Устройство подъемных механизмов

Даже сильнейшие тяжелоатлеты едва ли могут приподнять груз в 425 кг; не всякий человек способен поднять свыше 50-60 кг. Поэтому механизмы для подъема больших камней и стволов деревьев были созданы уже в древности. Простейшим приспособлением был блок, используемый как таль. Но веревка, перекинутая через единственный блок, меняет лишь направление тянущего усилия, а трение в оси блока делает простой блок даже менее эффективным простой тяги. Если же веревку навить на колесо или барабан, образуя ворот, то появляется выигрыш в силе и человек оказывается в состоянии поднять вес, превосходящий его собственный. Небольшой ворот можно вращать рукояткой, как это делалось уже в IX в. Тягловой силой служили упряжки лошадей или волов.

Усилие для подъема человека уменьшается за счет выигрыша в силе, развиваемого горноподъемной лебедкой. Если радиус вала 30 см, а радиус барабана лебедки 240 см, то выигрыш в силе будет восьмикратным, так что человека массой 80 кг можно будет поднять, приложив усилие чуть более 98 Н.

Винты и блоки. Многие самые выдающиеся изобретения древности, в том числе винты и блоки, остались безымянными. Грекам винты, вероятно, были известны уже около 4 в. до н. э., а во времена Архимеда им находили разнообразные применения. Сам Архимед изобрел насос, который представлял собой длинный винт, заключенный в наклонную трубу; вращая винт рукояткой, можно было «вывинтить» воду с нижнего конца трубы наверх так, чтобы она вытекала струей из верхнего конца трубы. Такими насосами пользовались для полива полей в долине Нила. Винтовые прессы находили применение в Древнем Риме и в средние века для выжимания оливок и винограда.

В XIII в. французский монах Виллар де Оннекур, подражая Архимеду, изобрел устройство, в котором винт не отжимал виноград, а поднимал тяжесть. Теперь этот инструмент называют домкратом [2]; с его помощью можно приподнять как автомобиль для замены колеса, так и целое здание для замены фундамента.

Поворотный рычаг [1] винтового домкрата делает один оборот для подъема его подушки на высоту шага резьбы домкратного винта. Чем меньше шаг, тем больший груз можно поднять, затратив небольшое усилие

Блоки также были известны древним грекам. Ими пользовались, чтобы в самый торжественный момент религиозного представления опустить на сцену статую олимпийского божества. Римские механики изготовляли полиспасты для подъема тяжелых грузов уже в. н.э. 200-тонный египетский гранитный обелиск, похожий на «Иглы Клеопатры», стоящие сейчас в Лондоне и Нью-Йорке, был установлен в Риме вертикально с помощью множества блоков и целой армии рабов, служивших тягловой силой. Компактные современные полиспасты [3] работают по такому же принципу.

Полиспаст можно собрать из двух блоков. Полиспаст, собранный из 8 блоков, имеет восьмикратный выигрыш в силе, но, чтобы с его помощью поднять груз на 1 м, придется вытянуть 8 м троса.

Подъемники и краны. Подъемные механизмы могут работать и от зубчатых передач, выигрывая при этом в силе. В XVI в. горняки поднимали на-гора руду и другие полезные ископаемые [1], довольствуясь только конной тягой. Позднее подъемники снабжались паровым двигателем. Принцип действия всех подъемников, включая современные электрические, остался одним и тем же.

На заре горного дела бадьи с рудой вытаскивались из шахт наружу по горизонтальным или слегка наклонным штольням. Полиспасты, получившие развитие в XVI в., позволили горнякам закладывать вертикальные шахты. Кабестан [1], приводимый в действие лошадью, поворачивает цевочное колесо [2] лебедки, поднимающей кожаную бадью с рудой [3]. Чтобы опустить груз, горняки перепрягали лошадей, и они двигались в обратном направлении. Тормозной рудного двора [4] останавливал подъемник, опуская коромысло [5], чтобы брус [6] нажимал на борт тормозного барабана [7]

Простейшие подъемные краны состояли из обычного полиспаста, оснащенного двумя-тремя деревянными лапами для зажима поднимаемого груза. Тяга была ручной (через ворот) или, если груз был тяжелее,-конной (через топчак). Средневековые строительные площадки и крепостные сооружения нуждались в таких механизмах для подъема больших каменных блоков.

