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现代电梯不会自由落体

已有 1400 次阅读 2019-4-21 21:31 |系统分类:科普集锦

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万丈高楼平地起,没有电梯就不行,人类已离不开电梯。


倘若没有它,地球上很难形成如此庞大的城市群落。

想象一下,失去电梯后摩天大楼也将消失,所以人都得挤在地球表面。


不过,除了方便大众出行以外,电梯还承载着人类的各种奇思幻想。


 电梯《The Lift》剧情


在许多惊悚、动作类影视作品中,“电梯惊魂”的剧情就经常上演。

影视人物,动不动就在电梯内大打出手。


而其中最恐怖的,莫过于电梯失控,开始作自由落体运动。

里面的乘客,也会随着轿厢急速坠落,最后一起砸向地球粉身碎骨。


《疑犯追踪》第三季中的电梯下坠剧情


普通人,总是会过分脑补。

很多人搭乘电梯时都控制不住自己的幻想,电梯稍有动静就吓出一身冷汗。


此外,网络上也有许多关于电梯下坠时该如何自救的问题和解答。

防患于未然很正常,但垂直电梯真的比想象中要安全得多


影视作品中的电梯下坠,是极小概率事件。

电梯惊魂,可能真的纯属惊魂罢了。


明代《天工开物》中的用于提水的“桔槔”,也是“电梯”的雏形之一


最原始的电梯,在公元前3世纪就出现了。

那是一种由人类、动物或者水轮为动力实现升降的工具。


而在1743年,法国国王路易十五才赋予了升降机新功能,将升降机架设在楼层里。

他在凡尔赛宫搭建了一个私人“飞梯”用于与情妇在较高的楼层幽会


法国国王路易十五用于运送情妇的私人“飞梯”


不过当年的这些“电梯”,多用于“起重”,将沉重的材料运往高处。

这还不能算真正意义的电梯,不然在楼上吊个绳子下楼接外卖,也可以称作电梯了。


直到19世纪中叶,升降机才成正在拥有了动力(蒸汽机),开始向真正意义的“电梯”迈进。


只是当时的电梯大多用棉麻绳牵引,断绳坠落事故时有发生。

因而,从电梯的发展初期,工程师就已经考虑到其安全性能了。


蒸汽机驱动的升降机


美国的Elisha Otis就是安全电梯之父,他在1852年就设计出了第一款安全电梯

1854年,他就在纽约水晶宫举行的世界博览会上展示了他的杰作。


当时Elisha Otis就站在被吊在半空的电梯上,以自己的肉身展现其安全性。

当助手砍断牵引着电梯的唯一缆绳时,底下的人们都发出了阵阵惊呼。

 

安全电梯之父Elisha Otis,正在展示电梯安全性能


这场面无异于在惊险的魔术表演现场,当然有惊无险。

这不,这架升降机才下降了几英尺后,就被牢牢地固定在半空中没有继续下坠了。


Elisha Otis在这架电梯上安装的安全钳,保住了他的性命。

所以说,从那时起曳引电梯轿厢的电缆断裂,就很难造成重大事故了。

 

Elisha Otis的电梯专利图,1861年1月15日


随着科技的进步,电梯是一直在进化的。

到现在已经过去了150多年,电梯的安全性更是有了长足的提升。


现代电梯的构造,真不是初中物理课本中的“一个定滑轮和两个动滑轮”那么简单。

它还配备着许多我们平时难以触及的安全系统,以应对各种潜在的危险,确保了轿厢内的乘客安全。


想体验一次随电梯一起自由落体,可能比中彩票头奖还难。


电梯结构示意图


我们都知道电梯的顶部,是牵引整个轿厢的钢缆。

光是这钢缆,在安全性能上已经下足了功夫。


对于一般的电梯来说,就有至少三条钢缆固定在滑轮上,由电机提供动力控制轿厢在垂直方面的移动。


而每一条钢缆则大约有10股小的钢股,每根钢股又有10根钢丝。



理论上来说,只需一根钢缆,就能承受住满载电梯轿厢的所有重力了。

而在日常生活中,三根钢缆同时断裂的几率是极小的。


因为在原则上,只要断了一股就必须更换所有的钢缆。

国家规定,电梯检修人员必须定期查看它们的磨损情况,以确保电梯安全。


那么问题来了,如果遭遇极端情况,例如有恐怖分子将三根钢缆全炸断会发生什么?


