Текст книги "Большая энциклопедия техники"

Тягач

Тягач – самоходное транспортное средство, колесное – на базе автомобиля, гусеничное – на базе трактора. Кузов установлен на шасси. Оборудовано тягово-сцепным или опорно-сцепным устройством. Высокое тяговое усилие обеспечивается массой самого тягача или создается дополнительный вес с помощью одноосного прицепа. Тягач применяется для транспортировки прицепных систем – сельскохозяйственных машин, дорожных машин, или прицепов – колесных транспортных средств без мотора. Производство мощных тягачей началось в середине ХХ в., что связано с потребностями различных областей производства, где такие тягачи используются, – это промышленность (лесная, горнодобывающая), строительство, сельское хозяйство. Тягачи различаются по типу прицепного устройства. Буксирные тягачи имеют тягово-сцепное, седельные – опорно-сцепное устройство. Тяговое усилие – это основной показатель тягача. Если надо увеличить тяговое усилие, применяется несколько дополнительных передач с увеличенным передаточным отношением.

Фуникулер

Фуникулер – транспортное средство с канатной тягой для перемещения – подъема или спуска – пассажиров или грузов, как правило, на небольшое расстояние по крутому подъему. Это наклонные рельсовые пути между верхней и нижней станцией; по этим путям движутся вагоны при помощи связанного с ними каната и приводной лебедки, которая расположена на верхней станции. Идея использовать такое устройство как транспортное появилась уже в 1825 г. И первый фуникулер был построен в 1854 г. в Италии (Генуя) и в Австрии (Зоммеринг). Сейчас такие устройства применяются в разных странах, в основном в горных местностях и курортных районах. Фуникулеры различаются по назначению и по устройству. По назначению – пассажирские, грузовые, грузо-пассажирские.

По устройству – одновагонные и двухвагонные. Принцип работы следующий: одновагонные – один вагон поднимается и он же обратно опускается; двухвагонные – два вагона уравновешивают друг друга, они прикреплены к двум концам каната и движутся навстречу друг другу – если один из них поднимается, то другой – опускается. Более распространены двухвагонные фуникулеры как более эффективные. Они бывают двухпутные (для каждого вагона независимый рельсовый путь) или однопутные (оба вагона движутся навстречу по одному пути и разъезжаются посередине). Пассажирские вагоны при любом наклоне рельсового пути находятся в горизонтальном положении. Грузовые вагоны в отличие от пассажирских имеют более простую конструкцию. Они применяются для перевозки горных пород, леса, а для погрузки-разгрузки на станциях находится специальное оборудование. Вагоны имеют тормозные устройства и средства сигнализации, связи и блокировки, чтобы обеспечить безопасность движения и контролирующие действия обслуживающего персонала, который находится на верхней и нижней станциях. Но такое сообщение широкого распространения не имеет из-за небольшой скорости движения (до 3 м/с) и большого времени на погрузку-разгрузку и вход-выход пассажиров. Поэтому такие устройства чаще всего используются в туристских районах с экскурсионными целями на юге Европы, в горах; в России – на Кавказе.

Хозяйственный поезд

Хозяйственный поезд – грузовой поезд, имеющий различное назначение. Обслуживание железнодорожного пути – он доставляет на перегоны железной дороги строительные материалы, питьевую воду, путевой балласт, вывозит снег со станций и стрелочных переводов, доставку к месту работ железнодорожных рабочих. В этом случае в состав поезда входят и пассажирские вагоны. Подвозка людей и строительных материалов на строящиеся объекты железной дороги – перегоны, станции, мосты, тоннели, в этом случае такой хозяйственный поезд называется рабочим поездом. Но во всех видах хозяйственный поезд – это состав, обслуживающий железнодорожное хозяйство. Вагоны такого поезда имеют такое же устройство и оборудование, как вагоны грузовых или пассажирских поездов. Движение поезда осуществляет тепловоз или электропоезд.

Штабелер

Штабелер – погрузочно-транспортное средство, используется для погрузки и укладки в штабели или стеллажи штучных грузов – коробок, ящиков, пакетов. Имеет фронтальный выдвижной грузоподъемник, или вилы для приемки груза; колеса из монолитной резины, пластмассы или металла. Управляет штабелером машинист из кабины. Грузоподъемник до 3,5 т, высота укладываемого штабеля до 8 м. Современные штабелеры, как и другая погрузочная техника, появились в ХХ в. Применяются для погрузочных работ на складах различного назначения. Взяв на выдвижной грузоподъемник груз, могут с ним передвигаться на небольшие расстояния по территории склада как транспортное средство. Движется при помощи механического или электрического двигателя.

