오버 헤드 크레인은 어떻게 작동합니까 - 레버, 풀리, 유압 실린더 및 기계적 이점
현대 기술에 감탄한 적이 있습니까? 많은 현대 기술과 기계가 사실 매우 복잡하지만 일부는 종소리와 휘파람을 제거하면 실제로 매우 합리적입니다.
예를 들어 건설 크레인이 그러한 기계입니다. 크레인은 일반적으로 3개의 단순 기계만 사용합니다. 레버, 풀리 및 유압 실린더.
지렛대
이 기사에서는 건설 크레인에서 매우 중요한 메커니즘인 레버를 간략하게 살펴보겠습니다. 그러나 세 개의 후속 기사에서는 건설 크레인에서 풀리, 유압 실린더 및 기계적 이점의 개념을 각각 조사할 것입니다.
그렇다면 오버 헤드 크레인은 어떻게 작동합니까? 크든 작든 대부분의 크레인은 레버를 사용하여 매우 큰 하중을 들어 올립니다. 거의 모든 장착형 크레인과 많은 균형 잡힌 크레인은 레버로 리프팅 용량을 최대화합니다.
이 크레인은 강도를 높이는 레버 또는 기계식 암을 사용합니다. 로프, 체인 및 도르래의 복잡한 시스템은 일반적으로 기계식 암과 함께 제공되지만 레버 자체는 단순한 기계일 뿐입니다.
고대인들은 오랫동안 지렛대를 사용하여 큰 사원, 기념물 및 요새를 건설했습니다. 사실, 학자들은 이집트인들이 대피라미드를 건설하기 위해 지렛대를 사용했을 가능성이 가장 높다고 주장합니다.
그러나 대부분의 역사가들은 지레 뒤에 숨어 있는 기하학 이론의 발전을 아르키메데스의 탓으로 돌립니다. 기원전 3세기경 고대 그리스에 살았던 수학자이자 철학자인 아르키메데스는 “나에게 설 자리를 주면 지렛대로 지구를 움직일 것이다”라고 재치있게 말했다고 합니다.
레버 자체는 피벗 포인트 또는 받침점에 놓이는 안정적인 막대입니다. 한쪽 끝을 약간의 "노력" 힘으로 눌러 다른 쪽 끝에서 "일" 힘을 생성할 수 있습니다. 인력은 일반적으로 들어 올려지는 물체를 운반하거나 유지합니다.
과학자는 모든 지렛대를 세 가지 다른 그룹으로 분류합니다. 1종 지레에서 지렛대는 시소나 지렛대처럼 노력과 노동력 사이에 위치합니다. 2종 지레는 일력이 수레와 같이 받침점과 작용력 사이에 있는 지레입니다. 그리고 3종 지레에서는 족집게에서와 같이 받침점과 작업력 사이에 힘이 가해집니다.
그러나 다시 오버 헤드 크레인은 어떻게 작동합니까? 풀리와 유압 실린더에서 볼 수 있듯이 레버는 토크라는 개념을 조작합니다. 토크는 힘이 가해지는 거리를 측정하거나 토크는 힘 곱하기 거리와 같습니다.
아르키메데스가 깨달았듯이 토크를 조작하면 더 큰 리프팅 용량을 제공합니다. 예를 들어, 놀이터의 간단한 시소를 생각해 보십시오. 10피트 길이의 시소는 시소판 중앙에 있는 막대를 중심으로 회전합니다. 한쪽에는 200파운드짜리 꼬마가 앉아 있고 반대쪽에는 100파운드짜리 꼬마가 앉아 있습니다.
뚱뚱한 아이는 확실히 시소의 옆구리를 땅으로 밀 것이고, 마른 아이는 일어설 것입니다. 작은 아이의 경우 시소의 균형을 맞추기 위해 100파운드의 추가 힘을 가해야 합니다!
그러나 그가 시소의 측면을 5피트 더 늘릴 수 있는 마법의 능력이 있다면 어떨까요? 그의 시소의 10피트 측면과 100파운드의 무게는 그가 시소의 균형을 잡을 수 있게 해 줄 것입니다. 그리고 이론적으로 그가 옆구리를 10피트보다 길게 뻗으면 옆구리가 천천히 땅을 파고들어 뚱뚱한 아이를 땅에서 들어 올립니다.
그런데 오버헤드 크레인은 어떻게 작동하나요? 레버는 부분적으로 토크를 조작하여 크레인이 매우 무거운 하중을 들어 올릴 수 있도록 합니다. 힘을 더 먼 거리로 퍼뜨릴수록 리프트를 수행하는 데 필요한 "노력"이 줄어듭니다. 레버는 마른 아이들뿐만 아니라 매일 거대한 짐을 들어올리는 수백 명의 엔지니어, 건축가, 건설 노동자에게도 도움이 됩니다!
