XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Грузоподъемные механизмы в жизни человека
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Цель исследования:
- выяснить значимость грузоподъёмных механизмов в жизни человека.
Задачи исследования:
- изучить историю развития грузоподъемной техники;
- изучить виды и возможности грузоподъемных устройств;
- создать модель грузоподъемного устройства.
Не все люди задумываются о важности грузоподъемных механизмов в жизни человека,
грузоподъемные механизмы необходимы человеку для развития и совершенствования своей жизнедеятельности.
Разнообразие видов грузоподъемных механизмов и возможностей позволяют применять их в самых труднодоступных местах и различных климатических условиях.
Знание важности и возможностей применения грузоподъемной техники позволит человеку достигнуть больших результатов в развитии производства в различных сферах: пищевой, промышленной, оборонной, хозяйственной.
2. История развития грузоподъемных механизмов.
Со времен возникновения самых ранних цивилизаций, рабочие для подъема предметов при возведении строительных объектов использовали лишь силу своих мышц. С внедрением инноваций в методике возведения зданий и сооружений, используя хитроумные механические изобретения люди смогли работать с все более весомыми грузами.
Большинство историков сходятся во мнении, что самыми первыми и простыми техническими механизмами по подъему и перемещению грузов, к которым стал прибегать человек, были наклонные плоскости (пандусы) и рычаги.
Несмотря на то, что использование пандусов и рычагов дало возможность поднимать большие веса на значительные высоты, этот метод работы с грузом не дал значительного механического преимущества над обычным вертикальным подъемом с помощью веревок. Подсчитано, что для поднятия блока весом 2,5 тонны требовалось использовать силу около 50 мужчин. По оценкам историков, трудовые ресурсы для строительства одной пирамиды в Древнем Египте составляли до 50 000 мужчин, а срок строительства растягивался на десятилетия.
В конце VI-го начале V века до нашей эры в Греции появляется первое подобие крана, который состоял из троса, пропущенного через шкив (блок-ролик) и использовался для черпания воды из скважин. С этим изобретение стало понятно, что тянуть вниз легче, чем тащить вверх. В течение следующих двух столетий преимущество кранов было значительно увеличено за счет соединения нескольких шкивов в блочные обоймы.
Кроме того, для подъема воды их колодцев, водоемов начинают применять конструкцию, последствии получившую название «журавль» напоминающую форму журавля. Данное устройство представляет собой рычаг (знакомый нам со времен строительства пирамид в Египте), установленный на опорный столб с жестко закрепленным противовесом.
Следующим усовершенствованием подъема и перемещения грузов стало изобретение в IV веке до нашей эры лебедки. Благодаря такому нововведению человек, управляющий лебедкой, был способен подтянуть груз в 6 раз больше, чем в случае, когда он просто тащил трос. Таким образом доисторический кран, сочетающий в себе шкивные блоки и лебедки, давал возможность одному человеку поднимать груз весом до 1,5 тонн.
Еще более мощным подъемным эффектом, стало ступальное колесо и вплоть до второй половины XIX-го века оно оставалось одним из главных элементов в конструкции подъемного крана. В отличие от лебедки, которая приводилась в движение силой рук человека, ступальное колесо генерировало энергию идущим человеком или тяговым животным и повышало его производительность до 3,5 тонн.
Эра Средневековья ознаменовалась постоянными междоусобными войнами, что в свою очередь притормозило развитие подъемных кранов, ведь инженерная мысль была направлена на изобретение новых средств вооружения и защиты.
Лишь в XIII-XIV веках краны вновь вошли в обиход человека как незаменимые помощники при строительстве готических церквей и соборов, а также применялись в портовых городах для погрузочно-разгрузочных работ.
Следующие 3 столетия мощные портовые краны стали применяться повсеместно ввиду своей востребованности и повышенной производительности. В ходе такой интенсивной эксплуатации краны претерпели еще одно усовершенствование – кран стал поворотным, то есть стрела крана могла вращаться вокруг своей оси на 360 градусов. Кран, способный перемещать груз не только по вертикали, но и в горизонтальном направлении вдоль стрелы. Массово такие краны с поворотным механизмом стали применяться с XVII века и позволили значительно сократить сроки возведения строительных объектов.
