Гидравлический лифт. История с продолжением
Сегодня лифт стал неотъемлемой частью искусственно созданной среды обитания человека мировой технократической цивилизации. Практически за одно столетие удалось создать полностью автоматизированную систему внутреннего транспорта для пассажиров и грузов в зданиях и сооружениях, которая надежно работает и не требует от людей специальных знаний и предварительной подготовки.
Возрастающие требования к комфортности условий транспортировки и расширение масштабов малоэтажного строительства оказали стимулирующее влияние на расширение рынка гидравлических лифтов не только в Европе, но и в других странах мира. Россия не оказалась исключением.
Простота конструкции, бесшумность работы, высокая точность остановки и плавность хода кабины, а также отсутствие необходимости в специальном машинном помещении обеспечили гидравлическим лифтам определенные преимущества перед электрическими при установке в малоэтажных зданиях.
С переходом России на рыночную экономику и при широкой экспансии зарубежных лифтостроительных компаний существенно расширились спектр и масштабы применения пассажирских и грузовых гидравлических лифтов.
Статья посвящена поучительной истории возникновения, развития и дальнейшего совершенствования конструкции гидравлических лифтов.
История
Развитие любой отрасли хозяйственной деятельности человечества во все времена определялось побудительными причинами и достигнутым уровнем техники и технологий. С древнейших времен человек всегда стремился к созданию устройств и машин, чтобы с минимальными усилиями, с использованием имевшихся источников энергии поднимать самого себя и различные грузы. Древние тексты и результаты археологических раскопок предоставляют тому многочисленные свидетельства.
Факты единичного появления лифтов не были отражением какой-либо стойкой тенденции развития техники. В те далекие времена создание подъемников для транспортировки грузов и людей было продиктовано потребностью нарождающейся горной промышленности, прихотью состоятельных людей и творческим воображением изобретателей.
Рис. 1. Гидравлический подъемник с реверсивным водяным колесом
На рисунке 1 представлена конструкция гидравлического подъемника с реверсивным водяным колесом, который достаточно широко применялся в средневековой Европе при шахтном методе добычи полезных ископаемых. Вероятно, идея использования водяного колеса была навеяна конструкцией водяной мельницы, появившейся гораздо раньше. В шахтном подъемнике реверсирование направления вращения колеса обеспечивалось изменением направления потока воды, поступающей на лопасти колеса с помощью лотка и системы рычагов, которыми управлял человек. Подъемник с приводом вращательного типа от водяного колеса явился, вероятно, первой успешной попыткой использования энергии потока воды для подъема людей и грузов.
Однако все последующие этапы созда-ния конструкций гидравлических лифтов были связаны с использованием гидро-двигателей поступательного перемещения в виде гидроцилиндров. На то были свои причины.
С начала XIX столетия в связи с бурным развитием капитализма и ростом промышленного производства в Европе и Северной Америке интенсивно росло население и стоимость земли в городах. Это привело к строительству зданий повышенной этажности, которые не могли удовлетворительно функционировать без надежной системы внутреннего пассажирского и грузового транспорта. Одновременно с этим и весьма кстати в крупных городах и промышленных центрах была создана централизованная система водоснабжения с рабочим давлением порядка 0,4–0,6 МПа. Таким образом, появилась острая необходимость в лифтах и возможности использования энергии воды городского водопровода для привода промышленного оборудования и лифтов.
Использование водяного колеса для привода в условиях города было практически невозможно, а имеющийся к тому времени опыт применения парового привода сделал возможным появление гидроцилиндра с поршнем в качестве двигателя поступательного перемещения. Возникли объективные условия для появления конструкций гидравлических лифтов различного назначения.
Основополагающие разработки, положенные в основу концепции гидравлического лифта, были сделаны в Англии и Франции в начале и середине XIX в. и получили дальнейшее развитие в Северной Америке. Появлению гидравлических лифтов предшествовал успешный опыт создания гидравлического пресса и стрелового крана с гидроприводом, работающим с использованием воды из централизованной системы городского водоснабжения.
В 1785 г. английский инженер Джозеф Брама изобрел и создал эффективно действующий гидравлический пресс с ручным поршневым насосом и использованием воды в качестве рабочей жидкости. Он впервые применил кожаные уплотнительные манжеты в головке цилиндра, которые послужили основой конструкции уплотнительных устройств цилиндров и клапанов большинства гидравлических лифтов XIX столетия.
В 1846 г. английский инженер Уильям Армстронг, приняв за основу конструкцию пресса Джозефа Брама, разработал и создал конструкцию гидравлического стрелового крана для работы в доках Ньюкасла.
Механизм подъема его крана включал в себя многие из важных компонентов современного гидравлического лифта. Был использован почти горизонтальный цилиндр, на головке плунжера которого был закреплен шкив 3-кратного цепного мультипликатора.
