آسانسور

پیشینه

آسانسور یکی از ابتدائی‌ترین ماشین‌های ساده ساخت دست بشر است که همواره به کمک او آمده‌است.
در دانشنامه بریتانیکا آمده که ویتروس، معمار رومی، ۲۶ سال قبل از میلاد در نوشته‌های خود از وسایلی نام برده‌است که ۲۳۶ سال قبل از میلاد در جا به جایی وسایل در بناها استفاده می‌شده‌است. اولین آسانسورهای باری قرقره‌ای در آن دوران اختراع گردید و با یک حرکت تکاملی دراز مدت، مسیرهای دشوار رشد دانش علمی و فنی و تجربیات در این زمینه به صورتی مداوم تاکنون طی کرده‌است. استفاده از آسانسورهای مسافربری و باری به قرون وسطی در استحکامات نظامی بر می‌گردد، که جهت جا به جایی آن از نیروی انسان یا حیوانات اهلی استفاده می‌گردید.
هم‌زمان با توسعه تمدن و با رشد اقتصادی و توسعه فنی و علمی کشورها و با همکاری فنی با یکدیگر، دانش فنی سیستم‌های حمل و نقل عمودی نیز توسعه سریعی یافت.
پایه‌گذار علمی و طراح آسانسورهای امروزی، دانشمند و ریاضی‌دان بزرگ، آتوود است. ماشین آتوود عبارت است از دو وزنه‌ای که با یک نخ به یکدیگر مربوط می‌شوند و روی فلکه ای، وزنه‌های فوق به بالا و پایین حرکت می‌کنند.
از بررسی معماری ساختمان‌ها در گذشته می‌توان فهمید که در گذشته توان ساخت ساختمان‌های بلند وجود داشته‌است ولی شاید دلیل اینکه چرا این کار چندان رواج نداشته، وجود پله‌های بسیار بوده‌باشد. این مشکل همچنان پابرجا بود تا اینکه یک مکانیک آمریکایی به نام الیشا اوتیس ایمنی را در بالابر با به‌کارگیری چرخی ضامن‌دار که در صورت پاره‌شدن طناب، اندکی پس از سقوط بالابر را متوقف می‌کرد، فراهم کرد. این اختراع که در سال ۱۸۵۴ در نمایشگاهی در نیویورک پرده‌برداری شد، مقدمه‌ای برای کاربرد گستردهٔ بالابر بود. ناصرالدین شاه در سفرنامه فرنگ خویش در تعریف و توصیف آسانسور می‌گوید: رفتیم به مریض‌خانه سنت توماس … از مرتبه‌های زیر اسبابی دارند که ناخوش را روی تخت گذاشته از توی اتاق زیر می‌کشند به مرتبه بالا می‌برند. بسیار تماشا داشت که ناخوش حرکت نکند.
در حال حاضر یکی از مشکلات ساختمان‌های بزرگ کافی نبودن فضای در نظر گرفته شده برای آسانسور است. این امر یعنی پیش‌بینی و منظور نمودن فضای کافی با محاسبه تعداد ظرفیت و سرعت مناسب آسانسورها با توجه به ارتفاع و جمعیت ساکن و کاربری ساختمان باید در ابتدای کار یعنی در زمان طراحی ساختمان‌ها مد نظر قرار گیرد؛ وگرنه پس از اجرای ساختمان معمولاً افزایش فضای چاه آسانسور بسیار مشکل و در اکثر موارد غیرممکن است.
آسانسور وسیله‌ای است الکترومکانیکی، در ابتدای اختراع آسانسور به شکل امروزی، بیشتر قطعات و لوازم آسانسورها مکانیکی و الکتریکی بود ولی با پیشرفت علوم در حوزه الکترونیک و نیمه‌هادیها و همچنین ورود حوزه علوم هوش مصنوعی به صنعت این وسیله نیز تکامل یافت و به عنوان یک وسیله کاملاً کاربردی با حوزه سطح دسترسی کاملاً گسترده در بین جوامع شهری قرار گرفت. در طراحی آسانسور علومی همچون مکانیک، برق و الکترونیک، معماری و صنایع مورد استفاده‌است. به همین علت هیچگاه یک متخصص به تنهایی قادر نخواهد بود که یک آسانسور را به تنهایی و با تکیه بر یکی از شاخه‌های علوم طراحی نماید. تا قبل از دهه ۱۹۹۰، عمده اموزش‌ها در این صنعت به صورت اموزش‌های محدود و استاد و شاگردی و صرفاً در کارخانه‌های بزرگ آسانسورسازی معمول بود. به همین سبب آموزش در این صنعت محدود و پنهان بود. برای اولین بار در سال ۱۹۹۵ میلادی اتحادیه آسانسور و پله برقی انگلستان (LEIA) با همکاری پروفسور یانوفسکی و پروفسور جینا بارنی اقدام به برگزاری دوره‌های آموزشی کوتاه مدت ماژولاری در انگلستان نمود که بیشتر مورد استفاده نصابان و متخصصان این کشور بود. در ادامه این اتحادیه با همکاری دانشگاه نورث همپتون انگلستان دوره‌های دانشگاهی این رشته را در مقطع کاردانی و کارشناسی آغاز نمود. اولین دوره این مقاطع در سال ۱۹۹۸ در نورث همپتون انگلستان با هدایت جانات آدامز، برایان واتز، استفان کازمارسیزیک که از اعضای هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک و علوم کاربردی بودند آغاز شد. از سال ۲۰۰۰ به بعد مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری تخصصی تحت عنوان elevator and escalator engineering آغاز گشت.

