Египетские пирамиды, храм фараона Хафра, Колоссы Мемнона, храм Юпитера в Баальбеке, мегалитические постройки майя и многие другие невероятные сооружения древности наглядно свидетельствуют, что для наших далеких предков, считавших Землю плоской, горизонтальное и вертикальное перемещение колоссальных грузов было обычным делом.
 |
Пентаспастос
Римский пентаспастос представлял собой А-образную деревянную раму, которая удерживалась в наклонном состоянии над грузом с помощью канатов. Грузовой канат наматывался на горизонтальный вал, приводимый двумя вертикальными воротами. Канат проходил через таль с пятью блоками.
|
|
|
В средневековой Европе без всякого электричества и паровых механизмов было построено более 80 кафедральных соборов и 500 больших церквей высотой до 160 м, а к концу XIX века крановая механика достигла такой степени совершенства, что позволяла управляться с 15-тонными товарными платформами одной рукой. В принципе, мускульные подъемные машины прошлого уступали современным электрическим и дизельным кранам только в одном – в скорости подъема. Зато значительно выигрывали в простоте.
По данным археологов, первые подъемные краны появились в VI–V веках до н.э. в Греции, а первые блоки – ключевые элементы всех подъемных механизмов – там же, но на целых 300 лет раньше. Одинарный блок не давал выигрыша в силе, но был гораздо эргономичнее «пустой» веревки: тянуть конец вниз, используя массу тела, гораздо удобнее.
К IV веку до н.э. технология достаточно заматерела, и римляне, экспортировавшие ее из Греции, догадались соединять в одном механизме по нескольку блоков. Триспастосы, наклонные А-образные деревянные краны стройными блоками, увеличивали приложенное усилие втрое, а пентоспастосы с пятиблочной талью – в пять раз. Длина веревки при этом также увеличивалась втрое или впятеро, зато усилие, направленное на ее разрыв, снижалось, соответственно, в три или в пять раз. Наклон опорной рамы позволял совершать небольшие горизонтальные перемещения груза.
Теоретически количество блоков в тали могло быть любым, но на практике с увеличением площади контакта веревки и блоков трение в системе с примитивной смазкой росло в геометрической прогрессии и сводило выигрыш в силе к нулю или даже минусу. Таль, состоящая из шести блоков, по логике, должна была увеличивать приложенное усилие шестикратно, но в реальности значительно проигрывала пентоспастосу из-за трения. В «стандартном» же пентоспастосе трение съедало порядка 20% выигрыша в силе. Масштабное строительство библейского периода требовало повышения грузоподъемности, и римляне придумали оригинальную обходную технологию: мощные краны оснащались несколькими трех- или пятиблочными талями, каждую из которых обслуживала отдельная бригада «бурлаков».
Примерно в то же время инженеры Рима совершили великую технологическую революцию, придумав горизонтальный ворот и вертикальный кабестан.
Эти устройства еще больше увеличивали мощность подъемных механизмов за счет регулирования отношения длины рычага к радиусу вращающегося барабана. К примеру, использование ворота с трехметровыми рычагами-вымбовками и барабаном диаметром 1 м давало крану дополнительный шестикратный выигрыш в силе (и такой же проигрыш в длине веревки, а значит, и в скорости подъема). Четверо рабов, запряженных в триспастос, могли манипулировать шеститонной поклажей, прилагая на рычаги усилие по 50 кгс и наматывая на ось по 30 м веревки на метр подъема. Да, медленно. Но высокие трудозатраты в ту эпоху были обычным делом. Процветающий Рим не испытывал недостатка в рабочей силе и компенсировал медленные грузоподъемные операции ненормируемым рабочим днем.
Военные кампании в Средиземноморье приносили цезарям огромное количество рабов и трофеев. В их числе были 500-тонные египетские стелы. Погрузка гигантских монолитов на галеры и последующая установка на новом месте осуществлялась при помощи нескольких громоздких пентоспастосов. Это было весьма неудобно, и примерно в 230 году до н.э. ворот эволюционировал в большое шаговое колесо, ставшее базовым элементом всей мускульной подъемной техники вплоть до середины XIX века.
Белка в колесе
Шаговое колесо резко подняло производительность подъемных машин. Если усилие на вымбовке ворота или кабестана зависело от физических данных работников, то в случае с колесом, внутри которого могли перемещаться до десятка человек, имел значение лишь их вес. Деревянные шаговые колеса, упрочненные медными или железными полосами, имели внутренний диаметр от 4 до 6 м и мультиплицировали усилие до 14 раз. Краны с ножным приводом вошли в историю техники как «римские». Грузоподъемность обычного пентоспастоса с одноместным колесом диаметром 4,5 м и осевым барабаном диаметром 0,3 м составляла от 3,5 до 5 т. Модификации с двумя соосными двухместными колесами справлялись с грузами весом от 14 до 20 т. Даже с учетом потерь на трение такие машины не уступали современным башенным кранам, да и скорость подъема у них была вполне сносной – шесть и более метров в минуту.
Закат Рима привел к глубокому упадку Европы, и в течение восьми веков подъемная техника не только не прогрессировала, но даже не использовалась. Только в XII веке в летописях появляются первые упоминания о применении талей, а первые римские краны стали возвращаться в обиход лишь в XIII и XIV веках.
