Jak funguje mostový jeřáb – páky, kladky, hydraulický válec a mechanické výhody

Už jste někdy žasli nad moderní technologií? Ačkoli je mnoho moderních technologií a strojů ve skutečnosti velmi komplikovaných, některé jsou ve skutečnosti velmi rozumné, jakmile odstraníte zvonky a píšťalky.
Takovým strojem je například stavební jeřáb. Jeřáb obecně využívá pouze tři jednoduché stroje. Páka, kladka a hydraulický válec.

Páka

V tomto článku stručně prozkoumáme velmi důležitý mechanismus stavebního jeřábu: páku. Tři následující články však budou zkoumat roli kladky, hydraulického válce a konceptu mechanické výhody ve stavebních jeřábech.

Jak tedy mostový jeřáb funguje? Většina jeřábů ve větší či menší míře využívá páku ke zvedání mimořádně velkých břemen. Téměř všechny nesené jeřáby a mnoho vyvážených jeřábů maximalizuje zdvihovou kapacitu pomocí páky.

Tyto jeřáby používají páky nebo mechanická ramena, která zvyšují jeho pevnost. Přestože mechanickou ruku obvykle doprovází složitý systém lan, řetězů a kladek, samotná páka je pouze jednoduchý stroj.

Staří lidé již dlouho používali páku v praxi ke stavbě velkých chrámů, monumentů a opevnění. Ve skutečnosti učenci tvrdí, že Egypťané s největší pravděpodobností používali ke stavbě Velkých pyramid páky.

Většina historiků však vývoj geometrické teorie za pákou připisuje Archimedovi. Archimedes, matematik a filozof, žil ve starověkém Řecku kolem třetího století př. n. l. Údajně jednou zavtipkoval: „Dejte mi místo, kde bych mohl stát, a já pohnu Zemí pákou.

Samotná páka je stabilní tyč, která spočívá na otočném bodu nebo otočném čepu. Můžete zatlačit na jeden konec určitou silou „úsilí“, abyste vytvořili výslednou „pracovní“ sílu na druhém konci. Pracovní síla obvykle nese nebo drží zvedaný předmět.

Vědci klasifikují všechny páky do tří různých skupin. U pák první třídy leží opěrný bod mezi námahou a pracovní silou, jako na houpačce nebo páčidlu. Páky třídy dvě jsou páky, ve kterých pracovní síla sedí mezi opěrným bodem a silou síly, jako trakař. A u pák třídy tři je síla síly aplikována mezi opěrný bod a pracovní sílu, jako u pinzety.

Ale znovu, jak mostový jeřáb funguje? Jak uvidíme u řemenice a hydraulického válce, páka ovládá koncept známý jako točivý moment. Kroutící moment měří vzdálenost, na kterou působí síla, neboli krouticí moment se rovná síle krát vzdálenost.

Jak si Archimedes uvědomil, manipulace s kroutícím momentem poskytuje větší zvedací kapacity. Vezměme si například jednoduchou houpačku na hřišti. Houpačka je dlouhá deset stop a otáčí se na tyči přímo ve středu prkna houpačky. Na jedné straně sedí 200 kilové dítě a na opačné straně sedí štíhlejší 100 kilové dítě.

Tlustější dítě jistě stlačí stranu houpačky k zemi, zatímco vychrtlé dítě se zvedne. Pro menší dítě musí použít dalších 100 liber síly, aby pouze vyrovnalo houpačku!

Ale co když měl magické schopnosti, které mu umožnily prodloužit jeho stranu houpačky o dalších 5 stop. Jeho desetistopá strana houpačky, odpovídající jeho váze 100 liber, by mu umožnila vyvážit houpačku. A teoreticky, kdyby natáhl bok na délku větší než 10 stop, jeho bok by se pomalu plazil po zemi a zvedl by tlustší dítě ze země.