انواع آسانسور

تمامی آسانسورها در داشتن خصوصیاتی مانند داشتن کابین، حرکت عمودی و توقف در سطوح مختلف با هم مشابه‌اند. اما از لحاظ نحوه اعمال نیروی محرکه به کابین متفاوت بوده و به چهار دسته آسانسورهای کششی، هیدرولیک، وینچی و مغناطیسی تقسیم می‌شوند. البته امروزه تکنولوژی‌های جدیدی مانند آسانسورهای پنوماتیک در دسته پنجم نیز قرار می‌گیرند

آسانسورهای کششی

نیروی محرکه در این نوع آسانسورها از یک موتورالکتریکی که اکثراً در بالای چاه آسانسور و در برخی طراحی‌ها درپایین کنار چاهک و در محلی به نام موتورخانه نصب گردیده، تأمین می‌شود. بر روی فلکه این موتور تعدادی کابل فولادی (اصطلاحاً سیم بکسل) وجود دارد که از یک سمت به کابین آسانسور و از سمت دیگر به وزنه‌های آسانسور که درون قابی فلزی به نام قاب وزنه قرار دارند، متصل است. جنس این وزنه‌ها معمولاً از چدن یا بتن است. وزن این وزنه‌ها به اندازه وزن کابین به علاوه نصف ظرفیت کابین است. وزن هر نفر در محاسبات مربوط به آسانسور ۷۵ کیلوگرم است. دلیل قرار دادن وزنه در سیستم آسانسور کمک به بالا بردن آسانسور است در غیر اینصورت برای این کار باید موتورهای بسیار قوی با کیلووات بالا استفاده کرد. پس با این کار توان موتور مورد استفاده کاهش می‌یابد. طبیعی است که این وزنه در پایین آمدن آسانسور مزاحمت ایجاد می‌کند، اما چون هر جسم بدون دخالت به پایین سقوط می‌کند پس استفاده از وزنه مانعی بزرگی در حرکت آسانسور ایجاد نمی‌کند.
اساس کار این نوع آسانسورها بر اساس نیروی اصطکاک بین سیم بکسل‌ها و فلکه کشش موتور است. در داخل فریم وزنه به اندازه وزن کابین به اضافه نصف ظرفیت کابین وزنه وجود دارد. مثلاً اگر ظرفیت کابین ۹۰۰ کیلوگرم باشد (یعنی آسانسور نفربر ۱۲ نفره چون متوسط وزن هر نفر ۷۵ کیلوگرم است) باندازه ۴۵۰ کیلوگرم باضافه وزن کابین در کادر وزنه، وزنه وجود دارد. با کمک این وزنه، نیروی کشش لازم برای حرکت کابین کاهش می‌یابد چرا که در صورت رعایت کردن ظرفیت کابین، اختلاف وزن بین کادر وزنه و کابین تحت هر شرایطی از نصف ظرفیت کابین (در مثال قبل ۴۵۰ کیلوگرم) بیشتر نخواهد شد و در حرکت به سمت بالا یا پایین سیستم کشش آسانسور حداکثر برای جابه جایی جرمی به اندازه نصف ظرفیت کابین توان مصرف خواهد کرد.