Электровоз

Электровоз – локомотив с тяговыми электродвигателями. Электрическую энергию его двигатели получают от контактной сети, но иногда от аккумуляторов, находящихся на самом электровозе. Электровоз состоит из электрического оборудования и механической части. Механическая часть включает цельнометаллический кузов на двух или трехосных тележках. Тележки – это стальные рамы на колесных парах с буксами, с рессорным подвешиванием, тяговой передачей, тормозной рычажной системой. На тележке расположены тяговые электродвигатели.

У скоростных электровозов со скоростью более 120 км/ч используется опорно-рамное подвешивание тяговых электродвигателей, от них вращение передается колесной паре. У грузовых электровозов используется опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей.

В кузове электровоза находится ходовая часть, автосцепка и различное оборудование. Электрическое оборудование – это тяговые электродвигатели постоянного тока, вспомогательные машины, низковольтные приборы, пускорегулирующие, защитные аппараты, токосъемник. Если электровоз переменного тока, то используется тяговый трансформатор. Пневматическое оборудование – компрессор; тормозные приборы; резервуары для хранения сжатого воздуха, который применяется для питания приводов тормозной системы и системы управления электровозом. На электровозах постоянного тока для увеличения скорости последовательнопараллельно включаются двигатели и пусковой реостат. На электровозах переменного тока две системы регулирования – низковольтная и высоковольтная.

Для электрического торможения используются специальные устройства. Первый в России электровоз был построен в 1932 г. совместно Коломенским и Московским заводами.

Современные электровозы различаются по назначению и по роду используемого тока. По назначению электровозы бывают: магистральные – пассажирские, грузовые, грузо-пассажирские; маневровые, промышленные и рудничные. По роду используемого тока электровозы бывают постоянного тока, переменного или комбинированные.

Иногда используют сразу несколько электровозов, которые управляются из кабины одного из них.

В России работает один из самых мощных в мире электровозов, мощностью 8400 кВт и с максимальной скоростью 200 км/ч и более.

Дальнейшее развитие конструкции электровоза направлено на повышение его мощности, использование новых технологий и систем регулирования.

Эскалатор

Эскалатор – транспортное средство для перемещения – подъема или спуска – пассажиров в местах больших пассажиропотоков: в общественных зданиях, подземных переходах, станциях метро. Представляет собой пластинчатый конвейер с движущимся ступенчатым полотном, с углом наклона до 35°. Первые эскалаторы появились в конце XX в. во Франции. В России в 1935 г. первые эскалаторы появились на станциях Московского метрополитена.Принцип и конструкции эскалатора представляют полотно, имеющее две бесконечные тяговые цепи, огибающие тяговое и натяжное устройство и движущееся по направляющим металлическим путям. Устройство привода включает электрический двигатель, редукторы с зубчатыми или цепными передачами и соединительные муфты. Эскалатор имеет входные площадки с гребенками, которые опущены в пазы настилов ступеней, движутся с обеих сторон по направляющим пластинам и отклоняющим блокам. Поручни сделаны из прорезиненной ленты с загнутыми краями. Придвигаясь к входным площадкам, ступенчатое полотно получает горизонтальное положение при помощи направляющих путей. Основные рабочие движения ступенчатого полотна – наклонная лестница, которую можно использовать для подъема или спуска самостоятельно. На наклонной части расположены натяжные блоки поручней. Ступени эскалатора делают из стального каркаса и стальных обрезиненных катков на осях и двух тяговых цепей. На всех участках рабочей трассы эскалатора имеются реечные настилы из пластика. Тяговые цепи полотна – втулочно-роликовые, пластинчатые, с упорами на наружных пластинах. Трасса имеет ограничивающие шины, препятствующие ее складыванию. Привод эскалатора снабжен двумя тормозами: рабочим и аварийным. Для безопасности движения эскалатор имеет защитную систему электромеханических устройств и автоматических включения-выключения. Основные характеристики эскалатора – ширина ступени, высота подъема, скорость, производительность. Модификации зависят от области применения эскалатора, при которых эти характеристики различаются. Эскалатор – это эффективный вид общественного транспорта, его развитие направлено на повышение безопасности и производительности.

