История лифта⁠⁠

Лифт считается одним из величайших изобретений человечества. Сами посудите: человек весом 70 кг при ходьбе по горизонтальной поверхности со скоростью 5 км/ч затрачивает за 10 минут 41 ккал, а при ходьбе вверх по лестнице за те же 10 минут он расходует 223 ккал. Представляете, как увеличиваются энергозатраты для подъема наверх? А если у человека вес далеко за 100 кг, к примеру, как у меня? Даже если не учитывать обувь, то на одной еде разориться можно. И человечество уже с самого начала развития цивилизации стремилось облегчить передвижение в вертикальном направлении. С древних времен сохранились материальные и письменные свидетельства о том, что изобретательская мысль усиленно работала в этом направлении, напридумав целую кучу разнообразных лифтов.

Итак, какие же бывают лифты? Лифты бывают разные, жидкие и газообразные. Думаете, просто шутка? Как бы не так – кроме большого количества лифтов, приводимых в действие вручную или животными, паровых лифтов, разных электрических лифтов, есть лифты гидравлические (жидкостные) и пневматические (приводимые в движение сжатым воздухом). Но давайте все по порядку, и начнем рассказ о лифтах, как полагается, с истории.

До нашей эры

Одним из первых материальных свидетельств постройки лифтов находится в древнеримском Колизее. Там в нижних этажах (гипогеи) сохранились остатки опор шахт, в которых находились подъемные механизмы, археологи даже нашли некоторые бронзовые элементы конструкции. По историческим сведениям, эти лифты предназначались для подъема на арену диких животных: львов, тигров, медведей, крокодилов, даже носорогов и гиппопотамов. Учитывая, что вес обыкновенного бегемота примерно 2 тонны, а некоторые особи достигают 4 тонн, для подъема такой туши нужно весьма мощное сооружение. И количество лифтов в Колизее было немалое – в гипогеи насчитано 28 мест с остатками конструкций. Чтобы подтвердить гипотезу существования таких лифтов, недавно немецкие археологи прямо в самом Колизее сделали реконструкцию такого подъемника, используя только те материалы, которые были в древнем Риме, и у них получилось! Для приведения в действие лифта использовался труд 8 человек, изображавших из себя рабов. Вон они пыхтят на фотографии, вращая вертикальный ворот.

Это что касается материальных свидетельств существования древних лифтов. Из письменных свидетельств отмечу рукопись древнеримского архитектора Витрувия под названием «Десять книг об архитектуре», в ней он упоминает лифт, изобретенный Архимедом лично для него. Трактат датируется 236 годом до н.э., то есть почти на 200 лет раньше, чем лифты Колизея!

Средние века

Единственным отличием средневековых лифтов от лифтов древних веков было широкое применение домашних животных в качестве движущей силы, ситуация с наличием рабов как-то постепенно ухудшалось из века в век. А так конструкция подъемников не особо отличалась от древних - те же канаты да деревянные детали. В рукописи Филона Александрийского (I век н.э.) можно прочесть, что в Александрии был механизм, напоминающий лифт, предназначенный для подъема воды из реки, в том же Египте, в синайском монастыре, в VI веке функционировал подъемник, представляющий собой плетеную клетку, подвешенную на веревках, приводился в действие колесом, вращаемым ослами. В XVII веке в Китае можно было увидеть похожие на лифт конструкции для подъема воды из реки, приводимые в действие быками.

Что касается Европы, то подъемники в основном применялись при разработке месторождений полезных ископаемых в карьерах и шахтах.

Так продолжалось до XVII века, когда богатеющая знать стала задумываться о комфорте. Не вся знать, конечно, только разные царские морды и высшие сановники государства. История зафиксировала сведения о том, что в 1743 году в Версале для короля Франции Людовика XV был сооружен пассажирский лифт, приводимый в движение слугами. С помощью этого механизма Его Величество могло, экономя силы, посетить свою фаворитку, герцогиню Шатору, апартаменты которой располагалась этажом выше.

В России устройство, напоминающее лифт, впервые отмечено во время царя Петра Первого - в Петергофе в одном из дворцов был установлен появляющийся и исчезающий обеденный стол, который царские слуги перемещали между нижними и верхними этажами здания. В 1793 году в Зимнем дворце в Петербурге русским механиком Кулибиным построено оригинальное «самоподъемное кресло», очень понравившееся Екатерине II. Вот как описывал Кулибин свое изобретение: «Изобретена машина, состоящая из двух толстых, стоящих неподвижно столбов, сделанных по образцу винтов, на коих подобно каретному корпусу место, с поставленными в нем креслами, с сидящей в них особой, помощью одного или двух человек, стоящих в том месте за креслами, должно подниматься и опускаться по перпендикулярной линии, но безо всякого притом опасного воображения; ибо вокруг тех столбов извивающиеся линии винтов утвердятся наикрепчайшим образом и составят некоторый род горы или фундаментальной лестницы, на чем вся тяжесть означенного корпуса, опираясь вверх и в исподь с перевесом гирь для легкости, движется на колесах». Этот лифт прекратили использовать после смерти императрицы.

