Anche gli ascensori tendono a "cadere" verso l'alto

Un nuovo metodo di protezione contro il movimento incontrollato dell'auto in salita

Gravità e Otis

Sappiamo tutti che secondo la legge di gravità, gli oggetti tendono a cadere nella direzione verso il basso. Sappiamo anche come calcolare la velocità (velocità) degli oggetti che cadono, la forza d'impatto degli oggetti in collisione e altri comportamenti degli oggetti che cadono verso il basso, ma la maggior parte delle persone non è consapevole che anche gli ascensori possono "cadere" verso l'alto.

Gravità e ascensori sono strettamente correlati. Ricordiamo a questo proposito la soluzione rivoluzionaria che Elisha Graves Otis presentò nel 1854. La sua soluzione al problema della caduta di un ascensore prevedeva che incaricasse il suo assistente di tagliare la fune di sospensione, che causò l'attivazione del primo paracadute dell'ascensore. Con il dispiegamento riuscito dell'equipaggiamento di sicurezza, Eliseo dichiarò “Tutti salvi, signori. Tutto al sicuro.» Questa famosa manifestazione ha dato il via a una nuova era di grattacieli supportati da ascensori sicuri e ad alta velocità.

Caratteristiche di trazione

Esistono diversi tipi di azionamenti per ascensori e uno degli azionamenti per ascensori più comuni in uso è l'ascensore a fune. Questo è il tipo che impiega un contrappeso per bilanciare l'auto e il carico. L'attrito tra le funi e le scanalature della puleggia consente all'azionamento di far funzionare la cabina senza slittamento della fune. Si ritiene che questo metodo sia iniziato nell'antico Egitto.

Gli ascensori a fune si distinguono dagli altri tipi di sollevamento in quanto consentono il traffico di edifici a molti piani. Infatti, non si possono immaginare grattacieli con ascensori idraulici come soluzione di trasporto verticale. Gli ascensori a fune consentono il movimento tra i piani in modo rapido, sicuro ed economico. Un'altra caratteristica distintiva degli ascensori a fune è che, mentre possono cadere come quelli idraulici, possono anche "cadere" verso l'alto.

Contrappeso

La maggior parte dei conducenti di ascensori non è consapevole che quando stanno salendo su un ascensore a fune, qualcosa di pesante scende e viceversa: quando scendono, lo stesso oggetto sale e sempre alla stessa velocità dell'auto in movimento. Questo pesante contrappeso non ha solo lo scopo di risparmiare energia elettrica (poiché ci consente di utilizzare un motore elettrico relativamente piccolo per spostare un carico pesante dell'ascensore), ma consente anche a un ascensore ad alta velocità di funzionare in sicurezza.

Sappiamo anche che il contrappeso è più pesante dell'auto vuota. È consuetudine calcolare il peso del contrappeso rispetto al peso della cabina e al carico dell'ascensore che è progettato per trasportare, in cui il peso del contrappeso è uguale al peso della cabina vuota, più metà del carico nominale che la cabina è progettato per trasportare. Pertanto, se la cabina trasporta meno della metà del suo carico nominale, il contrappeso è più pesante e la cabina tende a salire, mentre il contrappeso si abbassa. D'altra parte, se il carico nell'auto è più della metà del suo carico di servizio, l'auto tende a scendere e il contrappeso si alza.

Freno

Ogni azionamento dell'ascensore è dotato di un dispositivo di frenatura. Gli ascensori più vecchi erano generalmente dotati di freni a tamburo, mentre i freni a disco sono ora più comuni. I freni a disco sono ampiamente utilizzati negli ascensori senza locale macchina, perché, a differenza dei freni a tamburo, i freni a disco sono considerati esenti da manutenzione, il che è molto importante con i sistemi di frenatura che non possono essere regolati facilmente mentre l'ascensore è in funzione.

