فيزياء حركة المصعد: مبادئ كينماتية وتصميم السلامة

The second key equation relates displacement to velocity and time:

s = ut + 1.52at2]

وهنا، تمثل التشريد أو المسافة التي تُسافر أثناء مرحلة التعجيل، وهذه المعادلة حاسمة لتحديد مدى المسافة الرأسية التي سيغطيها المصعد مع التعجيل بخطى سريعة، وفي المباني الطويلة، تساعد هذه الحسابات على تحقيق الحد الأمثل من موجز الحركة لضمان وصول المصعد إلى السرعة الكاملة دون إهدار الطاقة أو الوقت.

وهناك معادلة هامة ثالثة تقضي على الوقت كمتغير، يتصل مباشرة بالسرعة، والتسارع، والتشريد:

v2 = u2 + 2as]

وهذه المعادلة مفيدة بصفة خاصة عندما يحتاج المهندسون إلى تحديد المسافة اللازمة لمعدل سرعة وتباطؤ معين، وهو أمر حاسم لتصميم نظام الأمان، وإذا كان يجب أن يوقف نظام التفاخر في حالات الطوارئ المصعد، تحدد هذه المعادلة الحد الأدنى اللازم للتوقف بأمان دون تجاوز حدود التسارع المقبولة التي يمكن أن تضر بالمسافرين.

التعجيل بالمسافرين

إن التسارع الذي يعانيه ركاب المصعد يؤثر تأثيرا مباشرا على راحتهم وتصورهم للسلامة، فالفيزيولوجيا البشرية تستجيب لتسارعها بطرق يجب أن ينظر فيها مصممو المصعد بعناية، إذ تتراوح معدلات التعجيل في المصعد من 1.0 إلى 1.5 متر في المربع الثاني (م/م-2)، وهو ما يمثل تسارعا طفيفا بنسبة تتراوح بين 10 و 15 في المائة من سرعة التسرع في الأرض.

وعندما يتسارع المصعد إلى الارتفاع، يشعر الركاب بأنه أكثر ارتفاعا طفيفا حيث يرتفع الطابق على قدميهم بقوة أكبر من وزنهم الطبيعي، وعلى العكس من ذلك، فإن المسافرين يشعرون، أثناء التباطؤ أو التسارع التراجعي، بالضوء الشديد، وقد تصبح هذه الحساسيات، رغم أنها تميل عموما إلى المصاعد المصممة جيدا، غير مريحة أو حتى مثيرة للقلق إذا كانت معدلات التعجيل مرتفعة للغاية.

وبغض النظر عن حجم التسارع، فإن معدل تغيير السرعة المعروف باسم " جيرك " يؤثر أيضاً تأثيراً كبيراً على راحة الركاب، ويشير القرش إلى سرعة تغيرات التسريع نفسه، والتغيرات المفاجئة في التسريع يمكن أن تسبب الازدراء حتى عندما يظل حجم التسارع في حدود مقبولة، وتستخدم نظم مراقبة المصعد الحديثة نماذج متطورة للتقليل من الرطوبة عن طريق التسرع في التسرع.

القوات العاملة في نظم المصعد

يتطلب فهم القوات المشاركة في عملية المصعد فحص التفاعل بين الجاذبية والتوتر والاحتكاك والقوة المحركة التطبيقية، فكابة المصعد، إلى جانب الركاب وأي شحنة، تمتلك كتلة مشتركة تسحب الجاذبية باستمرار بقوة تعادل القوة الجماعية المضاعفة بالتسارع الجاذبية، ويجب أن يتغلب نظام المصعد على قوة الجاذبية هذه لرفع الكوخة الإضافية، مع القيام بذلك.

معظم المصاعد الحديثة تستخدم نظاماً للخراطيم يتألف من كابلات فولاذية أو أحزمة تمر فوق قذيفة محرك متصلة بمحرك كهربائي، ووزن مضاد يزن عادة ما بين 40 و50 في المائة من وزن الكوخ بالإضافة إلى طاقة التحميل المصنفة، ويعلق على الجانب الآخر من الغريف، ويخدم هذا الوزن المضاد وظيفة حاسمة من خلال الموازنة الجزئية بين وزن الكابين، مما يقل كثيراً عن الوزن الصافي الذي يجب أن يوفره.

وعندما يتم تحميل كوخ المصعد إلى ما يقرب من 40 إلى 50 في المائة من قدرته على موازنة الوزن المضاد، يحقق النظام التوازن الأمثل، ويحتاج المحرك إلى توفير الحد الأدنى من القوة للحفاظ على سرعة ثابتة، وعندما تكون الكابينة أخف من نقطة التوازن هذه، يساعد الوزن المضاد فعلاً على سحب المقصورة إلى أسفل، ويجب أن يعمل المحرك لمنع الإفراط في سرعة العمل.

