Подъемные машины

Подъемные машины служат для подъема всевозможных тяжестей; они могут быть простые и сложные. К простым машинам относят: блоки и полиспасты (см. VI, 55), ворота, или лебедки см. XI, 295), и домкраты (см. XVIII, 605). К сложным машинам относятся: краны подъемные, подъемники, или лифты, а затем также транспортеры, элеваторы и конвейеры, причем последние три рода машин в технической литературе также называются часто машинами транспортирующими.

А. Детали подъемных машин. Кроме деталей, общих с другими машинами, в подъемных машинах имеются некоторые свои специальные детали. Такими специальными деталями являются:

а. Гибкие элементы для подвешивания грузов — канаты и цепи.

Пеньковые канаты применяются в сооружениях временного характера для поднятия сравнительно небольших грузов. Новый несмоленный пеньковый канат диаметром d мм  в работе можно нагружать до Q=0,8d² кг; смоленный канат — на 15—20% слабее несмоленного.

Проволочные стальные канаты применяются, когда высота или скорость подъема груза значительны и особенно, когда требуется большая плавность при подъеме груза. Если канат сплетен из проволоки высокого качества (крепость проволоки не менее 140 до 180 кг на 1 кв. мм), то при подъеме грузов можно допускать напряжение каната в работе до 25—30 кг на 1 кв. мм — для подъема людей, и до 30—35 кг на 1 кв. мм — для подъема грузов. Напряжение  каната вычисляется на формуле

Z = 0,009l + 8000 δ/D + 1,27Q/iδ² кг на 1 кв. мм, в которой означает: I — длина нагруженного конца каната, в метрах; δ и D — диаметры проволок в канате и барабана (или блока), огибаемого канатом, в мм; i — число проволок в канате и Q — поднимаемый груз, в килограммах.

Простая сварная цепь из коротких звеньев (рис. 1), применяется для подъема не особенно больших грузов, если скорость подъема груза незначительна. Наибольшая допускаемая в работе нагрузка для цепи, из железа в d мм, назначается не более Q = 10d² кг — для ручных механизмов, работающих плавно и без толчков, и в два раза меньше — для механизмов с машинным приводом, работающих с опасными для прочности цепи толчками и ударами.

Калиброванная сварная цепь, подобная предыдущей, но с точно выверенной одинаковой длиной всех звеньев, применяется также для подъема с малой сравнительно скоростью небольших грузов, если желают получить более легкий и компактный механизм. Чтобы звенья цепи под нагрузкой не слишком заметно изменяли свою форму, калиброванную цепь следует нагружать на 25—35% менее цепи некалиброианной, простой.

Цепь Галля, или пластинчатая (рис. 2), изготовленная из стали высшего качества, применяется, с одной стороны, для подъема очень больших грузов, где предыдущие типы цепей уже более непригодны, а с другой, и для небольших грузов, если требуется получить особенно компактный механизм, или если скорость подъема груза настолько высока, что сварная цепь уже не может быть применена. При назначении размера цепи для заданного груза следует руководствоваться специальными таблицами, выработанными заводами, изготовляющими эти цепи, т. к. определенных формул для расчета не имеется.

Американская, или крючковая, цепь (рис. 3), из ковкого чугуна, железа или стали, при-меняется наравне с лентами из кожи, резины, полотна и пр. тканей при постройке элеваторов, конвейеров и транспортеров.

б. Детали, принимающие на себя канаты и цепи. Такими деталями в подъемных машинах являются барабаны и блоки.

Барабан (рис. 4), обыкновенно цилиндрической (иногда коноидальной) формы, гладкий или с бороздками по винтовой линии, в которые ложатся принимаемые на него канат или простая сварная цепь, делается такой длины, чтобы на поверхности барабана в один слой (иногда 2 и более слоев, но это нежелательно) могла уместиться вся длина гибкого элемента, нужная для подъема груза на требуемую высоту. Чтобы канаты и цепи не слишком круто перегибались на поверхности барабана, ибо они от этого быстро портятся, диаметр барабана обыкновенно назначают: для цепи — не менее 16—20-кратной толщины цепного железа; для пенькового каната в воротах и кранах, смотря по местным условиям — не менее 10—50-кратной, а в шахтных подъемниках — не менее 80-кратной толщины каната; для проволочных канатов в ручных воротах кранов и подъемников — не менее 300—400-кратной; в приводных механизмах для той же цели — не менее 350—650-кратной, а в шахтных подъемниках — не менее 600—1200-кратной толщины проволоки, из которой сплетен канат. При малом диаметре барабана весь механизм ворота получается легче и дешевле, но зато канаты и цепи быстрее изнашиваются: канат надо поставить большего диаметра (с большим числом проволок) и чаще надо его менять.

