Gözden Geçirme: Spiral Yürüyen Merdiven Konfigürasyon Tasarımı

HY Tian ve Li Yuxiang tarafından

Yürüyen merdivenler toplu taşımanın yaygın bir şeklidir ve zaman geçtikçe popülerleşmeleriyle birlikte estetik talepleri de artmaktadır. Yürüyen merdivenlerin temel işlevi, farklı alan seviyeleri arasında yolcu taşımak olduğundan, bir alternatif, daha az alana ihtiyaç duyan ve daha fazla estetik çekiciliğe sahip bir spiral yürüyen merdiven tasarımıdır.

Matematiksel modellere bağlı olarak yürüyen merdivenler, doğrusal ve uzay eğrisi yürüyen merdivenler olarak kategorize edilebilir. Lineer yürüyen merdiven, yürüyen merdivenin yanından izdüşüm ile lineer düzlemsel bir hareket mekanizması olarak alınabilir. Karşılaştırıldığında, uzay eğrisi yürüyen merdiveninin hareket yörüngesi, iki boyutlu uzaya dik yüzeyde sürekli bir eğridir. Uzay eğrisi yürüyen merdiven, içinde bulunduğu düzleme dik hareketle birleştirilen doğrusal bir yürüyen merdiven olarak da kabul edilebilir. Uzay eğrisi yürüyen merdivenler kategorisine bir spiral yürüyen merdiven dahildir.

Yürüyen merdivenleri dinamik ve tahrik sistemlerine göre düzgün hareket ve düzgün değişken hareket olarak da sınıflandırabiliriz. Tek tip değişken hız sentezi, hız ve yön değiştirme modlarına sahiptir. Yön değiştirme modu, spiral yürüyen merdivenlerde zincir tahrik sistemi teknolojisine birçok zorluk getirir. Spiral yürüyen merdiven ürünlerinin tasarım programı sabit hızdadır, ancak değişken hızlı yürüyen merdivenler üzerindeki mevcut patentler, adım zinciri dizisindeki bileşenler arasında boşluk olmayan kinematotropik mekanizmalara aittir. Kinematotropik mekanizmalar, spiral yürüyen merdivenler tasarlamanın anahtarı olabilir.

Kullanılmayan ters çevrimin her zaman serinin altına gizlendiği yürüyen merdivenin taşıma kapasitesinden tam olarak yararlanarak yolcuları daha düşük bir seviyeye taşımak için ters çevrim aşamasını başka bir yürüyen merdiven olarak kullanabiliriz. Tasarım kursunda bulunan spiral yürüyen merdiven serileri ve halka sektörü bileşenleri arasındaki fiziksel çelişkiler göz önüne alındığında, mühendisler zincirlerin zincir dişlisi etrafındaki hareket biçimindeki değişikliklerin ters çevrim aşamasını kapsamlı bir şekilde kullanacağını umuyorlar. Bazı programlar, hareketli bir merdiven ve yükselen ve alçalan sonsuz yürüyen merdivenler gibi modeller önerdi. Bir üst geçit köprüsü yürüyen merdiveninin stabilite sorunu göz önüne alındığında, fincan şeklindeki adım bileşeni sorununu çözemiyoruz.

Spiral Yürüyen Merdivenlerin Geliştirilmesinde Kilometre Taşları

Spiral ("kavisli") yürüyen merdivenlerin tasarım konsepti Jesse W. Reno ve Charles Seeberger (ELEVATOR WORLD, Nisan 2008) tarafından önerildi. Reno, 1906'da Londra metrosu için spiral yürüyen merdiven oluşturmak üzere ilk laboratuvar ekipmanını üretti, ancak cihaz kamuoyunda tanınmadı ve deney başarısız oldu. Seeberger tarafından tamamlanan 1911 planı en alakalı teknoloji referansı oldu.

1985'te Mitsubishi bir spiral yürüyen merdiven kurdu (EW, Şubat 1985); bununla birlikte, bu tasarımda, parçalar arasında aşırı boşluklar, yavaş hız, gürültü sorunları, karmaşık üretim teknolojisi, karmaşık kontrol, sınırlı eğim, dörtte bir hareket adımı ve 180°'den daha az direksiyon açısı dahil olmak üzere birçok kusur ve yetersizlik vardır. Yine de Mitsubishi bu alanda çok büyük bir gelişmeyi gündeme getirdi.

