Ascenseur

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Contexte

Un ascenseur est une plate-forme, ouverte ou fermée, utilisée pour soulever des personnes ou des marchandises vers les étages supérieurs d'un bâtiment. Les ascenseurs sont une partie standard de tout grand bâtiment commercial ou résidentiel. Ces dernières années, l'introduction de la Federal Americans with Disabilities Act a exigé que de nombreux bâtiments de deux et trois étages soient équipés d'ascenseurs.

Des ascenseurs manuels ont été utilisés pour soulever des marchandises dans les entrepôts et les usines de fabrication dès les années 1600. L'ascenseur moderne est un descendant direct d'un design présenté pour la première fois par Elisha G. Otis à l'Exposition universelle de New York en 1853. Une caractéristique notable de l'ascenseur Otis, et la principale raison de son acceptation populaire, était un dispositif de sécurité qui s'est immédiatement engagé et a retenu l'ascenseur en cas de rupture des câbles de levage. Les premiers ascenseurs fonctionnaient à la vapeur pour faire tourner les tambours à câbles. En 1871, les premiers ascenseurs hydrauliques ont été introduits en utilisant la pression de l'eau comme source d'énergie. Au début, les vérins hydrauliques étaient d'une seule pièce, ce qui signifiait qu'un trou devait être creusé sous la cage d'ascenseur aussi profond que l'ascenseur devait être haut. Plus tard, des béliers hydrauliques télescopiques à sections multiples ont permis des trous moins profonds. Dans de nombreuses villes, l'énergie hydraulique pour ces premiers ascenseurs était fournie par des compagnies d'électricité qui installaient et entretenaient des réseaux de canalisations hydrauliques dans toute la ville. Le premier ascenseur électrique à succès commercial a été installé en 1889, et l'électricité est rapidement devenue la source d'énergie acceptée.

Les ascenseurs électriques offraient deux avantages importants. Premièrement, l'électricité devenait manifestement universellement disponible, et tout bâtiment susceptible d'être équipé d'un ascenseur serait également alimenté en électricité. Deuxièmement, les ascenseurs hydrauliques étaient sévèrement limités dans la hauteur à laquelle ils pouvaient s'élever, tandis que les ascenseurs électriques, utilisant un simple système de câble et de poulie, n'avaient pratiquement aucune limite de hauteur. Pendant de nombreuses années, les ascenseurs électriques ont utilisé des moteurs à courant continu (CC) ou des moteurs à courant alternatif (CA). Aujourd'hui, presque tous les ascenseurs utilisent l'un des deux types de moteurs à courant alternatif :les plus courants sont les motoréducteurs pour les ascenseurs se déplaçant à des vitesses allant jusqu'à 500 pieds par minute (153 m par minute), tandis que les moteurs à entraînement direct sont utilisés pour les ascenseurs se déplaçant à des vitesses plus élevées. vitesses. Certains ascenseurs modernes à grande vitesse se déplacent jusqu'à 2 000 pieds par minute (610 m par minute).

Les systèmes de contrôle des premiers ascenseurs obligeaient les opérateurs humains à réguler la vitesse de l'ascenseur et de la descente, à arrêter l'ascenseur à chaque étage et à ouvrir et fermer les portes. Dans les années 1950, les systèmes de commande automatique à bouton-poussoir ont remplacé les commandes manuelles. Dans les années 1970, les commandes électromécaniques ont été progressivement remplacées par des commandes électroniques à semi-conducteurs.

Rouler dans une petite boîte à des centaines de pieds dans les airs serait une expérience déconcertante si l'on n'était pas convaincu de sa sécurité. Les ascenseurs électriques sont équipés de deux mécanismes de sécurité principaux :un régulateur qui contrôle la vitesse de l'ascenseur en contrôlant la vitesse des poulies de câble, et le frein d'urgence qui se compose de mâchoires qui saisissent les rails de guidage de l'ascenseur en cas de rupture des câbles. Les ascenseurs comprennent également des verrouillages de porte électromécaniques pour empêcher l'ascenseur de fonctionner si la porte n'est pas complètement fermée et pour protéger les passagers d'être piégés par la porte qui se ferme. Les mêmes verrouillages de porte empêchent également les portes extérieures de chaque étage de s'ouvrir si l'ascenseur n'est pas présent. La plupart des ascenseurs sont équipés d'un téléphone et parfois d'une trappe au plafond, afin que les passagers puissent appeler à l'aide ou s'échapper si un ascenseur se coince entre les étages.

