25
سپتامبر

استفاده از آسانسور چند جهتی (حرکت عمودی وافقی) بدون سیم بکسل در آسمان خراش ها

واحد R&D سما آسانبر دانش بنیان

خلاصه

با تأثیرات مداوم مهاجرت شهری، مهندسین، معماران و سازندگان به چالش کشیده می­شوند تا شهر ها را متراکم ­تر و کارآمدتر کنند . در اواخر قرن بیست و یکم، هفتاد درصد جهان در شهرهای مختلف زندگی خواهند کرد. با ایجاد ساختمان­های بلندتر و ارزان­تر می­توان این چالش ­ها را برطرف کرد. با این حال، در حال حاضر تکنولوژی آسانسور مانع ساخت و ساز کارآمد و استفاده از آسمان خراش ­ها می­شود. پیاده ­سازی سیستم ­های آسانسور چند جهته بدون سیم بکسل می­تواند این چالش ­ها را با کاهش زمان انتظار­های آسانسور ، بهینه ­سازی هزینه­ ها و افزایش بهره­ وری انرژی حل کند.

آسانسور چند جهتی با سیستمی به نام MULTI ، توسط القایی الکترومغناطیسی طراحی شده­ اند که موجب تعلیق مغناطیسی می­شود که باعث می­شود که کابین آسانسور ها به سمت بالا و پایین حرکت کنند. این روش محدودیت­ های ناشی از سیم بکسل را حذف می­کند که محدودیت ارتفاع ساختمان­ ها و کندی حرکت کابین آسانسور را کاهش می­دهد. همچنین اجازه می­دهد تا کابین­های آسانسور چندگانه به یک شفت متصل بشوند و در سراسر ساختمان در یک حلقه حرکت کنند. کاربران مدت زمان انتظار کوتاه­تری را تجربه می­کنند و صاحبان می­توانند فضای در دسترس خود را به حداکثر برسانند. این سیستم همچنین می­تواند قبض برق ساختمان را تا 60٪ کاهش دهد.

در این مقاله قصد داریم تجزیه و تحلیل کنیم که چگونه MULTI آسانسورها با سیستم­های آسانسورهای سنتی مقایسه می­شوند و چگونه می­توان آن­ها را برای تولید و استفاده آسمان خراش ارزان­تر، کارآمدتر و راحت­تر اجرا کرد.

مسائل جاری در زندگی شهری

اقامت دائم در حال افزایش جمعیت شهری

آسانسور سنتی انواع مختلف ناکارایی را برای کاربران ساختمان ­ها، صاحبان ساختمان­ ها و طراحان ساختمان ایجاد می­کند. این ناکارآمدی­ های نامناسب نیز هدر رفت زمان و هزینه ­های زیاد هستند که منجر به ساختمان­ هایی می­شود که کاربران را ناراحت و طراحان و صاحبان ساختمان را محدود می­کنند. در یک مطالعه انجام شده توسط IBM در سال 2010، زمان تجمعی که کارکنان اداری در طول 12 ماه گذشته منتظر آسانسورها بودند 92 سال طول کشید که در شانزده منطقه شهری در ایالات متحده بود.

کیت اچر، استاد توسعه شهری در دانشگاه کلمبیا، بر این باور است که زمان انتظار آسانسور در ساختمان­ های اداری شهر نیویورک از 20 تا 25 ثانیه خوب است، در حالی که آن­هایی زمان انتظار آن­ها بین 30 تا 35 ثانیه هستند، غیرقابل قبول هستند. بیست ثانیه انتظار ممکن است به نظر زیاد نرسد اما در یک ساختمان اداری نوزده طبقه (متوسط تعداد طبقه در شهر نیویورک)، هر ثانیه از دست رفته می­تواند در نهایت منجر به یک ترافیک انسانی در راهرو شود. ازدحام در مناطق پر ترافیک باعث ناراحتی کارمندان و اغلب منجر به استرس و نارضایتی در محیط کار می­شود. در نتیجه، توصیه می­شود سیستم­های آسانسور سریع­تر و کارآمدتر برای کاهش این مشکلات طراحی شوند.

همان‌طور که ساختمان­ها بالاتر می­روند، آسانسورها باید به تعداد طبقات بیشتر و تعداد زیادی از مردم سرویس ارائه دهند. در بیشتر آسمان خراش­ها، این به این معنی است که تعداد زیادی از شفت­ ها و کابین­ های آسانسور در ساختمان مورد نیاز است. با این حال، نصب و راه اندازی آسانسورها تأثیرات برجسته ­ای در سودآوری و قابلیت استفاده از آسمان خراش ­ها دارد. اچر ادعا می­کند که هر در ورودی اضافی از آسانسور ، سطح زمین موجود برای اجاره یا فروش را کاهش می­دهد و بنابراین پتانسیل درآمد برای ساختمان را کاهش می­دهد. همان‌طور که تعداد آسانسورها در یک ساختمان افزایش می­یابد، فضای هر طبقه­ای که از طریق شفت آسانسور اشغال می­شود به سرعت افزایش می­یابد، در حالیکه فضای موجود برای اجاره کاهش می­یابد.