Daha yakın zamanlarda, Londra City Üniversitesi Makine Mühendisliği Fahri Profesörü Jack Levy, 'Levytator'u icat etti (EW, Ağustos 2005). Bu tasarımda tahrik zincirleri yoktur, bu nedenle basamaklar farklı yüksekliklerde iken dikey eksende esnekliğe sahiptir. Böylece yürüyen merdiven herhangi bir kısıtlama olmaksızın herhangi bir yöne dönebilir. Geleneksel zincir yapısıyla karşılaştırıldığında Levytator'un avantajları ve dezavantajları açıktır. Levytator merdiveninin geri döngü kısmı aşağı akış olarak kullanıldı ve ikili kullanımları daha az elektrik tüketerek bakımı kolaylaştırabilir. Öte yandan, basamak bileşeninin muazzam ağırlık ve genişlik sınırlamasının yanı sıra, Levy merdiveninin kendisi tarafından yapılan ikincil tahrikin titreşimi ve uyarlanabilirliği ile, yalnızca doğrusal yürüyen merdivenlerin yerine geçebilir.

Fonksiyon ve Konsept Tasarım

Spiral yürüyen merdivenlerin ve ilgili programların mevcut patentli tasarımlarının çoğu ABD, Japonya ve Avrupa'dandır. Çoğunluk, kavramsal tasarım veya işlevsellik analizini içermeyen mekanizma tasarımına odaklanmayı seçti. Spiral yürüyen merdiven ne için tasarlanmıştır? Bu sorun, tüm tasarımcıların ele aldığı ilk sorun olmalıdır. Birçok spiral yürüyen merdiven tasarımcısı, geleneksel yürüyen merdivenlere kıyasla estetik değerin temel bir hedef olduğunu düşünüyor. Spiral yürüyen merdivenlerin üç avantajı daha vardır: bağımsız yapı, sonsuz yükseklik ve çevre dostu olma.

Spiral yürüyen merdivenin ana işlevi, yolcuları bir zincir tahrik yoluyla spiral bir rayda alt kattan üst kata ulaştırmaktır. Yardımcı bir fonksiyon olarak, yolcuların yürüyen merdivene güvenli bir şekilde girip çıkabilmeleri için bir eğri veya düz bir çizgi boyunca hareket eden bir basamak dizisine ihtiyaç vardır. Basamak serisi ayrıca kapalı bir halka ileri geri hareketine ihtiyaç duyar. Ancak üç parçanın gereksinimleri tasarım ve üretimi imkansız kılmaktadır.

Genel olarak sarmal yürüyen merdivenler, zincir düzlemlerine dikey sapma eklenmiş geleneksel yürüyen merdivenler olarak düşünülebilir ve matematiksel model, sarmal hatlardan ziyade doğru sarmallardan oluşur. İnşaat mühendisliğinde doğru sarmalların parametresi bir çizgi ve bir sarmaldır. Radyal bir çizgi yatay olarak kesişir veya dikey bir düzlem, silindirik yüzey üzerinde standart bir silindir sarmalını keser. Böylece konsept, program veya mekanizma tasarımı için bir standart elde edebiliriz.

Spiral Yürüyen Merdivenlerin Tasarımı

Spiral yürüyen merdiven şeması tasarımında iki ana fikir vardır: mevcut yürüyen merdivenlerin olgun çerçevesini dönüştürmek ve mevcut kavisli yürüyen yürüyüş temelinde bir miktar seviye düşüşü yapmak.

Sağ Helikoid Bazlı Spiral Yürüyen Merdiven Tasarımı

Geleneksel bir yürüyen merdiveni spiral yürüyen merdivene dönüştürme planının ana konusu, çoğunlukla kinematik modelle ilgilidir.

Birinci Sorun: Yatay ve Spiral Arasındaki Hız Koordinasyonu

Sağ sarmal matematik formülüne göre:

burada, bir sağ sarmal yüzey üzerinde grup spiralleri tarafından belirlenen yarıçapı ve kaldırma açısını ifade eden spiral kaldırma oranı anlamına gelir.

burada H, spiral bir yüzey üzerinde raf aralığını ve ufka göre kaldırma açısını temsil eder.

Yani, spiral hız:

Adım hareketini eşzamanlı olarak yönlendirmek için hala iki makaralı zincir (biri içte ve diğeri radyal yönde dışta) kullanıyorsak, her iki tarafın ilişkisinin hareket hızı aşağıdaki koşullara sahip olmalıdır:

burada üst kısım, basamak serisinin 'radyal iç kısmı ve alt kısım, basamak serisinin 'radyal dış kısmı anlamına gelir.