电影《生死时速》中犯罪分子炸断钢缆的剧情


事实上,就算所有钢缆都全部断掉,电梯也不会直接砸中地面。

因为钢缆一断,现代电梯的超失速安全保护系统就会启动。

 

每一台电梯,都安装有一个叫限速器的装置。

这种机械装置,可以利用甩块离心作用力检测速度。


当旋转速度大于一定值(一般为额定速度的115%),离心力会使飞臂外甩拉住固定在周围的棘齿,滑轮停止。


限速器工作原理的示意图


限速器的速度和电梯运行速度是一致的。

当电梯发生超速或失速的情况发生,限速器就能检测到速度的异常,触发安全钳动作。


安全钳将会夹持在导轨上不动,以避免电梯继续失速下坠。

而且,安全钳是纯机械部件,即便停电也能工作。


电影《生死时速》截图,安全钳制动轿厢的过程


就算是限速器和安全钳都失效了,也不用太过惊慌。

即便轿厢冲向地球,也不会是自由落体运动。


因为轨道沿轴的摩擦力底部的空气压力就会让轿厢在一定程度上减速。

此外,电梯井道的底部还有最后的补救措施。


在井道上下两端的缓冲装置,可以将故障电梯下落的动能转化为弹簧的弹性形变。

能量经过释放能极大地减小对人的作用力,减轻乘客的伤害。



这是终端越位安全保护系统的一部分,不但设在井道底部还设在井道顶部,就是为了减轻蹲底和冲顶带来的伤害。


而终端越位安全保护系统,还包含减速开关、极限开关、限位开关、强迫换速开关。

事实上,能用到井道底部缓冲装置这最后一道保障措施的几率已经极小了。



现代电梯的安全系统是环环相扣、层层相叠,能最大限度地保护我们的人身安全。


但因为不了解电梯的构造,流言引发恐慌的情况还是时有发生。


2018年11月,芝加哥就发生了一起极其惊险的电梯事故。


芝加哥约翰·汉考斯中心


6人在约翰·汉考斯中心(楼高343.5米)登上电梯,想从95楼直达大堂。


然而,途中曳引轿厢的一根钢缆坏了。

新闻最初的报道是,电梯从84楼开始失控直接下坠至11楼。


一位乘客惊魂未定地说道:“我以为我们死定了,我们乘电梯下楼却感觉突然下坠,并伴随着噼啪噼啪的响声”。


救援现场


这造成了市民极大的恐慌。

一般乘客在轿厢内无法直接观测到电梯的相对位置和速度,导致轿厢内乘客感受到非正常的速度变化和明显不适。


再加上故障后轿厢内楼层可能显示异常,因此,乘客对“电梯坠落”深信不疑。


然而令人惊讶的是,这6名乘客(其中一名还是孕妇)都没有受伤,更不需要送院治疗。

事实上,乘客们只下落了一段很短的距离。



不过,因为难以确定轿厢的具体位置,再加上需要穿过混泥土墙体营救等原因。

这6名乘客们在电梯内呆了3个小时,才成功被救出。


当时只有两种办法将乘客救出,一是将绳索从97楼放下把乘客逐位救出。

但消防队员并非蜘蛛侠,所以最后只能选择了破坏墙壁救人。



而关于电梯的失控下坠,我们还经常听到一个自救方法。

就是电梯突然下坠,抢摁楼层键能够让电梯紧急“刹车”

 

这其实也是个谣传,流传出来的原因可能是这样的。

某日某人遇上电梯突然下坠,慌乱中就按编了所有楼层键,结果电梯真的停住了。



但这可能不是按键起的作用,反而是电梯安全系统的自动紧急制停。

因为不知道其背后的原理,这位乘客便以为自己真的经历了一番电梯惊魂,并找到了救命诀窍。


结果这个不靠谱的自救方法就这样一传十,十传百了。

因此每次遇上电梯事故,总会有人将楼层乱按一通。


如果真的发生下坠事故,乘客更应背靠电梯壁、弯腿以增加缓冲保护身体,而不是乱按。


《盗梦空间》中的电梯桥段


据估计,我国电梯每天运载乘客超过15亿人次。

截至2017年底,我国电梯总量为561万台,电梯总量占全世界的三分之一。


但电梯安全事故依然维持在较低的状态,比汽车安全得多。

而电梯事故,多数是因为违规使用维保不到位


例如2014年,全球共发生了49起电梯事故中,21起是违规使用造成。

而在死亡的37人,18人都是电梯作业人员和管理人员。

 


事实上,电梯发生事故的地点,大多数都在电梯门处。

所以在电梯故障后,在轿厢内等待救援,才是最安全的做法。


无论是违规扒开轿厢的门,又或是掀开轿厢的顶部出逃,都是极其危险的行为。

没有主角光环,却模仿影视作品中的耍帅桥段。这才是恐怖电影的开端。


*参考资料

History of Elevator Technology.landmarkelevator.2016.2.15

Kathryn Whitbourne.What if You Were on an Elevator and the Cable Broke?.Howstuffworks.2018.11.26

famorby.钢缆断裂后,真的会上演电梯惊魂吗?.果壳网.2011

胡宝森.浅谈电梯的安全保护装置及安全运行[J].电子制作.2013

依法对电梯制造安装维修实施准入管理——专访质检总局特种设备安全监察局相关部门负责人.新华社.2015.07



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