کن یانگ، یک معمار مشهور، دستورالعمل­ هایی را برای استفاده از فضای مناسب در آسمان خراش­ ها ارائه می­دهد. او ادعا می­کند که بازده فضایی نباید کمتر از 75٪ باشد، در حالی که 80٪ تا 85٪ مناسب است. بازده فضایی به صورت نسبت NFA به GFA تعریف می­شود.  NFA، که به طور رسمی به عنوان منطقه خالص شناخته می­شود، منطقه واقعی اشغالی است که شامل مناطق جانبی مانند راهروها، راه پله­ ها، اتاق­ های توالت، اتاق ­های مکانیکی و کمد نیست.  GFA، که به عنوان ناحیه ناخالص شناخته می­شود، سطح زمین محیط داخلی دیوارهای بیرونی ساختمان مورد نظر است. بدون محاسبه برای راهروها، راه پله­ها، کمد، ضخامت دیواره­های داخلی، ستون­ها و سایر ویژگی‌ها. یک تصویر بصری از چگونگی تقسیم شدن طبقه به مناطق مختلف در شکل 1 دیده می­شود. در این شکل، GFA در ابتدا بین NFA و یک منطقه ساختاری تقسیم می­شود. این ناحیه ساختاری جایی است که فضای مورد استفاده در شفت آسانسور طبقه­ بندی شده است. در نهایت، افزایش تعداد آسانسور­ها منجر به کاهش NFA می­شود که منجر به کاهش کلی بازده فضایی می­شود. از آنجا که آسمان خراش­ها برای کسب درآمد ساخته شده­اند، بازده فضایی بالاتر برای به حداکثر رساندن فضای اجاره­ای و ایجاد یک آسمان خراش سودآور نیاز است. مهندسین عمران و معماران باید تلاش کنند تا سیستم­های آسانسور را توسعه دهند که حداکثر استفاده از فضای قابل استفاده را افزایش دهند در حالی که هم‌زمان تلاش می­کنند تا تعداد قابل قبولی از آسانسورها را برای کاربران ساختمان فراهم سازند.

1شکل 1: این یک نمودار است که فضای کلی بر روی یک طبقه از یک ساختمان را به دسته­ های مختلف تقسیم می­کند، مانند منطقه قابل استفاده، منطقه ساختاری و مکان­ه ای مکانیکی.

آسانسورهابه عنوان محدودیت اندازه آسمان خراش ­ها

آسانسورهای سنتی یکی از عواملی هستند که محدودیت­های اندازه را در آسمان خراش­ها قرار می­دهند. در حالی که آن­ها تنها عامل نیستند و عناصر طراحی مانند قدرت خاک و مصالح ساختمانی اثر مهمی در حد ارتفاع دارند ، آسانسورها یک جزء مهم برای تصمیم­گیری در مورد ارتفاع یک ساختمان هستند. آسانسورهای سنتی با استفاده از سیم بکسل ، ماشین­های مبتنی بر کشش هستند که به صورت عمودی حرکت می­کنند تا مردم و محموله را از طبقه ­ای به طبقه دیگر انتقال دهند. کابین آسانسور توسط یک کابل فولادی که به یک قرقره وصل شده است و توسط یک وزنه تعادل پشتیبانی می شود، به حالت تعلیق درآمده است.

تمام اشیاء تا حدی ارتعاشی هستند، اما ماهیت این طراحی و تنش در این طناب باعث می­شود آسانسورها به سرعت فرکانس تشدید خود آسیب پذیر شوند. ارتعاش خودش چیز بدی نیست. این مسئله زمانی اتفاق می­افتد که اشیاء به فرکانس طبیعی یا تشدید می­رسند، زیرا دامنه ارتعاش بسیار بیشتر است. فرکانس طبیعی طناب به طول وابسته است، اما طول کابل به طور مداوم در حال تغییر است. این باعث می­شود که کنترل اینکه آیا طناب به فرکانس طبیعی خود برسد یا خیر، سخت شود. علاوه بر این، طناب­های آسانسور دارای ویژگی­های تعدیل بسیار کم می­باشد. خواص تعدیل دامنه موج را با زمان کاهش می­دهد. بدون تعدیل، امواج به طور نامحدود نوسان می­کنند. هیچ راه شناخته شده­ای برای افزایش تعدیل وجود ندارد زیرا طول طناب متغیر است. به طور کلی، خطر تشدید و عدم تعدیل باعث می­شود بوسیله ارتعاش آسانسور آسیب پذیر شود.

