Долгое время главным источником тяги для подъёмных механизмов служила мускульная сила человека и животных. Подъёмная техника служит для повышения эффективности труда человека, избавляет его от необходимости использовать тяжелые ручные работы, расширяет возможности.
История подъёмных устройств началась еще с глубокой древности. Необходимость в поднятии тяжёлых грузов возникла ещё на самом раннем этапе человечества. Память о древних подъёмниках оставили такие сооружения как пирамиды в Египте, различные постройки в древнем Риме, гидротехнические сооружения Китая. Строительство таких памятников архитектуры производилось задолго до нашей эры и невозможно себе представить, как возводились такие массивные сооружения без применения различных технических средств.
Цель работы:
определение временных точек значительного увеличения роста мощности подъёмных устройств
Задачи , через которые достигается цель:
1. Изучить строение и функции подъемных механизмов
2. Рассчитать условную мощность устройств, используемых в разные века.
3. Установить даты наиболее существенных прорывов техники подъемов груза в строительстве.
Раздел I. Подъёмная техника до нашей эры. Простые механизмы
1.1 Строительство пирамид в Древнем Египте. Подъём груза по наклонной плоскости
Рисунок 1. Строительство пирамид
Самый первый способ подъема груза был придуман в Древнем Египте, при строительстве пирамид. Этот способ представлял собой подъем груза по наклонной плоскости (рис.2).
Рисунок 2. Движение груза по наклонной плоскости
Целых 20 лет (2560-2540 до н. э) несколько сотен тысяч рабочих трудились под палящим солнцем, затаскивая огромные каменные глыбы на большую высоту. Размеры пирамиды Хеопса составляли: 146,6 м — высота 230 м — каждая из сторон основания 51 градус 51′ — угол наклона [1].
Минусы подъёмной плоскости: необходимо совершать дополнительную работу против силы трения.
1.2 Рычаги
Рисунок 3. Рычаг
Рычаг (рис.3) используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече).
Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие.
Сейчас невозможно хотя бы приблизительно восстановить время и место первого осознанного применения человеком рычага. Скорее всего, первым рычагом стала палка, при помощи которой люди выдергивали из земли съедобные корни или выворачивали камни.
Строительство зданий
... перекрытий и покрытий, перегородок и панелей стен. Широкое распространение, особенно в жилищном строительстве, получили бескаркасные крупнопанельные здания. Пятиэтажные жилые дома и здания гостиничного типа строят с несущими наружными и внутренними поперечными и продольными ...
Рисунок 4. Рычаги первого и второго рода
Различают рычаги первого и второго рода.
первого рода
второго рода
Условие равновесия рычага вытекает из правила моментов M 1 = M 2 .
С помощью рычага можно получить выигрыш в силе, т.е. меньшей силой можно уравновесить большую силу.[2]
1.3 Блоки
Блоки используют для поднятия грузов. Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускают веревку, трос или цепь.
Неподвижным
Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи приложенных сил равны радиусу колеса. Следовательно, из правила моментов mgr = Fr вытекает, что неподвижный блок выигрыша в силе не дает (F = mg ).
Он позволяет менять направление действия силы.
Подвижный блок
Такой блок поворачивается около мгновенной оси О . Правило моментов для него будет иметь вид
mgr=F?2r?F=mg2.
Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза.
Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным (рис. 5).
Неподвижный блок применяется только для удобства. Он, изменяя направление действия силы, позволяет, например, поднимать груз, стоя на земле.[3]
Раздел II. Подъёмная техника до нашей эры. Краны
2.1 Рождение кранов
Рисунок 4 Первый кран
Первое подобие кранов появляется в Греции примерно в конце шестого — начале 5-го века до нашей эры. Римляне, стремящиеся к созданию огромных монументов и храмов, изобретают способ поднятия груза с помощью веревки и шкива, используя простой принцип — тянуть вниз всегда легче, чем поднимать. Использование шкивов в скором времени приводит к тому, что от использования пандусов и рычагов греки полностью отказываются и всячески стремятся систему шкивов усовершенствовать.[4]
2.2 Усовершенствование кранов
В течение последующих двух столетий, греческие строительные площадки становятся свидетелями резкого падение веса используемых в постройке материалов. Изобретение шкива привело зодчих к мысли, что в процессе возведения более практично использовать много мелких камней. В отличие от архаического периода с его тенденцией к постоянно растущим размерам строительных блоков, греческие храмы классической эпохи, стали неизменно тяготеть к использованию каменных блоков весом уже не превышающим 15-20 тонн. Кроме того, от практики возведения больших монолитных колонн практически отказались. Так что именно появление на службе у человека шкива привело к тому, что древние строители перестали создавать столь непостижимые по своим размерам постройки.