Но все это были единичные конструкции, основной проблемой было отсутствие движителя, рабов и ослов на всех не напасешься. И лифты оставались простой игрушкой для очень богатых людей, пока на свет не появился паровой двигатель.

Недалекое прошлое

Уточнение. Пока не появился массовый паровой двигатель, ведь единичные экземпляры паровиков работали аж с 1698 года. А впервые применение парового двигателя для лифта зарегистрировано в 1800 году в Америке, на шахте по добыче каменного угля, с этого момента отсчитывается эпоха коммерческой эксплуатации лифтов. А в 1835 году паровые грузовые лифты начали применяться и на промышленных предприятиях, впервые это произошло в Англии.

Но это все промышленное применение лифтов, в жилых домах лифты до определенного времени так и не применялись из-за нескольких очень весомых причин:

1. Необходимость постоянно держать паровую машину включенной, так как процесс запуска паровой машины весьма долог. Для предприятий это не было недостатком, ведь на предприятии лифт работает постоянно, но для жилого здания, где лифт требуется эпизодически, такой режим неприемлем.

2. Очень большой шум, производимый паровой машиной. Одно дело, когда мимо тебя, делая «чух-чух», в клубах пара проплывает и уходит вдаль паровоз, это очень мило и вызывает чувство гордости за технический прогресс, другое дело, когда свист пара раздается у тебя под окнами постоянно.

3. Безопасность. Первые лифты вообще не обладали никакими системами безопасности и обрыв тросов или канатов приводил к падению кабин лифтов, которые почти всегда заканчивались смертью едущих на них или стоящих под ними. Да, на заводах и шахтах владелец предприятия был вынужден платить двойную плату рабочим за риск, связанный с падением лифта, но умереть в своем доме забесплатно никто не соглашался.

Третий пункт был наиболее важен, если с двигателем вопрос как-то решался по мере развития отрасли, то вопрос безопасности очень сильно тормозил внедрение лифтов в жилых зданиях. И тут американскому механику Элише Отису пришла в голову замечательная мысль.

Элиша Грейвс Отис (Elisha Graves Otis, 1811 - 1861) хоть и считается изобретателем лифта в довольно большом количестве популярной литературы, но на самом деле он изобрел не лифт, а систему остановки лифта в шахте при обрыве каната/троса. Случилось с ним это озарение в 1852г, когда он переехал в Нью-Йорк и устроился на работу на мебельной фабрике. В истории есть мнение, что Отис был свидетелем происшедшей на фабрике трагедии, когда оборвался трос грузового лифта, поднимающего на второй этаж доски для кроватей, и внизу погибли рабочие. Эта трагедия и подтолкнула Отиса на разработку механизма безопасности для подъемника.

Конструкция механизма Отиса

Вы будете смеяться, но в девяносто девяти процентах! статей с описанием работы этого простейшего механизма, которые я просмотрел, сама работа механизма описана неправильно. Это какой-то заговор, честное слово. То пишут, что "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". Бывает и такое: "Отис изобрел не лифт (идея тросового подъемника самоочевидна), а устройство для его остановки при обрыве тросов. Оно состояло из двух, установленных в вертикальной шахте зубчатых реек, и бегущих по нем шестерен. Когда тросы натянуты, эти шестерни вращаются свободно, не препятствуя движению кабины. Но стоит натяжению ослабнуть, и мощные пружины включали тормоз, шестерни переставали вращаться, и кабина надежно стопорилась". И много всяких вариаций эти двух основных версий.

Удивительно то, что эти описания часто сопровождаются надерганными из интернета картинками самого механизма Отиса, где нет ни пружины, застревающей в зубцах, ни тем более шестеренок. И у меня после прочтения такого количества неправильных статей даже сложилось впечатление, что некоторые люди пишут статьи, вообще не приходя в сознание. Поэтому давайте потратим немного времени и поймем, как работал механизм Отиса.