نوسان طناب، این پدیده زمانی اتفاق می­افتد که کابل آسانسور به فرکانس طبیعی خود برسد، کابل آسانسور را به سرعت به ارتعاش درمی­آورد و موجب حرکات غیر معمول آسانسور و خسارات درون شفت آسانسور می­شود. با این حال، نوسان طناب در بسیاری از مردم در زندگی روزمره به دلیل قانون 3 نیوتن تأثیر نمی‌گذارد. این به این معنی است که چیزی نیاز به تنظیم طناب در حرکت دارد. موج در طناب آسانسور در ساختمان­ های بلند می­تواند بوسیله باد سنگین یا حرکت لرزه­ای ایجاد شود. موضوع باد زیاد مهم نمی­باشد چرا که اثرات آن کمتر و قابل پیش­ بینی­تر است. زمین لرزه ­ها به علت آسیب زیاد در آسانسورهای مکانیکی ثبت می­شوند. آسیب معمولی ناشی از نوسان طناب در شفت­های آسانسور شامل مسدود کردن کابل­های آسانسور، تغییر شکل ریل­ ها و خارج شدن از ریل است. در سال 2011، پس از زلزله­ های Chuetsu در ژاپن برای ارزیابی خسارت­ ها، بررسی­ هایی انجام شد و مشخص شد که حدود 24 درصد از آسیب­ ها به علت برخورد طناب با ماشین آلات یا  گیر کردن آسانسور بوده است. این مهم است زیرا نشان می­دهد که کابل ­ها در آسانسور­ها می­توانند در صورتی که آسانسور در ساختمان­ هایی که در مناطق لرزه­ای نصب می­شوند، پیامدهای مخربی داشته باشد.

از آنجایی که راه حل مناسب کمی برای این مشکل وجود دارد، مهندسان دریافته­اند که بهترین راه برای حل این مشکل آن است که آن را به طور کامل از بین ببرند. به جای افزایش تعدیل و ساخت طناب طولانی، مهندسان از سیستم­ هایی مانند لابی­ های آسمان استفاده می­کنند تا محدودیت­های طول طناب را برای امکان تشدید کاهش دهند. با این حال، یک راه حل که طناب را کاملاً حذف کند، در نهایت می­تواند یک روش بهتر و ارزان­تر برای رفع مشکل تشدید باشد.

سیستم­های حمل و نقل آسانسورهای­ فعلی

منطقه بندی

در آسمان خراش­های فعلی، معماران و مهندسین سیستم­های حمل و نقل آسانسور را با استفاده از لابی­های آسمان و منطقه بندی ایجاد کرده­اند. با منطقه بندی، هر آسانسور در هر طبقه­ای نباید متوقف شود. همان‌طور که در شکل 2 دیده می­شود، هر آسانسور یک طیف معینی از طبقه­ها را سرویس می­دهد. این بدان معنی است که مسافران به جای اینکه در یک آسانسور در محدوده وسیعی از طبقات قرار ­گیرند، به داخل بانک آسانسور مورد نظر خود قرار می­گیرند. به عنوان مثال، در شکل 2، آسانسور شماره 3 منطقه 3 است، به این معنی که مسئول حمل و نقل در منطقه 3 (طبقه 10-15) و از طبقه همکف تا منطقه 3 است. این تعداد توقف­هایی که آسانسور باید در هر صعود و فرود انجام دهد را به طور قابل توجهی کاهش می­دهد. متأسفانه، آسانسورهای منطقه­ای در ساختمان‌های بزرگ با شصت طبقه و مقدار اشغال بالا، کارایی خود را از دست می­دهند. این به این دلیل است که به علت افزایش ارتفاع، تعداد ناحیه­های لازم برای حفظ بهره­وری افزایش می­یابد و نیاز به آسانسورهای بیشتری است. علاوه بر این، تعداد ساکنان در یک ساختمان با  افزایش ارتفاع افزایش می­یابد، به این معنی که برای هر طبقه آسانسور بیشتری مورد نیاز می­باشد تا به جمعیت بیشتری بتواند سرویس بدهد.

2شکل 2: این نمودار نشان می­دهد که چگونه منطقه­بندی در ساختمان کار می­کند. هر آسانسور یک منطقه برای مسئولیت اختصاص داده شده است. هر منطقه از چند طبقه تشکیل شده است. در این شکل، هر منطقه 5 طبقه است.

لابی آسمان، از سوی دیگر، با ایجاد شفت­های آسانسور جداگانه در نقاط مختلف در سراسر ساختمان، فاصله مسیر آسانسور را از بین می­برد. این طول کابل­های آسانسور را کاهش می­دهد، به طوری که باعث کاهش مشکلات ایمنی مرتبط با کابل و فرکانس تشدید می­شود. یکی دیگر از مزایای لابی آسمان، بهینه­سازی هسته است، زیرا تمام آسانسورها نباید به سطح ورودی سرویس دهند. انباشته شدن آسانسورها در آسمان را می­توان در شکل 3 دید. اگر چه بهینه­سازی فضایی یکی از ویژگی­های مهم آسانسورها است، به ویژه در مورد هزینه، به ناراحتی­هایی که لابی آسمان به کاربران ساختمان اضافه می­کنند باید اذعان داشت. شکل 3 به وضوح نشان می­دهد که کاربرانی که مایل به سفر به بالای ساختمان هستند از حمل و نقل سریع و آسان توسط یک سیستم اجباری بین دو سیستم آسانسور جلوگیری می­شود. در نتیجه، حمل و نقل پیوسته در سیستم آسانسور لابی آسمان، ناکارآمد است.