XIX-й век ознаменовался новым периодом совершенствования подъемных кранов и подарил человеку три важных нововведения. Основополагающей стала возможность использовать железо как материал для изготовления элементов конструкций крана. Заменив деревянные механизмы подъемного крана на железные, человек сделал своего помощника более мощным, надежным и эффективным. В это же время был изобретен стальной трос, который очень быстро сменил легко рвущиеся веревки из натурального волокна. Третье нововведение – применение энергии паровых машин при конструировании кранов, что позволило контролировать скорость подъема груза за счет мощности двигателя, а не полагаться на мышечную силу человека. Зачастую усовершенствованные железные краны изготавливались на колесной базе, что позволяло эксплуатировать их на разных производственных площадках, не разбирая основную конструкцию.
Век XX-й окончательно поставил краны на первую ступень в ряду строительных механизмов для работы с грузами. Внедрение электрического двигателя как основного элемента конструкции любого крана позволило создать различные типы и классы машин для выполнения разных задач. Высотные объекты и жилые здания теперь строят с помощью самонаращиваемых башенных кранов.
Внутри же заводских ангаров и цехов груз перемещают посредством кранов мостовой конструкции.
Отдельной темой, требующей дополнительного внимания, является механизация технологии извлечения недр на фоне стремительного развития горного дела. До появления грузоподъемных устройств доступ в шахты и другие горные выработки был возможен лишь через боковые штольни, расположенные на склонах гор.
Первые подъемные устройства, примененные в горном деле, работали по принципу подъема воды их колодца. Благодаря этому стало возможно использование вертикальных горных выработок.
Для перемещения рабочей силы, оборудования, добытого материала вплоть до настоящего времени применяются специальные подъемники.
Современные краны могут работать при низких и сверхвысоких температурах окружающего пространства, в условиях агрессивных кислотных и соляных сред, под водой и в безвоздушном пространстве, в районах с повышенной сейсмической активностью, сохраняя при этом свою производительность и обеспечивая максимальную безопасность для человека, управляющего краном.
В итоге на сегодняшний день мы бок о бок живем с подъемной техникой, которая поражает и восхищает своей мощью и возможностями.
Казалось бы, что общего у крана с птицей, обитающей практически на всех континентах? Как ни странно, название оборудования произошло от английского слова crane – журавль. Если сходство с мостовыми моделями и не просматривается, то башенные и портальные варианты действительно напоминают длинноногую птицу.
3. Виды и возможности грузоподъемных механизмов в современном мире.
Лифт (от английского lift – поднимать), стационарный подъемник с вертикальным движением кабины по жёстким прямолинейным направляющим. Лифт используется для перемещения (подъёма и спуска) людей и других грузов и, в связи с этим, бывают грузовыми, пассажирскими, грузопассажирскими. В большинстве случаев лифты устанавливаются в глухих шахтах зданий.
Особенно эффектно выглядят лифты с панорамным остеклением. Чаще всего такие устройства можно встретить в торговых центрах, гостиницах и т.п.
Очень широко применяются лифты в медицинских учреждениях для перемещения малоподвижных пациентов между этажами.
Существуют даже лифты для перемещения автомобилей.
Эскалатор (от латинского scala – лестница) – это подъёмно-транспортное устройство в виде лестницы с движущимися ступенями для перемещения людей с одного уровня на другой. Существует 2 основных вида эскалаторов. Тоннельные, которые применяются на станциях метрополитена.
Траволатор(от английского travel – путешествовать) — это движущаяся бесступенчатая дорожка, которая позволяет ускорить или облегчить передвижение пешеходов. Эти устройства еще называют движущимися пассажирскими тротуарами. Траволаторы применяются, в основном, в аэропортах и крупных торговых центрах с длинными переходами. В большинстве случаев, траволаторы устанавливаются горизонтально.
Подвесная канатная дорога- сооружение, служащее для перевозки пассажиров в подвижном составе, который перемещается по несущему канату или посредством несуще-тягового каната.
Устройства для размещения пассажиров при перевозке по канатной дороге называются подвижным составом и бывают открытыми (в виде кресел)
и закрытыми (в виде кабинок).
Буксировочная канатная дорога (БКД) - сооружение, предназначенное для буксировки лыжников с помощью буксировочных устройств, постоянно прикрепленных к тяговому канату или с возможностью отцепления их на станции.
Вышки и подъемники – это грузоподъемные устройства, предназначенные для перемещения людей и инструмента с целью выполнения различных работ. Существует огромное разнообразие вышек и подъемников. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся экземпляры.
Подъемники фасадные. Предназначены для строительства, ремонта и обслуживания фасадов зданий. Особенную актуальность эти подъемники приобрели с появлением строений очень большой высоты с панорамным остеклением. Единственная возможность ухаживать за остеклением таких зданий, в том числе мойка окон практически возможна только с помощью фасадных подъемников.