آسانسورهای هیدرولیک

اخیراً آسانسورهای هیدرولیکی نیز جای خود را در بین کاربران خانگی باز کرده‌اند. در اروپا بیش از ۷۰ درصد از آسانسورهای زیر ۵ طبقه هیدرولیک استفاده می‌شوند که از محاسن این نوع آسانسورها می‌توان به نرمی حرکت در استارت اولیه؛ خرابی و استهلاک بسیار کم؛ سهولت در عیب‌یابی و تعمیر؛ ایجاد آسانسورهای زیبا و شیشه‌ای به دلیل حذف کادر وزنه و سیم بکسل؛ احتیاج به سازه سبک؛ عدم نیاز به موتورخانه در پشت بام؛ ایجاد آسانسورهای باربر و سنگین با تناژ بالا و زیبایی بام خانه و همچنین تراز شدن دقیق آن در طبقات اشاره نمود اما از محدودیت‌های استفاده از این نوع آسانسورها می‌توان به محدودیت در ارتفاع و کندی نسبی سرعت آن‌ها و تنها قرارگیری در چاهک را اشاره کرد. (البته امروزه با استفاده از درایو و سیستم خنک‌کننده می‌توان به سرعت ۱ متر به صورت معمول دست یافت. آسانسورهای هیدرولیک با موتور الکتریکی و پمپ فشار روغن و جک هیدرولیک کار می‌کنند.
در آسانسورهای هیدرولیک به خاطر اینکه کادر وزنه وجود ندارد و سیستم جک هیدرولیکی باید تمامی کابین و مسافران را جابه‌جا کند نیاز به موتورهای قوی تری هست. در این آسانسورها یک موتور سه فاز غوطه ور در روغن به همراه یک شیرالکتریکی مخصوص که اصطلاحاً پاور یونیت نامیده می‌شوند وظیفه تأمین فشار روغن برای جک هیدرولیک را داراست. برای راه‌اندازی موتور به خاطر وجود موتورهای قوی تر در صورت استفاده از درایو یا سافت استارتر نیاز به هزینه بسیار بالاتری است پس لذا معمولاً برای شروع به کار موتور پمپ هیدرولیک از سیستم رایج ستاره - مثلث استفاده می‌شود. اما این موتور و فشار تنها در حرکت به سمت بالا مورد نیاز است و برای حرکت کابین به سمت پایین نیازی به روشن کردن موتور و مصرف توان نیست و تنها با باز کردن یک شیر و خالی کردن روغن جک کابین به آرامی به سمت پایین حرکت می‌کند. به عبارت دیگر یک سیستم هیدرولیک تنها در نیمی از مسافت حرکتی خود (تنها به سمت بالا) خود توان قابل ملاحظه‌ای مصرف می‌کند و در نیمه دیگر (تنها به سمت پایین) از نیروی گرانش استفاده می‌کند و این موضوع مصرف برق بالاتر آن نسبت به آسانسورهای دوسرعته را منتفی می‌کند.
آسانسورهای هیدرولیک، تنها برای حمل مسافر کاربرد نداشته و برای بالابری بارهای سنگین نیز کاربرد به سزایی دارد. انواع آسانسورهای حمل بار شامل آسانسور خودروبر قیچی، آسانسور خودروبر، و بالابر کارگاهی را شامل می‌شود که عموما از نیروی هیدرولیک برای بالابری استفاده می‌شود. هم چنین، آسانسورهای هیدرولیک مناسب‌ترین وسیله برای پارکینگ‌های نیمه مکانیزه به‌شمار می‌رود و از بالابرهای هیدرولیک در پارکینگ‌های تمام مکانیزه استفاده می‌شود، که در این صورت، وظیفه جابجایی خودرو در راستای عمودی را به عهده دارد. 
از مزایای آسانسورهای هیدرولیک می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- نیروی کم / قدرت زیاد -عدم نیاز به سقف چاه مستحکم -عدم نیاز به فضای موتورخانه در بالای چاه آسانسور -ایمنی بیشتر مخصوصاً در هنگام وقوع زلزله - نرمی حرکت و دقت در توقف (مشابه سیستم تری وی اف) - توانایی بالابردن بارهای سنگین

