آسانسور چطور کار می‌کند ؟ راهنمای تصویری قطعات آسانسور

در این مقاله قصد داریم به صورتی ساده، شفاف و همراه با تصاویر به این سوال پاسخ بدهیم که آسانسور چطور کار می‌کند. آسانسور، یکی از حیاتی‌ترین اختراعات مهندسی  است که زندگی در ساختمان‌های بلند را ممکن ساخته است. این وسیله که در نگاه اول تنها یک اتاقک متحرک به نظر می‌رسد، در واقع مجموعه‌ای هماهنگ از صدها قطعه مکانیکی، الکتریکی و ایمنی است که با دقتی شگفت‌انگیز در کنار یکدیگر کار می‌کنند. در این مقاله از سایت پلکان، به صورت کامل و جامع، به کالبدشکافی این سیستم پرداخته و تک‌تک اجزای آن را به تفصیل شرح خواهیم داد.

طبقه‌بندی اصلی اجزای آسانسور

برای درک بهتر، می‌توان اجزای آسانسور را به چهار دسته اصلی تقسیم کرد:

1. اجزای مکانیکی: قطعاتی که مسئولیت حرکت فیزیکی و تحمل بار را بر عهده دارند.
2. اجزای الکتریکی و کنترلی: مغز متفکر سیستم که فرمان‌ها را صادر و پردازش می‌کند.
3. اجزای ایمنی: مجموعه‌ای از سیستم‌های حیاتی که برای جلوگیری از هرگونه حادثه طراحی شده‌اند.
4. اجزای چاه و سازه: ساختار فیزیکی که کل سیستم را در خود جای داده است.

حال به بررسی دقیق‌تر هر بخش می‌پردازیم.

---

بخش اول: اجزای مکانیکی (قلب تپنده آسانسور)

این قطعات نیروی لازم برای حرکت را تولید و منتقل می‌کنند.

۱. موتور و گیربکس (Motor and Gearbox)

موتور، قلب آسانسور و منبع اصلی تولید نیروی محرکه است. موتورهای آسانسور عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• موتور گیربکس‌دار (Geared Motor): در این نوع، یک جعبه دنده (گیربکس) بین موتور الکتریکی و فلکه کششی قرار دارد. گیربکس سرعت بالای موتور را به سرعتی پایین‌تر اما با گشتاور بسیار بالاتر تبدیل می‌کند که برای به حرکت درآوردن کابین مناسب است. این موتورها معمولاً در آسانسورهای با سرعت متوسط و ساختمان‌های نه چندان بلند (تا حدود ۱۵ طبقه) استفاده می‌شوند.
• موتور بدون گیربکس (Gearless Motor): در این سیستم پیشرفته‌تر، فلکه کششی مستقیماً به روتور موتور متصل است. این موتورها برای دستیابی به سرعت‌های بالا (از $m/s$ تا بیش از $m/s$) و در برج‌ها و آسمان‌خراش‌ها استفاده می‌شوند. این نوع موتور به دلیل عدم وجود گیربکس، بازدهی بالاتر، صدای کمتر، حرکت نرم‌تر و طول عمر بیشتری دارند.

۲. فلکه کششی یا هرزگرد (Traction Sheave)

این قطعه یک قرقره بزرگ و شیاردار از جنس چدن است که مستقیماً (در سیستم گیرلس) یا از طریق گیربکس (در سیستم گیربکس‌دار) به موتور متصل است. سیم بکسل‌ها روی این شیارها قرار می‌گیرند. نیروی کشش و اصطکاک بین شیارهای فلکه و سیم بکسل‌هاست که باعث حرکت عمودی کابین و وزنه تعادل می‌شود. طراحی دقیق زاویه و شکل این شیارها برای جلوگیری از لغزش و سایش سیم بکسل‌ها حیاتی است.