Ножничный подъемник — мобильное приспособление, способное поднимать и перемещать грузы, людей в вертикальной плоскости. Название свое получил из-за формы опоры, по форме напоминающей ножницы. Основная область использования оборудования — погрузочно-разгрузочные операции, помимо этого — монтажные, строительные, отделочные, другие работы. Малые габариты подъемника дают возможность выполнять нужные действия на участках любой площади.
Все, наверняка, видели такие подъемники в торговых центрах, с помощью которых меняют лампы освещения.
Вышка телескопическая – это, пожалуй, самое распространенное и узнаваемое устройство для выполнения всяческих работ для нужд города, начиная от опиловки деревьев и замены ламп в фонарях до тушения пожаров.
Отдельно хочется остановиться на самых ярких и разнообразных представителях грузоподъемных устройств – это грузоподъемных кранах.
Самоходные стреловые краны – это краны, основной конструкции которых является телескопическая стрела, установленная на самоходных движущихся шасси. Самым распространенным видом таких кранов являются автокраны. Максимальная грузоподъемность таких кранов составляет от 5 до 1200 тонн.
В труднодоступных местах, где нет подъездных дорог, а также в болотистой местности применяют краны на гусеничном ходу.
Существуют также краны на железнодорожном ходу.
Для проведения погрузочно-разгрузочных работ в море или на других крупных водоемах краны устанавливают на кораблях. Такие устройства получили название «плавкран».
Портальные краны – это полноповоротные стреловые краны, поворотная часть которых установлена портале, который передвигается по рельсам, проложенным по земле. Существует 3 разновидности портальных кранов:
- монтажные портальные краны используются для производства монтажных и сборочных работ на судостроительных и судоремонтных предприятиях, а также для перегрузки крупных грузов;
- перегрузочные портальные краны предназначены для перегрузки сыпучих и штучных грузов (в том числе и контейнеров);
- доковые портальные краны являются монтажными и предназначены для обеспечения сборочных и монтажных работ при ремонте судов, установленных в доке.
Портовые контейнерные краны – это краны типа «судно-берег», которые используются на контейнерных терминалах для погрузки и разгрузки контейнеров с контейнеровозов. Контейнерные краны состоят из несущей конструкции, которая может перемещаться по всей длине причала или двора по рельсовому пути.
Мостовые краны – краны с грузозахватным устройством, подвешенным к грузовой тележке, которые перемещаются по подвижной стальной конструкции (мосту). Отсюда название – мостовой.
Мостовые краны используются как в закрытых помещениях (цехах, складах, ангарах) так и на открытых площадках. В обоих случаях мост крана передвигается по рельсам, установленным на специальных подкрановых балках.
Мостовые краны применяются для перемещения материалов, оборудования, сыпучих грузов. В последнем случае на кран устанавливается специальное устройство – грейфер.
Одной из разновидностей мостового крана является кран козловой, мост которого установлен на опоры, перемещающиеся по рельсам, установленным на бетонные фундаменты.
Башенный кран — это подъёмный механизм с поворотной стрелой, лебёдкой и противовесом. Стрела закреплена сверху на башне — несущей опоре, выполненной из металла.
Башенные краны способны:
- осуществлять подъём грузов большой массы на заданную высоту;
-перемещать груз в пределах строительной площадки;
- производить разгрузку и загрузку транспортных средств материалами и оборудованием.
Основные сферы применения башенных кранов:
- строительство объектов различного назначения (жилые дома, промышленные объекты, атомные электростанции и многое другое);
-погрузка, разгрузка, перемещение груза к месту проведения работ.
4. Практическая часть
На базе среды моделирования «Айтэч» были собраны 2 действующие модели козлового и башенного крана.
Управление козловым краном производится от кабельного пульта управления «Хармони».
Управление башенным краном производится от беспроводной системы дистанционного управления по радиоканалу «Телекрэйн»
При сборке моделей кранов было использовано:
-
более 700 винтов и гаек;
- около 760 металлических деталей;
- 2 приводные цепи;
- 5 электрических мотор-редукторов;
- 36 шестерен;
- 2 противовеса.
5. Выводы.
В результате изучения истории развития грузоподъемной техники я понял необходимость присутствия данных механизмов в жизни человека.
Грузоподъемная техника развивается в соответствии с вновь предъявляемыми задачами и требованиями человечества.
Я не представляю будущее без совершенствования грузоподъемных устройств.