Efficacia dei costi

In un certo senso, gli ascensori non sono mezzi di trasporto economici, nel senso che generalmente reagiscono a ogni chiamata, indipendentemente dal numero di passeggeri in attesa nella hall. Senza il controllo di selezione della destinazione (DSC), la cabina dell'ascensore risponde a una chiamata per una persona con la stessa urgenza che avrebbe per 20. Inoltre, non esiste un carico minimo per gli ascensori, contrariamente al fatto che tutti hanno carichi massimi. La tecnologia utilizzata negli ascensori esistenti non determina quanti passeggeri salgono a bordo della cabina per ogni corsa e la potenza designata del motore ha una potenza quasi costante, che varia leggermente in base al carico trasportato in cabina.

I moderni sistemi abilitati DSC hanno la capacità di riconoscere il numero di passeggeri in attesa nella hall con il desiderio di raggiungere un piano specifico; tuttavia, ciò non impedisce all'ascensore di rispondere a una chiamata per un solo passeggero con un tempo di attesa minimo. Ciò porta alla conclusione che la maggior parte delle volte (escluse le ore di punta), gli ascensori funzionano con meno della metà del loro carico di lavoro in cabina, il che significa che, il più delle volte, le cabine degli ascensori tendono a "cadere" verso l'alto (piuttosto che verso il basso). ) in caso di guasto del freno o del controller.

Il problema

Abbiamo la presunzione che il movimento della cabina dell'ascensore dipenda esclusivamente dalla sua macchina motrice. Sebbene questo sia vero il più delle volte, a volte è falso: poiché non possiamo evitare la gravità, il rapporto tra l'azionamento e la cabina dell'ascensore dipende anche dal freno di azionamento. Finché il motore funziona a una velocità predeterminata e secondo il segnale elettrico previsto, tutto va bene. Tuttavia, una volta che il segnale di guida scompare e il motore perde la sua potenza elettrica, il motore gira libero, l'ascensore è totalmente dipendente dal freno e la gravità entra in vigore. La stessa potenza del motore che muove l'auto in alto o in basso fornisce anche la necessaria resistenza alla forza gravitazionale che viene esercitata sull'auto. Una volta diminuita la potenza del motore, intervengono i mezzi di frenatura per decelerare e arrestare l'auto, impedendole di muoversi.

Il freno è però un dispositivo elettromeccanico che può guastarsi per vari motivi. In tal caso, il freno non dispiegherà una forza di attrito sull'albero del motore per arrestare il movimento di azionamento e certamente non può trattenere l'auto e il suo carico. In questo caso, l'auto è soggetta a un'accelerazione incontrollata (sia in salita che in discesa), accelerando ad alta velocità e un impatto finale dell'auto o del contrappeso con i respingenti o le strutture aeree.

Per evitare questa situazione, ogni ascensore a fune è dotato di un dispositivo di backup sotto forma di limitatore di velocità (OSG) che reagisce alla velocità eccessiva o incontrollata della cabina indipendentemente dalla potenza elettrica e di un paracadute (SG), che viene attivato dal OSG ed è in grado di fermare e trattenere l'auto con il suo carico sulle rotaie di guida.

SG

L'SG è in realtà un freno per auto destinato a bloccare e trattenere l'auto sulle sue rotaie di guida in caso di movimento dell'auto incontrollato o non intenzionale a causa di una velocità eccessiva derivante da un guasto alle sospensioni, rottura dell'albero della macchina, guasto del freno della macchina o qualsiasi auto involontaria movimento con porta aperta. Gli ultimi due sono i guasti più comuni.

La maggior parte degli ascensori esistenti è dotata solo di un SG verso il basso. Tuttavia, a seguito di esperienze passate di ascensori in salita non controllati, i codici degli ascensori sono stati modificati per includere la protezione da sovravelocità della cabina in salita, nonché la protezione da movimento involontario (con porte aperte) in entrambe le direzioni.