خلاصه‌ای از سیستم آسانسور چند جهتی ( MULTI )

بیش از 150 سال است که آسانسور تبدیل به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره شده است. از کارکنان اداری تا ساکنان آپارتمان، بسیاری از مردم به آسانسور کارآمد نیاز دارند تا به راحتی آن­ها را حمل کنند. با این حال، تقاضای آسانسورها از ابتدای ترابری تجاری به شدت تغییر کرده است. علاوه بر این، به طور فزاینده ساخت آسمان خراش­ها با ارتفاع زیاد، وابسته به آسانسور است. این کاملاً غیر عملی است که انتظار داشته باشید کسی هر روز برای رفتن به مقصد خود صدها پله را بالا برود. با وجود این تغییرات، آسانسور در 160 سال گذشته خیلی تغییر نکرده است. برای اطمینان از حمل و نقل قابل حمل عمودی در آینده، نوآوری­های عمده در طراحی آسانسور حیاتی است.

3شکل 3: این نمودار نشان می­دهد که چگونه لابی آسمان در یک ساختمان کار می­کند.

MULTI به عنوان “آسانسور ویلی وونکا” (آسانسور چند جهتی) شناخته شده است و تکنولوژی جدید آسانسور است که از آسانسور های سنتی به طور قابل توجهی متفاوت است. MULTI موتورهای خطی را جایگزین طناب می­کند تا یک سیستم آسانسور قابل حمل موفق ایجاد شود. در سال 2014 ThyssenKrupp، یک شرکت صنعتی آلمانی که به خاطر تکنولوژی­های نوآورانه خود مانند AGILE، TWIN و MRL شناخته شده است، برنامه­های خود را برای ایجاد یک تکنولوژی آسانسور بدون سیم بکسل اعلام کرد (آسانسور چند جهتی).

همان‌طور که در شکل 4 دیده می­شود، MULTI از سیستم­های آسانسور سنتی منحصر به فرد است که شامل آسانسور­های متعدد بدون سیم بکسل است که از طریق یک شفت در همه جهات چرخش می­کنند. از آنجا که این کابین­های آسانسور جدید فاقد سیم بکسل هستند و دارای موتورهای خطی و سیستم تعلیق مغناطیسی هستند، می­توانند به بالا و پایین و چپ و راست حرکت کنند. این به شفت آسانسور اجازه می­دهد تا از شفت عمودی متداول جدا شود و به مسیرهای چند جهته گسترش یابد.

4شکل 4: این تصویر یک تفسیر کامپیوتری آسانسور چند جهتی از ترتیب سیستم MULTI در یک ساختمان بلند است.

سیستم آسانسور چند جهتی یا MULTI چگونه کار می­کند ؟!!

آسانسور بدون سیم بکسل با تکنولوژی مغناطیس و موتور خطی کار می­­کند. قطاری که با سرعت بالا حرکت می­کند از تعلیق مغناطیسی برای حرکت در مسیر استفاده می­کند که اصطکاک را از بین می­برد و موتورهای خطی را برای تحریک وسیله نقلیه به کار می­گیرد. تعلیق مغناطیسی ناشی از تکنولوژی موتور خطی و الکترومغناطیس است.

اعمال مکانیزم­های حرکت پشت آسانسور به معنی تبدیل آن به بخش­های کناری آن است. این شامل ترکیبی از دستگاه­های تعلیق و حرکتی است زیرا آن­ها همان کار را انجام می­دهند. یک جزء بزرگ از آسانسور MULTI این واقعیت است که این آسانسور به یک مسیر عمودی محدود نمی­شود. سیستم تغییر اتصال در مسیرهای شفت آسانسور در عمل مغناطیس را مختل نمی­کند. الکترومغناطیس، القای خطی و همپوشانی سه مؤلفه اصلی MULTI هستند که اجازه می­دهند تا آسانسور بدون سیم بکسل عمل کند و در چند جهت با چندین کابین آسانسور در هر شفت حرکت کنند.

الکترومغناطیس

آهنرباها دارای خواصی هستند که می­توانند انواع مختلفی از مواد را قادر به تولید نیروی کنند و این نیرو را می­توان برای انجام کار بکار برد. این کار را می­توان در نیروی محرکه آسانسور بدون سیم بکسل استفاده کرد.