ويؤدي هذا البعث دورا مزدوجا في نظم المصعد، إذ أن خطوط السكك الحديدية التي تسافر بها الكابينات تؤدي إلى احتكاك يجب أن يتغلب عليه نظام القرص، مما يمثل خسارة في الطاقة، غير أن الاحتكاك بين الكابلات أو الأحزمة وغطاء المحرك أمر أساسي لنقل القوة من المحركات إلى الكوخ، وأن معامل الاحتكاك بين هذه الأسطح يجب أن يكون كافيا لمنع التسللات الضوئية مع السماح بالعملية السلسة.

اعتبارات الطاقة في عملية المصعد

وتمثل احتياجات نظم المصعد من الطاقة اهتماما كبيرا في تصميم المباني وتشغيلها، ولا سيما في الهياكل الكبيرة التي تضم عدة مصعد تخدم طوابق عديدة، ويمكن أن يكون التغير المحتمل في الطاقة الذي ينطوي عليه رفع كوخ مصعد محمول من خلال قصص متعددة كبيرا، كما أن فهم ديناميات الطاقة يساعد على تحقيق الكفاءة القصوى في النظام ويقلل من تكاليف التشغيل.

وتحسب الطاقة المحتملة للمصعد في ارتفاع معين باستخدام المعادلة:

PE = mgh]

Where PE is potential energy, ]m is the mass of the cabin and its contents, g is gravitational acceleration (approximately 9.8 m/s2) and [FL27:

وتتزايد نظم المصعد الحديثة التي تدمج تكنولوجيا التفاخر المتجددة التي تلتقط الطاقة الحركية لمصعد ينزل ويحولها إلى طاقة كهربائية يمكن إعادتها إلى شبكة الطاقة في المبنى أو تخزينها للاستخدام في وقت لاحق، وهذه التكنولوجيا، التي تقترض من مركبات كهربائية وتطبيقات للسككك الحديدية، يمكن أن تقلل من استهلاك ميكانيكي المصعد بنسبة تتراوح بين 25 و 40 في المائة في المباني ذات حركة معتدلة إلى حركة مرور مرتفعة.

وتتوقف كفاءة الطاقة أيضا على أنماط حركة المرور وخوارزميات التحكم، ويمكن أن تؤدي نظم إرسال الوجهات التي تُخصص للركاب لمصاعد محددة استنادا إلى طابقهم المستصوب إلى خفض المسافة الإجمالية التي تقطعها جميع المصاعد في مبنى ما، مما يقلل من استهلاك الطاقة، وتحلل هذه النظم الذكية أنماط حركة المرور وتُحدِّد المهام المصعدة إلى أدنى حد ممكن مع مراعاة كفاءة الطاقة كهدف ثانوي.

نظم وآليات السلامة الشاملة

وتمثل السلامة الشاغل الرئيسي في تصميم المصعد، وتشتمل النظم الحديثة على عدة سمات أمان زائدة لحماية الركاب في ظل جميع الظروف المتصور بها، وقد أدى تطور تكنولوجيا سلامة المصعد إلى تحويل هذه النظم من مخالفات خطرة نسبيا في القرن التاسع عشر إلى أكثر أشكال النقل أمنا المتاحة اليوم، وتظهر التحليلات الإحصائية باستمرار أن المصعد أكثر أمانا من السلالم، حيث أن الإصابات والوفاة هي أحداث نادرة للغاية، عادة، ناتجة عن أخطاء في التصميم أو سوء الاستخدام المتعمد.

تم تأسيس قاعدة سلامة المصعد في عام 1853 عندما اخترع (إليشا أوتيس) مكابح الأمان جهاز آلي سيعمل تلقائياً إذا فشلت الكابلات الداعمة هذا الإختراع الذي أثبت بشكل كبير في معرض نيويورك عام 1854 عندما كان (أوتيس) قد قام بقطع الكابل الذي يدعمه بينما كان يقف عليه

نظم الإبراهـام في حالات الطوارئ

ويستخدم المكابح الطارئة للمصعد المعاصر آلية للغطس أو المشبك تقبض على السكك الحديدية المرشدة عند تفعيلها، وتُحتل هذه المكابح في موقعها المطلق بالتوتر في كابلات الإيقاف أو بالقوة الكهرومغناطيسية، وإذا فقد توتر الكابل أو إذا اكتشف حاكم السرعة حالة تسارع، فإن المكابح تُشغل تلقائياً من خلال قوة الربيع أو الجاذبية، ولا تُكفل لهذا الفشل في تصميم القوى الخارجية.

ويجب أن تكون قوة المكابح مصممة بعناية لوقف المصعد في مسافة مقبولة مع الحد من التباطؤ إلى مستويات لا تصيب الركاب، وقد تتسبب قوة الفرامل المفرطة في سقوط الركاب أو إلقاءهم على جدران الكوخ، في حين أن عدم كفاية القوة قد يسمح للمصعد بالسفر بعيدا جدا قبل التوقف.

