Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Четыре машины для прядения шерсти с приводом от ремня от верхнего вала ( Лейпциг , Германия, около 1925 г.)

Линия вал является механическим приводом вращающегося валом для передачи мощности , который был широко использован с промышленной революции до начала 20 - го века. До широкого использования электродвигателей, достаточно маленьких, чтобы их можно было напрямую подключать к каждому механизму, линейный валопровод использовался для распределения энергии от крупного центрального источника энергии к машинам в цехе или промышленном комплексе. Центральным источником энергии могло быть водяное колесо , турбина, ветряная мельница, сила животных или паровой двигатель . Мощность передавалась от вала к оборудованию с помощью системы ремней , шкивов и шестерен, известных какстолярные изделия . [1]

Операция [ править ]

Регулируемая ременная передача для токарного станка . Фиксированный шкив на верхнем валу приводится в движение с постоянной скоростью ремнем от источника питания. Свободный шкив («холостой ход») позволяет останавливать машину изолированно, что необходимо для изменения скорости. Ступенчатые шкивы (слева) обеспечивают три скорости привода станка (не показаны), в зависимости от того, какая пара шкивов соединена ремнем.
Воспроизвести медиа
От турбины к линейному валу на заводе Suffolk Mills в Лоуэлле, Массачусетс
Воспроизвести медиа
От линейного вала до механических ткацких станков на заводе Boott Mills в Лоуэлле, штат Массачусетс
Внешний образ
значок изображения Видео работы линейного вала в мастерской.

Типичная линейная шахта будет подвешена к потолку одной зоны и будет проходить по всей длине этой зоны. Один шкивна вал будет получать мощность от родительского линейного вала в другом месте здания. Другие шкивы будут подавать питание на шкивы на каждой отдельной машине или на последующие линейные валы. На производстве, где большое количество машин выполняло одни и те же задачи, конструкция системы была довольно регулярной и повторялась. В других приложениях, таких как станки и деревообрабатывающие цеха, где было множество машин с разной ориентацией и требованиями к мощности, система могла бы казаться неустойчивой и несовместимой со многими различными направлениями валов и размерами шкивов. Шахты обычно были горизонтальными и надземными, но иногда были вертикальными и могли проходить под землей. Валы обычно представляли собой жесткую сталь, состоящую из нескольких частей, скрепленных болтами на фланцах. Валы подвешивались на подвесках с подшипниками с определенными интервалами длины.Расстояние зависело от веса вала и количества шкивов. Валы необходимо было поддерживать в одной плоскости, иначе напряжение могло привести к перегреву подшипников и поломке вала. Подшипники обычнотипа трения и должны были оставаться смазанными. Требовались работники лубрикатора шкива, чтобы гарантировать, что подшипники не замерзнут и не сломаются.

В самых ранних приложениях мощность передавалась между шкивами с помощью петель каната на шкивах с канавками. Этот метод сегодня чрезвычайно редок, в основном он относится к 18 веку. Плоские ремни на плоских шкивах или барабанах были наиболее распространенным методом в XIX и начале XX веков. Ремни обычно были из дубленой кожи или хлопковой утки.пропитанный резиной. Кожаные ремни застегивались петлями с сыромятной или проволочной шнуровкой, нахлесточными соединениями и клеем или одним из нескольких видов стальных застежек. Ремни из хлопковой утки обычно использовали металлические застежки или плавились вместе с теплом. Кожаные ремни проходили так, чтобы сторона с волосами прижалась к шкивам для лучшего сцепления. Ремни нуждались в периодической чистке и кондиционировании, чтобы поддерживать их в хорошем состоянии. Ремни часто скручивали на 180 градусов на каждую ногу и переворачивали на приемном шкиве, чтобы второй вал вращался в противоположном направлении.

Шкивы были сделаны из дерева, железа, стали или их комбинации. Для изменения скорости вращения использовались шкивы различных размеров. Например, 40-дюймовый шкив при 100 об / мин будет вращать 20-дюймовый шкив при 200 об / мин. Шкивы, жестко прикрепленные («быстро») к валу, могут быть объединены со смежными шкивами, которые свободно («свободно») вращаются на валу (натяжные ролики). В этой конфигурации ремень можно было переместить на натяжной ролик для остановки передачи мощности или на твердый шкив для передачи мощности. Это устройство часто использовалось рядом с машинами, чтобы обеспечить возможность отключения машины, когда она не используется. Обычно на последнем ремне, подающем мощность на машину, можно использовать пару ступенчатых шкивов, чтобы задать множество настроек скорости для машины.

Иногда для изменения скорости между валами использовались шестерни, а не ремни и шкивы разных размеров, но это, похоже, было относительно необычным.

