Hvordan fungerer traverskran – spaker, remskiver, hydraulisk sylinder og mekanisk fordel
Har du noen gang undret deg over moderne teknologi? Selv om massevis av moderne teknologi og maskineri faktisk er veldig komplisert, er noen faktisk veldig fornuftige, når du først luker ut klokkene og fløyter.
Byggekranen er for eksempel en slik maskin. Kranen bruker vanligvis bare tre enkle maskiner. Spaken, remskiven og den hydrauliske sylinderen.
Spak
I denne artikkelen vil vi kort undersøke en svært viktig mekanisme i byggekranen: spaken. Tre påfølgende artikler vil imidlertid undersøke rollen til henholdsvis remskiven, den hydrauliske sylinderen og konseptet med mekanisk fordel i konstruksjonskraner.
Så hvordan fungerer traverskran? I større eller mindre grad bruker de fleste kraner spaken til å løfte eksepsjonelt store laster. Nesten alle monterte kraner og mange balanserte kraner maksimerer løftekapasiteten med spaken.
Disse kranene bruker spaker, eller mekaniske armer, som øker styrken. Selv om et komplekst system av tau, kjeder og trinser vanligvis følger med den mekaniske armen, er selve spaken bare en enkel maskin.
De gamle har lenge brukt spaken i praksis til å bygge store templer, monumenter og festningsverk. Faktisk hevder forskere at egypterne mest sannsynlig brukte spaker for å konstruere de store pyramidene.
Imidlertid tilskriver de fleste historikere utviklingen av den geometriske teorien bak spaken til Archimedes. Arkimedes, en matematiker og filosof, levde i antikkens Hellas rundt det tredje århundre fvt. Det påstås at han en gang sa: "Gi meg et sted å stå, så skal jeg flytte jorden med en spak."
Selve spaken er en stabil stang som hviler på et dreiepunkt, eller støttepunkt. Du kan trykke ned på den ene enden med litt "innsats" kraft for å produsere noe resulterende "arbeid" kraft i den andre enden. Arbeidsstyrken bærer eller holder vanligvis gjenstanden som løftes.
Forsker klassifiserer alle spaker i tre forskjellige grupper. I klasse 1-spaker sitter omdreiningspunktet mellom innsatsen og arbeidskreftene, som i en vippe eller brekkjern. Klasse to spaker er spaker der arbeidskraften sitter mellom omdreiningspunktet og innsatskraften, som en trillebår. Og i klasse tre spaker påføres innsatskraften mellom støttepunktet og arbeidsstyrken, som i pinsett.
Men igjen, hvordan fungerer traverskran? Som vi vil se med remskiven og den hydrauliske sylinderen, manipulerer spaken et konsept kjent som dreiemoment. Dreiemoment måler avstanden som en kraft påføres, eller dreiemoment er lik kraft ganger avstand.
Som Archimedes innså, gir manipulering av dreiemoment større løftekapasitet. Vurder for eksempel en enkel vippe på en lekeplass. Vippen er ti fot lang, og den svinger på en stang rett i midten av vippebrettet. En på siden sitter et barn på 200 pund, og på den motsatte siden sitter et snauere barn på 100 pund.
Den fetere ungen vil helt sikkert skyve siden av vippen sin ned til bakken, mens den magre ungen reiser seg. For den mindre ungen må de bruke 100 kilo ekstra kraft for å bare balansere vippen!
Men hva om han hadde magiske evner som gjorde at han kunne utvide siden av vippen med 5 fot til. Hans ti fots side av vippen, matchet med vekten hans på 100 pund, ville tillate ham å balansere vippen. Og teoretisk sett, hvis han forlenget siden til en lengde på mer enn 10 fot, ville siden sakte krype bakken og løfte den fetere ungen opp fra bakken.
Men igjen, hvordan fungerer traverskran? Spaken manipulerer delvis dreiemomentet slik at kraner kan løfte svært tung last. Jo mer du sprer anstrengelseskraften over større avstander, jo mindre "innsats" kraft vil kreves for å gjøre løftet. Spaker hjelper ikke bare magre barn, men også hundrevis av ingeniører, arkitekter og bygningsarbeidere som løfter gigantiske laster hver dag!
