เครนเหนือศีรษะทำงานอย่างไร – คันโยก รอก กระบอกไฮดรอลิกและความได้เปรียบทางกล
คุณเคยประหลาดใจกับเทคโนโลยีสมัยใหม่หรือไม่? แม้ว่าเทคโนโลยีและเครื่องจักรที่ทันสมัยจำนวนมากจะมีความซับซ้อน แต่จริงๆ แล้วบางอย่างก็สมเหตุสมผลดี เมื่อคุณกำจัดเสียงระฆังและเสียงนกหวีดออกไป
เครนก่อสร้างเป็นเครื่องจักรดังกล่าว เครนโดยทั่วไปใช้เครื่องจักรอย่างง่ายเพียงสามเครื่องเท่านั้น คันโยก รอก และกระบอกไฮดรอลิก
คันโยก
ในบทความนี้ เราจะตรวจสอบกลไกที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในเครนก่อสร้างโดยย่อ: คันโยก อย่างไรก็ตาม บทความสามบทความต่อมาจะตรวจสอบบทบาทของรอก กระบอกไฮดรอลิก และแนวคิดของข้อได้เปรียบทางกลตามลำดับในเครนสำหรับงานก่อสร้าง
แล้วเครนเหนือศีรษะทำงานอย่างไร? ไม่ว่าจะมากหรือน้อย เครนส่วนใหญ่ใช้คันโยกเพื่อยกของที่มีน้ำหนักมากเป็นพิเศษ เครนแบบติดตั้งเกือบทั้งหมดและเครนแบบบาลานซ์จำนวนมากช่วยเพิ่มความสามารถในการยกด้วยคันโยก
ปั้นจั่นเหล่านี้ใช้คันโยกหรือแขนกลที่เพิ่มความแข็งแรง แม้ว่าระบบที่ซับซ้อนของเชือก โซ่ และรอกมักจะมาพร้อมกับแขนกล แต่คันโยกเองก็เป็นเพียงเครื่องจักรธรรมดาๆ
คนโบราณใช้คันโยกนี้ในการสร้างวัด อนุสรณ์สถาน และป้อมปราการขนาดใหญ่มาอย่างยาวนาน อันที่จริง นักวิชาการโต้แย้งว่าชาวอียิปต์น่าจะใช้คันโยกเพื่อสร้างมหาพีระมิด
อย่างไรก็ตาม นักประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าทฤษฎีทางเรขาคณิตเบื้องหลังคันโยกนั้นเกิดจากอาร์คิมิดีส อาร์คิมิดีสเป็นนักคณิตศาสตร์และนักปรัชญา เขาอาศัยอยู่ในกรีกโบราณเมื่อประมาณศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสตศักราช เขาเคยกล่าวติดตลกไว้ว่า “หาที่ยืนให้ฉันหน่อย แล้วฉันจะเคลื่อนย้ายโลกด้วยคันโยก”
คันโยกเป็นแท่งเหล็กที่มั่นคงซึ่งวางอยู่บนจุดหมุนหรือจุดหมุน คุณสามารถกดปลายข้างหนึ่งลงด้วยแรง "ออกแรง" เพื่อสร้างแรง "ทำงาน" ที่เกิดขึ้นกับปลายอีกข้างหนึ่ง แรงดังกล่าวโดยปกติจะทำหน้าที่แบกหรือยึดวัตถุที่กำลังยกอยู่
นักวิทยาศาสตร์จำแนกคันโยกทั้งหมดออกเป็นสามกลุ่มที่แตกต่างกัน ในคันโยกคลาสวัน จุดศูนย์กลางอยู่ระหว่างความพยายามและกำลังงาน เช่นเดียวกับในกระดานหกหรือชะแลง คันโยกประเภทสองเป็นคันโยกที่แรงงานตั้งอยู่ระหว่างจุดศูนย์กลางและแรงออกแรง เช่น รถสาลี่ และในคันโยกประเภทสาม แรงออกแรงจะถูกใช้ระหว่างจุดศูนย์กลางและแรงทำงาน เช่นเดียวกับในแหนบ
แต่อีกครั้ง เครนเหนือศีรษะทำงานอย่างไร ดังที่เราเห็นด้วยรอกและกระบอกไฮดรอลิก คันโยกควบคุมแนวคิดที่เรียกว่าแรงบิด แรงบิดวัดระยะทางที่ใช้แรงหรือแรงบิดเท่ากับแรงคูณระยะทาง
ตามที่อาร์คิมิดีสตระหนัก การจัดการแรงบิดทำให้มีความสามารถในการยกที่มากขึ้น ตัวอย่างเช่น ลองเล่นกระดานหกแบบง่ายๆ บนสนามเด็กเล่น กระดานหกยาวสิบฟุตและหมุนบนแท่งที่อยู่ตรงกลางกระดานหก ข้างหนึ่งนั่งเด็กหนัก 200 ปอนด์ ฝั่งตรงข้ามนั่งเด็ก 100 ปอนด์ตัวผอมกว่า
เด็กที่อ้วนกว่าจะผลักกระดานหกข้างของเขาลงไปที่พื้นอย่างแน่นอน ในขณะที่เด็กผอมบางจะลุกขึ้น สำหรับเด็กเล็ก ต้องออกแรงเพิ่มอีก 100 ปอนด์เพื่อสร้างสมดุลให้กับกระดานหก!
แต่ถ้าเขามีความสามารถเวทย์มนตร์ที่ทำให้เขาขยายด้านข้างของกระดานหกได้อีก 5 ฟุต กระดานหกด้านยาวสิบฟุตของเขา ซึ่งเข้าคู่กับน้ำหนัก 100 ปอนด์ของเขา จะช่วยให้เขาทรงตัวกับกระดานหกได้ และตามทฤษฎีแล้ว ถ้าเขายืดข้างออกจนยาวเกิน 10 ฟุต สีข้างของเขาก็ค่อย ๆ คืบคลานบนพื้น ยกเด็กอ้วนขึ้นจากพื้น
เครนเหนือศีรษะทำงานอย่างไร คันโยกมีหน้าที่ควบคุมแรงบิดเพื่อให้เครนสามารถยกของหนักได้ ยิ่งคุณกระจายแรงออกแรงให้ไกลขึ้นเท่าไร แรงที่ต้องใช้ก็จะน้อยลงเท่านั้นในการยกของ คันโยกไม่เพียงแต่ช่วยเด็กผอมแห้งเท่านั้น แต่ยังช่วยวิศวกร สถาปนิก และคนงานก่อสร้างหลายร้อยคนที่ต้องยกของหนักทุกวันอีกด้วย!
ติดตามตอนต่อไปในซีรีส์ "เครนเหนือศีรษะทำงานอย่างไร" ซึ่งเราจะมาสำรวจบทบาทของรอก จากนั้นเราจะมาพูดถึงกระบอกไฮดรอลิกและแนวคิดเรื่องข้อได้เปรียบเชิงกล
Barnhart Crane and Rigging Company ยกระดับอุตสาหกรรมเครนอยู่เสมอ หากคุณต้องการปั้นจั่นหรือต้องการเรียนรู้เพิ่มเติม โปรดไปที่หน้าบริการเครนและการขนย้ายเครื่องจักรบนเว็บไซต์ Barnhart Crane
การควบคุมแรงบิดของรอก
ในบทความที่แล้ว ฉันได้ถามคำถามว่า เครนเหนือศีรษะทำงานอย่างไร เพื่อไขปริศนาข้อนี้ ฉันได้ศึกษาบทบาทสำคัญของคันโยกในเครนก่อสร้างก่อนเป็นอันดับแรก วันนี้ เราจะได้เห็นว่าการควบคุมแรงบิดของรอก เช่นเดียวกับคันโยก ช่วยเพิ่มความสามารถของเครนในการยกของหนัก ในบทความต่อไปนี้ เราจะมาสำรวจกระบอกไฮดรอลิกและแนวคิดของข้อได้เปรียบเชิงกล
นักวิชาการยกเครดิตให้อาร์คิมิดีสในฐานะผู้ริเริ่มทฤษฎีเกี่ยวกับรอกในยุคแรกๆ เช่นเดียวกับคันโยก ตามที่พลูทาร์ก นักประวัติศาสตร์ชาวกรีกกล่าวไว้ อาร์คิมิดีสอ้างว่าเขาสามารถเคลื่อนย้ายโลกได้หากมีรอกเพียงพอ ซึ่งเป็นคำกล่าวที่คล้ายคลึงกันมากกับข้อเสนอของเขาเกี่ยวกับการเคลื่อนย้ายโลกด้วยคันโยก เรื่องราวดำเนินต่อไปเมื่อกษัตริย์ฮีรอนแห่งซีราคิวส์ขอให้อาร์คิมิดีสเคลื่อนย้ายเรือขนาดใหญ่ในกองทัพเรือของฮีรอน ในวันนัดหมาย อาร์คิมิดีสได้ติดตั้งระบบรอกของเขา กษัตริย์บรรทุกผู้โดยสารและสินค้าเต็มเรือ จากนั้นอาร์คิมิดีสจึงนั่งลงจากระยะไกลแล้วดึงเชือก ผลลัพธ์? พลูทาร์กอธิบายว่าเรือเดินทะเลเคลื่อนที่ได้ "อย่างราบรื่นและสม่ำเสมอราวกับว่าอยู่ในทะเล"
สำหรับคนโบราณแล้ว เรื่องนี้ถือเป็นเรื่องแปลกใหม่ แต่ในปัจจุบัน เรื่องนี้ถือเป็นวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน หากจะอธิบายแบบคร่าวๆ รอกจะกระจายน้ำหนักผ่านเชือกหลายส่วนเพื่อให้ยกของหนักได้ง่ายขึ้น สมมติว่ามีคนต้องการยกของชิ้นใหญ่ เขาเอื้อมมือลงไปและพยายามยกด้วยแรงของตัวเอง แต่ทำไม่ได้ เพื่อให้ยกได้ง่ายขึ้น เขาจึงติดรอกเข้ากับของชิ้นใหญ่ จากนั้นจึงติดเชือกกับเพดานแล้วดึงเชือกนั้นผ่านรอก จากนั้นจึงยกเชือกขึ้น และในที่สุดก็ยกของชิ้นนั้นขึ้น การทำเช่นนี้ทำได้เพราะเชือกบนเพดานให้แรงครึ่งหนึ่งที่จำเป็นในการยกของชิ้นนั้น ในขณะที่อีกคนใช้แรงอีกครึ่งหนึ่ง
แต่ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? รอกจะกระจายน้ำหนักตามส่วนของเชือกสองส่วน ด้านของเชือกจากเพดานถึงรอก และอีกด้านหนึ่งของเชือกจากรอกไปยังตัวยก การกระจายนี้เป็นการควบคุมแรงบิด เนื่องจากตัวยกจะกระจายแรงออกไปในระยะทางที่ไกลกว่า เพดานเชื่อหรือไม่ว่าช่วยคนยกของขึ้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเราใช้ประโยชน์จากความสามารถในการยกของโครงสร้างฝ้าเพดานที่ยึดเพดานขึ้น จึงทำให้ตัวยกทำงานเพียงครึ่งเดียว เราสามารถช่วยให้ลิฟต์ยกได้ง่ายขึ้นโดยการเพิ่มรอกและตำแหน่งต่างๆ แต่คณิตศาสตร์จะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม กฎทั่วไปมีดังนี้ ยิ่งรอกยิ่งมีกำลังมาก
การกำหนดค่าต่างๆ ของรอกทำให้ยกได้ง่ายขึ้น มีการกำหนดค่าหรือประเภทของรอกอยู่สามประเภท รอกยึดอยู่กับที่ หมายถึงระบบรอกที่เพลาหรือล้อยึดอยู่กับที่ หรือเคลื่อนที่ไม่ได้ ประเภทที่สองคือรอกที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งเพลาหรือล้อสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ และประเภทที่สามคือรอกแบบรวมซึ่งใช้ทั้งรอกแบบคงที่และแบบเคลื่อนย้ายได้ รอกคงที่ช่วยให้กำหนดค่าได้ง่ายขึ้น แต่รอกที่เคลื่อนย้ายได้จะเพิ่มแรงที่ใช้ ซึ่งทำให้การทำงานง่ายขึ้น สถานการณ์ต่างๆ ต้องใช้รอกประเภทต่างๆ เช่นเดียวกับคันโยก
แต่สิ่งนี้ใช้กับปั้นจั่นได้อย่างไร? เครนเกือบทั้งหมดใช้รอก แต่การใช้งานรอกที่พบบ่อยที่สุดในรถเครนเกิดขึ้นในเครนแขนหมุน เครนแขนหมุนมีสายไฟพันรอบรอกและน้ำหนักบรรทุก ยิ่งคุณพันสายไฟผ่านทั้งสองมากเท่าใด ความสามารถในการยกก็จะสูงขึ้นเท่านั้น
ในตอนต่อไปของ How Cranes Work? ฉันจะสรุปความสำคัญของกระบอกสูบไฮดรอลิก หลังจากนั้น ฉันจะสรุปด้วยบทความสุดท้ายเกี่ยวกับบทบาทของความได้เปรียบทางกล
กระบอกไฮดรอลิกและความได้เปรียบทางกล
มาถึงตอนที่ 3 ของซีรีส์เรื่องวิทยาศาสตร์เบื้องหลังเครนก่อสร้าง ซึ่งเราจะพิจารณาถึงบทบาทของกระบอกไฮดรอลิก สองส่วนแรกอธิบายสั้น ๆ ว่าคันโยกและรอกมีส่วนช่วยในการยกของเครนอย่างไรตามลำดับ บทความต่อไปและบทความสุดท้ายจะพิจารณาถึงหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดในการเพิ่มแรงยกสูงสุด: ความได้เปรียบทางกล
แล้วกระบอกไฮดรอลิกคืออะไร? คำตอบง่ายๆ คือ กระบอกสูบที่ปิดสนิท หรือปริซึมทรงกลมที่บรรจุของเหลวบางชนิดจนเต็ม โดยปกติคือน้ำมัน โดยมีช่องเปิดสองช่องสำหรับลูกสูบสองตัว ลูกสูบอาจเชื่อมต่อกับกระบอกสูบในรูปแบบต่างๆ
หากเราคิดว่าลูกสูบมีขนาดเท่ากันในกระบอกไฮดรอลิกและไม่มีการเสียดสี เมื่อลูกสูบตัวหนึ่งกดลง ลูกสูบอีกตัวหนึ่งจะสูงขึ้นด้วยแรง ความเร็ว และระยะทางที่เท่ากัน ดังนั้น ถ้าตัวหนึ่งกดลูกสูบลงไปสองเซนติเมตร ลูกสูบอีกอันหนึ่งก็ควรจะดันขึ้นสองเซนติเมตร
ข้อดีของระบบนี้ทำให้คุณสามารถเปลี่ยนทิศทางกองกำลังได้อย่างง่ายดาย ลูกสูบที่ติดในแนวนอนสามารถเคลื่อนลูกสูบอีกอันที่ติดอยู่ในแนวตั้งได้ ในขณะที่เครื่องจักรอื่นๆ ไม่อนุญาตให้แปลทิศทางได้ง่ายดังที่เราเห็นด้วยรอกและคันโยก เมื่อใช้คันโยกและรอก แรงลงจะส่งผลให้มีแรงเคลื่อนขึ้นด้านบน และในทางกลับกัน และแรงไปทางขวาจะส่งผลให้มีแรงไปทางซ้าย และในทางกลับกัน กระบอกไฮดรอลิกช่วยให้แรงในทิศทางเดียวถูกถ่ายโอนไปยังทิศทางใดก็ได้ ขึ้น ลง ไปข้างหน้า ถอยหลัง ขวา หรือซ้าย
ในทางกลับกัน กระบอกไฮดรอลิกสามารถคูณกำลังด้วยแรงบิดสูงสุด ดังที่เราเห็นด้วยคันโยกและรอก หากลูกสูบตัวหนึ่งมีพื้นที่ 6 ตารางหน่วย และอีกลูกสูบหนึ่งมีหน่วย 2 ตาราง แรงที่กดลงบนลูกสูบที่เล็กกว่าจะปรากฏบนลูกสูบที่ใหญ่กว่า 3 เท่า ตัวอย่างเช่น หากมีคนผลักลูกสูบ 2 เหลี่ยมหน่วยลงด้วยแรง 500 ปอนด์ จากนั้นลูกสูบขนาด 6 เหลี่ยมจะได้รับแรงกด 1,500 ปอนด์ อย่างไรก็ตาม ระยะทางที่ลูกสูบขนาดใหญ่เคลื่อนที่จะน้อยกว่าระยะทางที่ลูกสูบขนาดเล็กเคลื่อน 3 เท่า เพื่อสร้างแรง 1,500 ปอนด์
เช่นเดียวกับคันโยกและรอก เครนเกือบทั้งหมดใช้กระบอกไฮดรอลิกในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง ปั้นจั่นอาจใช้กระบอกไฮดรอลิกเพื่อยกของขึ้นโดยตรง แต่อาจใช้ไฮดรอลิกเพื่อขยายแขนเครนหรือเคลื่อนย้ายแขนกลหรือคานที่มีกลไกการยก
โดยสรุป กระบอกไฮดรอลิกนั้นก็เหมือนกับรอกและคันโยก เนื่องจากมีการใช้งานบ่อยครั้งในเครนและการควบคุมแรงบิด อย่างไรก็ตาม กระบอกไฮดรอลิกนั้นโดดเด่นกว่ากระบอกไฮดรอลิกอื่นๆ เนื่องจากมีความสามารถในการเปลี่ยนทิศทางแรงไปยังระนาบต่างๆ อย่างไรก็ตาม ทั้งสามส่วน ได้แก่ คันโยก รอก และกระบอกไฮดรอลิก ร่วมกันทำให้ได้เปรียบเชิงกลสูงสุดในการยกวัตถุขนาดใหญ่ ในตอนต่อไป เราจะมาตรวจสอบกันว่าข้อได้เปรียบเชิงกลคืออะไรและนำไปใช้กับเครนอย่างไร
โซรา จ้าว
ผู้เชี่ยวชาญด้านโซลูชั่นเครนเหนือศีรษะ/เครนโครงสำหรับตั้งสิ่งของ/เครนแขนหมุน/ชิ้นส่วนเครน
ด้วยประสบการณ์มากกว่า 10 ปีในอุตสาหกรรมการส่งออกเครนในต่างประเทศ ได้ช่วยเหลือลูกค้ามากกว่า 10,000 รายในการตอบคำถามและข้อกังวลก่อนการขาย หากคุณมีความต้องการที่เกี่ยวข้องใดๆ โปรดติดต่อฉัน!