این شامل فعال کردن فرو مغناطیس‌ها است. فرو مغناطیس‌ها فلزاتی هستند که خودشان خواص مغناطیسی ندارند. با توجه به ساختار اتمی آن­ها، الکترون­ها در فلزات می­توانند به راحتی با میدان مغناطیسی خارجی هماهنگ شوند. این پدیده منجر به یک میدان مغناطیسی القا شده در فرو مغناطیس می­شود که آن مانند یک مغناطیس دائمی عمل کند. الکترومغناطیس هنگامی ایجاد می­شود که جریان جاری در یک فرو مغناطیسی وارد شود. افزودن یک جریان الکتریکی به یک فرو مغناطیس راه دیگری برای تراز کردن الکترون­ها است و بنابراین یک میدان مغناطیسی ایجاد می­کند. این است که چگونه الکترومغناطیس ­ها نیروی مغناطیسی خود را به دست می­آورند: یک جریان الکتریکی به فرو مغناطیس فرستاده می­شود. الکترومغناطیس دارای مزایای بیش از آهنرباهای دائمی استاندارد است زیرا قدرت به قدرت جریان بستگی دارد، بنابراین جاذبه توانایی روشن و خاموش شدن را در صورت نیاز دارد. الکترومغناطیس یک برهم­کنش است که اجازه می­دهد تا تعلیق مغناطیسی امکان‌پذیر باشد. به طور خلاصه، القاء می­تواند با وارد کردن یک میدان مغناطیسی خارجی یا یک جریان الکتریکی رخ دهد. هر دو به نوعی از کار نیاز دارند، اما اضافه کردن یک میدان شامل تبدیل انرژی مکانیکی می­شود، در حالیکه جریان جاری، از الکتریسیته به عنوان شکل انرژی استفاده می­کند. این مفهوم در مقیاس بزرگ‌تر از آسانسورها کاربرد دارد. دو روش ایجاد نیروی با استفاده از الکترومغناطیس را می­توان با استفاده از مفهوم ابررساناها، ترکیب کرد. ابررساناها با دادن میدان مغناطیسی بسیار قوی به آن­ها تولید م ­شوند. برای انجام این کار، فرو مغناطیس‌ها بسیار خنک می­شوند تا مقاومت الکتریکی خود را از دست می­دهند. با مقاومت کم و ولتاژ ثابت از منبع برق، نسبت جریان افزایش می­یابد.

برای درک این پدیده با استفاده از قوانین مغناطیس در شکل 5، واضح است که مقاومت تأثیر زیادی روی نیروی می­گذارد. همان‌طور که توسط قانون اهم ثابت شده است، در ولتاژ ثابت، مقاومت به طور معکوس متناسب با جریان است. جایگزین قانون اهم، قانون Biot-Savart و معادله نیروی لورنس برای دیدن این است که جریان به طور مستقیم متناسب با میدان مغناطیسی و نیرو می­باشد. به عنوان مثال، اگر مقاومت در یک فرو مغناطیسی 100 برابر کوچک‌تر شود، نیروی مغناطیسی و میدان مغناطیسی 100 برابر بیشتر از قبل از تغییر مقاومت، افزایش می­یابد. این نیروی خارجی چیزی است که باعث می­شود تا تعلیق مغناطیسی امکان‌پذیر باشد.

5شکل 5: قوانین فیزیکی پرکاربرد در  الکترومغناطیس

در زمینه آسانسور، این بدان معنی است که از آنجایی که مهندسان از آهنربا های ابررسانا به جای یک الکترومغناطیس استاندارد برای کنترل کابین آسانسور استفاده می­کنند، می­توانند با استفاده از نیروی بیشتر ، کابین آسانسور را کنترل کنند (آسانسور چند جهتی با کنترل دستی یا از راه دور). رجوع کنید به شکل 5، قانون دوم نیوتن نشان می­دهد که افزایش نیرو اجازه می­دهد تا کابین آسانسور جرم بیشتری را با همان سرعت شتاب و همچنین مقاومت در برابر شتاب گرانشی ثابت نیز تحمل کند. این جایی است که نقش ظرفیت حمل و نقل و مواد آسانسور مهم می­شود. اگر نیروی ابررسانا به اندازه کافی قدرتمند باشد، می­تواند افراد بیشتری را به عنوان وزن واقعی آسانسور، پشتیبانی کند. ThyssenKrupp گزارش کرده است که آسانسور MUTLI می­تواند تا ظرفیت هشت نفر در یک کابین آسانسور را تحمل کند.

موتور خطی برای آسانسور چند جهتی

موتورهای خطی برای حرکت دادن کابین آسانسور از طریق شفت آسانسور بدون سیم بکسل استفاده می­شود. مهندسانی که MULTI را ایجاد کرده­اند به طور مستقیم نشان نمی­دهند که کدام نوع موتور خطی مورد استفاده قرار می­گیرند. با تحقیق، تنها دو موتور خطی معتبر هستند، یک موتور خطی هم‌زمان یا یک موتور خطی القایی. MULTI ثبت اختراع شده است که موتور خطی آن­ها از آهن برای آهنربای دائمی استفاده نمی­کند و موتورهای هم‌زمان نیاز به آهنرباهای دائمی دارند و آهن نرم را ترجیح می­دهند. از این داده­ها می­توان نتیجه گرفت که MULTI از موتور خطی القایی استفاده می­کند.

