كيف يعمل المصعد ( الجزء الأول)

استمع على ساوندكلاود 🎧

ما هو المصعد؟

المصعد بسيطٌ جدًّا ومعقدٌ جدًّا في آنٍ معًا، فهو بكلِّ بساطةٍ عبارةٌ عن عربةٍ _أو غرفة_ يتمُّ رفعها بنظامِ رفعٍ معيّنٍ، فيمكنك صناعةُ مصعدٍ بسيطٍ بربط حبلٍ مع صندوقٍ، لتحصل على هيكلٍ أوليٍّ للمصعد. لكن خلف كلِّ تلك البساطةِ يكمن تعقيدٌ كبيرٌ جدًّا، فنقلُ الهيكلِ البسيطِ إلى حيّز التّنفيذِ يحتاج إلى تصميمٍ ميكانيكيٍّ معقّدٍ للغاية للتّعاملِ مع الوزنِ الحقيقيِّ لعربةِ المصعد وحمولتها ناهيكَ عن النّظامِ الإلكترونيِّ وطُرقِ التّحكُّمِ وأنظمةِ الأمان، كلُّ هذه النقاط سنتطرّقُ إليها بشيءٍ من التّفصيلِ في الفقراتِ اللّاحقةِ.

أنواع المصاعد

للمصاعد نوعان، أحدهما هيدروليكيّ (hydraulic elevators) والأخر احتكاكيّ بالحبال (roped elevators).

المصعد الهيدروليكيّ

تعملُ المصاعد الهيدروليكيّةُ على رفعِ العربةِ باستخدام مكبسٍ هيدروليكيٍّ، ويوضعُ المكبسُ الّذي يُقاد بالمائعِ داخلَ أسطوانةٍ، ويمكنك رؤيةُ كيفيّةِ عملِ هذا النّظام بالشّكلِ الموضَّحِ أدناه.

تتصلُ الأسطوانة بنظامِ ضخٍ للمائعِ (عادةً يتمُّ استخدامُ الزّيتِ في الأنظمةِ الهيدروليكيّةِ، لكن يجب ملاحظةُ أنَّه يمكن استخدامَ الموائعِ غيرِ القابلةِ للانضغاط)، وتُقسمُ الأنظمةُ الهيدروليكيّةُ إلى ثلاثةِ أجزاء:

1. الخزّان (الّذي يحتوي على المائع).

2. المضخّة، تُقادُ بواسطة محرّكٍ كهربائيّ.

3. صمّامٌ بين الأسطوانةِ والخزّان.

تقوم المضخةُ بدفع المائع من الخزّانِ إلى الأسطوانة عن طريقِ أنبوب. في حال كان الصمّامُ مفتوحًا، سيجد المائع المضغوط الطّريقَ ذو المقاومة الأضعف ويعود إلى الخزّان. أمّا في حال كان الصّمّام مغلقًا، لن يجد المائعُ طريقًا له إلّا إلى الأسطوانة، ونتيجةَ تجمُّعِ المائع في الأسطوانة، سيتمُّ دفع المكبس للأعلى، رافعًا معه عربةَ المصعد.

عند اقترابِ العربةِ من الوصول إلى الطّابقِ الصّحيح، أنظمةُ التّحكُّمِ تقوم بإرسالِ إشارةٍ إلى المحرِّك الكهربائيِّ بإيقافِ المضخّةِ تدريجيًّا، وعند إيقافِ المضخّةِ عن العمل لن يكونَ هناك أيُّ مائعٍ جديدٍ قادمٍ إلى الأسطوانة، وبنفس الوقتِ لن يتمكّن المائعُ الموجودُ في الأسطوانةِ من الهروب (لا يمكنه التّراجع من خلالِ المضخّةِ، والصّمّام لا يزال مغلقًا). أي بما معناه أنّ المكبس يقف على المائع، والعربة ستبقى في مكانها حيث هي.