فنظم الفرامل المستقلة المتعددة توفر فائضا في حالة فشل نظام واحد، وبالإضافة إلى مكابح الأمان الأولية، فإن المصاعد عادة ما تشمل مكابح خدمة منفصلة تستخدم أثناء التشغيل العادي ومكابح طوارئ إضافية يمكن تشغيلها يدويا بواسطة موظفي الصيانة، وهذا التكرار يضمن بقاء نظام واحد على الأقل يعمل حتى وإن فشل آخرون، مما يوفر مستويات متعددة من الحماية.

المحافظون السريعون والحماية المفرطة السرعة

يعمل حاكم السرعة كعنصر أمان حرج يقوم باستمرار برصد سرعة المصعد ويحفز على التفاح في حالة الطوارئ إذا تجاوز الكوخ حدود السرعة الآمنة، ويستخدم المحافظون الميكانيكيون التقليديون آلية للثديان الدوارة يقودها كابل منفصل مرتبط بكوخ المصعد، وعندما يتحرك المصعد، تدور المحافظة بسرعة تناسب سرعة الكوخ، وتتسبب قوة الطاردة في تأرجح السرعة.

:: استكمال أو استبدال النظم الآلية بأجهزة استشعار تقوم على قياس سرعة الكوخات مباشرة باستخدام أجهزة الترميز أو أجهزة التكليل أو الأجهزة الإلكترونية الأخرى، وتتيح هذه النظم أوقاتاً أكثر دقة واستجابة أسرع من حكام الميكانيكيين المحضة، ويمكن برمجتها بعتبات متعددة السرعة لظروف تشغيل مختلفة، كما يمكن للمحافظين الإلكترونيين أن يقدموا إنذاراً مبكراً بتطوير المشاكل عن طريق الكشف عن زيادات السرعة التدريجية قبل بلوغ مستويات الصيانة الطارئة.

المحافظون السريعون ينشطون عادةً في ما يقرب من 115 إلى 125 في المائة من سرعة المصعد المُعدّلة، يوفرون هامش أمان أعلى من سرعة التشغيل العادية، بينما يضمنون سرعة الاستجابة لأوضاع السرعة الحقيقية، السرعة القصوى للضغط تُحسب بعناية استناداً إلى معايير تصميم المصعد، بما في ذلك السرعة القصوى للكميات، والتوقف عن المسافة المتاحة، والقدرة على تباطؤ مكابح الأمان.

نظم التعبئة واستيعاب الأثر

وعلى الرغم من وجود نظم متعددة ترمي إلى منعه، فإن احتمال أن ينحدر المصعد إلى ما يتجاوز أدنى نقطة توقف مقصودة أو يصعد فوق أعلى طابق له، وتوفر نظم الخياطة التي يتم تركيبها في قاع المصعد (وأحياناً أعلى) خطاً نهائياً للدفاع عن النفس باستيعاب طاقة التأثير إذا كانت الكوخة تتجاوز حدودها العادية، وهذه العازل تحمي كلا المسافرين والسلامة الهيكلية لنظام المصعد نفسه.

وتستخدم نوعان رئيسيان من العوازل في منشآت المصعد: العوازل الربيعية والعوازل الهيدروليكية، أما عوازل الربيع التي تستخدم عادة في المصاعد ذات السرعة الدنيا (حتى متر واحد تقريبا في الثانية)، فتتألف من ربيع ضغط ثقيلة تعمل على الضغط عندما تضرب بواسطة كومة المصعد أو الوزن المضاد، وتستوعب الطاقة الحركية، وتجعل المصعد محدودا نسبيا، وتحتاج إلى حد أدنى من الصيانة.

وتستعمل الحاجز الهيدروليكي، المطلوب للمصاعد الأعلى سرعة، الأسطوانات المغلفة بالنفط مع أوصاف مثبتة بدقة تتحكم في معدل تدفق السوائل كضغطات مسكونة في الإسطوانة، وهذا التصميم يسمح للحاجز باستيعاب كميات أكبر بكثير من الطاقة مع الحد من قوى التباطؤ التي يعاني منها الركاب، وتزيد المقاومة الهيدروليكية تدريجيا مع ارتفاع معدل البستون نسبيا في توفير العيادة.

وترمي نظم التعبئة إلى الحد من التباطؤ الذي يعاني منه الركاب إلى مستويات لا يمكن أن تسبب ضررا خطيرا، وإن كانت غير مريحة أو حتى مخيفة، ويجب أن تكون قدرة استيعاب الطاقة في المناطق العازلة كافية لإيقاف المصعد من أقصى سرعة ممكنة عند الوصول إلى العازل، مما يُعزى إلى احتمال أن تكون نظم الأمان الأخرى قد أخفقت في منع حالة الارتداد.

أمان نظام المرافئ والتعليق

وتشكل الكابلات أو الأحزمة التي تعلق مقصورة المصعد عنصرا آخر من عناصر السلامة الحرجة، وتحتاج رموز المصعد إلى عوامل أمان كبيرة لضمان أن تكون هذه العناصر قادرة على تحمل القوى التي تتجاوز كثيرا القوى التي واجهتها أثناء العمليات العادية، وتستخدم مصعد التراكب كبلات متعددة من الصلب، تتألف كل منها من عدة سلكية متماسكة لتوفير القوام والمرونة على حد سواء، ويختلف عدد الكابلات تبعا لقدرات وسرعة المصعد، ولكن من أربعة إلى ثمانية كابلات مشتركة.