Раздел 2. Производственная техника

Автоклав

Автоклав – устройство для обработки продукции, сырья и изделий способом нагрева под давлением выше атмосферного. Устройство имеет вид емкости – или полностью замкнутой, или открывающейся с крышкой. Сфера применения этого устройства очень широка. Оно используется в металлургии при обработке цветных, драгоценных металлов, редких элементов, в химической промышленности для производства органических красителей, минеральных удобрений, синтетических полупродуктов, в промышленности для вулканизации технических изделий, при производстве стройматериалов, в консервной промышленности и медицине для стерилизации. Принцип работы этого устройства основан на создании условий, ускоряющих реакцию и увеличивающих производство продукта. В зависимости от сферы применения и назначения устройства различаются по конструкции, оборудованию, емкости, созданию температурного режима. Основные характеристики автоклава: емкость, создаваемое давление и температура. По конструкции такие устройства бывают вертикальные, горизонтальные, колонные, а также вращающиеся и качающиеся. В зависимости от характера работы перемешивающие устройства имеют электромагнитные, пневматические или механические, наружные или внутренние теплообменники, различные приборы для контроля режима температуры, давления; уровня жидкости и регулирования их параметров. Автоклавы, используемые в химической промышленности, снабжены электродвигателем. Его ротор укреплен на вале перемешивающего устройства и закрыт герметичным экраном, сделанным из специального немагнитного материала, который не способствует прохождению магнитных силовых линий к ротору от статора электродвигателя.

Конструкция применяемого в медицине автоклава состоит из основной герметичной водопаровой камеры, в которой образуется водяной пар заданной температуры и давления. В этой водопаровой камере находится другая камера – стерилизационная, в нее непосредственно и помещают материал для стерилизации. Пространство между этими двумя камерами заполнено водой. Воду нагревают и пар, поднимаясь в промежутки между камерами, попадает в стерилизационную камеру, в верхней части которой расположены для этого специальные отверстия, и создает в этой камере требуемые температуру и давление. Снаружи медицинский автоклав имеет металлический кожух и асбестовый изоляционный слой и бывает переносной или стационарный. Емкости промышленных автоклавов различны: от нескольких десятков кубических сантиметров до 1500 кгс/см². Они создают давление 150 Мн/м² и температуру до 500 °С. В производстве строительных материалов применяются устройства для крупноразмерных изделий из силикатобетона. В России автоклавные устройства для производства известково-песчаных блоков, фибролита, облицовочных плит появились в 1930-х гг. Но сам способ изготовления силикатного кирпича в автоклаве был изобретен в Германии в 1880 г. ученым В. Михаэлисом. Процесс производства силикатного кирпича и других изделий в автоклавной установке основан на термической обработке сырьевых продуктов, в результате физико-химического взаимодействия происходит твердение материала. На современных автоклавных устройствах изготавливают ячеистый бетон, силикатные блоки, стеновые блоки и панели, облицовочные, теплоизоляционные материалы и другие изделия. Используются новые технологии производства и улучшения основных характеристик самих устройств.

Башенный кран

Башенный кран – грузоподъемная машина. Конструкция крана дает возможность осуществлять монтаж, демонтаж и перевозку автотранспортом. Башня крана может быть поворотной или неповоротной, телескопической или наращиваемой. Высота подъема достигает 150 м, скорость передвижения крана – 10—30 м/мин, скорость подъема груза – 10—100 м/мин. Вылет стрелы строительного крана доходит до 40 м, судостроительного – до 50 м. Грузоподъемность при минимальном вылете – до 75 т. Грузоподъемность судостроительного крана на эстакаде – до 100 т, стапельного – до 400 т. Строительные башенные краны двигаются по рельсам, проложенным на строительной площадке. При большой высоте строящегося здания они могут опираться на землю и на каркас самого здания. По мере роста здания кран, опирающийся на него, перемещается вертикально. Грузозахватное приспособление башенных кранов, как правило, крюковое. Механизм подъема груза составляют лебедка и стальной канат, к которому крепится крюк. Механизм движения крана по рельсовому пути осуществляется колесным приводом. Кран снабжен предохранительными устройствами – ограничениями хода (концевые выключатели и упоры) и устройствами от действия ветра. Стреловое устройство башенного крана с горизонтальным перемещением грузов снабжено механизмом изменения вылета стрелы. Движение крана осуществляется при помощи электрического двигателя. Кабина крановщика находится в месте соединения стрелы с башней крана. Конструкции башенного крана сварные, сделаны из стали. Потребность в применении башенных кранов возникла в ХХ в. в связи с увеличением высоты возводимых сооружений. Башенный кран – это поворотный кран. Он может быть на автомобильном, пневмоколесном, гусеничном ходу, на базе обычного стрелового крана. Имеет стреловое устройство – подъемную качающуюся стрелу или же консольную стрелу, по которой движется тележка с канатной тягой. Башенный кран имеет широкое применение в различных отраслях производства. В основном он используется в строительстве многоэтажных жилых и промышленных зданий и сооружений, строительстве плотин и других гидротехнических сооружений. Также он применяется в судостроении в достроечных работах и для обслуживания открытых стапелей.