도르래의 역할을 탐구할 "오버헤드 크레인은 어떻게 작동합니까?" 시리즈의 다음 부분을 계속 지켜봐 주시기 바랍니다. 그런 다음 유압 실린더와 기계적 이점의 개념으로 넘어갑니다.
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풀리의 토크 조작
지난 기사에서 저는 오버헤드 크레인이 어떻게 작동하는지에 대해 질문했습니다. 이 수수께끼를 풀기 위해 먼저 건설 크레인에서 레버의 중요한 역할을 조사했습니다. 오늘 우리는 레버처럼 도르래의 토크 조작이 무거운 하중을 들어 올리는 크레인의 능력을 향상시키는 것을 볼 것입니다. 다음 기사에서는 유압 실린더와 기계적 이점의 개념을 살펴보겠습니다.
지렛대와 마찬가지로 학자들은 아르키메데스가 도르래를 최초로 이론적으로 개발한 공로를 인정합니다. 그리스 역사가 플루타르코스(Plutarch)에 따르면, 아르키메데스는 도르래가 충분하면 세상을 움직일 수 있다고 주장했는데, 이는 지렛대를 사용하여 지구를 움직이겠다는 그의 제안과 매우 유사한 진술입니다. 이야기는 시라쿠사의 히에론 왕이 아르키메데스에게 히에론의 해군에서 대형 선박을 옮기도록 요청하면서 계속됩니다. 지정된 날, 아르키메데스는 도르래 시스템을 설치했고, 왕은 승객과 화물을 가득 실은 배에 짐을 싣고, 아르키메데스는 멀리서 앉아서 밧줄을 당겼습니다. 결과? Plutarch는 배송된 선박이 "마치 바다에 있었던 것처럼 부드럽고 고르게" 움직였다고 설명합니다.
고대인에게는 이것이 단순한 신기한 일이었지만 오늘날에는 이것이 기초과학입니다. 대략적으로 설명하자면, 도르래는 무거운 물건을 더 쉽게 들어올릴 수 있도록 로프의 여러 부분을 통해 무게를 분산시킵니다. 어떤 사람이 들어올리고 싶은 큰 물체를 가지고 있다고 가정해 봅시다. 그는 손을 뻗어 자신의 힘으로 그것을 들어올리려고 시도하지만, 그렇게 할 수 없습니다. 이를 더 쉽게 하기 위해 그는 큰 하중에 도르래를 부착합니다. 그런 다음 천장에 밧줄을 연결하고 도르래를 통해 그 밧줄을 당깁니다. 다음으로 그는 밧줄을 들어올리고 마침내 물체를 들어 올립니다. 천장에 있는 로프가 물체를 들어올리는 데 필요한 힘의 절반을 공급하고 다른 절반은 적용하기 때문에 이렇게 할 수 있습니다.
그러나 왜 이런 일이 발생합니까? 도르래는 천장에서 도르래까지 로프의 측면과 도르래에서 리프터까지 로프의 다른 측면인 두 개의 로프 세그먼트에 걸쳐 무게를 분산합니다. 리프터가 힘을 더 먼 거리에 분산시키기 때문에 이 분포는 토크의 조작입니다. 믿거 나 말거나 천장은 물체를 들어 올리는 데 도움이됩니다. 부분적으로는 천장을 지탱하는 천장 구조의 리프팅 용량을 활용하여 리프터가 작업의 절반만 수행할 수 있기 때문입니다. 더 많은 도르래와 다른 위치에 추가하여 리프트를 계속 쉽게 만들 수 있지만 수학은 조금 더 복잡해집니다. 그러나 일반적인 규칙은 다음과 같습니다. 도르래가 많을수록 더 많은 힘이 가해집니다.
결과적으로 도르래의 구성이 다르기 때문에 들어올리기가 더 쉽습니다. 풀리에는 세 가지 유형의 구성 또는 유형이 있습니다. 고정 도르래는 차축이나 바퀴가 고정되어 있거나 움직일 수 없는 도르래 시스템을 설명합니다. 두 번째 유형은 축이나 바퀴가 자유롭게 움직일 수 있는 가동 도르래입니다. 그리고 세 번째 유형은 고정 도르래와 가동 도르래가 모두 사용되는 결합 도르래입니다. 고정 도르래는 더 쉽게 구성할 수 있지만 이동 도르래는 가해지는 힘을 배가시켜 작업을 더 쉽게 만듭니다. 레버의 경우와 마찬가지로 상황에 따라 다양한 유형의 풀리가 필요합니다.
