Свежие комментарии

Линии передачи механической энергии

Нашел в интернете замечательную статью про линии передачи механической энергии. Кое-какой материал на английском есть еще здесь.

Я сюда только перекину информацию из русскоязычной статьи…

Системы передачи механической энергии на расстояние, подобные тем, что использовали сотни лет назад, все еще применяются до сих пор. В частности, джеркерная система «Пенсильвания» (от слова jerk — трясти), применяемая для привода нефтяных насосов на частных землевладениях, имела огромное распространение в Америке вплоть до 40-х годов прошлого века, частично использовалась до 70-х, а несколько установок работают до сих пор.

Фото, которые приведены ниже, сделаны на действующих установках в штате Иллинойс.

Система состоит из центрального привода, который размещается в отдельном помещении. Это — сердце системы. Привод сделан таким образом, что вращательное движение двигателя превращается в возвратно-поступательное, которое передается на металлические штока, отходящие от помещения в разные стороны по направлению к своим механизмам.

На схеме виден принцип преобразования энергии из вращательной в поступательную

Так выглядит вживую дом, из которого расходятся приводные металлические штока, двигающиеся вперед-назад с определенной амплитудой.

Внутри главное распределительное помещение привода, или powerbank по-американски, выглядят так:

Линии штоков тянутся на мили от главного «трясуна».

Держатели штоков имеют различную форму и конструкцию как опор, так и шарниров, в зависимости от назначения. Есть поворотные, качающиеся, вилковые держатели. Есть даже приспособления, редуцирующие или, наоборот, усиливающую амплитуду:

В конечном итоге, качающаяся тяга подходит к нефтяному насосу, приводя в движение его шток:

Такая система приводов оказалась очень эффективной и позволяла экономить, задействуя один дорогостоящий двигатель для множества скважин. Причем, один из насосов, как правило, работал на снабжение двигателя топливом, а остальные качали нефть в резервуар.

Еще один способ передачи поступательного движения на расстояние, имеющий более древнее происхождение — с помощью деревянных брусьев. Принципиально он похож на «пенсильванскую» систему металлических тяг, но технологически более прост и дешев за счет малого использования металлических элементов.

Все начинается тоже с приводного помещения, пауэрбанка:. Но вместо железных прутков от него отходят деревянные брусья квадратного сечения, подвешенные на опорах.

Система брусьев тоже может тянуться на мили к скважинам:

Иногда, если трасса проходила в плоходоступных местах, приходилось строить мостки для обслуживания и смазки шарниров:

Для поворотов линий передач механической энергии используются специальные колеса:

Так как «пенсильванская» система металлических штоков все-же более технологична и сами нефтяные насосы удобнее подключать именно к металлическим тягам, то в системе предусмотрены переходные узлы с брусьев на металлические тяги:

В конечном итоге нефть попадала в подземные деревянные бункера.

и из них — в деревянные передвижные цистерны для перевозки к месту переработки или продажи.

Частная добыча нефти мелкими фермерами сыграла не последнюю роль в становлении Америки в 19 веке как технологически передовой державы, обеспечив страну достаточным количеством дешевого и высокотехнологичного (на тот момент) топлива.

P.S. Конечно попаданец не станет сооружать такие девайсины. Просто не сможет, тут нужны не столько знания, сколько опыт, а попаданец у нас теоретик. Тем не менее, попаданец с такими механизмами столкнется и более того — может заказать подобное у местных конструкторов для своего применения.

43 комментария Линии передачи механической энергии

  • Иваныч

    ШтокА, бункерА… Кровь из глаз.
    По теме. Как, интересно, обеспечивалась устойчивость длииииииных штоков? Или там рабочим был только ход, когда шток растягивался, а в обратную сторону его тянул приводимый механизм (насос)?

    • kraz

      Это не я писал, так что орфография на авторе.
      А про устойчивость — видимо была достаточной, я сомневаюсь что обратный ход был за счет насоса.
      Тут, как я в конце писал, главное практика, рассуждать об устойчивости не попробовав, бесполезно.