۳. سیم بکسل‌ها (Steel Ropes / Cables)

سیم بکسل‌ها وظیفه تعلیق کابین و وزنه تعادل و انتقال نیروی موتور را بر عهده دارند. برخلاف تصور عمومی، این یک سیم واحد نیست، بلکه مجموعه‌ای از (معمولاً ۴ تا ۸) رشته طناب فولادی است که هر کدام از چندین سیم فولادی نازک‌تر به هم تابیده شده‌اند. این ساختار چندرشته‌ای دو مزیت بزرگ دارد:

• انعطاف‌پذیری: به راحتی روی فلکه کششی خم می‌شود.
• ایمنی فوق‌العاده بالا: ضریب اطمینان سیم بکسل‌ها معمولاً بالای $12$ است، به این معنی که آنها می‌توانند بیش از $12$ برابر ظرفیت نامی آسانسور را تحمل کنند. همچنین، پاره شدن ناگهانی تمام آنها به صورت همزمان تقریباً غیرممکن است.

۴. وزنه تعادل (Counterweight)

این یکی از هوشمندانه‌ترین بخش‌های طراحی آسانسور کششی است. وزنه تعادل، یک کادر فولادی سنگین است که با وزنه‌های چدنی یا بتنی پر شده و وزن آن تقریباً معادل وزن کابین خالی به اضافه 40% تا 50%  ظرفیت نامی آسانسور است. این وزنه از طریق سیم بکسل‌ها به طرف دیگر کابین متصل است.

• عملکرد: وزنه تعادل، بخش عمده‌ای از بار سیستم را خنثی می‌کند. در نتیجه، موتور تنها نیاز به غلبه بر اختلاف وزن بین کابین (با مسافرانش) و وزنه تعادل، و همچنین نیروی اصطکاک دارد. این کار باعث صرفه‌جویی زیادی در مصرف انرژی می‌شود و اجازه می‌دهد از موتورهای بسیار کوچک‌تری استفاده شود.

ظرفیت نامی آسانسور به حداکثر وزنی که کابین آسانسور مجاز به حمل آن است، بر اساس کیلوگرم یا تعداد افراد، گفته می‌شود. این ظرفیت بر اساس استانداردها و محاسبات دقیق تعیین می‌شود تا ایمنی و کارایی آسانسور تضمین شود.

۵. ریل‌های راهنما (Guide Rails)

دو جفت ریل فولادی صیقلی با مقطع T شکل که به صورت عمودی در تمام طول چاه آسانسور نصب شده‌اند. یک جفت برای هدایت کابین و جفت دیگر برای هدایت وزنه تعادل است. وظایف اصلی آنها عبارتند از:

• هدایت دقیق حرکت عمودی کابین و وزنه تعادل.
• جلوگیری از نوسانات افقی کابین.
• فراهم کردن یک سطح مستحکم برای عملکرد ترمز ایمنی (پاراشوت) در مواقع اضطراری.

۶. کفشک‌های راهنما (Guide Shoes)

این قطعات به بالا و پایین کادر وزنه و یوک کابین متصل هستند و در تماس مستقیم با ریل‌های راهنما قرار دارند. این کفشک ها حرکت کابین و وزنه را روی ریل‌ها نرم و روان می‌کنند. دو نوع اصلی دارند:

• کفشک‌های لغزشی (Sliding Shoes): ساده‌تر و ارزان‌تر هستند و نیاز به روغن‌کاری مداوم ریل‌ها دارند.
• کفشک‌های غلطکی (Roller Guides): دارای سه چرخ با فنر هستند که از سه جهت به ریل می‌چسبند. این نوع برای آسانسورهای سرعت بالا استفاده می‌شود و حرکتی بسیار نرم‌تر و بی‌صداتر را فراهم می‌کند.

۷. یوک یا قاب کابین (Car Sling/Frame)

چارچوب فلزی محکمی است که کابین را در بر گرفته و تمام بارهای استاتیکی و دینامیکی (وزن کابین، مسافران، نیروهای شتاب و ترمز) را تحمل می‌کند. سیم بکسل‌ها، کفشک‌های راهنما و سیستم ترمز ایمنی (پاراشوت) همگی به یوک متصل هستند.

