 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
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 большого 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 распределялась от вала к машинам с помощью системы ремней , шкивов и шестерен, известных какстолярные изделия . [1]
Операция [ править ]
 | В этом разделе не процитировать любые источники . ( Март 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Внешний образ | |
|---|---|
 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 валу будет поступать энергия 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 было большое количество машин, выполняющих 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, соединенных 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 одном положении, иначе напряжение могло привести к перегреву подшипников и поломке вала. Подшипники обычнотипа трения и его нужно было держать в смазке. Требовались работники лубрикатора шкивов, чтобы гарантировать, что подшипники не замерзнут или 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, как правило, 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 для поддержания их в хорошем состоянии. Ремни часто закручивались на 180 градусов на каждую ногу и переворачивались на принимающем шкиве, чтобы второй вал вращался в противоположном направлении.
Шкивы изготавливались из дерева, железа, стали или их комбинации. Различные размеры шкивов использовались вместе для изменения скорости вращения. 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 холостой ход, чтобы остановить передачу мощности, или на твердый шкив, чтобы передать мощность. Это устройство часто использовалось рядом с машинами, чтобы обеспечить возможность отключения машины, когда она не используется. Обычно при последней подаче мощности ремня на машину можно использовать пару ступенчатых шкивов, чтобы задать различные настройки скорости для машины.
Иногда для изменения скорости между валами использовались шестерни, а не ремни и шкивы разного размера, но это, похоже, было относительно необычным явлением.
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 и 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 привода с плоским ремнем 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 усовершенствованных 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, присущих 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 приводило бы к потере мощности всех секций фабрики или комбината.Эти системы, в свою очередь, были вытеснены методами канатной передачи.[3]
Ближе к концу XIX века на некоторых фабриках в одном здании было несколько километров линейных валов.
Чтобы обеспечить электроэнергией небольшие магазины и легкую промышленность, были построены специально построенные «силовые здания». Энергетические здания использовали центральную паровую машину и распределяли электроэнергию через линейные валы по всем арендованным помещениям. Электроэнергетические здания продолжали строиться в первые дни электрификации, по-прежнему с использованием линейных валов, но с приводом от электродвигателя. [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]
С электрификацией завода в начале 1900-х годов многие линейные 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 г. стали доступны более мелкие промышленные двигатели, и в большинстве новых установок использовались индивидуальные электроприводы. [4]
Линейные валы с приводом от паровых турбин обычно использовались для привода бумагоделательных машин по причинам 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 десятилетие до начала электрификации заводов.
- Непрерывный шум
- Затраты на обслуживание были выше.
- Системы были более опасными.
- Время простоя из-за механических проблем было больше.
- Изменить скорость оказалось не так просто.
- Компоновка завода была спроектирована таким образом, чтобы доступ к линейным валам был не самым эффективным 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, показали 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 канатных 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 британских портах 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 ]
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 ]
- Великобритания
- Долина Элан - неработающий трансмиссионный вал все еще находится на месте в старых мастерских, теперь используется в качестве центра для посетителей
- Ellenroad Ring Mill - линия валопровода от А 6 л.с. Национальный моторного масла приводах репликой 1910 мастерская с кузницей, силовой молот, токарный станок, радиально - сверлильного станка руки и формирователя
- Мельница на Квин-стрит , Бернли - линейный валопровод, на котором работают 600 ланкаширских ткацких станков, приводимых в движение угольным паровым двигателем мощностью 500 лошадиных сил.
- 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 до сих пор 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 широкая верхняя 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; мельница с водяным приводом
- 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 работоспособен; Станки
Реконструированные или демонстрационные системы [ править ]
- 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 ]
- Заметки
- ^ a b c d e Хантер, Луи С .; Брайант, Линвуд (1991). История промышленной энергетики в Соединенных Штатах, 1730-1930, Vol. 3: Передача власти . Кембридж, Массачусетс, Лондон: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
- ^ 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.
- ^ Hills pp.208-210.
- ^ Най, Дэвид Э. (1990). Электрификация Америки: социальные значения новой технологии . Кембридж, Массачусетс и Лондон, Англия: MIT Press . С. 14, 15.
- ^ 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.)
- ^ Хаббарт, Джеймс Ф. (1909). Миллрайтинг . NY. стр. 184ff.
- Перейти ↑ Falconer 2001 , p. 23
- Библиография
- Хантер, Луи С .; Брайант, Линвуд (1991). История промышленной энергетики 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 ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме линейных валов . |
- Шкивы и ремни трансмиссионного вала - Трактат 1906 года по инженерным аспектам ременных передач - Предупреждение: на веб-странице есть фоновая музыка (пролистайте до конца, чтобы приостановить)