وتقتضي أنظمة السلامة عادة أن يكون لكابلات وقف المصعد عامل أمان أدنى يبلغ 12، أي أن الكابلات يجب أن تكون قادرة على دعم ما لا يقل عن 12 مرة من أقصى كمية متوقعة، وهذا هامش الأمان الهائل يكفل أنه حتى لو تعرضت عدة كابلات للأضرار أو الفشل، فإن الكابلات المتبقية يمكن أن تظل تدعم المصعد بأمان، كما أن عمليات التفتيش المنتظمة تفحص الكابلات لعلامات الارتداء أو التآكل أو الأسلاك المكسورة تستبدل عندما تظهر تدهوراليمة خارج الحدود المقبولة، قبل فترة طويلة من وجودها.

وتستخدم بعض المصاعد الحديثة أحزمة الصلب المسطحة بدلا من الكابلات المتحركة التقليدية، وهذه الأحزمة التي تتألف من حبال فولاذية مثبتة في معاطف بوليوريثان، توفر عدة مزايا منها انخفاض الاحتياجات من الفضاء، والعملية الهادئة، واحتمالات طول مدة الخدمة، مثل الكابلات، فإن الأحزمة تُركَّب بعوامل أمان كبيرة وتخضع للتفتيش المنتظم والجدول الزمني للاستبدال.

أنظمة الرقابة المتقدمة وتنظيم الحركة

وقد واكب تطور تكنولوجيا مراقبة المصعد أوجه التقدم الأوسع في مجالات الإلكترونيات والحساب والتشغيل الآلي، إذ تطلبت المصعدات المبكرة من المشغلين البشريين أن يتحكموا يدويا في السرعة ويوقفوا مواقعهم، وهي مهارة تتطلب قدرا كبيرا من التدريب والخبرة، وقد أدى إدخال الضوابط التلقائية في أوائل القرن العشرين إلى إلغاء الحاجة إلى المشغلين، ولكن هذه النظم المبكرة استخدمت منطق إعادة الشحن الخام نسبيا والعناصر الميكانيكية التي تحد من الأداء والموثوقية.

وتستخدم نظم مراقبة المصعد المعاصرة أجهزة متطورة تعمل بالميكروبات الدقيقة والإلكترونيات الرقمية لتنظيم كل جانب من جوانب الحركة بدقة ملحوظة، وترصد هذه النظم باستمرار معايير متعددة تشمل مواقع الكوخ، والسرعة، والتسريع، والتيار الآلي، وعبء الركاب، وتعالج هذه المعلومات مئات أو آلاف المرات في الثانية لإجراء تعديلات في الوقت الحقيقي تكفل التشغيل السلس والفعال والآمن.

تردد الموقف عادة من الحراس الملحقين بالمحرك أو بغطاء القيادة، مما يولد إشارات رقمية دقيقة تشير إلى الموقع الدقيق للمصعد وسرعة حدوثه، وبعض النظم تكمل هذا مع أجهزة استشعار إضافية في المنصات توفر إشارات مطلقة إلى الموقع، وتكفل أن نظام المراقبة يعرف دائما موقع الكوخ حتى بعد انقطاع الكهرباء، وتتيح هذه المعلومات لنظام المراقبة إمكانية وضع المصعد في مسافات متوقفة من الحد الأدنى المرغوب فيه، بما يكفل الامتثال السلس.

وتستخدم مراقبة المواقع الخوارزميات المغلقة التي تقارن باستمرار السرعة الفعلية مع السرعة المطلوبة وتعديل الناتج الحركي لتقليل أي تضارب، ويجب أن تشكل هذه الخوارزميات حمولات مختلفة، لأن المصعد المحمل بالكامل يتطلب قوة أكثر قدرة على الحفاظ على تسارع معين من السرعة الفارغة.

كما أن نظم المراقبة الحديثة تنفذ نماذج متطورة للحركة تُفضي إلى تحقيق أقصى قدر من المفاضلة بين وقت السفر وراحة الركاب، وبدلا من استخدام معدلات التسارع والتسريع المستمرة، تستخدم هذه النظم نماذج متسارعة متغيرة تقلل من الحماقة بينما لا تزال تحقق النقل السريع، ويشعر الطلب الناتج عن ذلك بسلاسة وطبيعية بالنسبة للركاب، حتى في المصاعد العالية السرعة التي تسافر في الثانية.

إعادة التفرغ وتصميم الفشل

نظم مراقبة المصعد الحيوية للأمان تتضمن زيادة كبيرة في حجمها لضمان استمرار التشغيل الآمن حتى عندما تفشل العناصر الفردية، المجهزون الزائدون المزدوجون أو الثلاثة يرصدون عملية بعضهم البعض، وإذا اكتشف أحد المجهزين خطأ أو عدم اتساق، يمكن للنظام التحول إلى مجهزين احتياطيين أو يدخلون طريقة مقفلة آمنة، وكثيرا ما تكون أجهزة الاستشعار الحرجة مستنسخة، مع نظام التحكم التي تقارن القراءات من أجهزة الاستشعار المتعددة.