القای الکترومغناطیسی، همان‌طور که قبلاً توضیح داده شد، برای ایجاد موتور AC استفاده می­شود. موتورهای AC از مفاهیم مشابه به موتور خطی القایی استفاده می­کنند. انرژی الکتریکی از طریق موتور AC به انرژی مکانیکی تبدیل می­شود و انرژی مکانیکی، مکانیزم چرخش را ایجاد می­کند. نوع انرژی مکانیکی مورد نیاز برای موتور القایی خطی متفاوت است، اما اصول پایه مشابه هستند. به سادگی توضیح داده شده است، موتور خطی القایی موتورهای AC تبدیل شده از شکل چرخشی خود به هدایت انرژی به صورت خطی هستند. از آنجایی که انرژی به هندسه چرخش محدود نمی­شود، موتور می­تواند بر تعلیق اثر کند.

تکنولوژی که MULTI استفاده می­کند با تکنولوژی در قطارهایmaglev  قابل مقایسه است. تمرکز اولیه موتور بر روی آسانسور این است که مسیر را به طوری دنبال کند که بتواند به صورت عمودی بالا برود. این ترکیب مکانیزم نیروی محرکه و تعلیق است.

نیروی محرکه نیروی کشش پیوسته در آسانسور نیست. برای حرکت کابین نیاز به ترکیبی از نیروهای مثبت برای هل دادن قطار به جلو و نیروهای منفی برای کشیدن قطار به جلو است. همان‌طور که در شکل 6 نشان داده شده است، این جاذبه­های مثبت و منفی جایگزین می­شوند. آهنرباها دارای قطب شمال و جنوب می­باشند. قطب­های ناهمنام یکدیگر را جذب و قطب­های همنام یکدیگر را دفع می­کنند. شکل 6 تکنولوژی مورد استفاده برای ساخت قطارهای مغناطیسی را نشان می­دهد که همین مفاهیم را می­توان در آسانسورها اعمال کرد.

موتورهای خطی در ایجاد تعلیق مغناطیسی در آسانسور­های بدون سیم بکسل MULTI مؤثر هستند. شکل 7 نشان می­دهد که موتورهای موجود در دستگاه واقعی درون شفت، بین دیوار و کابین قرار دارند. از آنجا که ابررسانا مورد نیاز است تا تعلیق مغناطیسی به همان اندازه قوی باشد، در آن فضا بسیار سرد است. شکل 7 یک نمای بالا از شفت آسانسور MULTI است.

شکل 6: این تصویر توضیح می­دهد که قطب­های متناوب در قطارهای مغناطیسی باعث حرکت مستقیم می­شوند.

7                                                            شکل 7: این یک نمای بالا از شفت آسانسور است.

متصل کردن

سخت افزار و نرم‌افزار مورد نیاز برای اجازه حرکت دادن به چندین کابین در جهت­های مختلف در شفت آسانسور پیچیده است. الگوریتم مورد نیاز برای این کابین­ها برای جلوگیری از برخورد، نیازمند شناختن مسیرهایی است که این کابین­ها باید انجام دهند تا بتوانند بیشترین افراد ممکن را سریعاً به مقصد خود منتقل کنند. مکانیزم اتصال اجازه می­دهد کابین­ها در مسیر تغییر جهت بدهند و از جنبه ترافیکی از این آسانسورها مراقبت می­کند. اتصال به عنوان یک جنبه مهم طراحی است زیرا اجازه می­دهد تا آسانسورها از محدوده قائم خارج شوند و در هر جهتی حرکت کنند. برای تصور اتصال، تصور کنید قطارها مسیر را در یک تقاطع بر روی راه‌آهن تغییر دهند. ریل­ها چرخش می­یابند. این معمولاً با کمک یک چرخ دنده راه­آهن است که در شکل 8 نشان داده شده است. قطارها به مرکز می­روند و 360 درجه چرخش دارند تا بین آن حرکت کنند. در آسانسورهای MULTI، سیستمی که جهت کابین را تغییر می­دهد، قابل مقایسه با یک چرخ دنده ریلی است که در کنار آن قرار گرفته است. با توجه به شکل 9، می­توان تأیید کرد که سیستم­ها در MULTI خیلی شبیه هستند. در هر دو طرف کابین آسانسور مکانیزم­هایی برای هدایت کابین وجود دارد و هنگامی که آن­ها در یک تقاطع وارد می­شوند، جایی که می­توانند چرخش کنند، اجزای خارجی چرخش می­کنند تا بتوانند در مسیر جدید حرکت کنند. کابین عمود باقی می­ماند درست همان‌طور که از طریق تغییر مسیر می­رود. این مکانیزم اجازه می­دهد تا سفرهای طولانی مدت عمودی با خارج شدن از یک بعد، گزینه­ای برای حرکت به صورت افقی را فراهم کند.

8شکل 8: این تصویر توضیحی است که توسط ThyssenKrupp ارائه شده است تا نشان دهد که چگونه سیستم­های اتصال چرخشی کار می­کنند.