---

بخش دوم: اجزای الکتریکی و کنترلی (مغز آسانسور)

این بخش مسئول دریافت ورودی‌ها (فشردن دکمه‌ها)، پردازش آنها و صدور فرمان‌های لازم به اجزای مکانیکی است.

۱. تابلو فرمان (Control Panel / Controller)

تابلو فرمان مغز اصلی آسانسور است که معمولاً در موتورخانه قرار دارد. این بخش یک کابینت فلزی پر از بردهای الکترونیکی، ریزپردازنده‌ها (Microprocessors)، رله‌ها، کنتاکتورها و درایو کنترل سرعت موتور است. وظایف تابلو فرمان عبارتند از:

• ثبت درخواست‌ها از طبقات و داخل کابین.
• تصمیم‌گیری برای حرکت (انتخاب نزدیک‌ترین کابین، پاسخ به درخواست‌ها به ترتیب بهینه).
• کنترل دقیق سرعت و شتاب موتور برای شروع حرکت، رسیدن به سرعت نامی و توقف نرم.
• ارسال فرمان باز و بسته شدن درب‌ها.
• نظارت دائمی بر تمام سیستم‌های ایمنی.
• نمایش موقعیت و وضعیت آسانسور.

۲. شستی‌های احضار و طبقات (Hall Call & Car Operating Panel – COP)

این بخش رابط کاربران با تابلو فرمان آسانسور است . شستی‌های احضار در طبقات (Hall Call) برای درخواست آسانسور در هر طبقه و شستی‌های داخل کابین (COP) برای انتخاب طبقه مقصد، باز و بسته کردن درب، و زنگ خطر استفاده می‌شوند.

۳. تراول کابل (Traveling Cable)

یک کابل تخت و بسیار انعطاف‌پذیر شبیه به یک روبان پهن است که از یک سو به زیر کابین و از سوی دیگر به جعبه‌ای در میانه چاه (و از آنجا به تابلو فرمان) متصل است. این کابل مانند یک بند ناف، تمام ارتباطات الکتریکی و داده‌ای بین تابلو فرمان و کابین را برقرار می‌کند. اطلاعاتی مانند فرمان‌های طبقات، سیگنال‌های نمایشگر، برق روشنایی و فن، و خطوط ارتباطی اضطراری از طریق این کابل منتقل می‌شوند.

۴. سیستم درب (Door System)

سیستم درب، به تنهایی یک زیرسیستم پیچیده است که شامل موارد زیر می‌باشد:

• درب کابین و درب طبقات (Car Door & Landing Doors): درب کابین به همراه خود یک موتور (اپراتور درب) دارد و جدای از بقیه سیستم، فعال است. درب‌های طبقات، غیرفعال (Passive) هستند و هیچ موتوری ندارند.
• محرک درب یا اپراتور (Door Operator): موتوری که روی یوک کابین نصب شده و مسئول باز و بسته کردن درب کابین است.
• مکانیسم کوپلر (Door Coupler / Clutch): یک قطعه مکانیکی کلیدی روی درب کابین است. هنگامی که کابین دقیقاً در تراز طبقه متوقف می‌شود، این مکانیزم با قفل درب طبقه درگیر شده و هنگام باز شدن درب کابین، درب طبقه را نیز همراه خود باز می‌کند. این قطعه تضمین می‌کند که درب طبقه هرگز باز نشود، مگر اینکه کابین در آن طبقه حضور داشته باشد.

---

بخش سوم: اجزای ایمنی 

آسانسورها به دلیل وجود چندین لایه سیستم ایمنی مستقل و افزونه (Redundant)، یکی از امن‌ترین وسایل حمل و نقل در جهان هستند.

۱. گاورنر سرعت (Overspeed Governor)

این دستگاه یک چرخ دوار است که در موتورخانه نصب شده و سیم بکسل نازک مخصوص به خود را دارد که به سیستم پاراشوت روی کابین متصل است.