Модификация крана зависит от вида его движения. Он может передвигаться по рельсам или быть на автомобильном, гусеничном ходу. Основные задачи в совершенствовании его конструкции – это увеличение грузоподъемности, вылета стрелы, высоты, на которую можно доставить груз, а также увеличение производительности, скорости рабочих движений, точности работы, уменьшение массы самих конструкций крана, для чего используются современные сплавы.

Бурильная машина

Бурильная машина – машина, осуществляющая процесс бурения – горной выработки цилиндрической формы – скважины, шпура, способом разрушения горной породы. С целью разведки и добычи полезных ископаемых – нефти, угля, руды, а также соли. Самые древние буровые «инструменты» – долото и бамбуковые штанги – использовались 2 тыс. лет назад в Китае, при добыче соляных растворов, бурение было ручным и диаметр скважины составлял 15 см, ее глубина – 900 м. В России первые скважины также бурили для добычи соли в IX в., близ г. Старая Руса. В середине XIX в. бурили скважины для снабжения городов водой в Петербурге, Керчи, Казани, Москве. Первая скважина в США была пробурена в 1806 г. также для добычи соли. Первые нефтяные скважины были пробурены в США в 1826 г., в Кентукки, и в России в 1864 г. на Северном Кавказе. Паровые машины появились на нефтяных промыслах в Баку в 1873 и в 1901 гг., электродвигатели. Но совершенная и производительная буровая техника появилась только в XX в. Хотя буровые машины применялись и раньше. В 1861 г. Соммейе изобрел поршневой перфоратор, в конце XIX в. появился молотковый перфоратор – бурильный молоток.

Современный бурильный молоток – машина для бурения шпуров или скважин. В основном это пневматическая машина. Самые первые бурильные машины были поршневыми в середине XIX в. В ее конструкции бур двигался вместе с поршнем. В бурильной машине молоткового типа – породоразрушающая буровая коронка. При каждом обратном ходе поршня она поворачивается, и вращение передается буру через поворотный механизм. В бурильной машине с независимым вращением бур вращается от пневмодвигателя. Воздухораспределительное устройство обеспечивает подачу порций воздуха в переднюю и заднюю полости цилиндра и регулирует движение поршня. Сжатый воздух удаляет из шпура разрушенную породу. Основные характеристики бурильного молотка – масса поршня, расход воздуха, скорость, энергия работы. Но высокочастотные бурильные молотки создают во время работы чрезмерный уровень шума, и поэтому для его уменьшения и вибрации используются специальные виброгасящие рукоятки.

Модификация бурильного молотка зависит в основном от вида его использования в работе.

Ручной бурильный молот (масса 10—30 кг) бурильщик держит в руках, иногда устанавливает на пневмоподдержке. Колонковый бурильный молоток (масса 50—70 кг) устанавливается на колонки с автоподатчиками или на буровые каретки. Телескопный бурильный молоток (масса 30—40 кг) используется для бурения шпуров.

Буровая каретка – машина для бурения шпуров и скважин. Она применяется в горизонтальных выработках. Имеет вид платформы на пневмоколесном, колесно-рельсовом или гусеничном ходу. На ней устанавливаются один или несколько автоподатчиков с установленными на них бурильными машинами – молотками. Для работы в вертикальных стволах шахт буровая каретка имеет вид рамы. Бурошнековая машина – это буровая коронка на шнеке для бурения скважин большого диаметра в маломощных пластах полезного ископаемого – угля, соли. Осуществляет бурение породы, выдачу из скважины полезного ископаемого, погрузку его в транспортное средство. Такой механизированный процесс добычи существенно повышает производительность труда, отрабатывает полезное ископаемое из сложных пластов. Дальнейшее усовершенствование бурильной техники направлено на увеличение глубины скважин, скорости бурения, применение дистанционного управления.