Conception

Les ascenseurs eux-mêmes sont des appareils simples, et les systèmes de levage de base n'ont pas beaucoup changé depuis plus de 50 ans. Les systèmes de contrôle, cependant, ont considérablement changé pour améliorer la sécurité et la vitesse de fonctionnement. Les ascenseurs sont conçus pour un bâtiment spécifique, en tenant compte de facteurs tels que la hauteur du bâtiment, le nombre de personnes voyageant à chaque étage et les périodes d'utilisation intensive prévues.

La plupart des ascenseurs utilisent des contrepoids qui sont égaux au poids de l'ascenseur plus 40 % de sa charge nominale maximale. Ce contrepoids réduit le poids que le moteur doit soulever et garantit que l'ascenseur ne peut pas devenir incontrôlable tant que le câble est intact. Dans une installation à tambour de levage, un câble de levage descend d'un tambour d'entraînement fixé au moteur de levage, autour d'une grande poulie sur le dessus de l'ascenseur, jusqu'à une deuxième poulie suspendue au toit de la cage d'ascenseur, et redescend jusqu'à le contrepoids. Dans une installation de tambour de traction, le câble part de l'ascenseur, monte et une fois autour d'un tambour d'entraînement fixé au moteur de levage, puis revient au contrepoids. L'ascenseur, appelé la cabine, et le contrepoids fonctionnent chacun dans leurs propres ensembles de rails de guidage. Un deuxième câble de régulateur part de la cabine jusqu'à une poulie de régulateur, puis descend jusqu'à une poulie de tension au bas de la cage d'ascenseur et remonte à nouveau jusqu'à la cabine. Ce câble fait tourner la poulie du régulateur à une vitesse directement proportionnelle à la vitesse de la voiture. En cas de vitesse excessive de la cabine, le régulateur utilise un autre câble pour activer les mâchoires de freinage d'urgence qui saisissent les rails de guidage et ralentissent la cabine jusqu'à l'arrêt.

Une barre en rampe sur le côté de la cage d'ascenseur active une série d'interrupteurs à l'extérieur de la cabine pour ralentir et arrêter la cabine au bon étage. Lorsque la voiture s'approche de l'étage souhaité, la rampe active l'interrupteur de ralentissement, qui signale au moteur de levage de réduire la vitesse. Lorsque la voiture est alignée avec l'ouverture extérieure de la porte, la rampe active un interrupteur de fin de course pour arrêter la voiture. Si les interrupteurs de verrouillage de porte détectent également que la voiture est au bon endroit, le moteur électrique d'ouverture de porte est activé pour ouvrir à la fois la porte intérieure de la voiture et la porte extérieure du plancher.

Les bâtiments commerciaux modernes ont généralement plusieurs ascenseurs avec un système de contrôle unifié. L'objet du système de contrôle est de minimiser le temps moyen que passe un passager à partir du moment où le bouton d'appel de l'ascenseur est enfoncé jusqu'à l'arrivée du premier ascenseur disponible. Différents systèmes utilisent différents niveaux de sophistication. Les systèmes les plus simples utilisent un seul bouton haut et bas à chaque étage quel que soit le nombre d'ascenseurs. Lorsqu'un passager demande un ascenseur, le contrôleur envoie l'ascenseur le plus proche qui se déplace dans la direction souhaitée. L'approche d'une cabine d'ascenseur est signalée par une flèche lumineuse au-dessus des portes de l'ascenseur pointant vers le haut ou vers le bas.

Dans des systèmes plus sophistiqués, le contrôleur surveille le système d'appel d'ascenseur pour un ensemble, ou une banque, d'ascenseurs fonctionnant côte à côte. La zone de fonctionnement de ces ascenseurs est divisée en secteurs, chaque secteur étant composé d'étages adjacents. Lorsqu'une voiture a répondu à un appel et terminé le trajet désigné, elle devient disponible pour répondre à un autre appel. À ce stade, en fonction de la programmation du contrôleur, la voiture peut être ramenée à un étage « domicile » désigné, ou peut être envoyée au secteur le plus éloigné des autres voitures en fonctionnement ou disponibles pour couvrir ce secteur. Lorsqu'un appel est reçu, le contrôleur compare automatiquement l'emplacement de toutes les voitures de la banque et envoie la plus proche.