• عملکرد: سرعت چرخش گاورنر مستقیماً با سرعت حرکت کابین متناسب است. اگر سرعت کابین از حد مجاز (معمولاً حدود 115% سرعت نامی) فراتر رود، نیروی گریز از مرکز باعث باز شدن وزنه‌هایی در داخل گاورنر می‌شود. این عمل ابتدا یک سوئیچ الکتریکی را فعال کرده و برق موتور را قطع می‌کند. اگر سرعت همچنان افزایش یابد، یک فک مکانیکی، سیم بکسل گاورنر را قفل می‌کند.

۲. ترمز ایمنی یا پاراشوت (Safety Gear / Parachute)

این قطعه  مهم‌ترین سیستم ایمنی مکانیکی آسانسور است که مستقیماً روی یوک کابین نصب شده است.

• عملکرد: هنگامی که سیم بکسل گاورنر (که در بالا توضیح داده شد) قفل می‌شود، حرکت آن متوقف شده و این توقف باعث فعال شدن یک سیستم اهرم‌بندی در پاراشوت می‌شود. این اهرم‌ها، فک‌های گُوِه‌ای یا غلتکی بسیار محکمی را با نیروی فوق‌العاده‌ای به ریل‌های راهنما می‌فشارند و کابین را به شکلی کنترل‌شده و سریع متوقف می‌کنند. این سیستم کاملاً مکانیکی است و حتی در صورت قطع کامل برق نیز عمل می‌کند.

۳. بافرها (Buffers)

این قطعه ضربه‌گیرهای قدرتمندی هستند که در انتهای چاهک (Pit)، زیر مسیر حرکت کابین و وزنه تعادل نصب می‌شوند. وظیفه آنها متوقف کردن ایمن کابین یا وزنه در صورتی است که به هر دلیلی از پایین‌ترین طبقه عبور کنند. دو نوع اصلی دارند:

• بافرهای فنری (Spring Buffers): برای آسانسورهای با سرعت پایین.
• بافرهای هیدرولیکی (Oil/Hydraulic Buffers): برای آسانسورهای با سرعت بالا که انرژی جنبشی بیشتری را جذب کرده و توقف نرم‌تری را ایجاد می‌کنند.

۴. قفل درب طبقات (Door Interlocks)

این بخش یک سیستم قفل الکترومکانیکی روی هر درب طبقه است. این قفل تضمین می‌کند که:

1. آسانسور حرکت نخواهد کرد مگر اینکه تمام درب‌های طبقات کاملاً بسته و قفل شده باشند.
2. درب یک طبقه باز نخواهد شد مگر اینکه کابین در آن طبقه متوقف باشد.

۵. لیمیت سوئیچ‌ها (Limit Switches)

این بخش، سوئیچ‌های الکتریکی است که در بالا و پایین چاه نصب می‌شوند.

• لیمیت سوئیچ‌های عادی: به تابلو فرمان اطلاع می‌دهند که کابین به طبقات اول یا آخر نزدیک می‌شود تا سرعت را کاهش دهد.
• لیمیت سوئیچ‌های نهایی (Final Limit Switches): در صورت عمل نکردن سیستم‌های عادی و عبور کابین از طبقات نهایی، این سوئیچ‌ها مستقیماً برق اصلی موتور و سیستم کنترل را قطع می‌کنند تا از برخورد کابین به سقف یا کف چاه جلوگیری شود.

---

بخش چهارم: اجزای چاه و سازه

در واقع این بخش ساختارهای فیزیکی ای هستند که کل سیستم آسانسور را در خود جای می‌دهند.

• چاه آسانسور (Hoistway / Shaft): فضای عمودی که کابین و وزنه تعادل در آن حرکت می‌کنند.
• موتورخانه (Machine Room): اتاقی مجزا (معمولاً در بالای چاه) که موتور، تابلو فرمان و گاورنر در آن قرار دارند. (در آسانسورهای مدرن MRL – Machine-Room-Less، این قطعات در داخل خود چاه نصب می‌شوند تا در فضای ساختمان صرفه‌جویی شود).
• چاهک (Pit): پایین‌ترین قسمت چاه که بافرها در آن قرار دارند و فضایی برای تکنسین‌ها جهت بازرسی و تعمیر فراهم می‌کند.
• اورهد (Overhead): فاصله عمودی بین کف بالاترین طبقه تا سقف چاه. این فضا به عنوان یک منطقه ایمنی برای کابین و همچنین فضای کار برای تعمیرات لازم است.

