Уверен, большинство из Вас лично ездили на эскалаторе в метро или, в распространенных ныне, многоэтажных торговых центрах и многие отметили, что поручень (перила) эскалатора движутся быстрее или медленнее,- в общем не синхронно,- со ступенями.
Кто-то наверное не поленился и прочитал неких "экспертов". Одни пишут, что привод движения перил происходит через ременный привод, который немного проскальзывает и не может передавать вращение синхронно. Другие о том, в эскалаторе стоят два разных электромотора. Третьи намекают некий замысел разработчиков эскалатора, или даже божественный промысел. Даже официальная позиция метрополитена сообщают - виновата изношенность важных узлов.
При этом ни один эксперт не ответил на вопрос, почему не сделан ремонт, конструкторы не использовали в эскалаторе чуть повышающую ременную передачу для компенсации буксований или жесткий синхронизирующий вал, чтобы заставить перила двигаться синхронно со ступенями.
Здесь должен добавить, даже если конструкторы сделают все что в их силах, чтобы приводы ступеней и перил двигались абсолютно синхронно, даже в этом случае перила будут убегать или отставать. Причина в следующем:
УПРУГОЕ РАСТЯЖЕНИЕ РЕМНЯ ПОДВИЖНОЙ ПЕРИЛЫ
Здесь надо пояснить. Перила конструктивно представляют собой узкую конвейерную ленту (ремень), задача которой перемещать наши руки, ладони и подталкивать вперед верхнюю часть туловища.
Все кто заканчивал инженерный ВУЗ нашей страны должны помнить классические рисунки показывающие усилия натяжения (напряжения) ремня в ременном приводе:
В ремне перил действуют похожие распределения напряжение. В ремне перилы также возникают напряжения изгиба на участках огибания шкивов (закрашены зеленым цветом на схеме). А вот напряжения натяжения немного другие. В обычном ременном приводе натяжение равно по всей длине пролета ремня (закрашены салатовым цветом на схеме) и они отличаются тем что на тянущей ветви ремня они большие, а на возвратной ветви ремня они незначительные.
В ремне перилы основную нагрузку (напряжение растяжения) создает трение по направляющим пазам и роликам (препятствует движению перил), кроме случаев когда некоторые "дятлы" не пытаются вручную остановить перилу 🤔. Трение по направляющим непостоянно и увеличивается когда людей много или они "висят" на перилах, прижимая перилу к направляющей и увеличивая сопротивление. напряжение растяжения ремня перилы от сопротивления трения можно считать распределенной нагрузкой. Ниже эскиз распределения напряжения растяжения в ремне перилы эскалатора при его движении вниз и с нижним расположением натяжной станции.
Как видно на рисунке напряжения растяжения в ремня минимальное при сходе с приводного шкива и максимальное на входе на приводной шкив. Условно можно принять, что трение ремня о направляющие на нижней ветви эскалатора (на эскизе) минимальное и не влияет на общее распределение нагрузок. В этом случае все трение ремня и изменение напряжение растяжения ремня сконцентрировано на верхней (на эскизе) ветви перилы. Напряжение растяжение ремня перилы незначительно внизу эскалатора и максимальное наверху при входе на приводной шкив.
Самое время объяснить - зачем показаны рисунки с напряжениями.
Ремень эластичный (как резинка в труселях) и его длина напрямую зависит от напряжения растяжения, чем выше напряжение растяжения в ремне, тем немного длиннее ремень. Если в верхней части эскалатора отметить участок ремня длиной 100 мм (где наименьшие напряжение), то в нижней части эскалатора из-за больших напряжений растяжения данный участок станет заметно длиннее (в среднем на 1-5 мм). Величина удлинения зависит от многих факторов - типа и жесткости корда (старые ремни с тканевым кордом удлиняются сильнее, современные ремни со стальным кордом удлиняются меньше), длины эскалатора и общей величины трения ремня перилы по направляющим, количества людей (от количества рук и усилия прижатия ремня в направляющим) и т.д.