Les contrôleurs peuvent également être programmés pour répondre différemment à différents moments de la journée. Par exemple, le contrôleur d'ascenseur d'un immeuble de bureaux très fréquenté recevra une prépondérance d'appels du rez-de-chaussée le matin, lorsque les travailleurs arrivent et doivent se rendre sur leur lieu de travail aux étages supérieurs. Dans ce cas, le contrôleur sera programmé pour envoyer toutes les voitures non affectées au rez-de-chaussée, plutôt que de les faire retourner à un étage d'accueil dans leur secteur. Plus tard dans la journée, un ensemble d'instructions différent peut être utilisé pour envoyer des ascenseurs non affectés à différents secteurs, car les passagers quittant le bâtiment seront beaucoup plus également répartis entre les étages que le matin.

Tous les ascenseurs modernes sont également dotés de commandes spéciales que les pompiers peuvent activer avec une clé pour que les ascenseurs se rendent directement à un étage spécifique sans arrêts intermédiaires.

Matières premières

La cabine d'ascenseur elle-même est construite avec un cadre en acier pour plus de durabilité et de résistance. Un ensemble de poutres en acier au-dessus de la cabine, appelée traverse, enjambe la cage d'ascenseur d'un côté à l'autre et maintient la poulie du câble de levage. Une structure en acier, appelée élingue, s'étend sur les côtés de la voiture à partir de la traverse et berce le sol ou la plate-forme. Les côtés d'une cabine d'ascenseur sont généralement en tôle d'acier et sont garnis à l'intérieur de panneaux décoratifs. Le sol de la voiture peut être carrelé ou recouvert de moquette. Les mains courantes et autres garnitures intérieures peuvent être en acier inoxydable pour l'apparence et la résistance à l'usure. Un plafond suspendu est généralement suspendu sous le toit de la voiture et peut contenir un éclairage fluorescent au-dessus des panneaux diffuseurs en plastique. Les commandes de l'ascenseur, les boutons d'alarme et le téléphone d'urgence sont contenus derrière des panneaux à l'avant de la voiture, à côté des portes.

Des rouleaux de guidage en acier ou des patins de guidage sont fixés en haut et en bas de la structure de l'élingue de chaque côté pour courir le long des rails de guidage. Les rails de guidage sont également en acier et sont fixés aux murs intérieurs de la cage d'ascenseur qui s'étend du haut du bâtiment vers le bas. Le mécanisme de freinage d'urgence se compose de deux faces de serrage qui peuvent être entraînées ensemble par une cale pour serrer le rail de guidage. La cale est actionnée par une vis tournée par un tambour attaché au câble de secours.

L'ascenseur du nouveau grand magasin Lord and Taylor à New York ressemblait à ceci le jour de l'ouverture en 1873. (Provenant des collections du Henry Ford Museum &Greenfield Village.)

L'ascenseur fait partie de ces inventions dont l'"effet d'entraînement" est souvent négligé. Il suffit de penser à l'aspect pratique de tout immeuble de plus de huit ou dix étages sans ascenseur. Imaginez ensuite une ville moderne sans bâtiments de plus de dix étages. Avec l'acier de construction et le béton armé, l'ascenseur était essentiel au développement du gratte-ciel moderne et donc à la forme commune du centre urbain moderne.

L'impact pratique de l'ascenseur était presque égal à son impact symbolique. Les 1880$ furent des années d'immense croissance urbaine, et l'afflux de nouveaux arrivants dans les villes comprenait des gens de carrière de la classe moyenne ainsi que des ouvriers d'usine. Avec la montée en flèche de la valeur des propriétés dans les villes, les familles de la classe moyenne ne pouvaient pas se permettre des maisons unifamiliales. Les propriétaires d'immeubles ont fait la promotion de la vie en appartement avec des annonces d'équipements « de haute technologie » :eau courante chaude et froide, systèmes téléphoniques, centrale au gaz pour la cuisine et l'éclairage, salles de bains entièrement équipées et ascenseurs.

De plus, avec toutes ces commodités modernes, la vie en appartement captive l'imaginaire bourgeois comme l'incarnation d'une nouvelle organisation des tâches domestiques. Les bâtiments étaient équipés de systèmes de chauffage, de ventilation et de plomberie centralisés ; certains avaient des cuisines au sous-sol qui préparaient à manger pour les habitants des appartements individuels; certains avaient même un système d'aspirateur centralisé avec des buses dans chaque pièce reliée à une pompe au sous-sol.