Вот люди (Courtesy Lee Gray, Professor, School of Architecture, UNC Charlotte, and his student assistants Michelle Coval and Taemi Kim) взяли патент Отиса и прямо по нему 3D редактором нарисовали виртуальный макет подъемника. Левую часть оставим в покое, это просто лебедка, отвечающая за подъем/опускание, смотрим на правую часть. Подъемник представляет собой П-образную раму, внизу рамы прикреплена горизонтальная платформа. Сама рама движется по двум направляющим с вырезанными на одной стороне зубцами. В верхней части рамы видим плоскую изогнутую пластину, именуемую рессорой, и два симметричных (справа и слева) Г-образных элемента. Сами Г-элементы через ось в месте перегиба прикреплены к раме через принадлежащие раме «уши» и могут немного вращаться на этой оси туда-сюда. На одном конце Г-образного элемента опять же через ось закреплен штырь, входящий в отверстие в раме сбоку, другим концом Г-образный элемент также через ось соединен с аналогичным элементом с другой стороны. Трос проходит через отверстие в раме, через отверстие в рессоре и закрепляется в месте соединения концов Г-образных элементов в центре.

Принцип работы. Рама под действием собственного веса натягивает трос, он давит на место соединения концов Г-образных элементов, элементы поворачиваются на оси в "ушах" и вытягивают своими другими концами штыри из отверстия на раме, позволяя раме с платформой свободно перемещаться верх-вниз. Одновременно место соединения в центре давит на изогнутую рессору, и она становится БОЛЕЕ плоской, сопротивляясь давлению. Теперь представим, что трос оборвался, и рама начала падение. Давление на рессору прекращается, она выгибается и уже сама начинает давить на место соединения концов Г-образных элементов в центре. Элементы начинают поворачиваться на оси уже в противоположную сторону, другими концами толкают штыри, они выходят за пределы рамы и ложатся на зубцы направляющих. Все, подъемник висит на этих штырях. Как видите, очень просто.

В 1853г Элиша Отис основал Otis Elevator Company и стал продавать свои безопасные подъемники. Дела поначалу шли с большим скрипом. Только 20 сентября 1853г состоялась первая продажа, некий Бенджамин Ньюхаус, владелец мебельной фабрики на 275 Гудзон-стрит в Нью-Йорке, приобрел грузовой лифт Отиса. Цена лифта составила $300 (примерно $3000 сейчас), но таких денег у покупателя не было, и Отис даже принял в качестве частичной оплаты несколько пушек (время такое было, свободное, эти пушки можно было потом перепродать). Всего в 1853г было продано три лифта, на этом продажи остановились, несмотря на печатную рекламную компанию фирмы Отис, где говорилось «Двенадцать человек погибли в этом городе (Йонкерс, штат Нью-Йорк) в течение четырех лет на обычных лифтах, но ни один не погиб, используя лифты компании Отис». И до середины 1854 года продаж не было, совсем. И тут Отис придумывает вещь, которая позже назовется "одной из гениальнейших рекламных кампаний".

Первая Всемирная ярмарка в Нью-Йорке, проходившая с 1853 по 1854 г в New York Crystal Palace. Выставку посетило в общей сложности 1,1 млн человек.

В главном зале Отис размещает свой лифт. На лифт грузят ящики, бочки, сам Отис встает на платформу и лифт начинает подниматься. Во время подъема он многословно рассказывает зрителям принцип работы механизма безопасности. А затем, когда лифт поднимается примерно на 10 метров, он дает команду своему помощнику, и тот саблей перерубает трос. Общий вопль зрителей, лифт начинает падение, но через полметра с лязгом останавливается. Отис снимает цилиндр, раскланивается и под аплодисменты толпы говорит свою знаменитую фразу: «Господа, все абсолютно безопасно!»

Этот трюк Отис проделывал неоднократно, и он стал одним из хитов выставки. Само-собой, продажи от такой эффектной презентации резво пошли вверх - в этот год продалось 7 лифтов, в 1855г уже 15, да и дальше продажи удваивались с каждым годом. А сейчас оборот Otis Elevator Сompany составляет $12 млрд, а количество сотрудников превышает 62 тысячи человек.

Но это я как-то драматично забежал вперед, вернемся к истории. Итак, старания Отиса по повышению доверия к лифтам дали свои плоды – лифтов становилось все больше и больше. Следует отметить, что кроме паровых лифтов на канатах, практически одновременно были изобретены лифты гидравлические (американец Уильям Томсон в 1845г, в 1851г изобретен гидравлический аккумулятор для увеличения и обеспечения постоянства давления поступающей в цилиндр воды). Поначалу они получили даже большее распространение, чем паровые ввиду своей простоты и безопасности (плунжер, ходивший в вертикальном цилиндре, расположенном ниже дна лифтовой шахты, толкал кабину лифта вверх, в случае поломки кабина просто медленно опускалась вниз). Когда в США в конце XIX века началась эра небоскребов, в них большинство лифтов в первое время были гидравлические – они двигались быстрее паровых лифтов в несколько раз. Правда, гидравлические лифты не ставились в дома выше 20 этажей – очень глубокие ямы для размещения гидроцилиндра получались. Но прогресс не стоит на месте, и через некоторое время изобретен гидравлический лифт с горизонтальным расположением цилиндра, и отпала необходимость в рытье глубокого котлована под цилиндр, одновременно решилась проблема с высотностью лифта. Между прочим, до сих пор действующий гидравлический лифт той эпохи находится в Париже. Да, на Эйфелевой башне. Внутри «ног» башни курсируют лифты фирмы Отис, они установлены там под руководством самого Густава Эйфеля в 1889г.

