آسانسور کششی چیست؟ مزایا، معایب و کاربردهای عملی

مقدمه
آسانسور کششی سیستم متداولی است که حرکت کابین را با کمک سیم بکسل، قرقره و موتور تامین می کند. این نوع آسانسور در ساختمان های مرتفع و پروژه های با ترافیک متوسط تا زیاد استفاده می شود و به دلیل بازده بالاتر و قابلیت ارائه سرعت های بالاتر شناخته شده است. مقاله حاضر برای مدیران پروژه، مهندسان تاسیسات و پیمانکاران نگارش شده و شامل تعاریف، اجزا، مدل ها، محاسبات نمونه، جداول فنی، نکات اجرایی، نگهداری، مزایا و معایب و مقایسه با گزینه های دیگر است. در ادامه با واحدها (kW, V, A, m, kg, Pa و غیره) و یک مثال عددی قدم به قدم، طراحی و انتخاب موتور و سیستم کششی را بررسی می کنیم.

تعریف و اصول عملکرد

اسانسور کششی چیست و چگونه کار می کند؟

آسانسور کششی (Traction Elevator) سیستمی است که نیروی لازم را از یک موتور دورانی منتقل به قرقره (موتور-گریپر یا موتور-گیر بکس) می گیرد؛ سیم بکسل ها دور قرقره پیچیده می شوند و کابین را بالا و پایین می کشند. وزنه تعادل (counterweight) معادل بخشی از وزن کابین و بار را متعادل می کند تا نیروی موتر کاهش یابد و بازده انرژی بهبود یابد.

تفاوت با آسانسور هیدرولیکی و انواع دیگر

برخلاف آسانسور هیدرولیکی که از سیلندر و روغن تحت فشار برای حرکت خطی استفاده می کند، در سیستم کششی حرکت از طریق نیروی دورانی به نیروی خطی تبدیل می شود. سیستم های کششی برای ارتفاع های بلندتر و سرعت های بالاتر مناسب ترند و انواعی مانند geared (گیربکسی) و gearless (بدون گیربکس) یا MRL (Machine Room-Less) دارند. انتخاب بین این انواع باید بر مبنای سرعت، ارتفاع، ترافیک و هزینه عمرانی انجام شود.

اجزا، انواع و پیکربندی ها

اجزای کلیدی و نقش هر کدام

موتور (Machine Drive): تامین توان دورانی؛ می تواند گیربکسی یا گیرلس (gearless) باشد.
قرقره (Sheave): سیم بکسل ها روی آن می چرخند و حرکت را منتقل می کنند.
سیم بکسل ها: حمل بار کابین و وزنه تعادل.
وزنه تعادل (Counterweight): بخشی از بار را متعادل می کند تا توان موتور کاهش یابد.
ریل های راهنما و ضربه گیرها: هدایت کابین و جذب انرژی ضربه.
گاورنر یا کنترلگر سرعت (Overspeed Governor): برای قطع و ایمنی در سرعت های بیش از حد.
تابلو کنترل و درایو (VVVF/PLC): کنترل شتاب، سرعت و فرآیند های ایمنی.
این اجزا در اسناد فنی و استانداردهای نصب به طور مفصل تشریح شده اند.

انواع پیکربندی و مزایا/معایب هر نوع

Geared (گیربکسی): دارای گیربکس بین موتور و قرقره؛ برای سرعت های متوسط و هزینه اولیه کمتر مناسب است. مزیت: هزینه کمتر در برخی ظرفیت ها؛ عیب: نگهداری گیربکس و نویز بیشتر.

Gearless (بدون گیربکس): موتور مستقیماً به قرقره متصل است؛ مناسب سرعت بالا و ساختمان های بلند. مزیت: بازده انرژی بالاتر و سروصدای کمتر؛ عیب: هزینه اولیه بیشتر و نیاز به فضای ماشین.