L'ascenseur a même été vanté comme un contributeur à la démocratie. Dans un immeuble équipé d'un ascenseur, il n'y a guère de différence à l'étage où l'on habitait; chaque étage était également accessible. En revanche, en Europe, les familles aisées se trouvaient généralement dans les étages intermédiaires où elles n'avaient pas à monter de nombreux vols. Les familles les plus pauvres étaient généralement confinées au sous-sol ou aux étages supérieurs.

William S. Pretzer

Le câble de levage d'ascenseur se compose généralement de six torons ou plus, chacun étant constitué d'un certain nombre de fils d'acier séparés. Les brins peuvent être torsadés autour d'un centre de chanvre qui sert de coussin et contient également un lubrifiant.

Dans une installation de tambour de levage, un câble de levage descend d'un tambour d'entraînement fixé au moteur de levage, autour d'un grande poulie sur le dessus de l'ascenseur, jusqu'à une deuxième poulie suspendue au toit de l'ascenseur, et vers le bas en direction du contrepoids. Dans une installation à tambour de traction, le câble part de l'élévateur, monte et une fois autour d'un tambour d'entraînement attaché au moteur de levage, puis se bloque au contrepoids.

Les moteurs de levage électriques sont spécialement conçus pour le service d'ascenseur et peuvent entraîner le tambour de levage via une boîte de vitesses, les deux étant des pièces achetées.

Le processus de fabrication

1. Les cabines d'ascenseur sont construites dans l'usine du fabricant d'ascenseurs en utilisant des techniques standard de découpe, de soudage et de formage du métal. Si les voitures sont exposées aux intempéries pendant la construction du bâtiment, la garniture intérieure peut être installée une fois le bâtiment terminé.
2. Le reste de l'ascenseur est assemblé sur le chantier. La conception du bâtiment intègre la cage d'ascenseur dès le début, et la cage s'agrandit au fur et à mesure que le bâtiment est érigé. Les parois du puits sont en béton coulé, et la rectitude et La plupart des ascenseurs utilisent des contrepoids qui sont égaux au poids de l'ascenseur plus 40 % de sa charge nominale maximale. Ce contrepoids réduit le poids que le moteur doit soulever et garantit que l'ascenseur ne peut pas devenir incontrôlable tant que le câble est intact. les autres dimensions sont soigneusement surveillées à chaque étage.
3. Les rails de guidage, les rampes d'aiguillage, les échelles de service et les équipements de support similaires sont boulonnés dans le puits une fois les parois du puits terminées, mais avant que le toit ne soit recouvert.
4. Alors que le puits est encore ouvert en haut, une grue soulève le contrepoids jusqu'au sommet du bâtiment et l'abaisse dans le puits le long de ses rails.
5. La grue soulève ensuite la cabine d'ascenseur et l'insère en partie dans la gaine. Les roues de guidage relient la voiture aux rails de guidage, et la voiture est soigneusement abaissée au fond de l'arbre.
6. Le puits est ensuite couvert, laissant une salle des machines au-dessus du puits. Le moteur de levage, le régulateur, le contrôleur et d'autres équipements sont montés dans cette pièce, le moteur étant situé directement au-dessus de la poulie de la cabine d'ascenseur.
7. Les câbles de l'ascenseur et du régulateur sont tendus et attachés, les connexions électriques terminées et le contrôleur programmé.

Contrôle qualité

Chaque installation d'ascenseur aux États-Unis doit répondre aux normes de sécurité de l'American National Standards Institute et de l'American Society of Mechanical Engineers. Ces normes peuvent être incorporées dans les codes du bâtiment locaux, ou les codes locaux peuvent avoir leurs propres normes de sécurité. L'État doit inspecter, évaluer et certifier chaque installation d'ascenseur avant sa mise en service et doit réinspecter régulièrement par la suite.

Le futur

Les ascenseurs n'ont pas beaucoup changé depuis de nombreuses années et il est peu probable qu'ils le fassent dans un avenir proche. Les commandes électroniques continueront de s'améliorer de manière évolutive et peu spectaculaire. Des systèmes de contrôle sont en cours de développement qui tireront les leçons des modèles de trafic passés et utiliseront ces informations pour prédire les besoins futurs afin de réduire les temps d'attente. Les commandes laser sont utilisées, à la fois pour évaluer la vitesse et la distance des voitures, ainsi que pour scanner les étages des bâtiments à la recherche de passagers potentiels.