Соревнование паровых и гидравлических лифтов продолжалось до 1880г, когда фирма Siemens&Halske в Мангейме установила первый в мире электрический лифт с реечным механизмом, на высоту 20 м он поднимался за 11 сек.

С этого момента начинается господство электричества в лифтостроении. В 1889 г. Otis Elevator Company начала массовое производство электрических лифтов.

Эпохальные перемены в истории лифта завершились, началось усовершенствование систем управления и автоматизации. 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, в 1924 году фирмой Otis Elevator запатентована система вызова лифта нажатием кнопки на этаже, в 1926 году инженер Хаугтон изобрел автоматические двери - и всякие механики по обслуживанию паровых машин, лифтеры, управляющие самим лифтом, дежурные на этажах для закрывания и открывания дверей канули в вечность. Прогресс.

Современность

Продолжается господство электрических лифтов. Разумеется, какие-то новые идеи появляются, из существенных отмечу безредукторный привод KONE EcoDisc финской компании KONE, позволяющий разместить всё оборудование непосредственно в шахте и обойтись вообще без машинного отделения. Очень много работ проделано в направлении скоростных лифтов, это вообще фронтир передовых технологий, там масса сложностей, ранее неизвестных. Самые новейшие технологии, начиная от кремниево-азотных керамических тормозных устройств, полимерных тросов, систем кондиционирования, контролирующих давление воздуха внутри кабины лифта и уменьшающих «декомпрессионный» дискомфорт при быстром перемещении по вертикали. А компьютеризированные системы управления, основанные на нейросети на нечеткой логике, и учитывающие психологию пассажиров? Только по этим системам можно здоровущую статью написать.

Есть некоторый ренессанс гидравлических лифтов. Они, конечно, не такие, какие были в прошлом веке, механизмы стали меньше по размеру, обзавелись микроконтроллерами, упрощающими управление, тоже могут обходится без машинного отделения, самое главное, они экономичнее, чем чисто электрические (это и понятно, спуск кабины лифта происходит под действием силы тяжести).

Появился очень интересный тип лифта – воздушный, который производит компания Pneumatic Vacuum Elevators.

Теоретически это что-то типа пневмопочты, только увеличенной до размеров обычного небольшого лифта. Высота подъема такого лифта небольшая, только на два этажа, но эти лифты абсолютно безопасны, не требуют никаких строительных работ (установка в доме занимает один день), очень экономичны и недороги.

Заключение

Лифт, повторюсь, замечательная вещь. Он настолько вошел в нашу жизнь, мы так к нему привыкли, что как-то забывается о том, что он является «тpaнcпopтным cpeдcтвoм пoвышeннoй oпacнocти», тaким жe, кaк мeтpo или aвтoмoбиль. Этo, между прочим, прямо зaпиcaнo в фeдepaльныx нopмaтивныx дoкyмeнтax. И, как все транспортные средства, лифт имеет технический паспорт, должен проходить техосмотр и регулярно ремонтироваться. Там, где это помнят, с лифтами все нормально и они работают многие и многие годы, есть дома, где бесперебойная работа лифта длится многие десятки лет. А там, где про это забывают, могут произойти разные нештатные моменты. К примеру, известная трагедия, разыгравшая в Москве в элитном жилом комплексе «Алые паруса», где при падении кабины лифта погибла дочь известного ведущего. А лифты в этом жилом комплексе - швейцарской компании Schindler, и надежность этих лифтов высочайшая. Но человеческая халатность может испортить самую надежную технику. По некоторым сведениям, этот лифт был на стадии монтажа, но его разрешили в эксплуатацию!

Но не надо думать, что такое происходит только в нашей стране. К примеру, падение с 15-ти метровой высоты кабины лифта северной опоры Эйфелевой башни в Париже, в 2012 году, когда не сработало ни одно тормозное устройство. Хорошо, что тогда в кабине не было людей. А совершенно дичайший случай в 2013г в Шэньчжэне, Китай, когда женщину перерезало пополам, как гильотиной, между кабиной и стенками шахты. И таких случаев много по всему миру.

Соблюдайте правила пользования лифтами!