Sonuçlar daha sonra şöyle olur:

Bu nedenle, radyal zincirin yatay olarak iç ve dış izdüşümü, hareket oranını karşılamalıdır:

Hala zincir tahrik sistemini kullanıyorsak, yürüyen merdiven basamak dizisi hareketinin sistem arayüzü gereksinimleri altında, içerideki ve dışarıdaki radyal hız orantılı olarak sürülmelidir. Zincir tahrikli birincil mekanik teoriye dayalı olarak, yolcuyu veya halka dairesel sahnenin sağ sarmalını desteklemek için, ister sağ sarmal kademe olsun, yarıçap üzerinde farklı konumlardaki her iki sarmal yürüyen merdiven tahrik zincirinin hızının değeri ve oranı sabit olmalıdır. yürüyen merdivene binen veya inen yolcular için ufukta projeksiyon. Bunun ışığında, sağ sarmal evre ile halka dairesel evresinin anlık merkezleri çakışmaz. ABD Patentleri No. 4895239, 4930622, 4893160, 4884673 ve 5184710 bu bakış açısını kanıtlamaktadır. Yukarıdaki gereksinimleri karşılamak için, sağ sarmal ve halka dairesel aşamalarının merkezi çakışmaz. Farklı hızların ihtiyaçlarını karşılamak için zincirin yörüngesini değiştirmeliyiz. Bu nedenle sarmal ve halka dairesel aşamaları arasında bağlantılar olmalıdır. Mitsubishi'nin tasarımı, yolcunun hem yukarı hem de aşağı yönlerde ulaşımın keyfini çıkarabilmesi için kademeli seviyeli pedal dikdörtgeni yapan bu sahneyi kullanır.

Spiral yürüyen merdivenin tahriki olarak tüm işleme zinciri tahrik modunu seçmezsek, yalnızca adımları aynı hızda, sürekli olarak belirli bir boyutta yerinde tutmamız gerekecek. Halka dairesel aşamadaki hareketlerini sağ-helikoid aşamanın izdüşümü ile çakıştırmak mümkündür, öyle ki her iki aşamanın eksen konumları sabitlenebilir; ayrıca hareket modeli basitleştirilmiştir ve tasarım programı karmaşıktır. Örneğin, ABD Patentleri No. 5158167, 4434884 ve 5165513, pist tipi yürüyen merdivenlerle farklı yaklaşımlara ancak eşit derecede tatmin edici sonuçlara sahiptir.

İkinci Sorun: İki Sağ Helikoidin Bağlantı Sorunu

TDikey Mesafe ile yörüngeler

Yürüyen merdivenin ana parçaları ve geri döngü, tüm zincire gerdirme desteği sağlayan ters parça ile bağlanır. Bir makine dişlisinin temel prensibine göre, miller paralel olmalıdır; bu nedenle, geleneksel yürüyen merdivenlerin gücü ve tahrik sistemi uyumu bir sorun değildir. Dikey düzlemde spiral-yürüyen merdiven dizileri yatay olarak bükülür; böylece iki soru ortaya çıkıyor. İlk olarak, içerideki radyal hız dışarıdaki radyal hızdan daha azdır, bu nedenle adım serisi bu aşamada senkronize olarak tersine çevrilemez ve sağ sarmal merkezi eksen yönü adımların serileriyle değişecektir. İkincisi, normal zincir yerine esnek ayarlara sahip zincirler için radikal bir düz olarak bir aks pimi tasarlayabiliriz.

Bu nedenle zincirler, pime dik düzlemin aksine, zincir baklalarının pimine paralel olarak düz düzlemde bir halka gibi kapanabilir. Daha sonra, bu tür spiral yürüyen merdivenlerin sapma açısı doğal olarak sınırlıdır. Mitsubishi'nin tasarımının 180°'lik bir sınırı nasıl geçemeyeceği buna iyi bir örnek olabilir. Bunlardan biri, radyal açının her iki tarafını aynı seviyede değiştiren bir eğim açısı ile iç radyal zinciri dış radyal zincirden biraz daha yüksek yapmaktır. Zincir farkı, ters aşamada telafi edilecektir. (Örneğin, 5775477, 4809480, 5094335, 5020654 ve 4662502 sayılı ABD Patentleri.) Diğer projede, içeride veya dışarıda bir tahrik sistemi olarak bir zincir kullanılıyor ve diğerinin özel mekanizmalarla senkronize edilmesini sağlıyor. ABD Patentleri No. 5158167 ve 4434884, dış radyal zincirleri olan resimleri içerir ve ABD Patenti No. 5165513, radyal zincirleri gösterir. Tabii ki, uzlaşma yaklaşımının spiral yürüyen merdivenin orijinal tasarım amacına aykırı olduğunu kolayca görebiliriz. (Bu sadece bir halka modelidir.) Geçen yüzyılın sonunda, Almanya'dan Orenstein & Koppel, tek zincirli bir flip problemini çözmek için bir tasarım önerdi. Pratik uygulanabilirlik, patent başvurusu onaylandıktan sonra bu programın gelişimini sürdürmesini engelledi.