Følg med på neste segment i serien vår «Hvordan fungerer traverskran?», når vi skal utforske rollen til remskiven. Deretter vil vi gå videre til den hydrauliske sylinderen og konseptet med mekanisk fordel.
Barnhart Crane and Rigging Company hever alltid listen i kranindustrien. Hvis du trenger en kran eller ønsker å lære mer, vennligst besøk sidene for kranservice og maskinflytting på Barnhart Cranes nettsted.
Remskivens manipulering av dreiemoment
I min forrige artikkel stilte jeg spørsmålet: hvordan fungerer traverskraner? For å løse denne gåten undersøkte jeg først den betydelige rollen til spaken i byggekraner. I dag vil vi se at remskivens manipulering av dreiemoment, som spaken, øker en krans evne til å løfte tunge laster. I de følgende artiklene vil vi utforske hydrauliske sylindre og konseptet med mekanisk fordel.
Som med spaken, gir forskere Arkimedes den tidligste teoretiske utviklingen av trinsen. I følge Plutarch, en gresk historiker, hevdet Arkimedes at han kunne flytte verden hvis han hadde nok trinser, en svært lik uttalelse som hans forslag om å flytte jorden med en spak. Historien fortsetter når kong Hieron av Syracuse ber Arkimedes flytte et stort skip i Hierons marine. På den fastsatte dagen satte Arkimedes opp systemet sitt med trinser, kongen lastet skipet fullt av passasjerer og last, og så satt Arkimedes på avstand og trakk i tauet. Resultatet? Plutarch forklarer at skipet beveget seg "så jevnt og jevnt som om hun hadde vært i sjøen."
For de gamle var dette bare en nyhet, men i dag er dette grunnleggende vitenskap. For å forklare det grovt, fordeler trinser vekt gjennom forskjellige segmenter av tau for å gjøre det lettere å løfte tunge gjenstander. La oss si at man har en stor gjenstand han ønsker å løfte. Han strekker seg ned og prøver å løfte den med sin egen styrke, men han kan ikke gjøre det. For å gjøre dette lettere fester han en trinse til den store lasten. Så fester han et tau i taket og drar det tauet gjennom trinsen. Deretter løfter han opp på tauet, og løfter til slutt gjenstanden. Man kan gjøre dette fordi tauet i taket leverer halvparten av kraften som trengs for å løfte gjenstanden mens man påfører den andre halvdelen.
Men hvorfor skjer dette? Remskiven fordeler vekten over to tausegmenter, siden av tauet fra taket til trinsen og den andre siden av tauet fra trinsen til løfteren. Denne fordelingen er en manipulasjon av dreiemoment, da løfteren sprer kraften over en lengre avstand. Taket, tro det eller ei, hjelper en med å løfte objektet, blant annet fordi vi utnytter løftekapasiteten til takkonstruksjonen som holder taket oppe, og dermed lar løfteren utføre bare halvparten av arbeidet. Man kan fortsette å gjøre løftet lettere ved å legge til flere trinser og til forskjellige steder, men regnestykket blir litt mer komplisert. Den generelle regelen er imidlertid som følger: jo flere trinser, jo mer kraft.
Ulike konfigurasjoner av trinser, som et resultat, gjør løfting enklere. Det finnes tre typer konfigurasjoner, eller typer, av trinser. En fast remskive beskriver et trinsesystem der akselen eller hjulet er fast, eller ubevegelig. Den andre typen er en bevegelig trinse, hvor akselen eller hjulet kan bevege seg fritt. Og den tredje typen er en kombinert trinse, der både faste og bevegelige trinser brukes. Faste trinser gir enklere konfigurasjon, men bevegelige trinser multipliserer den påførte kraften, noe som gjør arbeidet enklere. Ulike situasjoner krever forskjellige typer trinser, slik tilfellet var med spaken.