История [ править ]

Ранние версии линейных валов относятся к 18 веку, но они получили широкое распространение в конце 19 века с индустриализацией. Линейные валы широко применялись на производстве, в деревообрабатывающих цехах, механических цехах, лесопилках и мельницах .

В 1828 году в Лоуэлле, штат Массачусетс, Пол Муди заменил металлический привод кожаным ремнем для передачи мощности от главного вала, идущего от водяного колеса. Это нововведение быстро распространилось в США [2]

Системы плоско-ременного привода стали популярными в Великобритании с 1870-х годов благодаря компаниям J&E Wood и W&J Galloway & Sons.видное место в их введении. Обе эти фирмы производили стационарные паровые двигатели, и постоянный спрос на большую мощность и надежность можно было удовлетворить не только за счет усовершенствованной технологии двигателей, но и за счет более совершенных методов передачи мощности от двигателей к ткацким станкам и аналогичному оборудованию, которое они должны были обслуживать. Использование плоских ремней уже было обычным явлением в США, но редко в Великобритании до этого времени. Преимущества заключались в меньшем уровне шума и меньших потерях энергии из-за потерь на трение, свойственных ранее распространенным приводным валам и связанным с ними зубчатым колесам. Кроме того, техническое обслуживание было проще и дешевле, и это был более удобный метод размещения силовых приводов, так что в случае выхода из строя одной детали это не привело бы к потере мощности всех секций завода или завода.Эти системы, в свою очередь, уступили место популярности канатным приводам.[3]

Ближе к концу 19-го века на некоторых фабриках в одном здании было милю или больше линейных валов.

Чтобы обеспечить электроэнергией небольшие магазины и легкую промышленность, были построены специально построенные «силовые здания». Электростанции использовали центральную паровую машину и распределяли электроэнергию через линейные шахты по всем арендованным помещениям. Электроэнергетические здания продолжали строиться в первые дни электрификации, все еще используя линейные валы, но приводимые в движение электродвигателем. [1]

Поскольку некоторые фабрики становились слишком большими и сложными, чтобы приводить их в действие одной паровой машиной, стала использоваться система «разделенной» мощности. Это было также важно, когда для такой чувствительной операции, как волочение проволоки или ковка чугуном, требовался широкий диапазон регулирования скорости. При подразделяемой мощности пар направлялся от центрального котла к меньшим паровым двигателям, расположенным там, где это было необходимо. Однако маленькие паровые машины были намного менее эффективны, чем большие. Участок площадью 63 акра Baldwin Locomotive Works был переведен на подразделяемую мощность, а затем из-за неэффективности преобразован в групповой привод с несколькими большими паровыми двигателями, приводящими в движение линейные валы. В конце концов Болдуин перешел на электрический привод, что позволило значительно сэкономить на рабочей силе и площади здания. [1]

Печатные станки 1870 г.

С электрификацией завода в начале 1900-х годов многие карданные валы начали преобразовываться в электрические. В начале электрификации заводов были доступны только большие двигатели, поэтому новые заводы устанавливали большой двигатель для привода валов и столярных изделий. После 1900 года стали доступны более мелкие промышленные двигатели, и в большинстве новых установок использовались индивидуальные электрические приводы. [4]

Линейные валы с приводом от паровых турбин обычно использовались для привода бумагоделательных машин для регулирования скорости, пока в 1980-х годах не стали доступны экономичные методы точного управления скоростью электродвигателя; с тех пор многие были заменены на секционные электроприводы. [5] Экономичное регулирование скорости с использованием электродвигателей стало возможным благодаря кремниевым выпрямителям (SCR) для производства приводов постоянного тока и переменной частоты с использованием инверторов для преобразования постоянного тока обратно в переменный с частотой, необходимой для желаемой скорости.

Большинство систем вышли из строя к середине 20-го века, и относительно немногие из них остались в 21-м веке, еще меньше в своем первоначальном местоположении и конфигурации.

Недостатки и альтернативы [ править ]

Недостатки [ править ]

По сравнению с индивидуальным электродвигателем или агрегатным приводом, линейные валы имеют следующие недостатки: [1]

  • Потери мощности на линейных валах широко варьировались и обычно составляли 25%, а часто и намного выше; однако использование роликовых подшипников и смазки хорошего качества может минимизировать потери. Роликовые и сферические подшипники получили признание за десять лет до начала электрификации заводов.
  • Непрерывный шум
  • Затраты на обслуживание были выше.
  • Системы были более опасными.
  • Время простоя из-за механических проблем было выше.
  • Изменить скорость оказалось не так просто.
  • Компоновка завода была спроектирована с учетом доступа к линейным валам, а не самым эффективным способом для рабочего процесса.
  • Линейные валы и столярные изделия занимали много места; Baldwin Locomotive Works оценивает на 40% больше, чем электропривод.
  • Валы и ремни мешали освещению, мостовым кранам и вентиляционным каналам.
  • Выравнивание системы было критичным и проблематичным для длинных валов, которые подвергались расширению и сжатию, оседанию и вибрации.
  • Ремень удаляет пыль и поддерживает ее постоянную циркуляцию в воздухе.
  • Масло капало с верхнего вала.