Рисунок 5. Виды блоков
Постепенно, примерно в 4 веке до нашей эры, механическое преимущество шкива было увеличено за счет сочетания нескольких шкивов в блоке. К примеру, при использовании тройного шкива человек мог поднять уже не 50 кг, а 150 кг, а при использовании блока с пятью шкивами — 250 кг.
Блок с пятью шкивами позволяет поднять вес в пять раз больше, чем способен человек. Но длина требуемой веревки тоже будет увеличена в 5 раз. Скорость подъема груза при этом будет больше. Также использование нескольких шкивов увеличивает силу трения и износ всего механизма.[5]
Грузоподъемные машины Мостовой кран
... электродвигателями осуществляется при помощи контроллеров из кабины, подвешенной к мосту крана. Все механизмы этих кранов смонтированны на подшипниках качения; применение цветных металлов для подшипников полностью ... режима работы 3М. Схема системы полиспастов. Кратность – 8. G = (mгр + mп)g = (200000 + 10250)*9,807=2061921,75 Н. По справочным данным находим hп = 0,96; Zк.б = 2. Направляющие блоки в ...
2.3 Создание ступального колеса
Еще более мощным подъемным эффектом обладало ступальное колесо, впервые упоминаемое в летописях в 230 году до нашей эры. Вплоть до второй половины 19 века именно оно оставалось важным элементом созданных кранов.
Рисунок 6. Ступальное колесо
Такое колесо обычно имело диаметр от 4 до 5 метров. Ступальное колесоувеличивало человеческие возможности в 14 раз и давало возможность одному человеку поднимать вес в 3 с половиной тонны. Некоторые портовые краны оснащались тогда двумя ступальными колесами, в которых двигалось одновременно 4 человека, что позволяло подымать веса до 14 тонн.
Но, разумеется, движущая сила, подобная человеку, имеет тоже свой запас «прочности». Чтобы поднять на высоту в 10 метров груз весом 7 тонн, двум мужчинам необходимо было пройти 140 метров со скоростью 6 метров в секунду. Поддерживать подобную скорость долгое время человеку довольно трудно. Рабочую силу приходилось постоянно менять, а механизмы быстро изнашивались. Это устройство было эффективно, но трудоемко, дорогостояще и недолговечно.[6]
Раздел III. Подъёмная техника нашей эры
3.1 Появление паровых механизмов
Паровые машины, устанавливаемые на кранах, относятся к машинам малой мощности. Их мощность колеблется в пределах 40—140 л. с. при числе оборотов коленчатого вала 100—500 об/мин. Машины с числом оборотов в 1 мин свыше 150 считаются быстроходными. В табл. 9 приведены технические характеристики некоторых крановых паровых машин.
Паровые машины кранов обычно однократного расширения, т. е. в этих машинах пар подается в цилиндр лишь один раз, а затем, отработав, выпускается в атмосферу. В некоторых машинах отработавший пар используется для усиления тяги в котле посредством специального дутьевого устройства, устанавливаемого, как указывалось, в дымовой камере.
Для механизмов кранов не имеет особого значения равномерность хода, поскольку работа крана носит прерывистый характер, поэтому крановые паровые машины не имеют регулятора и специального маховика. Скорость работы машины изменяется в зависимости от количества подаваемого в нее пара.
Цилиндры в паровой машине располагают горизонтально или вертикально. Соответственно этому и машины называются горизонтальными или вертикальными. В зависимости от характера пара, подаваемого в цилиндры, паровые машины делятся на машины насыщенного пара и на машины перегретого пара. строительство подъемный техника кран
Большинство паровых машин на кранах имеет по два раздельных цилиндра, работающих на главный вал крана, или сдвоенных в одном корпусе, работающих на коленчатый вал машины.
Если коленчатый вал машины всегда вращается в одном направлении, машина называется нереверсивной; если же направление вращения можно изменять, машина считается реверсивной. Нереверсивные машины значительно проще, однако при установке их на кране в его рабочих механизмах приходится делать специальные устройства — реверсы, изменяющие направление движения механизмов.
Тема работы Электропривод механизма передвижения крана УДК
... Тема работы: ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы Бакалаврской работы (бакалаврской работы, дипломного проекта/работы, магистерской диссертации) ФИО Гуменному Ефиму Васильевичу Электропривод механизма передвижения крана Утверждена ... комплектующих разные крановые электроприводы. В настоящее время грузоподъемные машины выпускаются большим числом заводов. Эти машины используются во ...