При строительстве соборов использовались компактные одноместные римские краны, которые устанавливались внутри здания на временных деревянных перекрытиях. Когда каменщики заканчивали очередной пояс кладки, перекрытия ставили выше, а кран разбирали и затаскивали наверх. Обычно на одном объекте работали сразу несколько таких машин. По окончании работ их оставляли на антресолях для текущего ремонта и росписи купола. Во многих средневековых соборах римские краны сохранились до наших дней, а в Кентерберийском соборе 40 лет назад оригинальный 500-летний механизм с двухместным колесом диаметром 4,6 м использовался во время реставрации.
С конца XV века римские краны стали оснащать механизмами поворота, заимствованными у ветряных мельниц, и постепенно заменять дерево железом. В гаванях двухколесные краны, приводимые в движение четырьмя-шестью работниками, ставили на мощных портальных столбах, служивших фундаментом и осью вращения конструкции. Реже строились башенные версии с подвижной стрелой и массивным каменным основанием.
В 1666 году французский механик Клод Перро изобрел механизм перемещения тали по стреле: железные салазки с вращающимся шпинделем и двумя закрепленными на нем канатами. Перемещение салазок производилось ручным кабестаном.
А вот стопорные устройства, предотвращающие падение грузов, начали применять лишь в XVIII веке, хотя увечья крановых работников были обычным делом. Тем более что большинство из них были слепцами – зрячие люди часто теряли в колесе ориентацию и даже падали в обморок. Вращение римских колес стало для слепых чем-то вроде цехового ремесла. Всего же в портах средневековой Европы было построено около сотни больших поворотных колесных кранов мощностью от 12 до 25 т, дюжина из которых сохранилась до наших дней.
Совершенство мускулов
В XIX веке облик грузоподъемных машин изменился радикально. Во-первых, на смену дереву пришли металлы. В 1834 году была построена первая машина из чугуна с шестеренчатым редуктором, а чуть позднее появились мобильные краны на стальных колесах. В том же году был изобретен стальной трос, превосходивший по прочности канаты из натуральных волокон и цепи. И наконец, в 1851 году на краны начали устанавливать паровые машины, которые резко увеличили их грузоподъемность и скорость подъема.
Впрочем, быстрое распространение получили только тросы. Древесина в сочетании со сталью и чугуном, а также мускульный привод в подъемных механизмах использовались вплоть до начала XX века. К примеру, в изданном в 1904 году в Британии руководстве по эксплуатации кранов более половины страниц посвящено мускульной технике, а другая половина описывает паровые, гидравлические и электрические машины.
Февраль 2012
Автор: Владимир Санников
|
|
|
|
|
|
|
Чья фабрика длиннее: Канаты
В
XVIII и XIX веках самыми длинными зданиями
на планете были именно канатные и
веревочные мануфактуры (технология
требовала постоянного сильного натяжения
прядей по прямой линии). Внутренняя их
длина составляла от 350 до 450м, что было
обусловлено стандартами того времени.
Например, стандартная длина британского
кабельтового каната обхватом в 50,8см
составляла 305м. Якорные канаты имели
длину 120 морских саженей (218м). До 1867 года
самым длинным в мире зданием была
французская королевская
канатная
мастерская La Corderie Royale. В 1867 году
в Австралии, полностью зависящей от
морских перевозок, запустили гигантскую
фабрику по кручению канатов из крепчайшей
в мире новозеландской пеньки. Длина ее
корпуса составляла невероятные и по
сегодняшним меркам 760 м.
|
|
|
|
|
|
|
Привод
Первые
триспастосы и пентаспастосы оснащались
вертикальным воротом, длина рычагов
которого ограничивалась человеческим
ростом.
Изобретение
шагового колеса многократно увеличило
эффективность подъемных машин и позволило
полагаться не на силу и физическую
выносливость работников, а только на
их вес.
Появление
вертикального кабестана с горизонтальным
воротом увеличило мощность подъемных
механизмов за счет удлинения рычага.
|
|
|
|
|
|
|
Чугунные краны Фэйерберна: XIX век
В
1850-х годах 30-тонные римские краны в
портах Европы и Америки были обычным
делом. Самыми эффективными из них
считались краны компании сэра Уильяма
Фэйрберна. Фэйрберн, изобретатель из
Манчестера, в 1851 году получил патент на
первый в мире цельнометаллический кран
с арочной стрелой прямоугольного
сечения, составленной из клепаных
чугунных секций, внутри которых по трем
роликам проходила тяговая цепь. Стрела,
надземная высота которой составляла
9 м, а вылет – около 10 м, была закреплена
в массивной поворотной плите и уходила
сквозь нее в колодец фундамента еще на
целых 5,5 м, где опиралась на чугунную
пятку. Максимальное усилие на рукоятке,
требовавшееся для поворота стрелы с
предельным грузом, поднятым на максимальную
высоту, составляло всего 50 кг.
Для
доков Вулвича в 1852 году Фэйрберн
планировал создать специальный высотный
мегакран с грузоподъемностью 35 т и
высотой подъема 36,6 м. Этой машиной должны
были управлять всего два человека. По
разным причинам проект не был реализован,
но в последующие годы компания William
Fairbairn & Sons все-таки освоила выпуск
35-тонных машин. Правда, мускульный привод
к тому времени уже ушел в прошлое, и
краны Фэйрберна оснащались встроенными
паровыми двигателями.
|
|
Зарегистрируйтесь сейчас и получите 100 баллов себе на счет!
А разместив ссылку на этот материал Вы получите дополнительные баллы за каждый переход по ней.
Подробнее об условиях акции читайте в правилах.
|
|
| ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ |
|
|
|
ReadMe
|
|
|
|
МАГАЗИН ПМ
4