Велосипедный кран

Велосипедный кран – грузоподъемная машина, предназначенная для подъема грузов и их горизонтального перемещения. Такие краны применяются для погрузочных и разгрузочных работ на складах и в заводских цехах. Движение крана осуществляется по однорельсовому наземному пути – здесь используется электрический двигатель. Устойчивость крана создают реборды ходовых колес и верхние ролики на вертикальных осях, которые двигаются – катятся между двумя опорными потолочными балками. Основания крана – двух– или четырехосная тележка, на ней расположена колонна с вращающейся укосиной. Когда кран движется, то укосина повернута в направлении движения, и кран занимает мало места. Велосипедный кран способен обслужить площадь, равную вылету крана по обе стороны пути. Грузоподъемные приспособления – крюк. Грузоподъемность крана достигает 10 т. Вылет стрелы – до 7 м.

Водоотливные насосы

Насос – устройство для напорного перемещения воды при сообщении ей внешней энергии. Основные параметры насосов – это количество жидкости, перемещаемое за единицу времени, т. е. объемная подача, напор и потребляемая мощность. Насосы различаются по конструкции и принципу действия и делятся на две группы: насосы-машины, работающие от двигателей, и насосы-аппараты, не имеющие движущих устройств и работающие за счет других источников энергии. Насосы-машины бывают: лопастные, поршневые, роторные; насосы-автоматы: струйные, паровые.

Необходимость перемещать большое количество воды была всегда, и самый первый насос изобрел в I в. до н. э. в Древней Греции механик Ктесибий. Этот насос был описан ученым из Александрии Героном. Хотя простейшие поршневые насосы для подъема воды применялись и раньше. После появления паровой машины появилась потребность увеличения высоты подачи воды. Поэтому в начале XVIII в. стали применяться поршневые, вращательные насосы и различные устройства для напорной подачи. До XVIII в. насосы были деревянными. Но в конце XVIII в. их стали делать из металла с приводом от паровой машины. С середины XIX в. появились паровые, поршневые, крыльчатые насосы. В разработке конструкций насосов известны ученые и изобретатели К. Бах, А. П. Герман, Г. Берг, А. А. Бурдаков, В. Г. Шухов, П. К. Худяков, И. И. Кукулевский. В XX в. с 30-х гг. поршневые насосы стали заменяться роторными.

Первый роторный насос был описан И. Лейрехоном в 1624 г. Первый вихревой насос был создан в 1920 г. в Германии инженером С. Хиншем. В 1846 г. в Америке инженер Джонсон построил горизонтальный насос, в 1851 г. в Великобритании такой же насос был сделан по патенту Гуинна. В 1899 г. в России инженер В. А. Пушечников создал вертикальный многоступенчатый насос, имевший подачу 200 м³/ч. И в Москве в 1880 г. на заводе Г. Листа начали делать первые насосы в России, с 1932 г. разрабатываются осевые насосы на заводе «Борец» в городах Дмитрове, Харькове. Конструкторы М. Г. Кочнев, С. С. Руднев, Г. Ф. Проскур, И. Н. Вознесенский.

Модификации современных насосов зависят от их конструкции и применения.

Центробежные насосы используются для подачи холодной и горячей воды. Их работа основана на передаче кинетической энергии вращающегося рабочего колеса находящимся между его лопастями частицам воды. При этом возникает центробежная сила, благодаря которой вода из колеса поступает в корпус. Рабочие колеса могут быть с односторонним и двусторонним подводом жидкости. Такие насосы имеют широкое применение, так как являются быстроходными. Они обеспечивают подачу воды до 65 000 м³/ч, при напоре 18,5 м, мощности 7,5 Мвт. В США был построен такой насос с подачей 138 000 м³/ч, напором 95 м, мощностью 48 Мвт.

Осевые насосы используются для подачи больших объемов воды. Их работа основана на энергии, получаемой водой, при воздействии на нее поверхности вращающихся лопастей рабочего колеса. Осевые насосы бывают жестколопастные и поворотно-лопастные и, как правило, одноступенчатые. Осевые насосы также считаются быстроходными: подача воды (45—50) × 10³ м³/ч, напор 10 м, мощность 2 Мвт.

Поршневые насосы имеют очень широкое применение и весьма разнообразны по конструкции. Их работа основана на чередовании всасывания и нагнетания, происходящих в цилиндре при движении поршня. Поршневые насосы бывают горизонтальные и вертикальные, тихоходные и имеют большие габариты. Дальнейшее усовершенствование конструкции насосов направлено на увеличение быстроходности, подачи, областей использования.