آسانسورهای وینچی

نوعی آسانسور است که با زنجیر یا طناب فولادی آویزان شده و نیروی رانش به طریقی به غیر از اصطکاک به آن وارد می‌شود. در این نوع آسانسورها قاب وزنه وجود ندارد.

آسانسورهای مغناطیسی

در این آسانسورها ریل‌ها و تجهیزات متصل شده روی دیوار چاه آسانسور با مغناطیس دائم نقش استاتور موتور و کابین آسانسور نقش روتور را ایفا می‌کنند. با اتصال جریان برق به استاتور، میدان مغناطیسی ایجاد و به روتور القا می‌گردد. میدان مغناطیسی ایجاد شده در نقاطی قطع و با القای جریان برق به وسیلهٔ سیم پیچ‌های استاتور، سیم پیچ‌های تعبیه شده روی روتور باردار شده و کابین به حرکت در می‌آید؛ بنابراین در این آسانسورها اجزایی نظیر وزنه تعادل، کابل فولادی، موتورخانه و .. وجود نخواهد داشت. آسانسورهای مغناطیسی بسیار ایمن‌تر از آسانسورهای معمولی بوده اما از لحاظ قیمتی بسیار گران‌تر می‌باشند.

آسانسورهای کارگاهی

آسانسورهای کارگاهی مکمل و تسریع‌کننده برج‌سازی و سازه‌های بلندمرتبه هستند. این آسانسورها قادرند از شروع کار توسط خودشان مونتاژ و با سازه ساختمان ارتفاع بگیرند. این آسانسورها قابلیت کار تا ارتفاع ۵۰۰ متر و بالاتر را داشته و در ظرفیت‌های ۱ و ۱٫۵ و ۲ تن تولید می‌شوند. در ساختمان‌های بلندمرتبه جهت انتقال نفرات و مصالح بعد از اتمام سازه ساختمان و از ابتدای شروع کار در ساختمان از آسانسورهای ویژه بار و نفر استفاده می‌گردد. این آسانسورها در انتقال پرسنل کارگاه و لوازم و مصالح به طبقات بسیار مؤثر بوده و موجب تسریع عملیات ساختمانی می‌گردند.

