История создания лифта.

А ведь, стоит немного пофантазировать, на тему что бы было, если бы лифт не изобрели, то начинаешь понимать, что без лифта облик современных городов был бы совсем иным. Не будь лифта, самые высокие дома вряд ли были бы выше хрущевских пятиэтажек.
   В середине ХХ в. этнографы наблюдали жизнь папуасского племени, по уровню своего развития находящегося в каменном веке. Погребальные обычаи этого племени требовали хоронить покойников на вершине деревьев. Для подъема мертвых тел аборигены использовали устройство, действующее по принципу современного лифта. Платформа, сплетенная из лиан и ветвей, поднимала груз с помощью противовеса. Вполне вероятно, что подобные конструкции были известны и в эпоху каменного века европейской цивилизации.
    У лифта, подъемного крана, лебедки и прочих подъемных механизмов один общий предок — рычаг, известный людям с древнейших времен. Рычаг в виде колодезного журавля использовался еще древними египтянами. В письменных памятниках Древнего Египта, датированных 2600 г. до н.э. найдено упоминание о подъемной платформе, которая использовалась для подъема грузов около 90 кг.

Рис.1 Колодезный журавль

Наиболее древним подъемным устройством — прообразом лифта является подъемник в одном из домов древнеримского города Геркуланум, который находится у подножия вулкана Везувий, и подобно Помпеям, стал его жертвой. При раскопках в доме были найдены хорошо сохранившиеся элементы подъемника, которое служило для поднятия приготовленных блюд из кухни в расположенную над ней столовую. Находка датируется 79 годом н.э, - годом извержения Везувия. Подъемник приводился в действие мускульной силой.
    Однако есть письменные упоминания о существовании прообразов лифтов, которые относится к еще более раннему периоду. Впервые лифт в своем трактате «Десять книг об архитектуре» описывает римский архитектор Витрувий, указывая на то, что конструкцию лифта разработал по его заказу Архимед из Сиракуз. Историки датируют рукопись 236 годом до н.э.
    Также достоверно известно, что во дворце римского императора Нерона также был подъемник, служащий для подъема не только грузов, но и людей. Нерон питал слабость к театральным действам, которые часто и устраивал у себя во дворце. Подъемник использовался для доставки на сцену театра актеров и декораций. Им пользовались не только при подготовке спектакля, но и во время него. Как и подъемник в Геркулануме, он приводился в действие мускульной силой людей.
    Из свидетельств очевидцев гладиаторских боев известно, что лифты применялись в римском Колизее для того, чтобы поднимать на поверхность арены гладиаторов и животных. Современные исследователи установили, что в Колизее существовали 12 лифтов, приводимых в движение рабами при помощи системы блоков. На рисунке показана принципиальная схема римских лифтов, а также фотография шахты лифты в Колизее.

Рис.2 Древнеримский подъемник

    Рис.3 Кинематическая схема подъемников в Колизее.

   Рис.4 Остатки подъемника в Колизее.

Из трудов Филона Александрийского мы узнаем, что в его эпоху (1 век н.э.) в Александрии Египетской существовал механизм, предназначенный для подъема воды из реки, по принципу действия напоминающий лифт.

              Рис.5 Подъемник в Александрии Египетской

Есть свидетельства о существовании лифта в Синайском монастыре (Египет, VI век н.э.), по некоторым источникам, он представлял собой плетеную клеть, подвешенную на пеньковых веревках, и приводился в действие колесом, вращаемым ослами.

   Механизмом, напоминающим по принципу действия лифт, пользовались в XVI-XVII веках н.э. крестьяне Индии для того, чтобы черпать воду из рек.

  Рис.6 Индийский подъемник XVI века

Из документальных источников известно, что в XVII веке в Китае можно было увидеть подобные конструкции для подъема воды из реки. Отличительной его особенностью было то, что он приводился в движение пр помощи педалей, вращаемых двумя людьми.

Рис.7 Китайский подъемник XVII века

В Европе и на Востоке при разработке месторождений полезных ископаемых в карьерах и шахтах часто использовали подъемники для подъема людей и грузов, приводимых в движение животными.

Рис.8 Подъемник в карьере

В XVII веке лифты, становятся предметом роскоши и развлечения среди высокопоставленных особ. Так, например, при Петре Первом, в одном из дворцов Петергофа был сооружен небольшой грузовой лифт, перемещающий обеденный стол между первым и вторым этажом. Имя мастера, спроектировавшего этот механизм, до наших дней не дошло.
    В 1743 году в Версальском дворце короля Франции Людовика XV был сооружен пассажирский лифт. Он предназначался для того, чтобы его Величество смогло без особых усилий осчастливить своим визитом любовницу, апартаменты которой располагалась этажом выше.