مزایا برای صاحبان ساختمان

ویژگی­های فضایی MULTI باعث می­شود صاحبان ساختمان هزاران دلار کمتر هزینه کنند. به عنوان مثال، آسانسورهای MULTI شفت­های کوچک‌تری نسبت به آسانسور­های سنتی دارند و می­توانند میزان فضای قابل استفاده در ساختمان را تا 25٪ افزایش دهند. این مهم است، زیرا آسانسورها و پله برقی­های فعلی می­تواند تا 40 درصد از فضای هر طبقه ساختمان، بسته به ارتفاع ساختمان، را اشغال کند. از آنجا که هدف از ساخت آسمان خراش­ها تولید درآمد از طریق اجاره­ها و کرایه­ها است، هر فوت مربع فضای قابل استفاده برای افزایش سودآوری مهم است.

در آسمان خراش­ها بخش بزرگی از پشتیبانی ساختاری درون هسته از شفت آسانسور می­آید. این به این دلیل است که آن­ها با فولاد تقویت می­شوند تا پشتیبانی از ساختمان را اضافه کنند زیرا این یک موقعیت مناسب در ساختار است. نگرانی در مورد امکان برداشتن شفت آسانسور عمودی پیوسته است.

مزیت فروش MULTI این است که کاربران محدود به سوار شدن در مسیر ساختمان­های بلند نیستند. این مسئله را می­توان با رفع اختیارات کاربران به سمت بالای ساختمان با نگه داشتن شفت پیوسته و اضافه کردن گزینه­های افقی در کنار آن حل کرد. اگر این طور نیست، مهندسان می­توانند هسته آسمان خراش­ها را از آسانسور مستقل کنند.

علاوه بر این، محققان ThyssenKrupp دریافتند کهMULTI  نسبت به سیستم­های آسانسور معمولی نیاز به شدت پایین­تر از حد مجاز (کاهش 60 درصدی) را دارد. این مهم است زیرا آسانسور­ها 3 تا 8 درصد مصرف برق در ساختمان­ها را تشکیل می­دهند. درنهایت آسانسورهای MULTI صرفه‌جویی مالی بسیاری برای صاحبان ساختمان­ها ایجاد می­نماید.

مزایا برای کاربران ساختمان

مزیت اصلی MULTI برای کاربران ساختمان، کاهش زمان انتظار برای آسانسور است. همان‌طور که در شکل 10 نشان داده شده است، زمان رسیدن یک کابین آسانسور دو طبقه به طبقه هدفش به دلیل افزایش ارتفاع ساختمان به طور قابل توجهی افزایش می­یابد. با این حال، زمان رسیدن آسانسور MULTI به هدف ثابت است و همیشه کمتر از آسانسور دو طبقه است. این به این دلیل است که زمان انتظار آسانسورهای MULTI برای حرکت به طبقه هدف خود، به ارتفاع ساختمان بستگی ندارد، بلکه به سرعت، تعداد توقف­ها، تعداد درب­ها و بالاترین طبقه برگشت بستگی دارد. هر آسانسور MULTI در هر صعود و فرود یک مقدار ثابت توقف می­کند، بنابراین هیچ راهی برای تغییر زمان لازم برای رسیدن به هر مقصد وجود ندارد.

9شکل 9: این نمودار برای توضیح چگونگی ایجاد چرخش در سیستم های راه­آهن می­باشد.

شکل 10: این تصویر مقدار زمان لازم را قبل از اینکه آسانسور به طبقه اختصاص داده شده در ارتفاع­های مختلف ساختمان برسد را نشان می­دهد.

برنامه‌های در حال اجرا و آینده

در سال 2015، اولین مدل کامل MULTI در مقیاس 1: 3 به طور عمومی در مرکز نوآوری در خیخون، اسپانیا رونمایی شد. این مدل MULTI، همان‌طور که در شکل 11 دیده می­شود، به عموم مردم نشان داد که آسانسور بدون سیم بکسل امکان‌پذیر است و پایه­ای برای نمونه­های بزرگ‌تر و پیچیده­تر که در Rotweil آلمان توسعه داده می­شود، گردید.

شکل 11: این تصویر شفت دو در ده متر و چهار کابین را نشان می­دهد که یک سیستم MULTI در یک حلقه حرکت می­کنند.

 

در سال 2017، ThyssenKrupp به طور عمومی مرکز تحقيقات بالينی خود را در Rotweil آلمان افتتاح کرد. درون برج سیستم MULTI در سه شفت برج دوازده طبقه­ای نصب شده است. برج آزمایشی که در شکل 12 دیده می­شود، به عنوان Aufzug Testturm شناخته می­شود و در حال حاضر بزرگ‌ترین مرکز نوآوری فن­آوری آسانسور در آلمان است. از آنجا که Aufzug Testturm دارای بالاترین پلت فرم مشاهده عمومی در آلمان در ارتفاع 232 متر است، نمونه اولیه اولین فرصت برای شهروندان برای برقراری ارتباط با MULTI است.

12شکل 12: اینجا جایی است که بسیاری از آزمایشات برای سیستم آسانسور چند جهتی یا  MULTIصورت می­پذیرد.

اولین مشتری برای نصب آسانسور چند جهتی ( MULTI ) نیز OVG Real Estate بود، که می­خواهد MULTI ( آسانسور چند جهتی ) را با نام تجاری جدید خود و سازگار با محیط زیست، در بخش شرقی برج در برلین اجرا کند. این پروژه هنوز به تاریخ تکمیل نرسیده است، اما آینده MULTI (آسانسور چند جهتی ) بستگی به توانایی ThyssenKrupp برای موفقیت آن در ساخت واقعی دارد.