نیروی محرکه

نیروی محرکه موتور آسانسورها سابقاً از موتورهای جریان مستقیم و توسط برق برق جریان مستقیم بود که برای این‌گونه موتورها از راه اندازهای گوناگونی همانند وارد - لئونارد استفاده می‌شد. با از دور خارج شدن موتورهای جریان مستقیم (DC) و معرفی موتورهای القایی سه فاز سال‌هاست که از موتورهای الکتریکی سه فاز القایی یا آسنکرون و اخیراً از موتورهای مغناطیس دائم (PM) یا سنکرون استفاده می‌شود. در این موتورها از مکانیسم لنت ترمز استفاده می‌شود که با استفاده از نیروی اصطکاک مانع از حرکت ناخواسته موتور در حالت توقف می‌شود.
موتورهای القایی مورد استفاده در آسانسور به همراه گیربکس (جعبه دنده) و چرخ طیار به کار می‌روند. این موتورها در ابتدا دارای یک استاتور و تک سرعته بودند. این سیستم دارای اشکالاتی از جمله تکان شدید در هنگام کار بود. به خاطر همین تکان شدید بود که سرعت نهایی کابین در این موتورها کم بود. پس از مدتی موتورهای دوسرعته به بازار عرضه شدند. این موتورها دارای دو استاتور جدا گانه هستند که برای دو سرعت تند و کند به کار می‌روند. تعداد قطب استاتور دور کند معمولاً چهار برابر دور تند است که باعث می‌شود سرعت دور کند موتور یک چهارم دور تند باشد. در این نوع موتورها استارت کار موتور با دور تند است. دو عامل یعنی نیروی عکس‌العمل دنده‌ها در گیربکس و وجود چرخ طیار یا فلای ویل متصل به محور روتور موتور که دارای لختی دورانی است، مانع از تشدید تکان‌ها می‌شوند. برای توقف موتور با استفاده از یک مدار الکتریکی استاتور دور کند وارد مدار شده و دور تند از مدار خارج می‌شود. تغییر جهت حرکت نیز با جابه جایی دو فاز امکان‌پذیر است.
با معرفی سیستم‌های کنترل دور موتور القایی که متشکل از یک مبدل (یکسو ساز) و یک اینورتر هستند، استفاده از آن‌ها در صنعت آسانسور به سرعت پیشرفت کرد. مزیت‌های این درایورها عبارتند از: نرمی حرکت و توقف، بهبود ضریب توان و کاهش بار رآکتیو شبکه برق، امکان استفاده از موتورهای تک استاتوره و حذف چرخ طیار یا فلایویل و در نتیجه کاهش برق مصرفی. این داریورها که انواع مخصوص استفاده در تابلو فرمان آسانسور آن نیز عرضه شده‌است، با تغییر فرکانس، نمودار حرکتی منظمی از شروع تا انتها و ایستادن آسانسور ایجاد می‌کند. در انواع پیشرفته تر این درایورها معمولاً امکان اتصال به یک تاکومتر یا انکودر نیز وجود دارد. این انکودر با اتصال به محور موتور امکان کنترل حلقه بسته را برای درایور فراهم می‌کند. وجود فیدبک برای یک سیستم کنترل بسیار حایز اهمیت است و باعث نرمی حرکت فوق‌العاده در آسانسور می‌شود.
در هنگام توقف آسانسور به علت بالا بودن اندازه حرکت (تکانه) کابین گاهی اوقات موتور به صورت ژنراتوری کار می‌کند و نیاز است که انرژی تولید شده توسط موتور در جایی تخلیه شود. در آسانسورهای دوسرعته و در سیستم‌های قدیمی این انرژی به شبکه برق برگشت داده می‌شد اما در درایورها به علت وجود یکسوساز، این انرژی قابل برگشت نیست و باعث ازدیاد شدید ولتاژ بر روی بانک خازنی موجود در درایور شده و امکان آسیب زدن به آن وجود دارد. به همین منظور از یک مقاومت با توان بالا جهت تخلیه این انرژی استفاده می‌شود که به آن اصطلاحاً مقاومت ترمز گفته می‌شود.
اما با همه این‌ها موتورهای القایی با گیربکس معایبی نیز دارند. از جمله آن‌ها پایین بودن بازده الکتریکی موتور (در حدود هشتاد درصد) و پایین بودن بازده مکانیکی گیربکس (در حدود ۴۵ درصد) که موجب افزایش هزینه‌ها و استهلاک سیستم می‌شود. به همین خاطر موتورهای سنکرون با مغناطیس دائم کم‌کم در صنعت آسانسور پدیدار شدند که بازده نهایی آن‌ها گاهی به ۹۵ درصد هم می‌رسد. گشتاور بسیار بالاتر محور موتور باعث می‌شود که نیازی به استفاده از گیربکس در این موتورها نباشد. این موتورها دارای سیستم راه‌اندازی پیچیده‌ای هستند و لزوماً باید با استفاده از درایور و تاکومتر مورد استفاده قرار بگیرند.