Такое вроде-бы небольшое удлинение ремня перилы приводит к неожиданному эффекту. На каждый метр перемещения эскалатора (ступеней) вниз, ремень немного удлиняется и любая точка на ремне физически перемещается на чуть большее расстояние. Это создает ощущение у людей, что перила движутся быстрее чем ступени.
Отмечу несколько важных моментов:
- Неважно в каком направлении вы движетесь на эскалаторе, где находится приводная станция (приводной шкив) и угол наклона эскалатора/траволатора. В любом случае натяжение перилы ремня на стороне входа на эскалатор/траволатор небольшое, а на противоположной стороне эскалатора оно заметно выше. В любом случае перила будут убегать вперед - торопиться.
- Величина "убегания" или "отставания" зависят от длины эскалатора и конструкции направляющих перилы. У коротких эскалаторов торговых центров сопротивление движению перил незначительное и они мало растягиваются, поэтому данный эффект можно заметить только при точных измерениях. В длинных эскалаторах, особенной если их конструкция устарела (изношенные стальные направляющие перил и ремни перил с хорошо удлиняющимся тканевым кордом) и в часы пик, когда большое число людей "воздействует" на перилы данный эффект проявляется сильнее.
- Конструктивные изменения - ремень со стальным/арамидным кордом, направляющие низкого сопротивления (например фторопластовые накладки) позволять минимизировать данный эффект, но не устранить его полностью.
Некоторые воскликнут: Я же видел, перила частенько отстают от ступеней !?
И они будут правы. Все вышесказанное на 100% справедливо для старых эскалаторов с приводными шкивом работающим только при достаточном натяжении ремня.
Современные эскалаторы устроены немного по другому:
В современных эскалаторах приводная станция может работать вне зависимости от общего натяжения ремня. В том числе она может толкать ремень, а не только тянуть как в старых эсклаторах.
Работа станции в режиме толкания приводит к любопытному эффекту. При движении такого эскалатора вниз (см. второй рисунок из галереи выше) и недостаточно высоком общем натяжении ремня, приводная станция не тянет, а толкает ремень. Поэтому перила в верхней части эскалатора оказываются в сжатом состоянии и их скорость становится чуть меньше меньше, чем скорость ступеней эскалатора. В таких случаях проявляется эффект "отставания" перил.
Кроме того, для компенсации "убегания" в эскалаторах с возможностью точной регулировки скорости перил, наладчики могут отрегулировать скорость приводного шкива перил так, чтобы при движении эскалатора вниз перила двигались немного медленнее ступеней - "отставали". Так они немного повышают безопасность эскалатора.
Даже в таких случаях общие принципы рассказанные выше сохраняются. Ремень имеет максимальное напряжение сжатия в верхней части эскалатора, по мере движения эскалатора и перил вниз, напряжение сжатия уменьшаются и даже могут изменить знак и стать усилиями растяжения (вспомним про распределенную нагрузку от трения и постепенное увеличение напряжений растяжения в ремне под действием сопротивления перил). В таком случае перила будут двигаться все быстрее и быстрее и при определенных условиях и достаточной длине эскалатора "отставание" перил может измениться на их "убегание"
Вывод
Невозможно устранить эффект "убегания и отставания перил по отношению к ступеням невозможно, можно только сделать его менее заметным.
Вишенка на торте, почему-же иногда перила движутся с прерывисто (рывками)
Это происходит при недостаточном натяжении ремня (или настройке электроники). В моменты перегрузок на перилах (например едет людей много и они "навалились" на перила) происходит перегрузка и проскальзывание ремня на приводном шкиве. В такие моменты люди вынуждены перекладывать руки, давление на перила ослабевает и перила снова начинают двигаться в обычном режиме до следующей перегрузки.
Примечание: В статье описана общая "картина", точные цифры приведены для примера, реальные величины зависят от многих факторов могут отличатся.