그러나 이것이 크레인에 어떻게 적용됩니까? 거의 모든 크레인이 도르래를 사용하지만 크레인에서 도르래의 가장 일반적인 적용은 지브 크레인에서 발생합니다. 지브 크레인에는 풀리와 하중을 감싸는 와이어가 있습니다. 2개를 통해 와이어를 더 많이 감쌀수록 리프팅 용량이 높아집니다.
크레인 작동 방식의 다음 부분에서? ?유압 실린더의 중요성에 대해 간략히 설명하고 기계적 이점의 역할에 대한 후속 및 최종 기사로 결론을 내리겠습니다.
유압 실린더 및 기계적 이점
이제 건설 크레인 이면의 과학에 대한 시리즈의 3부로 넘어가서 유압 실린더의 역할을 고려할 것입니다. 처음 두 부분에서는 레버와 풀리가 각각 크레인의 양력에 어떻게 기여하는지 간략하게 설명했습니다. 이어지는 기사와 마지막 기사에서는 양력을 최대화하는 데 있어 가장 중요한 과학적 원리인 기계적 이점을 고려할 것입니다.
그렇다면 유압 실린더는 무엇입니까? 간단한 대답은 두 개의 피스톤을 위한 두 개의 구멍이 있는 일종의 액체(일반적으로 오일)로 완전히 채워진 밀봉된 실린더 또는 원형 프리즘입니다. 피스톤은 다양한 구성으로 실린더에 연결될 수 있습니다.
유압 실린더에서 피스톤이 같은 크기이고 마찰이 없다고 가정하면 하나의 피스톤이 아래로 눌려지면 다른 피스톤은 동일한 힘, 속도 및 거리로 위로 올라갑니다. 따라서 한 피스톤이 아래쪽으로 2cm 압축되면 다른 피스톤은 위쪽으로 2cm 눌러야 합니다.
이 시스템의 장점은 힘을 쉽게 재지정할 수 있게 해줍니다. 수평으로 부착된 피스톤은 수직으로 부착된 다른 피스톤을 움직일 수 있는 반면, 다른 기계는 도르래와 레버에서 보았듯이 쉽게 방향 변환을 허용하지 않습니다. 레버와 도르래를 사용하면 아래로 힘을 가하면 위로 움직이는 힘이 발생하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 오른쪽으로 힘을 가하면 왼쪽으로 힘이 가해지며 그 반대도 마찬가지입니다. 유압 실린더는 한 방향의 힘이 위, 아래, 앞으로, 뒤로, 오른쪽 또는 왼쪽과 같은 가능한 모든 방향으로 전달되도록 할 수 있습니다.
반면에 유압 실린더는 레버와 풀리에서 보았듯이 토크를 최대화하여 힘을 배가할 수 있습니다. 한 피스톤의 면적이 6제곱 단위이고 다른 피스톤의 면적이 2제곱 단위인 경우 작은 피스톤을 아래로 누르는 힘은 큰 피스톤에서 3배 더 크게 나타납니다. 예를 들어, 2제곱 단위 피스톤을 500파운드의 힘으로 아래로 밀면 6제곱 단위 피스톤은 1500파운드의 힘으로 푸시를 받습니다. 그러나 더 큰 피스톤이 움직이는 거리는 1500파운드의 힘을 생성하기 위해 더 작은 피스톤이 움직인 거리보다 3배 작습니다.
또한 레버 및 풀리와 유사하게 거의 모든 크레인은 어떤 형태나 방식으로 유압 실린더를 사용합니다. 크레인은 하중을 직접 들어올리기 위해 유압 실린더를 사용할 수 있지만 유압은 크레인 암을 제거하거나 리프팅 메커니즘을 운반하는 지브 또는 빔을 이동하는 데 사용할 수 있습니다.
결론적으로 유압 실린더는 크레인에서 자주 사용되며 토크를 조작한다는 점에서 풀리 및 레버와 매우 유사합니다. 그러나 유압 실린더는 힘을 다른 평면으로 방향을 바꿀 수 있다는 점에서 차별화됩니다. 그러나 레버, 도르래, 유압 실린더의 세 가지 요소는 모두 큰 물체를 들어올릴 때 기계적 이점을 극대화합니다. 다음 회에서는 기계적 이점이 무엇인지, 그리고 그것이 크레인에 어떻게 적용되는지 정확히 살펴보겠습니다.
조라 자오
오버헤드 크레인/갠트리 크레인/지브 크레인/크레인 부품 솔루션 전문가
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