      • laxmer

        Судя по chain or steel cable на картинке с держателями, рабочий ход — «тяни», а перемещение элементов привода обратно происходит за счёт приводимого механизма.
        Можно и «тяни-толкай» сделать, но это потребует отказа от мягких элементов передачи.

        • Иваныч

          Да, скорее всего так и было — «тяни». По поводу «мягких элементов» — любая железяка при таком соотношении «длина-диаметр» будет «мягкой» при сколь либо значительном нагружении.

      • Иваныч

        Краз, ну Вы же инженер! (с)
        Тут ни рассуждений, ни расчетов, ни моделирования не надо, чтобы понять, что стержень будет неустойчив. Вспомним сопромат, вспомним, что длина там в квадрате, посмотрим на фото и увидим, что отношение длины к диаметру — тысячи, если не десятки тысяч. Очевидно, что стержни там работали только как тяги.

        • dan14444

          Не очевидно это. Оно ж не свободный штырь в мили длиной, каждый держатель (кроме подвесных, да и подвесы отчасти) — даст дополнительную стабилизацию.

          Так что «длину к сечению» над смотреть между держателями. А дальше всё хитро и малопредсказуемо. Так что «толкать» можно, но не факт что выгодно.

          • Иваныч

            если бы каждый держатель был «защемленной опорой», а не «хрен пойми чем с хрен пойми какими люфтами» — то да, дало бы. А так…

            И это — я не придираюсь и не умничаю. Просто, как бы это сказать… попаданцев.нет — одно из немногих мест, где обсуждают не айфоны, подвороты, успешность, тренды и прочую х…ергу, а что-то действительно интересное и связанное с работой руками и головой. Вот и хочется до истины докопаться.

            • Taras

              В то же время последний участок явно имеет два рабочих хода, а не один: отчётливо видно, что к насосу идёт только один шток.

          • Taras

            Уже то, что тяга нуждается в промежуточных опорах, говорит о том, что ей не хватает жёскости даже для того, чтоб собственный вес держать. Толкнуть она тем более не сможет. Для того, чтоб обеспечить жёсткость опорами, надо использовать принцип велосипедного тормозного тросика в шлаге, способном только гнуться, но не расширяться. А здесь ничего похожего. Так что на сжатие эти стержни работают не достаточно хорошо, чтоб преодолеть собственное трение. Иначе бы вся линия висела между ровно двумя рычагами: рычагом первичного двигателя и рычагом приводимого механизма.

        • Taras

          Сотни тысяч вообще то. Сказано же, что линия тянется на несколько миль. Плюс соединения, больше всего напоминающие звенья цепи. Вместо жёстких. И самое главное: иначе не объяснить парность «ниток» штоков. Из парности следует, что каким бы малым ни было усилие, даже если при нём простая верёвка такого диаметра уже будет жёсткой, эта жёсткость просто не используется.

      • Taras

        Обратный ход скорее всего был за счёт второго штока через коромысло на конце линии. По такому принципу механические усилия леерами на борт авиамодели передаются, но для того, чтоб закрылки и рули высоты поворачивать. Леера — пара гибких лесок, в одну сторону они тянут, а в другую не способны даже себя через отверстие в законцовке крыла протолкнуть. И даже переход с лееров вдоль крыла на жёсткую не парную тягу вдоль фюзеляжа есть. Если оба хода рабочие, то почему штоки парные? Даже параллельные на некотором участке не имеют смыла, так как чем тянуть несколько миль параллельно, проще с того самого колеса для поворота линии раздать сразу хоть в десяти направлениях. Сечение можно и удвоить, если в нём проблема, зато меньше придётся обслуживать опор и шарниров и сократится составляющая износа самого штока от трения. Нет, зачем то параллельно идёт две «нитки» штоков.

      • Taras

        «Тут, как я в конце писал, главное практика, рассуждать об устойчивости не попробовав, бесполезно.» Вот и попробуйте толкнуть хотя бы 100 метров таких тяг да при десяти-пятнадцати шарнирах в линии. А потом расскажите, как Вам удалось эту линию не согнуть. А на фотках отчётливо видны даже не шарниры, а ещё хуже. Узлы с люфтом по несколько футов.