MRL (Machine Room-Less): موتور و تجهیزات در بالای شفت یا درون شفت نصب می شوند و نیاز به اتاق ماشین مستقل را کاهش می دهند؛ مناسب پروژه هایی با محدودیت فضا.

اجزای ایمنی و استاندارد

ترمزهای مکانیکی و الکترومغناطیسی: نگه داشتن کابین در حالت ایست.

گاورنر و سیستم پاراشوت: فعال در صورت افزایش سرعت.

سیستم های مانیتورینگ و حفاظت از اضافه جریان، THD و قطع فاز.
تطبیق با استانداردهای ملی و بین المللی و بازرسی دوره ای برای رعایت ایمنی ضروری است.

مشخصات فنی، محاسبات عملی و جداول

واحدها و پارامترهای مرجع
در طراحی کششی از واحدهای زیر استفاده می شود: توان موتور — kW؛ توان ظاهری — kVA؛ ولتاژ — V؛ جریان — A؛ فرکانس — Hz؛ اعوجاج هارمونیکی — THD (%)؛ طول/ارتفاع — m؛ سطح — m²؛ وزن — kg یا kN؛ نیرو — N یا kN؛ انرژی — kWh؛ درصد برای بازده. درایوهای VVVF برای کنترل سرعت و کاهش مصرف به کار می روند.

مثال محاسباتی کامل (فرض شده)

داده های ورودی (فرض شده):

ظرفیت باربری (بار مسافر) = 1000 kg. (فرض شده)

وزن کابین = 400 kg. (فرض شده)

سرعت مطلوب = 1.6 m/s. (فرض شده؛ مناسب آسانسور کششی در ساختمان چند طبقه)

ارتفاع سرویس = 30 m. (فرض شده)

نسبت تقسیم سیم بکسل و ضریب ایمنی نادیده گرفته شده در محاسبه ساده.

g = 9.81 m/s².

قدم های محاسبه:

جرم کل کابین پر mtotal=1000+400=1400 kgm_{total} = 1000 + 400 = 1400\ \mathrm{kg}mtotal=1000+400=1400 kg.

طبق رویه متعارف، وزنه تعادل mcwm_{cw}mcw را برابر با نصف ظرفیت بار (500 kg) به اضافه وزن کابین در نظر می گیریم: mcw=500+400=900 kg m_{cw} = 500 + 400 = 900\ \mathrm{kg}mcw=500+400=900 kg. (قانون طراحی مرسوم).

جرم خالص جهت جابجایی توسط موتور: mnet=mtotal−mcw=1400−900=500 kgm_{net} = m_{total} - m_{cw} = 1400 - 900 = 500\ \mathrm{kg}mnet=mtotal−mcw=1400−900=500 kg.

نیروی موثر F=mnet⋅g=500×9.81=4905 NF = m_{net} \cdot g = 500 \times 9.81 = 4905\ \mathrm{N}F=mnet⋅g=500×9.81=4905 N.

توان مکانیکی لازم Pmech=F⋅v=4905×1.6=7848 W=7.848 kWP_{mech} = F \cdot v = 4905 \times 1.6 = 7848\ \mathrm{W} = 7.848\ \mathrm{kW}Pmech=F⋅v=4905×1.6=7848 W=7.848 kW.

فرض بازده کلی سیستم مکانیکی و درایو η=85%=0.85 \eta = 85\% = 0.85η=85%=0.85. (فرض شده؛ گیربکسی کمتر، گیرلس بالاتر).

توان الکتریکی مورد نیاز Pmotor=Pmechη=78480.85=9232 W=9.23 kWP_{motor} = \dfrac{P_{mech}}{\eta} = \dfrac{7848}{0.85} = 9232\ \mathrm{W} = 9.23\ \mathrm{kW}Pmotor=ηPmech=0.857848=9232 W=9.23 kW.