Фирмы, перешедшие на электроэнергию, продемонстрировали значительно меньшее количество больных, проведенных сотрудниками, и при использовании того же оборудования продемонстрировали значительный рост производства. Написано в 1909 году, [ где? ] Джеймс Хаббарт сказал, что «едва ли мы можем войти в магазин или фабрику любого описания, не встретив массу ремней, которые на первый взгляд, кажется, монополизируют каждый уголок в здании и не оставляют места для чего-либо еще». [6]

Исторические альтернативы линейным валам [ править ]

Чтобы преодолеть ограничения на расстояние и трение линейных валов, в конце 19 века были разработаны системы тросов . Канат работал с более высокими скоростями, чем линейные валы, и был практическим средством передачи механической энергии на расстояние в несколько миль или километров. Они использовали широко разнесенные колеса большого диаметра и имели гораздо меньшие потери на трение, чем линейные валы, и имели одну десятую первоначальной стоимости.

Для подачи малой мощности, что было непрактично для отдельных паровых двигателей, были разработаны гидравлические системы центральной станции. Гидравлическая энергия использовалась для работы кранов и другого оборудования в портах Великобритании и других странах Европы. Самая большая гидравлическая система была в Лондоне. Гидравлическая энергия широко использовалась в производстве стали Бессемера.

В конце 19 века было также несколько центральных станций, обеспечивающих пневматическое питание. [1]

Ранние примеры [ править ]

Джедедия Стратт, Северная мельница в Белпере в 1819 году, показывает вертикальный вал, ведущий от водяного колеса длиной 18 футов (5,5 м) к горизонтальным приводным валам, проходящим по длине каждого этажа.

В одном из первых примеров - хлопчатобумажная фабрика Джедедайи Струтта , North Mill в Белпере , построенная в 1776 году, вся энергия для работы машин поступала от 18-футового (5,5 м) водяного колеса . [7]

Оригинальные системы [ править ]

объединенное Королевство
  • Долина Элан  - неработающий трансмиссионный вал все еще находится на месте в старых мастерских, в настоящее время используется в качестве центра для посетителей
  • Кольцевая мельница Ellenroad  - линейный валопровод от нефтяного двигателя National мощностью 6 л. С. Приводит в движение реплику мастерской 1910 года с кузницей, перфоратором, токарным станком, сверлом с радиальным рычагом и формирователем
  • Мельница на Квин-стрит , Бернли - линейный валопровод на 600 ланкаширских ткацких станках, приводимых в движение угольным паровым двигателем мощностью 500 л.с.
  • Водяная мельница Шелсли, Шелсли Уолш, Вустер, Соединенное Королевство - частично действующая зерновая мельница
  • Бобинная мельница Стотт-Парк , Камбрия, Англия - ??
  • Насосная станция Tees Cottage , недалеко от Дарлингтона, графство Дарем, Англия - полная оригинальная мастерская по техническому обслуживанию в рабочем состоянии
  • Национальный музей сланца , Уэльс - оригинальное оборудование по-прежнему приводится в действие линейным валом, приводимым в движение крупнейшим рабочим водяным колесом на материковой части Великобритании.
Соединенные Штаты
  • Остин Органс . Хартфорд, Коннектикут
  • Крейсер Олимпия , Филадельфия, Пенсильвания - действующий механический цех
  • Восточная железная дорога и угольная компания . Rockhill Furnace, Пенсильвания - частично работает; механический цех, цех листового металла, столярный цех, кузнечный цех, литейный цех
  • Машинный цех Empire Mine State Park, Грасс-Вэлли, Калифорния - станки ??
  • Музей Хэгли , Уилмингтон, Делавэр
  • Музей Хэнфорда Миллса , Ист-Мередит, Нью-Йорк - действующий; лесопилка, мельница, деревообрабатывающий цех
  • Музей фабрики ветряных мельниц Крегеля , Небраска-Сити, Небраска - действующий; завод ветряных мельниц
  • Longleaf Lumber Company / Южный музей лесного наследия, Лонглиф, Луизиана - частично работает; станки, лесопилка
  • Мингус Милл, Национальный парк Грейт-Смоки-Маунтинс, Южная Каролина - частично работает; зерновая мельница
  • Rock Run Grist Mill, Государственный парк Саскуэханна (Мэриленд) , Гавр-де-Грейс, Мэриленд - работоспособен; водяная мельница
  • Sierra Railroad Shops / Railtown 1897 State Historic Park , Джеймстаун, Калифорния - действующий; станки, кузнечный цех
  • Историческое место Слейтер-Милл , Потакет, Род-Айленд - ??
  • Национальный исторический парк Томаса Эдисона , Вест-Ориндж, Нью-Джерси - станки ??
  • WA Young and Sons Foundry and Machine Shop , Rices Landing, Пенсильвания - механический цех, литейный цех
  • WJ Doran Company, Waupaca, Wisconsin - полностью функционирует; Станки