    • инженер

      у Вас наверное когда вместо «лесы», говорят «леса» — тоже кровь из глаз

  • vashu1

    // Нашел тут

    «тут» — слово-паразит. Глаза режет не первый раз.

  • mehto3abp

    В Швеции их до сих пор вроде используют для откачки воды из шахт. И лифты на них работали. По Дискавери фильм был пару лет назад

  • Deus

    Тяги маломощные. Площадь вся опутана тягами, ни проехать ни пройти.
    Это если нефть у самой поверхности и её очень мало надо выкачать.
    Это не производство, а хобби в виде приработка. Этакая пельсинванская «копанка».
    Единственная оценка — оригинальный номер и не более.

    • Иваныч

      Тяги «маломощные» (кстати, как Вы оцениваете «мощность» тяги — как произведение силы на скорость перемещения? А какие там силы? А какие скорости?) по нашим меркам. А по меркам конца позапрошлого века — это разумное решение.

    • KT315

      Колесо Laxey Wheel на о.Мэн тоже работало на тяги.
      http://www.uh.edu/engines/epi2728.htm

      В ютубе тоже полно роликов от туристов.

  • ElSergV

    Смотрим картинку. Вижу трос. Однозначно «толкай». Сопромат!

  • Michael Moon

    Кстати, только сейчас пришло в голову. Тросовые тяги для чистой передачи механической энергии используются в дождевальных установках «Фрегат» (производство СССР — РФ) для выравнивания пролетов относительно оси движения. Да и в их электромеханических собратьях тоже (хотя там без фанатизма).

  • Кальдероныч

    Тут ещё задачка оптимизации — где поставить единственный двигатель (меж скважин), чтоб расходы минимизировать.

    • Иваныч

      А что там оптимизировать. Строим на плоскости точки — приемники энергии (о завернул… насосы рисуем, в общем) Н1 — Нн, строим на этой же плоскости точку Д (двигатель). Для каждой Нi строим функциональную зависимость расстояния от Нi до Д от координат Д, минимизируем суммарное расстояние. Профит. А, еще при этом надо, чтобы на любом луче, выходящем из точки Д, лежало не более одной точки Нi.

      Вроде так?

      • laxmer

        Так. Только там в конце вылезает система из двух крайне неудобных для решения уравнений.
        Проще механически — берём горизонтально установленную доску, на ней в масштабе размечаем точки нахождения приводимых механизмов. Сверлим в этих точках отверстия, пусть их будет N. Далее берём N одинаковых по весу грузиков на нитках, концы ниток без грузиков связываем в один узел. Грузики опускаем в просверленные отверстия и ждём, когда система успокоится. Отмечаем место, где остановился узел, там и надо ставить двигатель.

        • Иваныч

          Коллега, Вы не правы. Предложенная Вами система будет либо находиться в безразличном равновесии, либо уйдет до упора узлом в одно из отверстий — у нее нет «потенциальной ямы». Если нитки заменить резинками, а отверстия гвоздикамито ситуация немного улучшится. Но и тогда, как мне кажется, равновесное состояние си стемы не будет соответствовать минимальной суммарной длине линий.

          • laxmer

            Коллега, пожалуйста, погуглите самостоятельно про точку Ферма.

            Я тут ещё подумал — если стоит задача минимизации суммарной длины тяг, то к двум близко расположенным механизмам не имеет смысла тянуть две пары тяг, экономнее будет использовать одну пару тяг для привода ещё одного трясуна, который уже короткими парами тяг приводит механизмы. Которые также могут быть трясунами… и так далее. Но это уже построение дерева Штейнера — задача более интересная, но и более сложная.

            • Иваныч

              Уважаемый коллега, Вы меня немного не так поняли. Я говорил не про математическую модель, а про физическую — веревочки с грузами. Хотя, похоже, Вы правы: веревочки с грузами будут работать. Система, по идее, будет стремиться к состоянию с минимальной потенциальной энергией, тоесть к минимальной суммарной высоте грузов над Зе лей.

            • Иваныч

              По поводу дерева Штейнера — нужно еще учитывать потери в каждом промежуточном трясуне, которые будут ненулевыми.