انتخاب تجاری: با فاکتور اطمینان 1.25، موتور تجاری پیشنهاد شده ≈ 11 kW (فرض شده).

اگر ولتاژ سه فاز V=400 VV = 400\ \mathrm{V}V=400 V و ضریب توان PF=0.92PF = 0.92PF=0.92، جریان تقریبی:

I=Pmotor3⋅V⋅PF=92323⋅400⋅0.92≈14.5 A.I = \dfrac{P_{motor}}{\sqrt{3}\cdot V \cdot PF} = \dfrac{9232}{\sqrt{3}\cdot 400 \cdot 0.92}\approx 14.5\ \mathrm{A}.I=3⋅V⋅PFPmotor=3⋅400⋅0.929232≈14.5 A.

توضیح: استفاده از وزنه تعادل باعث می شود توان مورد نیاز موتور به طور قابل ملاحظه ای کاهش یابد؛ این یکی از مزایای اصلی سیستم کششی است.

جدول مشخصات فنی نمونه

مشخصه	مقدار نمونه	واحد	توضیح مختصر
ظرفیت باربری	1000	kg	ظرفیت حمل مسافر (فرض شده)
وزن کابین	400	kg	وزن کابین و تجهیزات (فرض شده)
وزنه تعادل	900	kg	نیمه ظرفیت + وزن کابین (فرض شده)
سرعت	1.6	m/s	سرعت حرکت (فرض شده)
ارتفاع سرویس	30	m	طول شافت (فرض شده)
توان مکانیکی مورد نیاز	7.85	kW	P=F⋅vP = F\cdot vP=F⋅v
توان موتور پیشنهادی	11 (پیشنهادی)	kW	پس از احتساب بازده و فاکتور اطمینان (فرض شده)
جریان نامی	14.5	A	برای ولتاژ 400 V, PF=0.92
بازده سیستم	85	%	فرض شده برای سیستم کششی معمولی

جدول محاسبه نمونه (مرحله به مرحله)

مورد	مقدار	واحد
جرم کل mtotalm_{total}mtotal	1400	kg
وزنه تعادل mcwm_{cw}mcw	900	kg
جرم خالص mnetm_{net}mnet	500	kg
نیرو F=mnet⋅gF=m_{net}\cdot gF=mnet⋅g	4905	N
سرعت vvv	1.6	m/s
توان مکانیکی P=F⋅vP=F\cdot vP=F⋅v	7848	W
بازده η\etaη	0.85	—
توان موتور Pmotor=P/ηP_{motor}=P/\etaPmotor=P/η	9232	W
توان انتخابی تجاری	11	kW
جریان تقریبی	14.5	A

نکات اجرایی، ایمنی، نگهداری و مقایسه رقابتی

نکات اجرایی و سازه ای مهم
برای آسانسور کششی باید اتاق ماشین (یا پیکربندی MRL)، مسیر شفت، پی فونداسیون و دسترسی برای نصب موتور و قرقره پیش بینی شود. ریل های راهنما باید به تابلو سازی سازه متصل شوند و تحمل بار دینامیکی را داشته باشند. نیازهای تهویه، دسترسی برای سرویس و مسیرهای کابل کشی نیز باید در طرح اولیه گنجانده شود.

الزامات ایمنی و مجوزها
باید با مقررات ملی و استانداردهای مرتبط هماهنگ شد و تست های بار، ترمز و گاورنر قبل از راه اندازی انجام شود. مدارهای حفاظت از اضافه جریان، قطع فاز، THD و سیستم های اعلام خطا باید در تابلو کنترل پیاده شوند. بازرسی دوره ای و گزارشات تعمیر و نگهداری برای تداوم ایمنی ضروری است.