لتحريكِ العربةِ نحو الأسفل، يُرسل نظام التّحكّمِ في المصعد إشارةً إلى الصّمّام. يعملُ هذا الصّمّامُ كهربائيًّا عن طريقِ مفتاحٍ لولبيٍّ (أي يعمل إلكترومغناطيسيًّا). عندما تفتحُ الوشيعةُ الصّمّامَ، يخرجُ المائعُ الموجودُ في الأسطوانةِ إلى الخزّانِ، فتدفعُ العربةُ تحتَ تأثيرِ وزنِها مع وزنِ الحمولةِ المكبسَ للأسفلِ، والّذي يدفعُ المائعَ للخروجِ إلى الخزّان.

وبالتّالي تتحرّكُ العربةُ تدريجيًّا نحوَ الأسفل. ولإيقافِ العربةِ عندَ الطّابقِ السُّفليّ، يُغلِقُ نظامُ التَّحكُّمِ الصّمّامَ مرّةً أخرى.

المصعد الهيدروليكيّ

الميزة الأساسيّة للأنظمةِ الهيدروليكيّةِ هي أنّها تستطيعُ بسهولةٍ مضاعفةَ أثرِ القوّةِ الضّعيفةِ للضّخِ وذلك لتوليدِ قوّةٍ أكبر كفيلةٍ برفعِ عربة المصعد، ولكن تعاني هذه الأنظمةُ من مساوئَ وسلبياتٍ كثيرةٍ. أهمّها أنّ التّجهيزات تشغُلُ مساحةً كبيرًة، وفي حالِ الرّغبةِ في تخديم بناءٍ عالٍ، يجبُ أن يكونَ المكبسُ (Piston) أطول، وبالتّالي جعلُ الأسطوانةِ (Cylinder) أطولُ قليلًا من المكبس، وبما أنّ الأسطوانة يجب أن تكون مركّبةً تحت العربةِ، هذا يعني أنّه يجب أن يتمَّ الحفرُ بعمقٍ أكبر كلّما كان البناءُ أكثرُ علوًَّا. وهذا يؤدّي إلى تكلفةٍ ضخمةٍ في حالةِ بناءٍ مكوّنٍ من عدّةِ طوابق.

العيوبُ الأخرى في المصاعدِ الهيدروليكيّةِ هي عدم تمتُّعها بكفاءةٍ عاليةٍ، فهي تستهلكُ الكثيرَ من الطّاقةِ لرفعِ عربةٍ إلى عدّةِ طوابق، وفي المصعدِ الهيدروليكيِّ المثاليِّ، لا يوجد أيُّ طريقةٍ لتخزينِ هذه الطّاقة، ولا تعملُ الطّاقةُ الكامنةُ إلّا عندَ دفعِ المائعِ للعودةِ إلى الخزّانِ. وعند رفعِ عربةِ المصعد، فيتوجَّبُ على النّظامِ الهيدروليكيِّ توليدَ كاملِ الطّاقةِ مرّةً أخرى.

إلى أن جاءَ تصميمُ المصاعدِ مع الحبال، الّتي درست كلا المشكلتين وأوجدت الحلول. سنتعرّفُ على هذا النَّوعِ من المصاعدِ وكيفيّةِ عمله في الفقرة التّاليةِ.

نظام ضخِّ المائع

المصعد الاحتكاكيُّ بواسطة الحبال

يعتبر نظامُ المصاعد الأكثرَ شهرةً في أيّامنا هذه هو المصاعدُ الاحتكاكيّةُ بواسطة الحبال، إذ ترفعُ هذه المصاعد وتخفض العربة باستخدامِ حبالٍ فولاذيّةٍ بدلًا من دفع العربة من الأسفل.

تكون الحبال مُتّصلةً بالعربةِ ثمَّ تُلف حولَ بكرةٍ ذاتِ أخاديدَ (Sheave). البكرةُ ذاتُ الأخاديدِ هي عبارةٌ عن بكرةٍ عريضةٍ تحوي أخاديدَ في محيطها الخارجيّ. تمسك هذه البكرةُ ذاتُ الأخاديدِ بحبالِ التّعليق، لذلكَ عند دورانِ البكرةِ ذاتِ الأخاديد ستُحرِّكُ معها الحبال.

