisiti di spazio per il contrappeso sono aumentati. 
• Senza paracadute sull'ascensore, la caduta libera della cabina in caso di rottura della sospensione non è impedita.
• L'accesso al motore lineare non è facile se qualcosa non funziona, ad es. alimentazione o guasto si sviluppa quando il contrappeso si trova al centro dell'albero e l'auto non può essere spostata per accedere al motore lineare 
• L'efficienza del motore lineare è bassa ma dovrebbe migliorare con la ricerca e lo sviluppo. 
• Il supporto del rotore del motore lineare su ascensori a molti piani può essere difficile.