فقاعدة تصميمات السلامة الفشلية تخترق نظم مراقبة المصعد، وعندما يفشل عنصر ما أو يكتشف خطأ، يتخلف النظام عن أداء دولة آمنة بدلا من مواصلة العمل في حالة خطرة، مثلا، إذا فقد نظام المراقبة تعليقات الموقف، فإنه سيوقف المصعد ويمنع المزيد من الحركة بدلا من محاولة الاستمرار دون معرفة موقع المقصورة، وبالمثل، إذا فقد الاتصال بين جهاز المراقبة الرئيسي ونظم الأمان، فإن المصعد سيتوقف.

ويحظى سيناريوهات فشل السلطة باهتمام خاص في تصميم نظام المراقبة، وعندما تضيع الطاقة الرئيسية، عادة ما تكون للمصاعد نظم احتياطية للبطارية توفر ما يكفي من القوة لنقل المقصورة إلى أقرب طابق، وتفتح الأبواب، مما يتيح للمسافرين الخروج بأمان، ويدير نظام المراقبة هذه العملية الطارئة بعناية، ويحد من السرعة ويعجل في الحفاظ على قوة البطارية، مع ضمان الحركة الآمنة، ويمكن لبعض النظم تشغيل مصعدين متعددين في مواقع التهربة من البطارية.

الاتصالات بين الأوجه والطوارئ

وتخدم عناصر الوصل بين المستخدمين في نظم المصعد المهام التشغيلية ومهام السلامة على السواء، وتتيح أجهزة الاتصال، ومؤشرات الحدود، وضوابط الأبواب للمسافرين التفاعل مع النظام أثناء التشغيل العادي، بينما توفر أزرار الطوارئ ونظم الاتصالات سمات أمان حرجة، وتتيح أزرار التوقف في حالات الطوارئ، المطلوبة في معظم الولايات القضائية، للمسافرين أو موظفي الصيانة وقف حركة المصعد فورا عند الضرورة، غير أن هذه الأزرار عادة ما تكون معاقة أثناء العمليات العادية للركاب لمنع إساءة الاستخدام، حيث أن وقف الشواغل المتعلقة بالمصعد يمكن أن يؤدي إلى إيجاد حلول فعلية.

وتسمح نظم الاتصالات الطارئة، التي تتألف عادة من اتصالات داخلية أو هاتف متصل بأجهزة أمن المباني أو خدمات الطوارئ، للمسافرين المحاصرين بالاتصال للمساعدة إذا ما حدث عطل في المصعد، وكثيرا ما تشمل النظم الحديثة الاتصالات الخلوية أو الإنترنت التي تعمل حتى لو تعطلت خطوط الهاتف، وتتزايد تواتر كاميرات الفيديو في أكواخ المصاعد، وتزيد من شيوعها في المنشآت الحديثة، وتوفر الأمن الإضافي، وتسمح للمستجيبين لحالات الطوارئ بتقييم الحالات قبل الوصول إلى الموقع.

وتحذر أحزمة الأسلحة أو المزخرفات من شاغلي المباني وموظفي الطوارئ من مشاكل المصعد، رغم أن النظم الحديثة كثيرا ما تستكمل أو تحل محل أجهزة الإنذار المسموعة بإخطارات صامتة ترسل إلى نظم إدارة المباني أو إلى مقدمي خدمات الصيانة مباشرة، ويمكن أن يؤدي هذا النهج إلى سرعة الاستجابة مع تجنب الإنذار والاضطرابات غير الضرورية لشاغلي المباني.

الاعتبارات الخاصة للمهربين من ذوي السرعة العالية

وتحتاج أطول المباني في العالم إلى نظم للمصاعد قادرة على السفر بسرعة ملحوظة لنقل الركاب بكفاءة عبر مئات أمتار من مسافة عمودية، وتُعرّف المصاعد العالية السرعة بأنها تلك التي تسافر بسرعة أكبر من 4 أمتار في الثانية (حوالي 800 قدم في الدقيقة)، وتطرح تحديات هندسية فريدة تتعلق بكل من الفيزياء والراحة المسافرة، ويمكن أن تصل أسرع المصعدات التي تعمل اليوم إلى ما يتجاوز 100 متر في الثانية (أكثر من 000 4 قدم).

وفي هذه السرعة، تصبح الآثار الهوائية عوامل هامة في تصميم المصعد، وقد تؤدي المقصورة التي تمر عبر المظلات إلى حدوث أعمال مثل ملصق في مهبط الأسطوانات، وتضغط الهواء أمامه، وتخلق فراغا جزئيا، ويمكن أن يؤدي هذا الفرق في الضغط الجوي إلى مقاومة كبيرة يجب أن يتغلب عليها نظام الدفع، وتخفض الكفاءة، وربما تسبب تغيرات غير مريحة في الضغط على الركاب، وتشمل نظم التهوية العالية السرعة.