Реконструированные или демонстрационные системы [ править ]

Линейный вал и механические ткацкие станки на заводе Boott Mills, Лоуэлл, Массачусетс
Соединенные Штаты
  • Деревня Хэнкок Шейкер, Питтсфилд, Массачусетс. Машинный цех с гидротурбиной для работы деревообрабатывающих станков.
  • Смитсоновский институт, здание Arts and Industries, Вашингтон, округ Колумбия - станки
  • Ассоциация антиквариата долины Уайт-Ривер, Энора, Индиана - станки и деревообрабатывающие инструменты
  • Дентон Фармпарк, Дентон, Северная Каролина - станки
  • Исторический музей Цинциннати, Цинциннати, Огайо - станки
  • Музей и библиотека Хагли, Уилмингтон, Делавэр (оригинальные порошковые мельницы Du Pont) - станки
  • Музей Генри Форда и Гринфилд-Виллидж , Дирборн, Мичиган - станки
  • Шахта Молли Кэтлин, Клир-Крик, Колорадо - лесопилка
  • Boott Mills , Лоуэлл, Массачусетс - ткацкие станки с электроприводом
  • Silver Dollar City , Брэнсон, штат Миссури - деревообрабатывающие инструменты и оборудование для хлебопекарен
  • Tuckahoe Steam & Gas Association, Истон, Мэриленд  - музей действующей механической мастерской
  • Историческое общество Вирджинии , Ричмонд, Вирджиния - ??
  • Балтиморский музей промышленности, Балтимор, Мэриленд - станки
  • Дентон Фармпарк, Дентон, Северная Каролина - станки
  • Музей наследия Маскегона, Маскегон, Мичиган - двигатель и станки Corliss

См. Также [ править ]

  • Роликовый конвейер с линейным валом - использует длинный вал для привода ряда роликов.

Ссылки [ править ]

Примечания
  1. ^ a b c d e Хантер, Луи С .; Брайант, Линвуд (1991). История промышленной власти в Соединенных Штатах, 1730-1930, Vol. 3: Передача власти . Кембридж, Массачусетс, Лондон: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
  2. ^ Томсон, Росс (2009). Структуры изменений в эпоху механики: технологическое изобретение в Соединенных Штатах 1790-1865 гг . Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 32 . ISBN 978-0-8018-9141-0.
  3. ^ Hills pp.208-210.
  4. ^ Най, Дэвид Э. (1990). Электрификация Америки: социальные значения новой технологии . Кембридж, Массачусетс и Лондон, Англия: MIT Press . С. 14, 15.
  5. ^ Дженсен, Тимоти О .; Труб, Томас О. (1996). «Аварийная замена турбины вала конвейера бумагоделательной машины» . Архивировано из оригинала на 2015-07-12. (В статье есть фото трансмиссионного вала и турбины.)
  6. ^ Хаббарт, Джеймс Ф. (1909). Миллрайтинг . NY. С. 184 и далее.
  7. Перейти ↑ Falconer 2001 , p. 23
Библиография
  • Хантер, Луи С .; Брайант, Линвуд (1991). История промышленной власти в Соединенных Штатах, 1730-1930, Vol. 3: Передача власти . Кембридж, Массачусетс, Лондон: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
  • Фалконер, Кейт; Менуге, Калладин (2001). "Текстильные фабрики Дервент Вэлли". Обзор промышленной археологии . Лестер: Belper North Mill Trust: 99. ISSN  0309-0728 .
  • Холмы, Ричард Лесли (1989), Сила пара: история стационарного парового двигателя , Cambridge University Press , стр. 244, ISBN 9780521458344, получено 10 января 2009 г.
  • Насмит, Джозеф (1895 г.), Недавнее строительство и проектирование хлопковой фабрики , Лондон: Джон Хейвуд, стр. 284, ISBN 1-4021-4558-6, получено 10 марта 2009 г.
  • Дивайн младший, Уоррен Д. (1983). «От валов к проводам: историческая перспектива электрификации, журнал экономической истории, том 43, выпуск 2» (PDF) : 355. Архивировано из оригинального (PDF) 2019-04-12 . Проверено 20 октября 2011 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Внешние ссылки [ править ]

  • Шкивы и ремни линейного вала - Трактат 1906 года по инженерным аспектам ременных передач - Предупреждение: на веб-странице есть фоновая музыка (пролистайте до конца, чтобы остановиться)