Зубчатые блоки, или звездочки, применяются вместо барабана для цепей калиброванных (рис. 5) или Галля (рис. 6). Наименьшее число ячеек для звеньев калиброванной цепи обыкновенно назначают равным 5, а число зубцов для цепи Галля — не менее 8. Зубчатый блок для калиброванной цепи, но с большим числом звеньев (около 20—40) часто ставят взамен рукоятки (рис. 7), если машина стоит очень высоко над уровнем пола. В этом случае рабочий приводит машину в движение, действуя на тот или другой конец свисающей с блока вниз цепи, образующей непрерывную сомкнутую петлю.

в. Детали, служащие для прикрепления к гибкому элементу поднимаемого предмета. В большинстве случаев поднимаемые грузы привешиваются к крюку (рис. 8) из железа или мягкой стали, имеющемуся на конце каната или цепи, но для некоторых специальных родов поднимаемых грузов имеются особые заменяющие крюк детали: крючки или клещ и — для камней (рис.9), ковши или бадьи (рис. 10) — для жидких и сыпучих грузов, и т. п. Для железных предметов самой различной формы (балки, рельсы, листы, отливки самой разнообразной формы, ядра, орудийные стволы, стружка и пр.) очень удобны сильные электромагниты (рис. 11); внутри массива такого крановаго магнита имеется пустота для помещения в ней витков изолированного провода, по которому при подъеме предметов пропускают электрический ток. Подъемная сила крановых магнитов доходит до 5—6 тонн; расход энергии на них вполне окупается увеличением производительности работы всего крана, так как поднимаемый предмет моментально прилипает к магниту и, когда нужно, отпадает от него, и потому не приходится тратить много времени на схватывание и развязывание поднимаемых предметов.

г. Предохранительные от несчастий детали. Для удержания поднятого груза на определенной высоте, а также для безопасного, уверенного опускания груза применяются храповое колесо, или храповик, с собачкой, и различного рода тормоза. Храповик есть зубчатое колесо (рис. 12), зубцы которого направлены в одну сторону. Собачка, упирающаяся в зубцы храповика, позволяет ему вращаться только в одну сторону — именно в сторону подъема груза; чтобы груз опустить, нужно сначала откинуть собачку и таким образом освободить храповик. Правильное равномерное опускание груза регулируется тормозом. Тормоз есть колесо с толстым ободом, к поверхности которого помощью особого тормозного рычага прижимается одна или две тормозные колодки или стальная лента (рис. 13); более или менее нажимая на рычаг, рабочий по своему усмотрению может увеличить или уменьшить скорость опускания груза и даже может его совсем остановить. Кроме таких простых механизмов, есть также тормоза более сложные, представляющие сочетание в одно органическое целое тормоза с храповиком и с собачкой и даже еще и с той рукояткой, помощью которой машина приводится в движение. В этих так называемых безопасных рукоятках самопроизвольное опускание груза совершенно невозможно; чтобы опустить груз, рабочий просто нажимает или вращает в обратную сторону ту самую рукоятку, помощью которой он перед этим производил подъем груза. Если прекратить нажим на ручку, то опускание груза тотчас же прекратится. В машинных кранах применяются автоматические тормоза, которых имеется очень много различных типов, но которые все действуют наподобие описанных безопасных рукояток.

Рис. 1-13.

Детали подъемных машин.