ThyssenKrupp همچنین تلاش­های زیادی برای وارد کردن MULTI در بخش حمل و نقل عمومی در آینده دارد. این شرکت امیدوار است که بتواند از MULTI برای ادغام آسمان خراش­ها با ایستگاه­های متروی زیرزمینی برای ورود و خروج از ایستگاه و نیز انتقال افقی در آن استفاده شود. این کار کارآمدتر است زیرا افزایش جمعیت باعث ایجاد نیازهای شدید در ایستگاه­ها می­شود.

چالش‌ها و مسائل

هزینه

در حال حاضر هیچ اطلاعات عمومی در مورد هزینه سیستم آسانسور MULTI منتشر نشده است. نظریه پردازان حدس می­زنند کهMULTI  به قیمت پنج برابر بیشتر از یک سیستم آسانسور استاندارد هزینه می­برد. با وجود برآورد قیمت­ها، توانایی MULTI به شدت بهبود بهره­وری فضای سبز و کاهش مصرف انرژی می­تواند مزایای مالی بلند مدت را در ساختمان­های بلند­تر از سیصد فوت داشته باشد که در آن هزینه­های آسانسور در آسمان بالا خواهد بود. با در نظر گرفتن قیمت­ها، مهندسان و معماران ممکن است به دلیل بهره­وری دراز مدت برای مقرون به صرفه بودن سیستم آسانسور MULTI، آسانسورهای ارزان قیمت و سنتی را نصب کنند.  ThyssenKrupp ممکن است مجبور به توسعه برنامه­هایی برای کاهش هزینه­های MULTI برای تبدیل شدن به آسانسور آینده باشد.

یکپارچه سازی

ThyssenKrupp نیاز به طراحی یک برنامه کارآمد، راحت و مقرون به صرفه برای نصب MULTI در ساختمان­های مرتفع است.

صلاحیت قضایی

ریک سایح، معاون رئیس شرکت مشاوره آسانسورVan Deusen & Associates ، در خصوص تنظیم مقررات MULTI، مخصوصاً زمانی که در بخش حمل و نقل عمومی اعمال می­شود، ابراز نگرانی کرده است. از آنجا که MULTI به عنوان بیش از یک آسانسور تنها در بخش حمل و نقل عمومی عمل می­کند، نقش واقعی آن بین آسانسور و گسترش عمودی سیستم حمل و نقل، محو می­شود. علاوه بر این، او نگران است که ساخت کدهای ایمنی جدید توسط یک فن­آوری که خیلی متفاوت از آسانسور سنتی باشد مشکلاتی را برای ادغام MULTI به صنعت حمل و نقل ایجاد خواهد کرد.

افکار نهایی

برای تنظیم جمعیت شهری رو به رشد، آسمان خراش­ها باید به گونه­ای پایدار، اقتصادی و کاربر پسند ساخته شوند. یک عامل مهم در ساخت آسمان خراش­های پایدار و کاربر پسند آسانسور است. اگر چه آسانسورها یک عنصر مهم طراحی، استفاده و دسترسی به آسمان خراش­ها هستند اما طراحی آن­ها در بیش از 160 سال به طور قابل توجهی تغییر نکرده است. آن­ها مقدار قابل توجهی از انرژی ساختمان را مصرف می­کنند و نمی­توانند به طور مداوم در ساختمان­هایی با ارتفاع مشخص به مسائل ایمنی مورد استفاده قرار گیرند. این منجر به ایجاد ساز و کارهای جایگزین آسانسور مانند لابی­های آسمان و منطقه ­بندی شده است.

ThyssenKrupp در تلاش برای کاهش موضوع تداوم آسانسور ها در آسمان خراش­ها،آسانسور چند جهتی (MULTI) ، یک آسانسور بدون سیم بکسل را ایجاد کرد. آسانسور چند جهتی (MULTI) با استفاده از تعلیق مغناطیسی به جای سیم بکسل برای حرکت آسانسور در یک حلقه شبیه به یک قطار استفاده می­کند. پیاده­سازی MULTI در یک آسمان خراش دارای مزایای بیشتری نسبت به آسانسورهای سنتی مانند مصرف انرژی پایین و افزایش بهره­وری از طریق شفت آسانسور­های کوچک‌تر است. اختراع آسانسور آسانسور چند جهتی (MULTI) برای حوزه مهندسی عمران مهم است زیرا راه حل جایگزین برای مسائل جاری در طراحی سازه­های عمودی است.

منابع:

[1] Rachel Dancer, Julia Jones. “THE USE OF ROPE-FREE MULTIDIRECTIONAL ELEVATORS IN SKYSCRAPERS”. University of Pittsburgh Swanson School of Engineering Submission Date 03.31.2018

گردآورنده: کارشناس ارشد فیزیک هسته ­ای مهندس کامران کشیری