Ale znovu, jak mostový jeřáb funguje? Páka částečně ovládá krouticí moment a umožňuje jeřábům zvedat velmi těžká břemena. Čím více rozložíte sílu síly na větší vzdálenosti, tím menší „síla“ bude potřeba k provedení zdvihu. Páky nepomáhají jen vychrtlým dětem, ale také stovkám inženýrů, architektů a stavebních dělníků, kteří každý den zvedají gigantická břemena!
Zůstaňte naladěni na další část našeho seriálu „Jak funguje mostový jeřáb?“, kde prozkoumáme roli kladky. Poté přejdeme k hydraulickému válci a konceptu mechanické výhody.

Společnost Barnhart Crane and Rigging Company neustále zvyšuje laťku v odvětví jeřábů. Pokud potřebujete jeřáb nebo se chcete dozvědět více, navštivte stránky Servis jeřábů a Stěhování strojů na webu Barnhart Crane.

Manipulace s točivým momentem řemenice

Ve svém minulém článku jsem položil otázku: jak fungují mostové jeřáby? K vyřešení této záhady jsem nejprve zkoumal významnou roli páky ve stavebních jeřábech. Dnes uvidíme, že manipulace s točivým momentem kladky, stejně jako páka, zvyšuje schopnost jeřábu zvedat těžká břemena. V následujících článcích prozkoumáme hydraulické válce a koncept mechanické výhody.

Stejně jako u páky, vědci připisují Archimedovi nejranější teoretický vývoj kladky. Podle Plutarcha, řeckého historika, Archimedes tvrdil, že by mohl hýbat světem, kdyby měl dostatek kladek, což je velmi podobné prohlášení jako jeho návrh o pohybu Země pomocí páky. Příběh pokračuje, když král Hieron ze Syrakus požádá Archiméda, aby přesunul velkou loď v Hieronově námořnictvu. V určený den Archimedes nastavil svůj systém kladek, král naložil loď plnou cestujících a nákladu a pak Archimedes z dálky seděl a tahal za lano. Výsledek? Plutarch vysvětluje, že se loď pohybovala „tak hladce a rovnoměrně, jako by byla v moři“.

Pro staré lidi to byla pouhá novinka, ale dnes je to základní věda. Abychom to vysvětlili hrubě, kladky rozdělují váhu mezi různé segmenty lana, aby bylo zvedání těžkých předmětů snazší. Řekněme, že člověk má velký předmět, který si přeje zvednout. Sáhne dolů a pokouší se to zvednout vlastní silou, ale nedokáže to. Aby to bylo jednodušší, připevní k velkému nákladu kladku. Potom připevní lano ke stropu a protáhne to lano kladkou. Poté se zvedne na laně a nakonec zvedne předmět. Člověk to může udělat, protože lano na stropě dodává polovinu síly potřebné ke zvednutí předmětu, zatímco jeden aplikuje druhou polovinu.

Ale proč se to děje? Kladka rozděluje váhu na dva segmenty lana, stranu lana od stropu ke kladce a druhou stranu lana od kladky ke zvedáku. Toto rozdělení je manipulací točivého momentu, protože zvedák rozkládá sílu na delší vzdálenost. Strop, věřte nebo ne, pomáhá člověku zvednout předmět, částečně proto, že využíváme nosnosti stropní konstrukce, která drží strop, a umožňuje tak zvedáku udělat jen polovinu práce. Zvedák lze dále usnadňovat přidáním dalších kladek a na různá místa, ale matematika se trochu zkomplikuje. Obecné pravidlo však zní: čím více kladek, tím větší výkon.

Různé konfigurace kladek v důsledku toho usnadňují zvedání. Existují tři typy konfigurací nebo typů kladek. Pevná kladka popisuje systém kladek, kde náprava nebo kolo jsou pevné nebo nepohyblivé. Druhým typem je pohyblivá kladka, kde se může osa nebo kolo volně pohybovat. A třetím typem je kladka kombinovaná, u které se používají kladky pevné i pohyblivé. Pevné kladky umožňují snadnější konfiguraci, ale pohyblivé kladky znásobují vynaloženou sílu, což usnadňuje práci. Různé situace vyžadují různé typy kladek, jako tomu bylo v případě páky.