Б. Краны подъемные. Кран есть сложная подъемная машина, помощью которой возможен не только подъем груза, но также и перенос  его в горизонтальном направлении на некоторое, сравнительно небольшое, расстояние. Обыкновенно в кранах различают те  механизмы, коими совершается перемещение груза и  самого крана, и тот деревянный или металлический остов, та ферма, к которой прикреплены все указанные механизмы и к которой привешивается на цепях или канатах поднимаемый предмет. Число различных типов кранов очень велико. Краны различают: по роду двигателя, которым они приводятся в движение (ручные, гидравлические, паровые, электрические); по способу их установки (неподвижные, вращающиеся, настенные, передвижные, плавучие); по месту их установки (магазинные, литейные, набережные, судовые); по внешней их форме, или по виду и конструкции фермы их (краны с раскосной или сплошной фермой, со стойкой, с поперечиной, с укосиной, с тягами, на козлах, мостовые, башенные и пр.). Определенной классификации кранов не существует.

На рис. 14 представлен типичный ручной литейный кран  на 3—10 тонн, состоящий из стойки, поперечины, по которой двигается тележка, служащая для привешивания к ней поднимаемого груза, и поддерживающей поперечину укосины. Расстояние груза  от оси стойки, или вылет крана, может, благодаря перемещению тележки, изменяться — обычно в пределах от 2 и до 6—8 метров. Нижней своей опорой кран укреплен на фундаменте, а верхней своей опорой привертывается к не представленной на рисунке потолочной конструкции того помещения, внутри которого кран поставлен. К нижней части стойки крана привернут  подъемный ворот, или лебедка крана, а на поперечине, независимо от ворота, поставлен второй механизм,  служащий для передвижения тележки, вместе с примешенным к ней грузом, вдоль по поперечине.

На рис. 15 представлен тип ручного магазинного крана на колонне на 1—6 тонн, при постоянном вылете в 4—6 метров, с укосиной и поддерживающими ее тягами. Этот тип кранов укреплен и вращается на прочно укрепленной в вертикальном положении колонне и потому не нуждается в какой-либо особой, вне крана находящейся, верхней опоре, как литейный кран на рис. 14. Подъемный ворот крана привернут к укосине крана, а видный на рисунке с левой стороны второй механизм служит для вращения крана. Так как колонна крана получает устойчивое положение благодаря фундаментной плите, поддерживающей колонну и, в свою очередь, опирающейся на фундамент, то есть полная возможность заменить этот фундамент произвольным другим телом, обладающим достаточной устойчивостью. На рис. 16 представлен подобный же паровой кран, поставленный на тележке, который снабжен небольшим вертикальным паровым котлом и 3 самостоятельными паровыми машинами, приводящими в движение 3 механизма —подъемный ворот для груза, для вращения крана вокруг неподвижно поставленной на тележке колонны и для передвижения всего крана по рельсам. Вместо парового котла и паровых машин на кранах этого типа очень  часто ставят 3 электромотора, которые получают нужный для работы ток — постоянный или переменный — от какой-либо центральной станции. На рис. 17 представлен также паровой кран, но поставленный на палубе баржи — тип плавучего крана. Ферма этого крана не раскосная, а со сплошной стенкой; все механизмы скрыты от влияний непогоды внутри фермы крана и в будке для машиниста. Краны, представленные на рис. 16 и 17, строятся на самые разнообразные размеры, соответственно той цели, для которой они предназначаются; подъемная сила крана меняется от 1 до 50—60 тонн; вылет крана — от 4 до 30 м, высота блока на верхнем конце укосины — от 5 до 25—30 м от уровня рельсов или палубы. Применяются они для самых разнообразных целей на заводах, станциях железных дорог, на набережных. На рис. 18 представлен тип легкого передвижного крана для небольших работ, подъемной силой около 1-2 тонн.

На рис. 19 представлен тип крана на козлах, в данном случае ручной. Подобные краны строятся и неподвижными или же передвижными   на рельсах; в последнем случае у них имеются 3 механизма — для подъема груза, для передвижения тележки по горизонтальным балкам крана и для передвижения всего крана по рельсам. Краны на козлах применяются на заводах, складах топлива и строительных материалов, на набережных; подъемная сила и длина моста крайне различны: от 2—3 до 60—70 тонн и от 6—8 до 80—100 метров. Нередко эти краны строятся паровыми, но чаще всего электрические.