تابلو فرمان آسانسور

آسانسورها در گذشته نه چندان دور به وسیلهٔ تابلوهای رله‌ای فرماندهی می‌شدند. فرمان از این تابلوها به موتورهای به اصطلاح دوسرعته می‌رسید. این موتورها به وسیلهٔ دو سیم پیچی که داشتند قادر بودند با دو سرعت تند و کند حرکت کنند. آسانسور با سرعت تند حرکت می‌کرد و برای ایستادن در سطح طبقات و کاهش تکان زمان ایستادن با تغییر به سرعت کند و طی مسیر کوتاهی با این سرعت می‌ایستاد.
ایراد بزرگ این سیستم تکان در سه زمان در حرکت است. تکان در هنگام راه افتادن، تغییر سرعت به دور کند و ایستادن است. ایراد دیگر مصرف بالای برق و کاهش ضریب توان در این سیستم به دلیل اتصال مستقیم برق سه‌فاز به موتور جهت حرکت است. ضمناً ابعاد این تابلوها بسیار بزرگ و سیستم آن بسیار پیچیده بود و رفع خرابی آن به زمان و مهارت بسیاری نیاز داشت.
ایراد دیگر این سیستم متغیر بودن سطح کابین با طبقات با بارهای متفاوت است چون به دلیل عدم اطلاع موتور از وزن کابین (پر یا خالی بودن آن) همیشه نیروی یکسانی به موتور وارد می‌شود. ایراد دیگر این سیستم آسیب‌هایی است که در دراز مدت به موتور به دلیل اتصال ناگهانی ولتاژ وارد و باعث کاهش عمر مفید آن می‌شود. ضمناً این شوک در هنگام استارت آسانسور باعث نوسان ناگهانی ولتاژ می‌شود که نه تنها برای آسانسور بلکه برای سایر وسایل برقی مضر است.
هر چند از این آسانسورها دیگر نصب نمی‌شود اما تعداد قابل توجهی از این آسانسورهای قدیمی در حال کار کردن هستند.
اما برای رفع اشکالات این تابلوهای رله‌ای به تدریج تابلوهای میکروپروسسوری وارد بازار شد؛ که در آن آی‌سیها و میکروها جایگزین رله‌ها شدند و با زبان‌های مختلف برنامه‌نویسی برنامه‌ریزی می‌شدند تا حجم تابلوها کوچکتر شود و تعمیرات و رفع خرابی آن توسط افراد متخصص‌تر اما با راحتی بیشتری انجام شود.
این نوع تابلو که به تابلوی دوسرعته معروف است تمام ایرادات تابلوهای رله‌ای را جز ابعاد بزرگ و پیچیدگی تابلو داراست. نصب این تابلو همچنان ادامه دارد با اینکه به دلیل تأثیرات مخرب بر ولتاژ و مصرف بالا در برخی شهرهای بزرگ در ایران ممنوع شده‌است. اما در ساختمان‌هایی که نیاز به پروانه پایان کار ندارند یا در تعمیرات آسانسورهای قدیمی همچنان به دلیل قیمت پایین‌تر آن نسبت به تابلوهای جدید پیشنهاد می‌شود. با پیشرفت الکترونیک صنعتی و ارزان‌تر شدن اینورترها استفاده از آن‌ها در تابلوهای فرمان آسانسور رایج شده‌است و کم‌کم جایگزین سیستم‌های کنتاکتوری می‌شوند. کاهش تکان‌ها در هنگام تغییر سرعت و افزایش ضریب توان به دلیل اتصال با واسطه از طریق بانک خازنی اینورتر از مزایای تابلوهای فرمان اینورتری است که به تابلوهای درایودار شناخته می‌شوند.
آسانسور کلمه‌ای فرانسوی می‌باشد.