科學科普視頻集合 電梯安全機制的工作原理，我在電梯上使勁跳會發生什麼事？

簡易電梯的運行原理是這樣的 它沿著導軌移動 配重快確保電動機無需承受過大壓力 就能讓電梯運行 在緊急情況下 讓電梯轎廂停下的最有效方法 是在導軌附近設置一對制動片 現在的問題是 當電梯加速時 我們如何讓這些制動片靠近並接觸導軌呢? 這便體現了工程師的智慧 首先 他們在建築框架上安裝了一個小飛輪 這個飛輪的活動部件是觸發制動的絕佳機關 隨著速度增加 內部部件在超過速度預值後會飛離 飛輪隨即鎖死 這一鎖死動作 便可完美觸發制動片靠近導軌 簡而言之 工程師希望飛輪與電梯以相同速度運轉 那麼 它們究竟是如何實現的呢? 如果像這樣連接纜繩 可不行 因為當轎廂下行時 飛輪會轉動 但轎廂上行時 纜繩會鬆弛 飛輪就不會轉了 你有解決辦法嗎? 辦法很簡單 只需在建築底部再安裝一個飛輪 並像這樣纏繞纜繩 這樣一來 無論電梯轎廂旋轉方向如何 纜繩始終處於張緊狀態 飛輪都會轉動 如果你仔細觀察這兩個飛輪 會發現它們就像皮帶傳動裝置一樣運轉 在皮帶傳動中 無論皮帶如何移動 滑輪總會隨之轉動 接下來 工程師們改進了這一設計 他們通過一根可自由旋轉的軸 將限速器纜繩與電梯轎廂相連 並如所示添加了一個彈簧 使這根軸不像之前那樣輕易轉動 如此一來 限速器纜繩會隨轎廂移動 限速器也會隨之轉動 然而 在速度極快時 限速器飛輪會鎖死 這意味著限速器纜繩也會鎖死 你能猜出此時 這根軸會發生什麼嗎? 它會向上還是向下移動? 為了徹底弄清這一巧妙機制的工作原理 讓我們靠近點觀察 以瞭解究竟發生了什麼 限速器纜繩被卡住 但轎廂仍在向下移動 這意味著槓桿必須以某種方式向上旋轉 在電梯速度達到極限時 槓桿克服彈簧力並旋轉 我們仍需為這個模型添加一些組件 以實現自動制動 現在 我們引入主角 蠍形制動器 每對制動片都連接在一對槓桿上 並被夾在這兩個傾斜表面之間 你甚至可以注意到 這些傾斜表面上安裝的滾珠軸承 現在 觀察當軸旋桿時會發生什麼 制動片會自動靠近並摩擦導軌 這就是安全制動器 使電梯停下的方式 第一部電梯安全制動器 由伊萊莎·奧蒂斯先生於1853年發明 它的設計既酷炫又創新 從這張圖中 你能看出這個安全制動器是如何工作的嗎 奧蒂斯先生的精妙之處在於 他沒有將轎廂直接與提升繩相連 而是在兩者之間添加了一個板簧 當轎廂通過板簧與提升繩相連時 你知道由於轎廂和乘客的重量 彈簧會發生什麼變化嗎 彈簧會像這樣被壓縮 簡而言之 這個彈簧總是想恢復原狀 而纜繩的張力使其保持壓縮狀態 這一想法是他創新的關鍵 接下來他在這壓縮的彈簧下方 添加了兩塊絞接金屬片 你大概也能想像 如果彈簧被允許伸展 金屬片會向外旋轉 這意味著在纜繩斷裂 電梯自由落體時 金屬片會自動向外飛出 如圖所示 奧蒂斯先生在轎廂兩側添加了尺軌 現在整個工作原理就清晰了 向外飛出的金屬片會與軌道鎖死 電梯會立即停下 事實上 他曾在眾人面前多次演示這一裝置 且每次都能完美運作 鑒於這一機制看起來 比現代機制更簡單有效 為何這項技術會被淘汰呢 原因在於 它會使電梯轎廂瞬間停下 這種從高速突然停止的方式 會讓許多乘客感到不適 在現代電梯中 你可能會注意到 電梯停下時更為平穩、漸進 這被稱為漸進式制動 這項技術不再流行的第二個原因 與金屬片突然與尺軌鎖死有關 這一過程有時會折斷尺或金屬片 導致整個安全機制失效 1912年 帝國大廈轟炸機事故中 就出現了這一確切問題 事實上 電梯電動機有單獨的制動器 當限速器檢測到轎廂速度過快時 首先會採取的行動 是讓電動機作為發電機運行 這會由於電磁阻力而降低轎廂速度 如果這一行動無效 機械制動器將啟動 並使電動機停止運轉 我們知道 在纜繩斷裂的情況下 隨著限速器速度進一步增加 如我們之前所見 漸進式制動器會啟動 基於機械限速器的電梯看似理想 但如果是這種情況呢 這一動作會暫時增加電梯速度 安全制動器可能會被激活 機械限速器完全由電梯速度控制 要做出明智決策 轎廂的加速度值也很重要 這就是為什麼如今 離心式限速器 正被機電式限速器所取代 在機電式限速器中 限速器的速度和加速度 由傳感器持續測量 並將數據發放至電子控制單元的ECU 當ECU檢測到自由弱體時 會激活電磁鐵 使限速器停止 現代電梯配備了超級可靠的安全制動器 可防止你自由弱體 然而 在極不可能出現的兩種制動器 都失效的情況下 會怎樣呢? 這就是為什麼 在電梯井底部安裝了緩衝彈簧 你可能會以相當快的速度撞上彈簧 但緩衝彈簧能夠減緩你的墜落 一些緩衝彈簧內部 甚至裝有液壓裝置 簡而言之 即便有人試圖通過切斷所有電梯提升繩來暗殺你 他們也不會得逞 多虧了現代漸進式制動器 你會安全著陸 這期就到這裡了 我們下期再見