تتصلُ البكرةُ ذاتُ الأخاديدِ بالمحرِّكِ الكهربائيِّ. عندما يدورُ المحرّكُ في أحدِ الاتّجاهاتِ، ترفعُ البكرةُ ذاتُ الأخاديدِ عربةَ المصعدِ، وعند دورانِ المحرّكِ بالاتّجاهِ الآخر، ستحركُ البكرةُ ذاتُ الأخاديد عربةَ المصعدِ نحو الأسفل. في المصاعدِ بدون علبةِ تروسٍ (Gearleas elevator) يكون المحرّكُ متّصلًا مباشرةً مع البكرةِ ذاتِ الأخاديد. أمّا في المصاعدِ مع علبةِ تروس (Geared elevators) يتّصلُ المحرّكُ مع البكرةِ ذاتِ الأخاديد عن طريقِ علبةِ التُّروس. عادةً، يكون كلًّا من المحرّكِ والبكرةِ ذاتِ الأخاديدِ ونظامِ التّحكُّمِ في غرفةٍ واحدةٍ تُسمّى غرفةُ المحرِّكاتِ وتكونُ فوقَ حجرةِ عربةِ المصعد.

لا تتصلُ الحبالُ بعربةِ المصعدِ فقط، وإنّما تتصلُ أيضًا بالثّقل الموازن (counter weight) الّذي يُعلَّقُ بالجهةِ الأخرى من البكرةِ ذاتِ الأخاديد. يُقدَّرُ وزن الثقلِ الموازنِ بحوالي وزنِ العربةِ مع 40 حتّى 50 بالمائة من حمولتها. بعبارةٍ أخرى، في حالِ كانت العربة تحمل 40 بالمائة من حمولتها، فإنّ العربةَ والثّقل الموازن سيكونان متوازنان.

الغاية الأساسية من هذا الثقل الموازن هو الحفاظُ على الطّاقةِ. وعند تساوي الحملين بينَ طَرفَي الحبال على البكرةِ ذاتِ الأخاديد، فإنَّ ذلك يتطلّبُ فقط قوةً قليلةً للتّغلُّبِ على هذا التّوازنِ بأحد الاتّجاهين. بشكلٍ أساسيّ، لا يُطلَبُ من المحرّكِ إلّا التَّغلُّبَ على قوى الاحتكاك، وبالتّالي الوزن على الطّرفِ الآخر سيقوم بأغلب الجهد. وبناءً على ما سبق، فإنَّ النّظامَ ككلّ يحافظ على مستوىً ثابتٍ تقريبًا للطّاقةِ الكامنةِ. عند استخدامِ الطّاقةِ الكامنةِ في عربةِ المصعد (السّماحُ للعربةِ بالنّزولِ إلى الأسفل) يعتمدُ على الطّاقةِ الكامنةِ في الثّقلِ الموازن (الثّقل الموازن سيرتفعُ نحوَ الأعلى). نفس الشّيءِ يحدث عند صعودِ عربةِ المصعد، الأمرُ الّذي سيؤدّي إلى نزولِ الثّقلِ الموازن نحو الأسفل.

يتحرّكُ كلًّا من عربةِ المصعدِ والثّقلِ الموازنِ على دليلٍ خاصٍّ فيتمُّ تثبيته على جهتين في حجرةِ المصعد. تنحصرُ مهمّةُ الدّليلُ في ضمانِ عدمِ ميلان العربةِ والثّقلِ الموازنِ وعدم التّأرجحِ ذهابًا وإيابًا، ويعملُ الدّليلُ دائمًا مع نظامِ أمانٍ لإيقافِ العربة في حالةِ الطّوارئ.

تُعتبر المصاعدُ الّتي تعملُ بنظامِ الحبالِ مُتعدّدة الاستعمالِ إذا ما قورنت مع المصاعدِ الهيدروليكيّةِ، وهي أكثرُ كفاءةً، وغالبًا ما تملكُ أنظمةَ أمانٍ أكثرَ من المصاعد الهيدروليكيّةِ.

المصعد الاحتكاكيّ

تعرّفنا في الجزء الأوّلِ على أنواع المصاعدِ وطريقةِ عملها، أمّا في الجزء الثّاني فسنتكلّمُ عن أنظمةِ الأمان في المصعد وأهمِّ نظريّاتِ التّحكُّم وطرق التّشغيل.

المصدر:

هنا