ويستلزم راحة الركاب في المصاعد العالية السرعة اهتماما دقيقا لموجزات التعجيل وتغييرات الضغط، وفي حين أن سرعة الدول الثابتة نفسها لا تسبب عدم الراحة (لا يمكن أن يشعر المسافرون مباشرة بالسرعة الثابتة)، يجب التحكم بعناية في مرحلتي التسارع والتباطؤ في المصعد، حيث تستخدم المصعدات العالية السرعة عادة مراحل أطول من سرعة وتباطؤ فترات الذروة.

ويطرح الضغط على نحو متساو تحديا خاصا في المصاعد العالية السرعة، حيث أن التغيرات السريعة قد تتسبب في توتر مماثل للتغيرات التي شهدتها الطائرات، وبعض كوخ المصعد العالي السرعة يدمج نظما نشطة لمراقبة الضغط تنظم الضغط الجوي داخل الكوخ لتقليل معدل تغير الضغط الذي يعاني منه الركاب إلى أدنى حد، وتستخدم هذه النظم المراوح والهبات التي تسيطر عليها للحفاظ على ضغط الكابينة في اتجاه ضغط الحد الأدنى، مما يقلل من التفاوت في الضغط الذي يمارسه الركاب.

ويجب أن تكون المكونات الميكانيكية للمصاعد العالية السرعة مصممة لتشديد التسامح أكثر من النظم التقليدية، ويجب أن تكون مواءمة خطوط السكك الحديدية في الدليل دقيقة للغاية لمنع الاهتزاز والضوضاء في السرعة العالية، ويجب أن يكون الأحذية أو الدراجات التي تحافظ على مواءمتها مع المقصورات مصمما للعمل بسلاسة عبر كامل نطاق السرعة، ويمكن أن تدمج نظم الرطام المتقدمة في عزل الركاب عن أي يقظة أو ضوضاء مرسلة من خلال نظام الدليل.

الاعتبارات السيزمية وسلامة الأرض

وفي المناطق المعرضة للنشاط السيزمي، يجب تصميم نظم المصعد بحيث تصمد أمام قوات الزلازل وتحمي الركاب أثناء الظواهر السيزمية وبعدها، وتشكل مراكب الأرض تحديات متعددة للسلامة من المصعد: إذ يمكن أن يتسبب الهز في سوء فهم السكك الحديدية المرشدة، وتعطل الطاقة الكهربائية، والضرر المحتمل لنظم الأمان، وتعالج سمات السلامة الزلزالية الحديثة هذه الشواغل من خلال تدابير التصميم ونظم المراقبة النشطة.

أجهزة الاستشعار السيزمية، التي عادة ما تكون مجهزة في المبنى، وكشف الحركة الزلازلية، وبدء استجابات حمائية في نظم مراقبة المصعد، وعندما يتم اكتشاف حركة أرضية كبيرة، يتم تلقائيا توجيه المصاعد إلى أقرب طابق وفتح أبوابها، مما يسمح للمسافرين بالخروج قبل تكثيف المصافحة، ثم تظل المصاعد خارج الخدمة إلى أن يتم تفتيش المبنى، وتتحقق نظم المصعد من أنها آمنة.

وتشتمل نظم السكك الحديدية في المناطق الزلزالية على نظم مرنة للتصاعد تسمح للسكك الحديدية بالتحرك مع هيكل المبنى خلال الزلزال مع الحفاظ على المواءمة الكافية لعملية المصعد الآمن، ويجب أن توازن هذه النظم بين الحاجة إلى المرونة اللازمة لاستيعاب حركة البناء مع متطلبات المواءمة الدقيقة للسككك الحديدية أثناء العملية العادية، ويمكن تركيب مفاتيح تبديل الزلازل في نقاط مختلفة في الفتحة لكشف سوء استخدام السكك الحديدية المفرط ومنع تشغيل المصاعد إذا ما تم تشرد.

وتتأكد بروتوكولات التفتيش اللاحقة للزلزال من عدم إعادة المصاعد إلى الخدمة إلى أن يتحقق الموظفون المؤهلون من أن جميع نظم السلامة تعمل بشكل صحيح، وأنه لم يحدث أي ضرر هيكلي يمكن أن يضر بالعملية الآمنة، ويشمل هذا التفتيش عادة فحص السكك الحديدية المرشدة، والكابلات، ومكابح الأمان، ونظم المراقبة، مع إيلاء اهتمام خاص لأي عناصر قد تكون قد تم التشديد عليها أو تدميرها خلال الحدث الزلزالي.