Современные краны подразделяются на мостовые и консольные. И те, и другие имеют лебедку, на приводной барабан которой навит стальной трос. Мостовой кран состоит из балки коробчатого сечения-платформы, концы которой лежат на рельсах, смонтированных на определенной высоте. По этим рельсам платформа может двигаться. Подъемник -полиспаст-укреплен в тележке, двигающейся вдоль платформы крана. Мостовые краны обычно расположены над рабочей зоной и служат для перемещения грузов-будь то бревна или стальной прокат.

Консольный кран имеет длинную консоль-стрелу, которая, поворачиваясь, перемещает груз с места на место. Наклон стрелы можно менять, что позволяет расширить площадь, обслуживаемую краном.

Башенный кран применяют при строительстве высотных зданий. Его устанавливают неподвижно на земле или связывают со строящимся зданием и надстраивают стандартными коробчатыми секциями по мере надобности. Башня несет горизонтальную стрелу; она (вместе с грузом) уравновешивается бетонным блоком. Полиспаст помещается в тележке, которая может двигаться по стреле и управляется крановщиком.

Автопогрузчик с боковым вильчатым оператором перемещает, укладывает и перекладывает изделия в деревянных ящиках-платформах, пригнанных к вилкам оператора. Привод чаще всего электрический, реже дизельный. Оператор работает от того же привода через гидравлическую или цепную передачу. Вилки оператора могут слегка откидываться назад для большей устойчивости переносимого ящика. Стойка оператора бывает и телескопически раздвижной, что повышает рабочую высоту погрузки до 5 м. Г грузоподъёмность машин до 5 т, больших-до 50 т и выше.

Лифты и эскалаторы. Высотные здания и современные многоквартирные дома немыслимы без сообщения с улицей и между этажами, а значит, без лифтов. Один из первых лифтов с паровым приводом был установлен в 1857 г. американским изобретателем Илайша Отисом (1811-1865) в универсальном магазине Нью-Йорка.

Первые лифты, работавшие по схеме винтового домкрата, к 1870-м гг. были заменены гидравлическими. Вода, масло или другая жидкость нагнетались в цилиндр, оказывая давление на поршень, который в свою очередь поднимал кабину лифта. Часто гидравлический привод сочетали с полиспастом [4]; в таких случаях лифт мог быть выше. В XX в. высотность зданий увеличилась, поэтому возникла нужда в пассажирских лифтах с электроприводом (их скорость превышает 400 м/мин).

Гидравлические лифты XIX в. также снабжались полиспастами. Вода, подаваемая насосом [1] под плунжер [2], движет его. Это движение передается нижней паре блоков [3] для подъема или спуска кабины лифта [4]. Сравнительно малое перемещение плунжера производит значительное перемещение кабины. Высота и скорость движения кабины регулируются изнутри тросами [5], связанными с насосом [1].

На станциях метрополитена и в крупных магазинах мы видим почти непрерывный поток людей, перемещающихся между различными горизонтальными уровнями. Здесь подъем и перемещение людей производится с помощью эскалаторов-движущихся лестниц, работающих по схеме бесконечной ленты со ступенями. Первые патенты получены в 1891 г. американской фирмой «Отис»; современные модели разработаны в 1930-х гг. совместно фирмами «Отис» и «Вестингхауз». Эскалатор шириной 1,25 м, движущийся со скоростью 27,5 м/мин, перевозит около 8000 пассажиров в час.

Каждая ступень бесконечной ленты, образующей эскалатор, имеет две пары роликов. Верхняя пара [1] перемещается по внешнему, а нижняя [2]-по внутреннему рельсу. На наклонной части лестницы внутренние и внешние рельсы параллельны. Вверху и внизу они разделяются и ступени образуют плоские площадки для входа и выхода пассажиров. Останавливаясь, эскалатор превращается в обычную лестницу.