Рис.9 Лифт Людовика XV

Как видим, для того, чтобы подняться к возлюбленной, королю необходимо было воспользоваться помощью слуги. Таким образом, этот слуга знал когда и во сколько король изволили подняться к даме сердца, сколько там были и во сколько вернулись. Раз знал один слуга, то, вероятно, знал и весь двор. Никакой конспирации!

   Однажды в 1795 году в коридорах Зимнего дворца в Петербурге царедворцы не без удивления наблюдали за тучным увальнем А. Безбородко. На сей раз канцлер пребывал в несвойственном для него состоянии возбуждения и экзальтации. Как выяснилось, он только что взлетел с первого этажа в царские апартаменты в «самоподъемном кресле». Это было не что иное, как прообраз лифта. Созданный выдающимся русским изобретателем И. Кулибиным подъемный механизм действовал с помощью одного или двух человек: специальные гайки, двигаясь по двум вертикально установленным ходовым винтам, поднимали площадку с кабиной. Подъемное кресло стало одним из наиболее любимых развлечений и высших сановников и дворцовой челяди. Это был первый пассажирский лифт, построенный в Российской империи.
    В 1800 году впервые в качестве привода для лифта была применена паровая машина. Это произошло на одной из шахт по добыче каменного угля в Америке. Владелец шахты сделал вывод, что использование паровой машины повысит скорость подъема угля и людей и, тем самым, увеличит эффективность производства. С этого момента началась эра коммерческой эксплуатации лифтов. Пользоваться ими стало экономически выгодно. Уже в 1835 году паровые грузовые лифты начали применяться на промышленных предприятиях Англии.

  Рис.10 Паровой лифт начала XIX века

Одним из недостатков паровых лифтов была постоянная необходимость поддерживать паровую машину в работе. Это не было особой проблемой на шахтах, где лифт работал постоянно, но создавало массу неудобств на предприятиях, где лифт был нужен эпизодически. По этой причине, а также из-за чрезмерной шумности паровые лифты не устанавливались в жилых домах. Проблема была отчасти решена в 1845г., когда американец Вильям Томсон разработал первый гидравлический лифт. Его конструкция также не была лишена недостатков, поскольку требовала наличия источника давления в жидкости. Им могла быть ... паровая машина. Основным преимуществом было то, что ее можно было разместить удаленно от места установки лифта, а подачу жидкости осуществлять по трубопроводу высокого давления. Появившиеся в то время в некоторых городах централизованные системы водопровода были малопригодны для использования с лифтами Томпсона, поскольку давление в них не превышало 0,38 МПа.

   В 1851 году инженер Вильям 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. Хотя подъемник 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 отеле Osmaston Manor. К середине 60-х годов XIX столетия крупные городские гостиницы в Англии тоже начинали использовать гидравлические пассажирские лифты.
    Это было время совместного существования паровых и гидравлических лифтов. В 1852 американский инженер Элайша Грейвс Отис создал изобретение, сделавшее лифт самым безопасным видом транспорта. За свою жизнь Отис сменил несколько профессий: был строительным рабочим, работал на лесопилке, строил кареты, служил на мебельной фабрике, выпускавшей кровати. Именно здесь в 1852 году его попросили сконструировать подъемник для доставки досок на второй этаж. Во время работы над подъемником Отис и сделал свое ключевое изобретение. Если до него трос к кабине крепился непосредственно, то Отис решил закрепить его посредством упругой стальной пластины-рессоры, а по бокам подъемника установить зубчатые рельсы. Под весом даже пустой платформы пружина выгибалась и свободно проходила между рельсами. В случае же обрыва каната пружина, распрямившись, своими концами застревала в зубцах рельсов, предотвращая падение.

Рис.11 Элайша Грейвс Отис

Отис назвал свой подъемник "безопасным лифтом" и основал фирму Otis Elevator, которая начала производство таких лифтов. В 1854 году для того чтобы увеличить продажи лифтов своей конструкции Отис придумал остроумный рекламный трюк. В одном из выставочных залов Нью-Йорка, где имелся высокий купол, между двумя опорами высотой 12 метров двигалась подъемная платформа. На вершине сооружения стоял помощник, державший в руке длинный меч. На платформе среди бочек и ящиков стоял сам изобретатель во фраке и в цилиндре. Паровая машина подтягивала платформу на самый верх, и ассистент по команде Отиса обрубал канат мечом. Платформа устремлялась вниз, но через метр-два автоматика со страшным скрежетом срабатывала и останавливала падение. Отис снимал цилиндр и кланялся публике.