متطلبات الصيانة والتفتيش

ويعتمد موثوقية وسلامة نظم المصاعد اعتمادا حاسما على الصيانة والتفتيش المنتظمين من جانب فنيين مؤهلين، ويشمل صيانة المصعد كلا من الأنشطة الوقائية الرامية إلى تحديد ومعالجة المشاكل المحتملة قبل أن تسبب الفشل، والصيانة التصحيحية لإصلاح العناصر التي أخفقت أو تدهورت إلى ما يتجاوز الحدود المقبولة، ويستلزم تعقيد نظم المصعد الحديثة أن يكون لدى موظفي الصيانة تدريب وخبرة واسعين في النظم الميكانيكية والكهربائية والإلكترونية.

وتتم أنشطة الصيانة الروتينية عادة على جداول شهرية أو فصلية وتشمل تشحيم أجزاء النقل، وتفتيش الكابلات والأحزمة للارتداء أو التلف، واختبار نظم الأمان، والتحقق من تشغيل نظام المراقبة، ويبحث التقنيون السكك الحديدية المرشدة للارتداء والمواءمة السليمة، وآليات مراقبة الأبواب من أجل التشغيل السلس، وفحص نظم الاتصالات في حالات الطوارئ، ويحظى نظام الحفريات بالتفتيش والتعديل المنتظمين لضمان أن تعمل على نحو صحيح إذا دعت الحاجة.

وتوفر عمليات التفتيش السنوية أو شبه السنوية، التي كثيرا ما تتطلبها الأنظمة المحلية والتي يقوم بها المفتشون المستقلون عادة، تقييما أشمل لسلامة المصعد والامتثال للرموز المنطبقة، ويمكن أن تشمل هذه العمليات اختبارات سريعة كاملة لمكابح السلامة والمحافظين، واختبارات التحميل للتحقق من التشغيل السليم في إطار القدرة القصوى على التقييم، وإجراء فحص مفصل لجميع العناصر الحساسة للسلامة، ويجب تصحيح أي أوجه قصور يتم تحديدها أثناء التفتيش قبل أن يستمر المصعد في الخدمة.

وتتزايد إمكانية أن تُدرج نظم المصعد الحديثة قدرات الرصد عن بعد التي تتيح لمقدمي الصيانة تتبع أداء النظام وتحديد المشاكل التي لا تُجرى في الموقع من الناحية المادية، إذ تبلغ أجهزة الاستشعار في جميع أنحاء نظام المصعد بيانات عن أداء السيارات، وتشغيل الأبواب، ونوعية ركوب المركبات، وغيرها من البارامترات لمراكز الرصد المركزية، ويمكن أن تكتشف برامجيات التحليلات المتطورة أنماطا تشير إلى حدوث إخفاقات، مما يتيح تحديد مواعيد الصيانة بصورة استباقية قبل حدوث انهيار، ويحسن بالفعل من الاهتمام بنظم الصيانة المتوقعة، مع احتمال تقليل الاهتمام في الوقت نفسه.

نظم المصعد الهيدروليكي

وفي حين أن المصاعد المتحركة تهيمن في المباني في منتصف الأزمة وفي المناطق المرتفعة، فإن المصاعد الهيدروليكية تظل شائعة في التطبيقات المنخفضة الحدوث، حيث تعمل عادة على طابقين إلى ستة طوابق، وتستخدم هذه النظم مبدأ تشغيلي مختلفا عن مصاعد الترام، وتستخدم عيادة هيدروليكية ومسدسا لجمع وتقليص كوخ المصاعد، كما أن فهم الفيزياء والاعتبارات المتعلقة بالسلامة في النظم الهيدروليكية يوفران كاملا.

وفي مصعد هدراولي، يقود محرك كهربائي مضخة هيدروليكية تجبر على النفط في مصفف، وتمتد مسدّس رفع كوخ المصعد، وتزيل صمامات الزيت من الأسطوانة، مما يسمح للمسدس بالتراجع تحت وزن الكوخ، ويخضع معدل النسب للسيطرة على تدفق النفط عبر الصمامات، مما يوفر التحلل السلس.

وتمنح المصاعد الهيدروليكية عدة مزايا في التطبيقات ذات المناطق المنخفضة، وهي تتطلب مساحة أقل من المصعد المتحرك نظرا لعدم وجود حاجة إلى أي غرفة للآلات فوق المنصه، ويمكن تركيبها في المباني دون حفرة عميقة لازمة لحواجز المصعد المتحرك، وتبدو نوعية ركوب المصاعد الهيدروليكية سلسة عموما، ويمكن أن يؤدي تصميمها الميكانيكي البسيط نسبيا إلى انخفاض تكاليف التركيب بالنسبة للتطبيقات المنخفضة الحدة.

غير أن النظم الهيدروليكية لها أيضا قيود تجعلها غير ملائمة للمباني الأطول، ويقتصر ارتفاع السفر العملي الأقصى على نحو 20 مترا بسبب صعوبة التصنيع وتركيب أكاذيب هيدروليكية أطول، وتكون كفاءة الطاقة عموما أقل من نظم التراكب لأن المحرك يجب أن يعمل ضد الوزن الكامل للكوخ عند الارتداد، دون وجود وزن مضاد لتعويض الحمولة.