На рис. 20 представлен электрический мостовой кран, который двигается (в виде моста) по поддерживающим его двум горизонтальным балкам, укрепленным над уровнем пола на стенах, на колоннах или стропильных фермах здания или вне здания на специально возведенном для него сооружении. Мостовые краны строятся преимущественно ручные или электрические и обыкновенно снабжаются 3 механизмами: на тележке — для подъема груза и для передвижения тележки вдоль по мосту, и на самом мосте — для передвижения самого моста вдоль по зданию. Скорости движения тележки по мосту и моста по его пути иногда назначаются довольно высокими — до 100—150 метров в минуту, а подъемная сила их колеблется от 1 и до 200 и более тонн, так что таким краном громадной мощности возможен перенос в собранном  виде больших сложных машин — целого паровоза, прокатного стана, пароходной машины на несколько тысяч лошадиных сил и пр.

На рис. 21 представлен тип электрического мостового перегружателя, применяемого преимущественно в портах для разгрузки и нагрузки судов, а также на складах всевозможных материалов. Подъемная сила таких кранов невысока, не более 2—5 тонн, но суточная производительность и район действия их большей частью большие; достигается это путем назначения больших скоростей для всех движений крана (для чего нужны мощные двигатели и особенно устойчивая конструкция фермы и движущегося по ней верхнего крана) и назначения больших вылета верхнего крана и длины моста. Вылет верхнего крана на тележке обыкновенно делается около 12—18 метров, а длина моста в некоторых построенных кранах доходит до 150—160 метров. Большое значение для увеличения производительности подобного мостового крана-перегружателя имеет также правильная конструкция орудия для быстрого и надежного захватывания поднимаемого предмета: автоматического ковша — для сыпучих грузов, специальных клещей — для камней, балок, листов, бочек и проч., кранового магнита и т. д.

На рис. 22 представлен тип большого набережного башенного молотовидного крана, как он выполняется английскими заводами, применяемый на верфях для постройки современных больших коммерческих и военных судов. Подъемная сила этого крана, имеющегося на верфи Джона Браун и К⁰ в Англии, равна 150 тоннам, высота его башни над уровнем набережной — 38 м, полная длина верхней молотовидной фермы — 73 метра, а длина большего ее плеча — 46 метров, но есть и более мощные краны этого типа. Самый большой подобный кран в Гамбурге может поднять 250 тонн на расстоянии 35 метров от центра башни (т. е. вылет груза равен 35 м), или 110 тонн при вылете в 53 метра, или, наконец, 10 тонн при вылете в 70 метров. Груз подвешен к тележке крана на 12-кратном полиспасте помощью стального проволочного каната толщиной 52 мм  и длиной в 1 500 метров; полный вес металла этого крана около 2 000 тонн. Помощью таких кранов-гигантов значительно упрощается установка на судах всех механизмов (в готовом, собранном виде), мачт, орудий, башен, котлов и пр.

При выборе рода двигателя для кранов в настоящее время, главным образом, приходится иметь ввиду двигатель паровой с отдельным котлом на кране, или электромотор постоянного или переменного тока. Гидравлические двигатели, действующие водой, глицерином или спиртом под большим давлением, при существующих ценах обходятся дороже и потому строятся лишь в исключительных случаях. Имеются затем некоторые примеры постройки кранов с двигателями внутреннего сгорания, но вообще такое сочетание вряд ли может иметь будущность.

Рис. 14-20.

Рис. 21. 22.

В. Подъемник, или лифт (рис. 23) есть машина, помощью которой поднимают грузы, помещая их в особой клетке, или кабине, которая движется между прочно укрепленными вертикальными направляющими брусьями. Подъемники, в общежитии также часто называемые подъемными машинами, применяются в различных производствах, а также в многоэтажных зданиях для более удобного и быстрого сообщения между различными этажами и бывают грузовые и пассажирские. В каждом подъемнике имеются следующие главные части: двигатель — фабричный или заводской приводной вал, водяной цилиндр, электромотор, помещаемый в подвале около шахты, внутри которой движется клетка подъемника, или на чердаке, непосредственно над шахтой, клетка деревянная или металлическая, на прочной раме из железных балок; ползушки, укрепленные на клетке, которыми она скользит по направляющим брусьям, прочно прикрепленным к стенам шахты или к балкам междуэтажных перекрытий здания; направляющие и поддерживающие блоки для стальных канатов, к которым подвешена клетка подъемника и уравновешивающий  ее контр-груз; предохранительные механизмы, назначение которых предотвратить возможные несчастные случаи при пользовании машиной даже лиц, незнакомых с ее устройством, или при порче частей механизма машины.