                        Рис.12 Чертеж из описания к патенту US31128, выданный Э.Г. Отису.

Через три года, в 1857, фирма Otis Elevator установила первый свой пассажирский лифт в пятиэтажном магазине на Бродвее. Лифт брал до пяти человек и вез их со скоростью 20 сантиметров в секунду.

          Рис.13 Паровой лифт фирмы Otis Elevator (верхняя лебедка)

   Рис.14 Паровой лифт фирмы Otis Elevator (кабина)

    Рис.15 Паровой лифт фирмы Otis Elevator (нижняя лебедка)

Во второй половине XIX века в США началась эра строительства небоскребов. В первых небоскребах чаще применяли гидравлические лифты без каната: поршень, ходящий в длинном цилиндре, под напором воды выталкивал кабинку вверх. Такая система применялась в домах не выше 20 этажей, потому что для размещения гидроцилиндра под фундаментом дома необходимо было выкапывать глубокую яму. Зато гидравлические лифты двигались в несколько раз быстрее, чем паровые лифты системы Отиса. Кроме того, через некоторое время гидравлику усовершенствовали, разместив цилиндр горизонтально, а поршень через систему блоков тянул канат, поднимавший кабину.
    В 1859 году фирма Otis Elevator сконструировала в отеле "Пятая авеню" винтовой лифт. От подвала до чердака здание пронизывал огромный металлический винт, а кабина ходила по нему как гайка. Винт вращался через шкив ремнем от паровой машины, стоявшей в подвале. Когда винт вращался вправо, кабина шла вверх, влево - вниз. Чтобы кабина не вращалась вместе с винтом, вдоль одного ее угла в шахте лифта проходил рельс-ограничитель. Но эта система оказалась медленной, неудобной и дорогой. Было смонтировано только два таких лифта, которые проработали до 1875 года.
    В это же время совершенствовались конструкции гидравлических лифтов. На Всемирной выставке 1867 года в Париже инженер Леон 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 года. лифт с плунжерным цилиндром прямого действия и высотой подъема 128,5 м. Цилиндр размещался под кабиной в колодце, дно которого находилось на отметке 16 м ниже уровня моря. Использовалась также вода из городской водопроводной сети. Вскоре лифт этой конструкции был установлен на Эйфелевой башне, что подтверждением надежности конструкции французского изобретателя и позволило широкой общественности без труда наслаждаться видами Парижа с обзорной площадки башни.
    Фирма Otis Elevator не хотела уступать конкурентам, производившим гидравлические лифты, и с 1874 года начала предлагать гидравлические пассажирские лифты и грузовые подъемники своей конструкции.

Рис.16 Гидравлический лифт фирмы Otis Elevator

Рис.17 Грузовой гидравлический подъемник фирмы Otis Elevator

Противостояние гидравлических и паровых лифтов могло бы продолжаться еще дольше, но в 1880 году компания немецкого инженера Вернера фон Сименса построила в городе Мангейм первый в мире электрический лифт. Он поднимался на высоту 22 метра за 11 секунд.

   Рис.18 Демонстрация работы первого электрического лифта

Первый электрический лифт фирмы Otis Elevator был смонтирован в одном из нью-йоркских небоскребов в 1889 году.

Рис.19 Электрический лифт фирмы Otis Elevator

В 1887 году американец А. Майлс получил патент на электрический лифт, в котором была предусмотрена система блокировки дверей лифтовой шахты при отсутствии кабины на этаже.

Рис.20 Чертеж из описания к патенту US371207, выданный А. Майлсу

С этого времени началось развитие современных лифтов и распространение их по городам мира. Дальнейшие изобретения в сфере лифтов, в основном, касались систем управления и автоматизации обслуживания. Если для обслуживания первых лифтов требовался целый штат сотрудников (инженер для управления паровой машиной, лифтер в кабине, дежурные на этажах для закрывания и открывания дверей шахты), то к началу XX века вполне достаточно было одного лифтера в каждом лифте и одного электромеханика на несколько лифтов в здании. Лифтеры, одетые в униформу, подобно швейцарам стали одними из ключевых фигур обслуживающего персонала каждого отеля того времени. Но, созданная в 1924 году фирмой Otis Elevator система вызова лифта нажатием кнопки на этаже, и автоматические двери, изобретенные инженером Хаугтоном в 1926 году, позволили полностью автоматизировать лифты и упростить их обслуживание.

