Линейный вал - Line shaft

Четыре машины для прядения шерсти с приводом от ремня от верхнего вала (Лейпциг, Германия, около 1925 г.)

А линейный вал это вращающийся вал с механическим приводом для передача энергии который широко использовался из Индустриальная революция до начала 20 века. До широкого использования электродвигатели достаточно маленький, чтобы подключаться непосредственно к каждой части оборудования, линейный вал использовался для распределения мощность от крупного центрального источника питания до оборудования в цехе или промышленном комплексе. Центральный источник питания может быть водяное колесо, турбина, ветряная мельница, сила животных или паровой двигатель. Мощность передавалась от вала к оборудованию системой ремни, шкивы и шестерни, известные как столярные изделия.[1]

Операция

Регулируемый ременной привод для токарный станок. 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.
От турбины к линейному валу при Саффолк Миллс в Лоуэлл, Массачусетс
От линейного вала до ткацких станков на Boott Mills в Лоуэлле, 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 шкив на 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 одном положении, иначе напряжение могло привести к перегреву подшипников и поломке вала. Подшипники обычно трение типа и нужно было держать в смазке. Работники лубрикатора шкива были необходимы для того, чтобы подшипники не замерзли или не вышли из строя.

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. Плоский ремни на плоских шкивах или барабанах были наиболее распространенным методом в XIX и начале XX веков. Ремни обычно были из дубленой кожи или хлопковая утка пропитанный резиной. Кожаные ремни крепились 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

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, механических, лесопильных и зерновые мельницы.

В 1828 году в Лоуэлле, штат Массачусетс, Пол Муди замененный кожаный ремень на металлическую передачу для передачи мощности от главного вала от водяного колеса. Это нововведение быстро распространилось в США.[2]

Системы привода с плоским ремнем стали популярными в Великобритании с 1870-х годов, когда фирмы 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 мог быть удовлетворен 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 предназначались для обслуживания. 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, в ход пошла система «подразделенной» 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. В Baldwin Locomotive Works Участок площадью 63 акра был переведен на подразделяемую мощность, а затем из-за неэффективности преобразован в групповой привод с несколькими большими паровыми двигателями, приводящими в движение валы трубопроводов. В конце концов Болдуин перешел на электрический привод, что позволило значительно сэкономить на рабочей силе и площади здания.[1]

Печатные станки 1870 г.

С фабрикой электрификация в начале 1900-х годов многие карданные валы начали переводиться на 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 бумагоделательные машины 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 помощью электродвигателей стало возможным благодаря выпрямители с кремниевым управлением (SCR) для производства приводов постоянного тока и переменной частоты с использованием инверторы для изменения постоянного тока обратно на переменный ток 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

Недостатки

По сравнению с индивидуальным электродвигателем или единица измерения приводные, линейные валы имеют следующие недостатки:[1]

  • Потери мощности на линейных валах широко варьировались и обычно составляли 25%, а часто и намного выше; однако, используя роликовые подшипники а смазка 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.

«Едва ли мы можем войти в магазин или фабрику любого типа, не встретив массу ремней, которые сначала кажутся монополистами в каждом уголке здания и не оставляют места для чего-либо еще».[6]

Исторические альтернативы линейным валам

Чтобы преодолеть ограничения на расстояние и трение трансмиссионных валов, трос системы были разработаны в конце 19 века. 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 мощность использовался для управления подъемными кранами и другим оборудованием в британских портах и ​​других странах Европы. Самая большая гидравлическая система была в Лондоне. Гидравлическая энергия широко использовалась в Бессемер производство стали

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

Ранние примеры

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 раннем примере Джедедия Струтт хлопчатобумажная фабрика, работающая на воде, Северная мельница в Belper, построенный в 1776 году, вся мощность для управления механизмами поступала от 18-футовой (5,5 м) водяное колесо.[7]

Оригинальные системы

объединенное Королевство
  • Elan Valley  — неработающий трансмиссионный вал все еще на месте в старых мастерских, теперь используется в качестве центра для посетителей
  • Кольцевая мельница Элленроуд  — линейный валопровод от 6 л.с. Национальный нефтяной двигатель управляет мастерской реплики 1910 года с кузницей, перфоратором, токарным станком, сверлом с радиальным рычагом и формирователем
  • Queen Street Mill, Бернли - Линия валопровода, работающая на 600 ланкаширских ткацких станках, с приводом от угля мощностью 500 л.с. паровой двигатель
  • Водяная мельница Шелсли, Шелсли Уолш, Вустер, Соединенное Королевство - частично действующая зерновая мельница
  • Бобинная мельница Stott Park, Камбрия, Англия - ??
  • Насосная станция Тиз Коттедж, недалеко от Дарлингтона, графство Дарем, Англия - полная оригинальная мастерская по обслуживанию в рабочем состоянии
  • Национальный музей сланца, Уэльс - оригинальное оборудование по-прежнему приводится в действие линейным валом, приводимым в движение крупнейшим рабочим водяным колесом в континентальной Великобритании
Соединенные Штаты

Реконструированные или демонстрационные системы

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 пороховые мельницы Du Pont) - Станки
  • Музей Генри Форда и Гринфилд-Виллидж, Дирборн, Мичиган - Станки
  • Шахта Молли Кэтлин, Клир-Крик, Колорадо - лесопилка
  • Boott Mills, Лоуэлл, Массачусетс - хлопковые ткацкие станки
  • Серебряный Доллар Сити, Брэнсон, Миссури - деревообрабатывающий инструмент и хлебопекарное оборудование
  • Tuckahoe Steam & Gas Association, Истон, Мэриленд  — музей действующего механического цеха
  • Историческое общество Вирджинии, Ричмонд, Вирджиния - ??
  • Балтиморский музей промышленности, Балтимор, Мэриленд - Станки
  • Дентон Фармпарк, Дентон, Северная Каролина - Станки
  • Музей наследия Маскегона, Маскегон, Мичиган - Двигатель Corliss и станки

Смотрите также

Рекомендации

Примечания
  1. ^ а б c d е 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 США 1790-1865 гг.. Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. п.32. ISBN  978-0-8018-9141-0.
  3. ^ Холмы С. 208-210.
  4. ^ Най, Дэвид Э. (1990). Электрификация Америки: социальное значение 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 оригинал на 2015-07-12. (В статье есть фото трансмиссионного вала и турбины.)
  6. ^ Хаббарт, Джеймс Ф. (1909). Millwrighting. NY. С. 184 и далее.
  7. ^ Сокольничий 2001, п. 23
Библиография

внешняя ссылка