Men hvordan gjelder dette for kraner? Vel nesten alle kraner bruker trinser, men den vanligste bruken av trinser i kraner forekommer i svingkraner. Jibbkraner har vaiere som vikler seg rundt trinser og last. Jo mer du vikler ledningene gjennom de to, jo høyere løftekapasitet.
I neste segment av Hvordan fungerer kraner? ?Jeg vil skissere viktigheten av den hydrauliske sylinderen, hvoretter jeg vil avslutte med en påfølgende og siste artikkel om rollen som mekaniske fordeler.
Hydraulisk sylinder og mekanisk fordel
Nå til del tre i serien vår om vitenskapen bak konstruksjonskraner, der vi vil vurdere rollen til den hydrauliske sylinderen. De to første delene beskrev kort hvordan henholdsvis spaker og trinser bidrar til løftekraften i kraner. Den påfølgende og siste artikkelen vil vurdere kanskje det viktigste vitenskapelige prinsippet for å maksimere løftekraften: mekanisk fordel.
Så hva er en hydraulisk sylinder? Det enkle svaret er en forseglet sylinder, eller et sirkulært prisme, som er fullt fylt med en eller annen type væske, vanligvis en olje, med to åpninger for to stempler. Stemplene kan kobles til sylinderen i forskjellige konfigurasjoner.
Hvis vi antar at stemplene er like store i en hydraulisk sylinder og det ikke eksisterer friksjon, når det ene stempelet presses nedover, vil det andre stige oppover med lik kraft, hastighet og avstand. Så hvis man komprimerer et stempel to centimeter ned, bør det andre stempelet trykke to centimeter oppover.
Fordelen med dette systemet lar deg enkelt omdirigere styrker. Et stempel festet horisontalt kan flytte et annet stempel festet vertikalt, mens andre maskiner ikke tillater en så enkel retningsoversettelse, som vi så med trinsene og spakene. Med spaker og trinser vil en kraft ned resultere i at en kraft beveger seg oppover, og omvendt, og en kraft til høyre vil resultere i en kraft til venstre, og omvendt. Den hydrauliske sylinderen kan tillate at en kraft i én retning overføres til enhver mulig retning, opp, ned, forover, bakover, høyre eller venstre.
På den annen side kan den hydrauliske sylinderen multiplisere kreftene ved å maksimere dreiemomentet, som vi så med spaken og trinsen. Hvis ett stempel har et areal på 6 kvadratenheter, og et annet stempel har 2 kvadratenheter, vil kraften som presser ned på det mindre stempelet virke 3 ganger større på det større stempelet. For eksempel, hvis man skyver stempelet med 2 kvadrater ned med en kraft på 500 pund, vil stempelet med 6 kvadrater motta et trykk med kraften på 1500 pund. Imidlertid vil avstanden det større stempelet beveger seg være 3 ganger mindre enn avstanden det mindre stempelet flyttet for å skape 1500 pund kraft.
Også lik spaken og trinsen, bruker nesten alle kraner den hydrauliske sylinderen på en eller annen måte. Kranen kan bruke en hydraulisk sylinder for å løfte lasten direkte, men en hydraulikk kan brukes til å støype en kranarm eller flytte en jib eller bjelke som bærer løftemekanismen.
Som konklusjon er den hydrauliske sylinderen mye som trinsen og spaken for dens hyppige bruk i kraner og dens manipulering av dreiemoment. Den hydrauliske sylinderen skiller seg imidlertid ut på grunn av dens evne til å omdirigere krefter til forskjellige plan. Imidlertid maksimerer alle tre, spaken, trinsen og den hydrauliske sylinderen, samlet den mekaniske fordelen ved å løfte store gjenstander. I den neste delen vil vi undersøke nøyaktig hva mekanisk fordel er og hvordan den brukes på kraner.
Zora Zhao
Ekspert på traverskran/portalkran/jibbkran/krandelerløsninger
Med 10+ års erfaring i kranens oversjøiske eksportindustri, hjalp 10 000+ kunder med deres spørsmål og bekymringer før salg, hvis du har noen relaterte behov, kan du gjerne kontakte meg!