Два дополнительных неподвижных шкива закреплялись в нижней части опоры крана. Подъемная цепь с блоков цепного мультипликатора проходила через стойку поворотной платформы, огибала головной блок стрелы и соединялась с грузовым крюком крана. Это позволило в 3 раза увеличить скорость и высоту подъема груза по отношению к рабочему перемещению плунжера цилиндра. Вода для работы крана изначально поступала из водопроводных магистралей или резервуаров-хранилищ. Однако относительно низкое и непостоянное давление из этих источников сделало необходимым создание более надежного источника гидравлической энергии.
В 1851 г. У. Армстронг создал гидравлический аккумулятор для увеличения и обеспечения постоянства давления поступающей в цилиндр воды. Для этого он использовал вертикальный цилиндр с диаметром плунжера в 40 или 45 см, который поддерживал большой стальной ящик, наполненный камнем или гравием. Груз мог достигать 70 т и варьировался в зависимости от необходимой величины давления воды. Насос с мощным паровым двигателем качал воду в основание цилиндра, поднимая плунжер с загрузочным ящиком так, чтобы поток воды был под давлением, часто достигавшим 5,70 МПа. Это было значительным увеличением доступной энергии, особенно по сравнению с городскими поставками воды, которые в то время обеспечивали давление воды от 0,23 до 0,38 МПа.
Хотя кран У. Армстронга был оборудован ключевыми компонентами современного гидравлического лифта, гидроцилиндром плунжерного типа, мультипликатором и гидроаккумулятором, многочисленные конструкторские разработки в Англии и Европе в целом сосредоточились на совершенствовании конструкции лифтов с гидроцилиндром плунжерного типа прямого действия. Первый такой лифт появился в Англии в 1849 г. и был установлен в Osmaston Manor. К середине 60-х годов XIX столетия крупные городские гостиницы в Англии тоже начинали использовать гидравлические пассажирские лифты.
В 1865 г. фирма Easton and Amos установила лифт прямого действия в гостинице «Брайтон» в Лондоне. Кабина была закреплена на головке плунжера и частично уравновешена противовесами, подвешенными на цепях, огибающих шкивы вверху шахты. Высота подъема составляла 1,7 м.
Гидравлические лифты в основном использовали воду из городской сети, что существенно снижало эксплуатационные расходы. С 1871 по 1977 гг. в Лондоне функционировала весьма разветвленная сеть водопровода высокого давления, которая обслуживала гидропривод подъемников, промышленное оборудование и гидравлические подъемные краны на реке Темза.
Успешно применялись и грузовые лифты с цилиндром прямого действия для обслуживания торговых и промышленных предприятий. В качестве иллюстрации на рисунке 3 приведен вариант конструкции тротуарного грузового лифта с цилиндром, установленным в колодце под полом приямка. Вместо кабины на головке плунжера установлена грузовая платформа.
Хотя несколько европейских изобретателей экспериментировали с паровой тягой и различными типами гидравлических лифтов, система с плунжерным гидроцилиндром прямого действия долгое время оставалась вне конкуренции.
В лифтах с цилиндром прямого действия кабина поддерживалась плунжером, длина которого была равна длине хода лифта. Цилиндр размещался в яме под кабиной, а плунжер перемещался вверх напором воды из водопроводной сети. При опускании кабины происходил контролируемый слив воды через дросселирующий клапан в канализационную сеть.
Для увеличения грузоподъемности лифта применялся противовес, частично уравновешивающий силу тяжести массы кабины и поршня так, чтобы порожняя кабина могла опускаться под действием силы тяжести. Наряду с использованием противовеса было изобретено более или менее сложное оборудование, позволяющее избежать больших изменений скорости при изменении загрузки кабины.
По всей высоте шахты размещался специальный трос управления, который проходил внутри кабины. Для перемещения кабины вверх достаточно было потянуть вверх трос управления, а для спуска — тянуть низ. При этом отодвигалась заслонка, обеспечивая сообщение цилиндра с напорной магистралью водопроводной сети или со сливным трубопроводом при спуске. Установкой троса в среднее положение достигалась остановка лифта. Следует отметить, что в лифтах этого типа сливаемая вода повторно не использовалась.
Для обеспечения безопасности пассажиров применялись различные устройства, исключающие падение кабины или отрыв ее от головки плунжера под действием силы тяжести противовеса. Интересно отметить, что такой тип лифтов был признан чрезвычайно надежным, и на долгое время в Великобритании и в других странах мира отказывались от использования лифтов, в которых кабина поддерживалась стальными канатами, качество которых в то время оставляло желать лучшего.
Во Франции эта система получила дальнейшее развитие в работах инженера Леона Эдду. На Всемирной выставке 1867 г. в Париже Л. Эдду установил свой лифт в Галерее механизмов и перевозил посетителей до наблюдательной платформы высотой 2 м.
В конструкции лифта применялся пустотелый плунжер диаметром 24,5 см, составленный из четырех отдельных частей. Кабина была закреплена на головке плунжера и направлялась четырьмя пустотелыми чугунными колоннами, которые одновременно составляли основу конструкции шахты. Внутри колонн перемещались противовесы, подвешенные на цепях, огибающих блоки вверху шахты и закрепленные на раме кабины. Многочисленные критики отмечали непригодность этого лифта для зданий повышенной этажности.