   Поставляя лифты в по всему миру, фирмы-производители столкнулись с проблемой нумерации этажей зданий в разных странах. В большинстве стран Европы, странах Британского Содружества, Латинской Америке этаж, находящийся на уровне земли, называют "ground floor", этаж над ним — первым этажом. В Северной Америке (исключая провинцию Квебек в Канаде) этаж, находящийся на уровне земли называют первым этажом, хотя кое-где прижилось название "ground floor". Следующий за ним этаж называют вторым. Такая система распространена в странах бывшего СССР, кое-где в Восточной Европе, Дании, скандинавских странах.
    Полная неразбериха возникает при наименовании подземных этажей. На кнопках лифта их обозначают и как "B" - "Basement" и как "P" - "Parking", и как "L" (или "LL") - " Lobby" (или "Lower Level"). Этажи, находящиеся еще ниже, могут быть обозначены "LG" - "Lower Ground", "SB" - "Sub-Basement". Иногда встречаются и числовые обозначения (-1, -2, -3 и т.д.). А иногда и буквенно-числовые: "B1", "B2", "B3" или "P1", "P2", "P3".
    В домах США и Канады отсутствуют 13-этажи, что связано с поверьем о несчастливом числе 13. Следующий за 12-м этажом будет обозначен как 14-й или назван каким-то словом, например Skyline.

Рис.21

 А в Китае и ряде соседних стран в больничных зданиях нет 4-го этажа, потому что слово "четвертый" очень похоже по звучанию на слово "смерть".

Путаница с названиями этажей в разных странах приводит к тому, что часто туристы не могут разобраться в панели управления лифтом и нажимают не те кнопки, которые нужно. Ситуация усугубляется тем, что некоторые организации заказывают для своих лифтов совершенно нестандартные панели. Например, один из отелей в Торонто решил пронумеровать этажи так: "A", "M", "MM", "C", "H", и "1" (соответственно, Arcade, Main, Main Mezzanine, Convention, Health Club, и 1-й этаж).

Один из торговых центров Гонконге почему-то имеет три этажа "ground floor" и два вторых этажа.

   Рис.23

В сингапурском музее Азиатской цивилизации существует всего два этажа, зато панель управления лифтом содержит 13 кнопок!

Рис.24

В одном из офисных зданий в Сингапуре применена нумерация этажей, включающая этажи "B2", 1-й, 31-й и, сразу затем, 42-50.

Рис.25

А в клинике Пидмонт (Атланта, США) врачи, чтобы избежать путаницы с этажами, решили обозначить их различными цветами! Но, затем кто-то из офтальмологов вспомнил, что некоторые пациенты не могут различать цвета, поэтому на пульте управления пришлось дополнительно сделать пояснительные надписи.

Рис.26

Итак, в рамках этой статьи мы отследили эволюцию лифта от античности до современного времени. А что же дальше? Предлагаю теперь заглянуть в будущее. Каким изобретатели видят лифт будущего? Несомненно, он будет безопасным, автоматическим, быстрым. А, возможно, и космическим!
    Космический лифт - способ по выведению грузов на планетарную орбиту или за её пределы. Впервые идею создания космического лифта высказал К. Э. Циолковский в 1895 году. Идея основана на применении троса, протянутого от поверхности планеты к геостационарной орбитальной станции. Предположительно, такой способ в перспективе на порядки дешевле использования ракет-носителей. Трос будет удерживаться одним концом на поверхности планеты (Земли), а другим — в неподвижной над планетой точке выше геостационарной орбиты за счёт центробежной силы. По тросу поднимается подъёмник, несущий груз. За пределами геостационарной орбиты груз будет ускоряться, что позволит даже отправлять его вовне планетарной орбиты. От троса требуется чрезвычайная прочность на разрыв в сочетании с лёгкостью, а его расчетная длина должна составлять не менее 35786 км. До недавнего времени у человечества не было подходящего материала для создания такого троса, но в 1991 году американскими учеными были изобретены углеродистые нанотрубки. По теоретическим расчётам, нанотрубки сейчас - наиболее подходящий материал. Если допустить пригодность их для изготовления троса, то создание космического лифта является решаемой инженерной задачей, хотя и требует использования передовых научных разработок и больших затрат. Создание лифта оценивается в 7—12 млрд. долларов США. НАСА уже финансирует соответствующие разработки американского Института научных исследований, включая разработку подъёмника, способного самостоятельно двигаться по тросу. Частная фирма Liftport пытается достичь той же цели к 2031 году. А уже сейчас регулярно проводятся конкурсы моделей космического лифта, на которых демонстрируются прототипы тросов и подъемников.

(Статья опубликована по материалам Российского географического общества. Автор статьи - Дмитрий Романенко).
{jcomments on}