Keyfi Eğri Yürüyen Merdivenler

Sarmal yürüyen merdivenin öncülü, yürüyen merdiveni takip eden hareketli yürüyüş olduğu için dolaşan hareketli yürüyüştür. Dönen yürüyen yollar, işlevleri çok sınırlı olduğu için, spiral yürüyen merdivenler fikrinin ortaya çıkışına göre fazla bir etki yaratmadı. Dönen yürüyen yolların modeli ve yapısı, sarmal yürüyen merdiven tasarımına kıyasla basit olmalıdır. Bununla birlikte, makine mühendisleri, dolaşan iletim cihazına döndüler ve böylece kavisli hareketli yürüyüşler yarattılar.

Levytator, ABD Patent No. 3493097 ve 3185108'e dayanmaktadır. Bununla birlikte, yatay varyasyonda hareketli yürüyüş kaskadının eğrisi nedeniyle, mühendisler ilgili teknik gereksinimlere kademeli olarak sorun yaşadılar. Levytator ile ilgili bir sorun, ikili sürücü tarafından adım arasındaki boşluktu. Levy, bunun sınırlı genişliğin altında göz ardı edilebileceğini söyledi.

Kinematik için, bu isteğe bağlı eğri yürüyen merdiven, dolaşımdaki iletim cihazındaki adımları belirler, yükseklik eşitsizliğindeki seviyesi tamamen yola göre belirlenir. Yürüyen merdivenlerin temel işlevi bina-mekan gereksinimlerine göre her türlü tasarım gereksinimini takip edebilmelerine rağmen dikey ulaşımı sağlamaktır. Keyfi eğri yürüyen merdivenler bu açıdan hiçbir gelişme göstermez, bu nedenle projeden daha fazla dekorasyondur.

Sonuç

Spiral yürüyen merdivenlerle ilgili temel teknik sorun, sağ sarmal, değişken hızlı zincir tahrik stiline ve palet değişkenli zincir tahrikine dayalı tek tip dönüşleridir. Sarmal yürüyen merdiveni tasarlamak için, sağ sarmal ve halka dairesel aşamalarda radyal giriş ve çıkışın hız koordinasyonu, uzay zinciri güç tahrikli aktarım mekanizması ve spiral geri vitesin üç temel problemini çözmemiz gerekiyor. Yenilikçi bir vidalı aktarma mekanizması, yukarıdaki tüm sorunları çözebilir ve spiral zincir mimarisi, yeni perspektifinde geleneksel vida mekanizmasından farklı olmalıdır. Bu nedenle, yeni güç ve tahrik sistemi modları yaratma olasılığı bir sır olarak kalıyor. Bu aynı zamanda olgun spiral yürüyen merdiven tasarımlarının neden ortaya çıkmadığını da açıklıyor.

Yeni mekanizmanın inovasyondan gelmekten başka seçeneği yoktur ve vidalı şanzımanın yaratılması kaçınılmaz olarak spiral uzay anlayışından kaynaklanmaktadır. Dikey orantılı bir kaldırma ile birleştirilmiş sentez-düzgün dairesel hareket kavramının hiçbir hatası yoktur. Elbette, dairenin karesini almak için Leonardo Da Vinci'yi de taklit edebiliriz. Parametreyi düzeltmek için Anaxagoras, bir beyaz kağıdı eğik bir çizgi üzerinde yuvarlayarak bir sarmal oluşturdu. Bu, çizginin bir spiral sunmasını sağlamak için alanı eğdi ve formülde gösterildiği gibi sağ helikoid gibi sürece belirli bir açıyla bir düzlem yaptı. Birinci ve beşinci oktanlar için, geleneksel yürüyen merdivenin 3 boyutlu küp alanını, içi boş bir silindir alanı spiraline dönüştürerek alanı yuvarlarız:

burada r, toplanacak temel standarttır.

Sağ sarmal ve dairesel bağlantı için, sağ sarmal ve dairesel hız arasındaki dairesel hareket üzerindeki hız kontrastını ortadan kaldırmak için yeniden yapılandırılabilir mekanizmalar kullanabiliriz. Basamak serilerini rijit yapıya sahip yeniden yapılandırılabilir mekanizmalarla yaparak, sağ sarmal yörüngeli bir spiral yürüyen merdiven tasarlayabilir ve üretebiliriz.