---

یک سفر با آسانسور

1. احضار: شما دکمه احضار را در طبقه 5 فشار می‌دهید. سیگنال به تابلو فرمان ارسال می‌شود.
2. پردازش: تابلو فرمان موقعیت فعلی کابین (مثلاً طبقه 2) را بررسی کرده و دستور حرکت به سمت بالا را صادر می‌کند.
3. حرکت: تابلو فرمان به درایو موتور فرمان می‌دهد تا ولتاژ را به موتور اعمال کند. ترمز مغناطیسی موتور آزاد شده و موتور شروع به چرخاندن فلکه کششی یا هرزگرد می‌کند.
4. کشش: اصطکاک بین فلکه و سیم بکسل‌ها باعث می‌شود کابین به سمت بالا و وزنه تعادل به سمت پایین حرکت کند. کفشک‌ها، کابین را روی ریل‌ها هدایت می‌کنند.
5. نظارت: در تمام طول مسیر، گاورنر سرعت را کنترل می‌کند و تراول کابل ارتباط بین کابین و تابلو فرمان را حفظ می‌کند.
6. کاهش سرعت و توقف: با نزدیک شدن به طبقه 5، سنسورهای موقعیت به تابلو فرمان اطلاع می‌دهند. تابلو فرمان سرعت موتور را به تدریج کاهش می‌دهد تا کابین به نرمی متوقف شود.
7. تراز شدن و ترمز: کابین دقیقاً در تراز طبقه 5 متوقف می‌شود و ترمز مکانیکی موتور فوراً درگیر شده و آن را ثابت نگه می‌دارد.
8. باز شدن درب: تابلو فرمان به اپراتور درب کابین فرمان باز شدن می‌دهد. کوپلر روی درب کابین با قفل درب طبقه 5 درگیر شده و هر دو درب با هم باز می‌شوند.
9. ایمنی: در تمام این مراحل، قفل‌های درب و سایر سیستم‌های ایمنی فعال و در حال نظارت هستند.

انواع اصلی آسانسور

علاوه بر اجزا، شناخت انواع اصلی آسانسور نیز مهم است:

• آسانسور کششی (Traction Elevator): رایج‌ترین نوع که در این مقاله به تفصیل شرح داده شد و با استفاده از موتور، سیم بکسل و وزنه تعادل کار می‌کند.
• آسانسور هیدرولیکی (Hydraulic Elevator): در این نوع، کابین بر روی یک پیستون قرار دارد که توسط فشار روغن هیدرولیک به سمت بالا حرکت می‌کند. برای پایین آمدن، یک شیر باز شده و روغن به مخزن برمی‌گردد و کابین تحت نیروی وزن خود پایین می‌آید. این آسانسورها کندتر هستند و برای ساختمان‌های کم‌ارتفاع (معمولاً تا ۶ طبقه) مناسبند.
• آسانسور بدون موتورخانه (MRL – Machine-Room-Less): نوعی از آسانسور کششی که در آن از موتورهای گیرلس بسیار فشرده استفاده می‌شود که در بالاترین قسمت چاه نصب می‌شوند و نیازی به موتورخانه مجزا ندارند.

نتیجه‌گیری

آسانسور یک اکوسیستم مهندسی شده و هماهنگ است که در آن هر جزء، از بزرگترین موتور تا کوچکترین سوئیچ، نقشی حیاتی و غیرقابل جایگزین دارد. این هماهنگی بی‌نقص بین سیستم‌های مکانیکی، الکتریکی و ایمنی است که باعث می‌شود ما هر روز با اطمینان کامل قدم در این اتاقک‌های متحرک بگذاریم و به راحتی در ارتفاعات جابجا شویم. درک پیچیدگی و دقت به کار رفته در طراحی و ساخت آسانسور، احترام ما را به این دستاورد بزرگ مهندسی دوچندان می‌کند.