Пар в паровых машинах распределяется парораспределительным механизмом. Большинство крановых машин имеет парораспределительный механизм кулисного типа — кулису Стефенсона или кулису Джоя, как на кране ГЩ-45, при этом парораспределение осуществляется плоским или цилиндрическим золотником.[7]
3.2 Конец 19-го века
В то время, когда царская Россия только готовилась к отмене крепостного права, в Европе «во всю» шло строительство и разработка новых грузоподъемных механизмов. Примерно в середине — конце XIX века большая часть привычных нам сегодня механизмов приняла традиционную форму и принцип работы. Началось все с того, что в 1826 году изобретатель гидравлического пресса Джозеф Брама построил кран, который приводился в действие водой под давлением. Сначала особых преимуществ перед обычным ручным приводом в общем-то и не было, но со временем стало ясно, насколько важным был этот шаг.
Только в 1846 году Уильям Джордж Армстронг построил первый по-настоящему работоспособный кран с водяным приводом. У этого крана было три водяных поршня для грузов разной тяжести, к которым вода подводилась от водопровода под давлением 6 бар. Поршни поднимали груз с помощью цепной тали, а поворотом стрелы управлял еще один цилиндр.
В 1851 году Армстронг разработал водяной аккумулятор — цилиндр с усиленными поршнями для накопления воды под давлением, позволявший использовать воду по мере необходимости. Первый немецкий кран с водяным приводом был пущен в эксплуатацию в Гарбурге (близ Гамбурга) в 1862 году. Такие гидравлические краны, которых строилось много, использовались главным образом в портах и доках, а также на металлургических заводах, поскольку там всегда были стационарные паровые котлы.[8]
3.3 Современность
При гражданском и промышленном строительстве используют преимущественно башенные краны. Конструкция строительных башенных кранов позволяет быстро осуществлять их монтаж и демонтаж и перевозку автотранспортом. Они выполняются обычно крюковыми с поворотной и неповоротной башней, которая при большой высоте делается телескопической или наращиваемой (сверху) и подращиваемой (снизу).
Строительные подъемные краны обычно передвигаются по рельсам, а при значительной высоте выполняются также приставными (опираются на землю и на каркас строящегося здания) или самоподъемными, называют иногда ползучими (опираются на здание и перемещаются вертикально по мере роста возводимого сооружения).
Рисунок 7. Современный кран
Однако довольно часто используются краны на автомобильном, пневмоколесном и гусеничном ходу: обычно их называют стреловыми кранами. Они имеют стреловые устройства в виде подъемной (качающейся) стрелы или консольной стрелы, по которой перемещается грузовая тележка с канатной тягой. Для увеличения устойчивости имеют выносные опоры (аутригеры).
Крановые металлоконструкции, как правило, изготовляют сварными. Для снижения веса конструкций их изготовляют из низколегированных сталей повышенной прочности, а также из алюминиевых сплавов.
Вылет строительных кранов достигает 40 м, высота подъема 150 м; скорости движений: подъема груза 10-100 м/мин, вращения 0,2-1,0 об./мин, передвижения крана (установочное движение) 10-30 м/мин. Грузоподъемность (переменная) достигает 75 т (при минимальном вылете).[9]
Курсовая работа мостовых кранов
... крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки). К основным параметрам механизма подъёма относятся: грузоподъемность, скорость подъема крюка, режим работы, высота подъема грузозахватного устройства. Конструкции специальных мостовых кранов ...
Результаты исследования
По результатам исследования можно сказать что бурное развитие подъёмная техника пережила в 5 веке до н.э. В те времена появились первые краны, с помощью которых людям было гораздо легче поднять груз на определённую высоту без особых усилий. Так же великим прорывом в истории подъёмной техники является18 век, когда были созданы первые паровые краны.
График мощности подъемных механизмов, Заключение
По результатам нашей работы можно изучить строение и основные функции подъёмных механизмов, как созданных до нашей эры, так и тех, которые применяются в наши дни. Также можно узнать, как увеличивалась мощность подъёмных механизмов с течением времени, и определить даты существенного прорыва создания подъёмных механизмов
В наше время рост городов, строительство больших заводов и фабрик, невозможно без помощи подъёмных механизмов. Подъёмные механизмы значительно снижают труд человека в строительстве. Самыми первыми такими механизмами были наклонная плоскость и рычаги. Со временем все эти механизмы усовершенствовались, и сейчас мы имеем подъёмные механизмы, которые могут поднимать груз на большую высоту за короткое время, а также могут перемещать груз с места на место. Будем надеяться, что в будущем человечество изобретёт подъёмные механизмы, которые перейдут все границы невозможного.
1.Рекс Энгельбах, Сомерс Кларк “Строительство и архитектура в Древнем Египте.” , М,Центрополиграф,-2009г.
Издательство, Издательство
издательство
издательство
издательство