Molti produttori hanno sviluppato SG bidirezionali a basso costo che possono essere facilmente implementati in nuove installazioni. Questi tipi di SG sono attivati ​​da un singolo OSG progettato per viaggiare in entrambe le direzioni. Sebbene tale SG abbia una capacità di trasporto limitata durante la sua attivazione, è considerata una soluzione economica, di alta qualità e sicura. Tuttavia, rimane il problema di proteggere gli ascensori esistenti dall'accelerazione incontrollata verso l'alto. Sostituire un paracadute unidirezionale esistente con un paracadute bidirezionale può variare da impossibile a molto complicato e costoso. Anche i dispositivi aggiuntivi per risolvere il problema rientrano in quest'ultima categoria e dipendono dall'energia elettrica.

La Soluzione

Come accennato, è necessario utilizzare un SG aggiuntivo per fornire una protezione sicura per il movimento verso l'alto. Fortunatamente, gli ascensori hanno strutture meccaniche semplici che ci consentono di aggiungere un nuovo SG separato per gli ascensori esistenti. L'unico problema che rimane è come attivare questa SG in modo conveniente. In altre parole, come si può attivare il nuovo SG con l'OSG esistente, o come si possono attivare due SG separati installati nello stesso ascensore e che agiscono in direzioni opposte utilizzando l'OSG esistente, indipendentemente dall'energia elettrica?

È un compito relativamente facile progettare un paracadute in direzione verso l'alto da installare sul telaio dell'auto che incorpora un pattino di guida, per sostituire il pattino di guida esistente ed essere installato come componente sostitutivo. Naturalmente, il nuovo SG può essere attivato da un nuovo OSG aggiuntivo, ma questa è una soluzione costosa e complicata. Per questo motivo, il tuo autore ha ideato un nuovo metodo per utilizzare un singolo OSG per attivare due SG separati che agiscono in direzioni opposte l'uno rispetto all'altro che sono installati sulla stessa cabina dell'ascensore. Ciò consentirà l'aggiunta di un semplice ed economico SG per la protezione verso l'alto sulla maggior parte degli ascensori esistenti.

La soluzione qui suggerita può servire sia come SG aggiuntivo a basso costo per gli ascensori esistenti, sia per un problema che coinvolge gli ascensori ad alta velocità. Inoltre può essere applicato ad ascensori con carichi pesanti che non possono fare uso di piccoli SG bidirezionali con portata ammissibile limitata. Si tratta di un nuovo metodo che utilizza un unico OSG per attivare due distinti paracadute: uno per la salita e l'altro per la discesa, installati sullo stesso ascensore.

Come funziona

Attualmente, un singolo OSG impiega un solo SG, unidirezionale o bidirezionale. Questo tradizionale SG è rigidamente collegato alla fune OSG, entrambe le estremità della quale sono collegate al braccio di leva SG, che fa muovere la fune in concomitanza con il movimento della cabina sulle sue pulegge superiore e inferiore. Una volta bloccata la puleggia superiore, la fune arresta il suo movimento; così, il braccio di leva è bloccato e il movimento continuo dell'auto attiva il paracadute.

Un collegamento di questo tipo non è possibile quando si tratta di attivare due SG con un singolo OSG. Il motivo di questa limitazione può essere illustrato immaginando di legare una corda a una maniglia che ruota solo in senso orario, e poi di collegare la stessa corda (sopra le maniglie) a un'altra maniglia che ruota solo in senso antiorario. È chiaro che la maniglia che ruota romperà l'altra, ed è per questo che entrambi gli SG non possono essere collegati rigidamente alla stessa corda dell'OSG, semplicemente perché il braccio dell'OSG si muove in direzioni opposte.

La leva SG verso il basso normalmente si sposta verso l'alto durante l'attivazione SG, mentre la leva SG verso l'alto deve spostarsi verso il basso durante l'attivazione. Per superare questa limitazione, il tuo autore ha progettato una connessione mobile delle leve e della fune OSG. In questa soluzione, ciascuna estremità della leva è progettata per includere una forma cava (come un anello) attraverso la quale passa la fune OSG, ed entrambe le estremità della fune sono collegate tra o all'esterno di queste due aree dell'anello; quindi, la fune non è collegata a nessuna delle leve. Inoltre, un fermo meccanico è fissato sulla fune sopra l'anello superiore e sotto l'anello inferiore. Le dimensioni del tappo sono maggiori del diametro degli anelli; quindi, il tappo non può passare attraverso l'anello.