وتختلف نظم الأمان في المصاعد الهيدروليكية إلى حد ما عن تلك التي توجد في مصاعد الترام، حيث لا يمكن أن تسقط المصاعد الهيدروليكية بالمعنى التقليدي (تقع الكابينة على البستون بدلا من الشنق من الكابلات)، فإن القلق الرئيسي في مجال السلامة لا يخضع للسيطرة إذا ضُعف الضغط على الحدود الدنيا للضغط، وتمنع الصمامات المتردية من الضغط المفرط الذي قد يلحق الضرر بمركن أو يسبب اضطراباتا.

التطورات المستقبلية في تكنولوجيا المصعد

وتتواصل تطور تكنولوجيا المصعد، مدفوعا ببناء مباني دائمة التقلب، وزيادة التركيز على كفاءة الطاقة واستدامتها، والتقدم المحرز في نظم علوم المواد والتحكم فيها، وتتعهد عدة تكنولوجيات ناشئة بتغيير نظم المصعد في العقود المقبلة، ومعالجة القيود الحالية، وتمكين إمكانيات مهندس جديد.

وتمثل تكنولوجيا الحركية الخطية أحد أهم التطورات المحتملة في نظم دفع المصعد، فخلافا لمصاعد المحركات التقليدية التي تستخدم المحركات والكابلات الدوارة، تستخدم المصاعد الحركية في القوى الكهرومغناطيسية للدفع مباشرة إلى الكوخ على طول خطوط التلال، مما يزيل الكابلات تماما، ويزيل قيود الارتفاع التي يفرضها وزن الكابلات وقوامها، وقد تتيح السيارات المتحركة للمصاعدين السفر بدلا من مئات من إمكانيات الوصول إلى حد بعيد.

نظم المصعد المتعددة السيارات التي تعمل فيها كوخات مستقلة متعددة في نفس المنصه، توفر إمكانية زيادة هائلة في قدرة النقل في المباني الطويلة، بإتاحة سيارات الأجرة لتمرير بعضها البعض والسفر إلى وجهات مختلفة في وقت واحد، يمكن لهذه النظم أن تقلل من فترات الانتظار وتحسن الكفاءة مقارنة بالمصاعد التقليدية ذات الكبينات الواحدة، ونظم التحكم اللازمة لإدارة أكواخ متعددة في أماكن قريبة جداً، تمثل تحديات تقنية كبيرة، ولكن نظم الدفع الأولي تم إثباتها بنجاح.

وتتيح المواد المتقدمة فرصاً لخفض الوزن وتحسين الكفاءة وتعزيز السلامة، ويمكن أن تحل الكابلات والأحزمة التي تحمل الألياف الكربونية محل الصلب في نظم التعليق، مما يتيح ارتفاع نسب القوة إلى الوزن مما يتيح إطالة مسافات السفر وتخفيض استهلاك الطاقة، ويمكن للمواد المركبة الخفيفة من أجل بناء الكابينات أن تقلل من وزن النظام العام، وأن تزيد من تحسين الكفاءة، وقد تتيح المواد الذكية التي تغير الممتلكات استجابة للظروف البيئية إمكانية تكييف نظم التحلل التكييفي في ظروف متفاوت.

وتتعهد أجهزة الاستخبارات الفنية وأجهزة التكهن بالآلات بأن تحقق أقصى قدر من عمليات المصعد بطرق تتجاوز قدرات نظم الرقابة الحالية، وبتحليل أنماط حركة المرور التاريخية والتعلم من التجربة، يمكن للنظم العاملة بطاقات الآي أن تتنبأ بمصاعد الطلب والوضع بصورة استباقية، وتخفض فترات الانتظار مع التقليل إلى أدنى حد من استهلاك الطاقة، وقد تكشف هذه النظم أيضا عن تغييرات طفيفة في الأداء تشير إلى احتياجات الصيانة، مما يتيح قدرا أكبر من الفعالية في مجال الرصد.

ويمكن لتكنولوجيات جمع الطاقة أن تجعل من المصاعد منتجة صافية للطاقة بدلا من المستهلكين، فبعد المكابح التجددية التي تلتقط بالفعل بعض الطاقة أثناء النسب، قد تدمج النظم المستقبلية لوحات فولطية ضوئية في جدران أو محركات أو تستخدم مولدات كهربائية حرارية لالتقاط حرارة النفايات من المحركات والمكابح، وفي المباني التي بها حركة مصعد عالية، يمكن أن تولد كميات كبيرة من الكهرباء، مما يسهم في استدامة البناء عموما.

الإطار التنظيمي ومعايير السلامة

وينظم سلامة المصعد مدونات ومعايير شاملة تضعها المنظمات الوطنية والدولية استنادا إلى عقود من الخبرة التشغيلية والتحليل الهندسي، وفي الولايات المتحدة، يوفر قانون السلامة للمهربين والمصعدين ] A17.1 متطلبات مفصلة لتصميم المصعد، والتشييد، والتركيب، والعمل، والتفتيش، والاختبار، والتعديل، والتصليح.