Подъемные механизмы в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ

АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СПЕЦИАЛИСТОВ «ВОЛОГОДСКИЙ ИНСТИТУТ РАЗВИТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ»

Областной заочный конкурс исследовательских работ студентов, посвященного 75-летию системы профессионально-технического образования

Образовательная организация:

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ

«ВОЛОГОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

Тема работы:

ПОДЪЕМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Авторы: Гололобов Михаил Алексеевич

Кожемяк Артем Андреевич

Научный руководитель:

Пантина Галина Валерьевна, преподаватель физики

2015



Содержание

Введение

Раздел I. Подъёмная техника до нашей эры. Простые механизмы

1.1 Строительство пирамид в Древнем Египте. Подъём груза по наклонной плоскости

1.2 Рычаги

1.3 Блоки

Раздел II. Подъёмная техника до нашей эры. Краны

2.1 Рождение кранов

2.2 Усовершенствование кранов

2.3 Создание ступального колеса

Раздел III. Подъёмная техника нашей эры

3.1 Появление паровых механизмов

3.2 Конец 19-го века

3.3 Современность

Результаты исследования

Заключение

Список источников



Введение

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.

Рисунок 4. Рычаги первого и второго рода

Различают рычаги первого и второго рода.

Рычагом первого рода называют рычаг, ось вращения О которого расположена между точками А и В приложения сил, а сами силы направлены в одну сторону (рис. 4а).

Рычаг второго рода -- рычаг, ось вращения О которого расположена по одну сторону от точек приложения сил, а сами силы направлены противоположно друг другу (рис. 4б).

Условие равновесия рычага вытекает из правила моментов M₁ = M₂.

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 называют такой блок, ось которого закреплена и при подъеме грузов она не поднимается и не опускается.

Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи приложенных сил равны радиусу колеса. Следовательно, из правила моментов mgr = Frвытекает, что неподвижный блок выигрыша в силе не дает (F = mg). Он позволяет менять направление действия силы.

Подвижный блок - это блок, ось которого опускается и поднимается вместе с грузом.

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]

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.

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]



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.



Источники информации

1.Рекс Энгельбах, Сомерс Кларк “Строительство и архитектура в Древнем Египте.” , М,Центрополиграф,-2009г.

2.Прохоров Е.Г. “Рычаги.” Издательство «Просвещение», 1978 г.1978г.

3. Иванов О.А. “Подъемные механизмы.” Издательство «Просвещение», 1980г.

4. Коновалов И.О. “Зарождение подъёмных кранов.” издательство "Высшая школа 1960г.

5. Морозов П.А. “Подъёмные краны и развитее.” издательство "Высшая школа 1965г.

6. Астахов А.И.” Автомобильные краны.” (издательство "Высшая школа").1969г.

7. Александрова М.П. “Грузоподъемные машины.” Издательство «Высшая школа», 1973 г 1973г.

8. М. Шеффлер, Г. Пайер, Ф. Курт “Основы расчета и конструирования подъемно-транспортных машин.“ Издательство: Машиностроение, 1980г.1980г.

9. Богачев В.Н. “Технологические грузоподъемные машины.” Издательство: МГТУ Год: 2006

Размещено на Allbest.ru

...