Durante il normale funzionamento, il movimento dell'auto crea un impatto minore tra un fermo e il suo anello. Quando si alza, l'anello superiore si scontra con il fermo superiore, facendo salire la fune con l'auto. Lo stesso accade quando l'auto si abbassa: l'anello inferiore si scontra con il fermo inferiore e fa scendere la fune, insieme al movimento dell'auto.

All'intervento dell'OSG, il movimento della fune si arresta, per cui quando la cabina scende, il fermo verso il basso blocca il movimento dell'anello inferiore, costringendo così il braccio della leva a salire per impegnare la guida e bloccare il movimento della cabina. Allo stesso tempo, il braccio di leva superiore continua il suo movimento insieme al movimento della vettura senza interferenze, aumentando la distanza tra l'anello superiore e il suo fermo. Lo stesso accade quando l'auto sale: il fermo superiore blocca il braccio di leva superiore per costringere il braccio di leva a scendere per innestare il binario di guida e bloccare l'auto. Allo stesso tempo, il braccio di leva inferiore continua il suo movimento insieme al movimento dell'auto senza interferenze. Quindi, la distanza tra l'anello inferiore e il suo fermo verso il basso aumenta. In entrambi i casi, non si verifica alcun danno ai bracci di leva e ogni SG funziona in modo indipendente.

Solitamente, il braccio di leva è dotato di una molla di trazione per garantire la sua posizione neutra per evitare l'attivazione accidentale del paracadute. La forza che la molla esercita sul braccio della leva deve essere inferiore all'attrito tra la fune OSG e le scanalature della puleggia OSG. Ogni movimento dell'auto viene rilevato da questa molla, ma poiché non c'è attrito durante il normale funzionamento, il movimento della molla è trascurabile. In breve, durante il normale funzionamento, la molla resiste al movimento del braccio di leva, impedendo l'attivazione dell'SG.

Per le disposizioni in cui l'SG aggiuntivo è installato nella parte superiore del telaio della cabina, è necessario valutare i carichi e determinare le sollecitazioni imposte al telaio della cabina durante l'applicazione di sicurezza. Il telaio potrebbe non essere stato progettato per resistere a tali sollecitazioni entro i margini di sicurezza richiesti dalla normativa. La necessità di tali calcoli può essere evitata installando il SG superiore nella parte inferiore del telaio dell'auto sotto il SG verso il basso. In questo caso, la disposizione della posizione del fermo sarà modificata per essere tra i bracci della leva SG (Figura 5).

In questo caso, quando la vettura scende per l'intervento, il braccio di leva superiore viene bloccato dal fermo superiore. Situato sotto il braccio della leva, costringe il braccio a spostarsi verso l'alto per innestare il binario di guida e bloccare il movimento dell'auto. Allo stesso tempo, il braccio di leva inferiore si abbassa, aumentando la sua distanza dal suo fermo. Il contrario accade quando l'auto si alza per inciampare con il braccio di leva inferiore.

Queste disposizioni hanno portato alla costruzione da parte dell'autore di una coppia di disposizioni a doppio SG su ciascun telaio dell'auto (Figura 6). Ciò può essere utile per ridurre sia l'attrito durante l'attivazione dell'SG negli ascensori ad alta velocità, sia il danneggiamento delle guide. Impiegando due paracadute separati alla corretta distanza l'uno dall'altro, l'attrito sullo stesso punto si riduce del 50%, riducendo così il riscaldamento della rotaia durante l'attivazione del SG.

Con questo metodo è quindi possibile attivare ogni possibile combinazione, compreso un doppio SG bidirezionale costituito da due SG separati (su e giù), che può essere costituito da un SG ascendente sia al di sotto che al di sopra del SG discendente. Può anche essere impiegato in una combinazione di usi (Figura 7).