چک لیست نگهداری (روزانه/ماهانه/سالانه)

روزانه: بررسی عملکرد درها، صدای غیرطبیعی، نشانگرهای خطا در تابلو.
ماهانه: روغنکاری ریل و قرقره، بررسی کشش سیم بکسل ها، چک ترمزها.
سالانه: بازرسی کامل قرقره، تست بار و سرویس موتور و گیربکس (اگر وجود دارد).
مستندسازی سرویس ها و ثبت ساعات کار برای برنامه ریزی جایگزینی قطعات ضروری است.

مزایا (عملیاتی)

بازده انرژی بالاتر نسبت به سیستم های هیدرولیکی در سرویس های پرتکرار.
مناسب برای ارتفاع های بلند و سرعت های بالا.
واکنش سریع و کنترل دقیق شتاب/ترمز با درایو VVVF.
کاهش مصرف برق در صورت طراحی صحیح وزنه تعادل.
گزینه های گیرلس برای سر و صدای کمتر و نگهداری پایین تر.

معایب (عملیاتی)

هزینه اولیه و پیچیدگی نصب بیشتر در مقایسه با برخی سیستم های ساده.
نیاز به فضای شفت دقیق و در برخی پیکربندی ها ماشینخانه.
نگهداری سیم بکسل و قرقره که در طول زمان نیاز به تنظیم دارند.
در صورت پارگی سیم بکسل یا خطای مکانیکی نیاز به سیستم های ایمنی اضافه.
هزینه تعمیرات گیربکس در نوع گیربکسی (اگر استفاده شود).

مقایسه عملی با آسانسور هیدرولیکی

مصرف انرژی: کششی در بلندمدت و ترافیک بالا معمولاً مصرف کمتری دارد.
ظرفیت و سرعت: کششی برای سرعت های بالاتر و ارتفاع های بلند مناسب تر است.
هزینه نصب: در پروژه های کم ارتفاع هیدرولیک ممکن است ارزان تر باشد؛ در ارتفاع بلند کششی مقرون به صرفه تر است.
نگهداری: هیدرولیک نیاز به مراقبت از روغن دارد؛ کششی نیاز به نگهداری سیم بکسل و گیربکس است.

نتیجه گیری کوتاه و CTA

نتیجه گیری : آسانسور کششی برای ساختمان های متوسط تا بلند و ترافیک بالا بهترین انتخاب فنی است؛ این سیستم بازده، سرعت و قابلیت اطمینان بالاتری ارائه می دهد، به ویژه در پیکربندی های gearless و با درایوهای VVVF.

سوالات متداول (FAQ)

آسانسور کششی برای چند طبقه مناسب است؟

معمولاً برای ساختمان های بیش از 4 طبقه و تا ده ها طبقه مناسب است؛ انتخاب دقیق بستگی به ترافیک و سرعت مورد نیاز دارد.

فرق اصلی بین geared و gearless چیست؟

گیربکسی دارای گیربکس جهت تغییر دور و گشتاور است؛ گیرلس موتور را مستقیم به قرقره متصل می کند؛ گیرلس بازده و سرعت بالاتری دارد اما هزینه اولیه بیشتری دارد.

وزنه تعادل چگونه محاسبه می شود؟

روش معمول: وزنه تعادل معادل نصف ظرفیت بار به اضافه وزن کابین تعیین می شود؛ این مقدار می تواند بر اساس طراحی دقیق تغییر کند.

آیا MRL همیشه بهتر است؟

MRL مناسب فضاهای محدود است اما در همه شرایط بهترین نیست؛ مسائل مربوط به سرویس، تهویه و خنک کاری باید بررسی شوند.

بازده سیستم کششی چقدر است؟

بسته به پیکربندی و نوع موتور، بازده کلی معمولاً در محدوده 80–95٪ قرار می گیرد؛ گیرلس در بالای این بازه است.

هزینه نگهداری سالانه چقدر است؟

بستگی به استفاده و شرایط طراحی دارد؛ به طور تقریبی 1–3٪ از هزینه کل نصب برای سرویس و نگهداری در نظر گرفته می شود (فرض شده).