Рис. 23. Подъемники, или лифты.

Клетка подъемника должна постоянно двигаться с определенной скоростью; если по какой-либо причине она пойдет быстрее назначенного, то регулятор скорости должен немедленно остановить клетку. Стальные канаты, на которых висит клетка подъемника, рассчитываются с большим запасом прочности, а затем в работе канаты периодически осматриваются; несмотря на это, на клетке имеется специальный механизм, так называемый ловитель, цель которого остановить клетку и не дать ей упасть, если канат лопнет или по какой-либо причине ослабнет. Часто клетка висит на двух канатах; тогда ловитель должен начать действовать и остановить клетку, если разорвется или ослабнет какой-нибудь один из канатов. Чтобы клетка при какой-нибудь ошибке в управлении не могли опуститься ниже пола нижнего этажа и удариться в дно шахты, или подняться выше пола верхнего этажа и удариться потолком о верх шахты, на самой шахте и также на самой машине имеются специальные механизмы и упоры, автоматически останавливающие клетку в ее крайних верхнем и нижнем положениях. Так как шахта подъемника, представляющая глубокий колодезь, благодаря ряду входных в нос дверей, может быть источником многих несчастий, у клетки подъемника, у дверей шахты и у рулевых приспособлений имеется ряд связанных между собой механизмов — так называемые дверные затворы и контакты, благодаря которым: 1) нельзя открыть какую-нибудь дверь шахты, если против нее, на уровне данного этажа, не находится клетка подъемника; 2) машину нельзя пустить в ход до тех пор, пока не будут плотно закрыты все входные двери в шахту; 3) клетка, находящаяся в движении, немедленно станет, если требование первое не соблюдено, и постороннее лицо, находящееся вне шахты, каким-либо образом (сломав затвор) откроет какую-нибудь одну дверь в шахту.

Для управления движениями клетки, снаружи шахты — для товарных подъемников, или внутри клетки — для пассажирских подъемников, имеются специальные рулевая рукоятка или же рулевой канат; в пассажирских подъемниках вместо этого нередко на каждой площадке имеется по одной кнопке, а внутри клетки особая дощечка, на которой имеется столько кнопок, сколько этажей обслуживает данная машина — подъемник с кнопочным управлением; чтобы привести клетку подъемника в движение, достаточно нажать на соответствующую кнопку, предварительно закрыв плотно двери шахты и клетки; клетка начнет подниматься (или опускаться, смотря по тому, где она находилась в тот момент, когда нажали кнопку) и сама остановится против двери того этажа, кнопка которого была нажата. На рисунке 10 представлен общий вид устройства электрического подъемника, машина которого поставлена в подвале; видные на схеме блоки на верху шахты служат для канатов, на которых висят клетка и контргруз. В видах уменьшения пожарной опасности желательно строить шахту для подъемника непроницаемую, из огнестойких материалов; на лестницах шахты подъемников можно делать открытыми с легким, сетчатым ограждением. В некоторых технических производствах подъемник неправильно называют элеватором, например, доменный элеватор, но вообще элеватор есть совершенно другого типа машина, ничего общего с подъемником не имеющая. О подъемных машинах в горном деле см. XV, 651/59.

Литература: Берлов, Детали подъемных машин; Кифер, Грузоподъемные машины; Польгаузен, Подъемные машины; Ратновский, Подъемные машины; Самусь, Подъемные машины. Beethmann, Aufzugbau; его же Hebezeuge; Böttcher, Krane; Broughton, Electric Cranes; Ernst, Hebezeuge; Herzog, Krane und Aufzüge; Hill, Electric Crane Construction; Horner, Hoisting Machinery; Michenfelder, Kran-und Transportanlagen; Pickersgill, Hebezeuge; Rousselet, Appareils de lévage; Specht, Personen-und Lastenaufzüge.

Историческое: Kammerer, Technik der Lastenförderung; Rühlmann, Allgemeine Maschinenlehre, IV том.

Л. Кифер.