Jak to ale platí pro jeřáby? Téměř všechny jeřáby používají kladky, ale nejběžnější použití kladek v jeřábech se vyskytuje u výložníkových jeřábů. Výložníkové jeřáby mají dráty, které se ovíjí kolem kladek a nákladu. Čím více dráty omotáte těmito dvěma, tím vyšší bude nosnost.

V dalším segmentu Jak fungují jeřáby? ?Nastíním důležitost hydraulického válce, poté zakončím následným závěrečným článkem o roli mechanické výhody.

Hydraulický válec a mechanické výhody

Nyní ke třetímu dílu našeho seriálu o vědě za stavebními jeřáby, ve kterém budeme zvažovat roli hydraulického válce. První dvě části stručně popsaly, jak páky, respektive kladky, přispívají ke zvedací síle v jeřábech. Následující a závěrečný článek se bude zabývat možná nejdůležitějším vědeckým principem maximalizace zvedací síly: mechanickou výhodou.

Co je tedy hydraulický válec? Jednoduchá odpověď je utěsněný válec nebo kruhový hranol, který je plně naplněn nějakým typem kapaliny, obvykle olejem, se dvěma otvory pro dva písty. Písty mohou být připojeny k válci v různých konfiguracích.

Pokud předpokládáme, že písty mají stejnou velikost v hydraulickém válci a neexistuje žádné tření, když je jeden píst stlačen dolů, druhý se zvedne nahoru se stejnou silou, rychlostí a vzdáleností. Pokud tedy jeden stlačí píst o dva centimetry dolů, druhý píst by se měl stlačit o dva centimetry nahoru.
Výhoda tohoto systému umožňuje snadné přesměrování sil. Píst připojený vodorovně může pohybovat dalším pístem připojeným svisle, zatímco jiné stroje neumožňují tak snadný posun směru, jak jsme viděli u kladek a pák. U pák a kladek bude síla dolů mít za následek pohyb určité síly nahoru a naopak a síla doprava bude mít za následek sílu doleva a naopak. Hydraulický válec může umožnit přenos síly v jednom směru do libovolného možného směru, nahoru, dolů, dopředu, dozadu, doprava nebo doleva.

Na druhou stranu, hydraulický válec dokáže znásobit síly maximalizací točivého momentu, jak jsme viděli u páky a kladky. Pokud má jeden píst plochu 6 čtverečních jednotek a druhý píst má 2 čtvercové jednotky, pak se síla, která tlačí dolů na menší píst, objeví 3krát větší na větším pístu. Pokud například zatlačíte píst o 2 čtverečních jednotkách dolů silou 500 liber, pak píst o 6 čtverečních jednotkách dostane tlak o síle 1 500 liber. Nicméně vzdálenost, o kterou se větší píst pohne, bude 3krát menší než vzdálenost, o kterou se menší píst posunul, aby vytvořil sílu 1500 liber.

Také podobně jako páka a kladka, téměř všechny jeřáby využívají nějakým způsobem nebo způsobem hydraulický válec. Jeřáb může používat hydraulický válec k přímému zvedání nákladu, ale hydraulika může být použita k odlehčení ramene jeřábu nebo pohybu výložníku nebo nosníku, který nese zvedací mechanismus.

Závěrem lze říci, že hydraulický válec je velmi podobný kladce a páce pro své časté použití v jeřábech a manipulaci s točivým momentem. Hydraulický válec se však odlišuje svou schopností přesměrovat síly do různých rovin. Nicméně všechny tři, páka, kladka a hydraulický válec, společně maximalizují mechanickou výhodu při zvedání velkých předmětů. V příštím díle prozkoumáme, co přesně je mechanická výhoda a jak se používá u jeřábů.

Zora Zhao

Expert na mostové jeřáby/portálové jeřáby/výložníkové jeřáby/řešení dílů pro jeřáby

S více než 10 lety zkušeností v exportním průmyslu Crane Overseas jsme pomohli více než 10 000 zákazníkům s jejich předprodejními otázkami a obavami, pokud máte nějaké související potřeby, neváhejte mě kontaktovat!

WhatsApp: +86 158 3611 5029

E-mailem: zorazhao@dgcrane.com