В ответ на критику Л. Эдду представил на Парижской выставке в 1878 г. лифт с плунжерным цилиндром прямого действия и высотой подъема 128,5 м. Цилиндр размещался под кабиной в колодце, дно которого находилось на отметки 16 м ниже уровняморя. Использовалась также вода из городской водопроводной сети.
Появление гидравлических лифтов в Америке, как и на территории Европы, в значительной мере обязано появлению гидравлического пресса Д. Брама и крана английского инженера У. Армстронга.
Развитие гидравлического лифта как альтернативы машин с паровой тягой проложило путь для лифтовых систем, которые сделали возможным появление небоскребов в 1880–1890-х гг. в Северной Америке.
В 1854 г. на одной из выставок в Нью-Йорке был представлен лифт, оборудованный улавливающим устройством безопасности. Изобретателем этого лифта, а в дальнейшем основателем лифтостроительной компании OTIS Brothers был Элайши Грейвс Отис. Хотя фирма Otis Brothers играла важную роль в совершенствовании конструкции гидравлического лифта, она была далеко не единственной компанией. Появление сильных конкурентов на американском континенте в 1870–1880-х гг.,время от времени создавали для компании Otis Brothers серьезные коммерческие проблемы. Конкуренция послужила на пользу развитию и совершенствованию конструкции гидравлических лифтов, которые стали вытеснять лифты с паровым приводом, так как обеспечивали больший уровень безопасности и использовали дешевый источник энергии (воду из городского водопровода).
Изобретение, производство и коммерческий успех гидравлического лифта долгое время были ключевыми аспектами развития лифтовой промышленности в США и в континентальной Европе. Массовое производство гидравлических лифтов в США началось в 1870-х гг. с первоначальных разработок в Новой Англии и на Среднем Западе Северной Америки. Американские конструкторы и производители гидравлических лифтов не ограничились слепым копированием европейского опыта. Большинство предложенных ими конструкций было направлено на отказ от размещения плунжерного цилиндра в яме под кабиной лифта. Это было обусловлено двумя главными причинами: необходимостью создания лифтов для зданий повышенной этажности и наличием скального основания в крупных городах Америки, повышавшего стоимость буровых работ для установки гидроцилиндра в яме.
Чарльз Хилл Морган, управляющий компании Washburn & Moen Wire Works, получил кредит на создание первого гидравлического лифта в Новой Англии. В 1865 г. он был послан на стажировку в Англию, где имел возможность ознакомиться с достижениями английских специалистов в области проектирования и производства гидравлических лифтов. Уже в 1868 г. он соорудил оригинальную конструкцию грузового лифта с цилиндром прямого действия для фабрики Washburn& Moen. Отличительной особенностью предложенной им конструкции было наличие замкнутой системы циркуляции воды, давление которой определялось воздействием пара на плунжер вспомогательного цилиндра. Такая конструкция практически полностью исключала потери воды, которая обычно шла на слив в канализацию. В этой конструкции пар из котла через управляющий клапан поступает в верхнюю часть вспомогательного цилиндра. Давление пара через плунжер воздействует на воду в нижней части цилиндра, которая под повышенным давлением поступает в рабочий цилиндр прямого действия и поднимает кабину лифта. Вспомогательный цилиндр фактически играет роль гидроаккумулятора, используемого в подъемном кране У. Армстронга. Использование подобной комбинированной системы привода обеспечивало рабочее давление воды в 5–6 раз большее, чем в водопроводной сети. Опускание платформы происходило под действием силы тяжести при контролируемом выпуске пара из вспомогательного цилиндра. Платформа не была уравновешена. Ее грузоподъемность определялась величиной давления пара, поступающего в верхнюю часть вспомогательного цилиндра.
На лифте Чарлза Хилла Моргана была установлена рычажная система ограничения предельного верхнего и нижнего положения кабины, воздействующая на клапан управления подачей пара. Применение достаточно простой системы аварийного автоматического торможения кабины при уменьшении давления воды обеспечивало безопасность применения лифта. Принцип действия стопорного устройства ясен из схемы, представленной на рисунке 4. В некоторой степени эта конструкция была дальнейшим усовершенствованием ловителя Э. Г. Отиса, продемонстрированного в 1854 г.
В 1873 г. на Среднем Западе Северной Америки фирма Lane & Bodley организовала производство гидравлических лифтов с плунжерным гидроцилиндром прямого действия. Первые образцы этих лифтов были представлены на Промышленной выставке в Цинциннати уже в 1872 г. Их конструкция мало отличалась от используемой в Европе. Успех фирмы Lane & Bodley был таким, что к 1872 г. в Цинциннати до организации массового производства уже работало 100 лифтов прямого действия.
К середине 1870-х гг. лифт прямого действия был признан удачным решением для невысоких зданий, с высотой до 36 м. Однако несмотря на первоначальный региональный успех этот тип гидравлического лифта никогда не достигал пика популярности или повсеместного использования в США.
(Продолжение в следующем номере)
| Автор: Г. Г. Архангельский Дата: 14.08.2006 Журнал Стройпрофиль 5-06 Рубрика: подъемно-транспортное оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |