Немного истории: от ручных подъемников до электрических
Длительное время основным источником тяги для грузоподъемных механизмов являлась грубая физическая сила человека и животного. Мужчинам низших сословий приходилось ежедневно напрягаться до максимума возможностей, часто даже теряя здоровье, чтобы шло строительство защитных, религиозных и иных сооружений.
Но время шло. Первые великие изобретатели представляли миру свои механизмы, которые при тех же усилиях, что и раньше, могли создавать тягу в разы больше прежней. Но источником тяги по-прежнему являлась грубая физическая сила человека - и это положение сохранялось вплоть до индустриальной эпохи. Только изобретения индустриальной революции позволили человеку поднимать предметы, о которых раньше даже не задумывались.
В наше время больше всего распространены башенные краны, грузоподъемность которых составляет от 12 до 20 тонн.
Для сравнения, при возведении только Египетских пирамид в основание были заложены каменные блоки весом 50 тонн. А монументальный храм фараона Хефрена был построен из монолитных каменных глыб весом до 425 тонн. Храм Юпитера в Баальбеке, возведенный за 100 лет до Рождества Христова, имеет в своем основании блоки от 300 до 750 тонн каждый.
Для большинства современных кранов подъем таких грузов на высоту практически невозможен.
Когда узнаешь такие подробности, искренне удивляешься, как наши предки были на такое способны. Без электричества, машин и сложных механизмов на крепких металлических конструкциях. Но на самом деле в основе современных грузоподъемных механизмов и изобретений древних людей лежат одни и те же принципы. Основное отличие - источник тяги. Сейчас это горючее топливо, электроэнергия, химические реакции активных элементов, а в прошлом - грубая совместная сила мужчин, которые теряли жизни от невыносимых нагрузок.
Но начиная с 3 века до нашей эры ситуация стала меняться. Стали появляться первые механизмы, которые в разы увеличивали грузоподъемную силу людей, затрачивая при этом меньше усилий, и, как следствие, меньше человеческих жертв. Сначала изобретения великих инженеров применялись для возведения сооружений и памятников, а позже и для торговых нужд: разгрузки и погрузки судов, рудников с полезными ископаемыми и др.
Поначалу подъемные работы выполнялись очень медленно и только большими группами физически крепких мужчин, но к девятнадцатому веку уже всего один человек мог поднимать десятитонный груз, управляя грузоподъемником только одной рукой.
ПЕРВЫЕ КРАНЫ
Первые грузовые краны появились в Древней Греции в начале 5-го века до н.э. Основу механизма работы составлял трос, проходящий через шкив. Это не было большим прорывом, но изменило направление тяги. Древним египтянам приходилось тащить блоки для своих пирамид снизу вверх, по пандусам, а греки начали тянуть трос крана вниз. Это оказалось гораздо легче.
В следующем веке этот механизм усовершенствовали, объединив несколько шкивов в блоки. При тех же приложенных усилиях сила тяги умножалась на количество шкивов, что дало существенный рывок древним строителям.
Единственным недостатком такого механизма была длина троса, необходимого для создания нужно тяги, а следовательно и скорость подъема. Чтобы поднять груз на высоту 3 метра, используя кран с тремя шкивами, требовался трос длиной 9 метров. А для поднятия аналогичного груза краном с пятью шкивами требовался трос уже длиной 15 метров, хоть это и не требовало так много усилий. Работа шла медленно.
В теории, можно было создавать краны с неограниченным числом шкивов, но любое оборудование подвергается износу. Использовать больше пяти шкивов было нецелесообразно из-за повышенной разрушаемости таких конструкций. Следовательно, и шкивы имели свой предел тяги.
Новой вехой в развитии грузоподъемных устройств стало изобретение кабестана и лебедки. Они начали применяться примерно в то же время, что и шкивы, но давали некоторое преимущество. Различие между лебедкой и кабестаном было одно: первый механизм использует горизонтальную ось, а второй - вертикальную.
Принцип работы новых изобретений заключался в следующем: тянущий трос наматывался на барабанную ось с помощью вращения рычагов. Это позволяло одному человеку, работающему на лебедке или кабестане, выполнять работу, сравнимую с силой шести человек.
Таким образом, грузоподъемный механизм, сочетающий в себе шкивы и лебедки, развивал силу тяги в 1400 кг, когда для такого же результата в Древнем Египте требовалось 40-70 человек.
СТУПАЛЬНОЕ КОЛЕСО
`Следующим прорывом в сфере грузоподъемных механизмов стало ступальное колесо, изобретенное примерно в 250 году до н.э. Данный механизм включал в себя колесо диаметром до 5 метров. Энергия теперь генерировалась не с помощью рук, как в случае с кабестаном и лебедкой, а от бега/ходьбы внутри колеса животного или человека.
Данный механизм позволял увеличить силу тяги с теми же усилиями в 70 раз. Так, приложив усилие в 70 кг, человек мог поднять груз весом 4900 кг. Иногда, особенно в портах, такие краны снабжали дополнительным колесом, в разы увеличивая и без того огромную тягу.
Но и этот механизм имеет минусы: чем больше высота, на которую необходимо поднять груз, тем большее расстояние и с большей скоростью нужно пройти человеку. Например, чтобы поднять каменный блок на 10 метров, приходилось пробежать по колесу 140 метров, причем на высокой скорости. Из-за этого приходилось регулярно менять бегунов, так как один человек долго продержаться в таком темпе не в силах.
ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ
Когда Римская империя распалась, Европа почти на 800 лет забыла про грузоподъемники со сложными механизмами, о которых написано выше. Только к 12 веку начали вновь появляться краны с лебедками. В 13 веке во Франции стали снова применять краны со ступальными колесами, а на 100 лет позже в Англии массово стали строить ветряные мельницы и водяные колеса.
Если сравнивать с Римской империей, до нас дошло гораздо меньше информации и технических подробностей о средневековых грузоподъемниках. Свое представление о них мы получаем от картин и инженерных иллюстраций.
Что нового принесло средневековье, так это портовой стационарный кран со ступальным колесом. Его не использовали в древности из-за наличия огромной рабской силы, которую зачастую использовали для загрузки и выгрузки кораблей.
Конкретно портовые краны впервые появились в таких европейских странах как Германия, Голландия и Фландрия в 13 веке, а на век позже и в Англии. Они были гораздо мощнее строительных и чаще всего имели по два ступальных колеса.
В этих механизмах упор делался не столько на грузоподъемность, сколько на скорость подъемов и опусканий. Ведь при морской торговле скорость загрузки и выгрузки судов гораздо важнее, чем в строительстве. Также портовые краны разрабатывались с защитой механизма и рабочих от осадков за счет навесов.
ЖЕЛЕЗНЫЕ КРАНЫ
В связи с переходом в индустриальное общество и повсеместным применением металлов в промышленности, в 19 веке произошло 3 важнейших изменения в грузоподъемных конструкциях.
Первое: подъемные краны стали использовать все больше железных элементов в составных частях, что сделало их надежнее и мощнее.
Второе: в 1834 году был разработан первый крепкий трос из стали, ставший надежной альтернативой тросу из натурального волокна. И в этом же году был изобретен первый чугунный кран.
Третье: при конструировании кранов теперь стали применять энергию паровых машин. Скорость, с которой поднимался груз, теперь напрямую зависела от паровой машины и ее мощности.
Быстрее всего прижилось второе изменение - металлический трос. А два других обрели свое признание только со временем.
БАШЕННЫЕ КРАНЫ
Многие европейские города начала 20 века отличались тем, что имели очень узкие улочки. И этот нюанс стал основной причиной создания башенных кранов. Такой кран идеально решал проблему узких улочек, потому что был мощным и высоким, но при этом занимал относительно мало места. А этот период как раз ознаменовался строительством первых жилых и офисных высоток.
А башенный кран, каким мы его знаем сейчас, был разработан в 1949 году Гансом Либхерром и лишь незначительно изменялся.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОДЪЕМНИКИ
Что касается электрических подъемных механизмов, первый образец появился в Германии в 1880 году. Он имел двигатель с червячной передачей, а также зубчатые колеса.
Первым грузовым электрическим лифтом мы обязаны американцу Э. Отису. Основная его заслуга - в разработке безопасной конструкции, которая не позволяла грузу упасть даже в случае обрыва троса.
После распространения электрических лифтов стали появляться мачтовые и шахтные электрические подъемники, значительно упростившие жизнь миллионам строителей.
Читайте также
-
06.04.2021Виды промышленных подъемниковЛюбое производство нуждается в автоматизации процесса, будь то крупный завод, либо небольшой цех. Для повышения качества работы, и понижения затрат на её осуществление используются промышленные подъёмники.Читать далее