  • Taras

    «P.S. Конечно попаданец не станет сооружать такие девайсины. Просто не сможет, тут нужны не столько знания, сколько опыт, а попаданец у нас теоретик. Тем не менее, попаданец с такими механизмами столкнется и более того — может заказать подобное у местных конструкторов для своего применения.» Чистые теоретики были в тогдашних университетах. А сейчас даже в университетах практики, теоретика же надо специально искать. Одного на сотни миллионов. Диванные деятели — это не теоретики, а профаны, по их «теориям» ничего сделать не получится. Остальные же работают вполне практически. Более того, даже умеет сочетать теорию с практикой хорошо если один на пару тысяч.

  • Taras

    Сейчас дешевле на каждый насос по маломощному двигателю поставить, чем этого монстра городить. Обоснуйте, почему тогда было наоборот. Наоборот то было, иначе бы не городили. Но охота всё таки подробного обоснования.

    • Hludens

      размер, вес да и конструкция тогдашнего двигателя подразумевали стационарность.
      Да и наличие кочегаров и механиков.
      Это в тех случаях когда речь идет о паровой машине, а не о гидроколесе, там стационарность еще более очевидна.
      т.е. поставить 10 движков= нанять дополнительно человек 30-40 кочегаров и 5-10 высокооплачиваемых механиков. В долгосрочной перспективе дешевле нагородить передачу.

      • Иваныч

        Начнем с того, что изготовить десяток-другой двигателей при тогдашнем уровне производства было весьма нетривиальной задачей. Это вам не сейчас- пихнул в ЧПУ железяку, а с другой стороны вынул коленвал.

        • Hludens

          ну, положим пользователь то эти двигатели не изготавливал а заказывал. т.е. речь о покупке не одного, а 10 маломощных двигателей.
          Впрочем да, ввиду огромных трудозатрат на изготовление, стоимость 10 однолошадных двигателей будет многократно превосходить стоимость одного 10 сильного. Меньше чем в 10 раз но все же…

    • KT315

      Тяги может делать местный кузнец. А двигатель надо покупать в городе за деньги, что при тогдашнем натуральном хозяйстве в глубинке США не очень выгодно.

      Вон, у Марка Твена рассказик, чем норовили подписчики заплатить за местную газету. Чем угодно, только не деньгами. Урожаем, дровами, тканью, древесным углём, горячими обедами, рудой.

    • KT315

      https://www.youtube.com/watch?v=zDDte49KBUA

      Даже вот такой убогий нефтяной двигатель на калильном шаре, мощностью в полтора киловата, как у современной мотокосы, требует для производства: литейку, токарно-винторезный станок, пайки, изготовления медных трубочек. Смазка из той же нефти не подойдёт, надо особую.

      Железную фурнитуру для брусьев фермер мог отковать сам.

      • KT315

        Ещё забыл пружинную сталь. Тоже уметь надо выплавить.

      • инженер

        офигеть! дизель на угле!
        надеюсь статья про это чудо будет?

        • KT315

          Это не дизель, а hot bulb engine, двигатель с калильной головкой. угли только для запуска, разогрева этой головки.
          Достоинство — может работать на любом дерьме, хоть на отработанном масле, хоть на масле от жарки чебуреков, не говоря о сырой нефти.
          Всё остальное — недостатки по сравнению с дизелем.

          Куча видео Lanz Bulldog start, там греют паяльной лампой, или в современной версии, пропановой горелкой.

        • KT315

          Дизель на угольной пыли (или водно-угольной смеси) изначально разрабатывался товарищем Дизелем.
          Незначительный маленький нюансик — угольная пыль замечательный абразив, и за сутки съедает все форсунки и клапана — так до сих пор и не удалось побороть.

  • letbur

    Хорошая, годная статья. Не то, что в прошлый раз.

    >Просто не сможет, тут нужны не столько знания, сколько опыт, а попаданец у нас теоретик.
    Так это общая проблема тяжелой промышленности. Что паровую машину, что производство железа/угля и Т.П. попаданцу будет развивать одинаково сложно.

    Начинать надо с того, что позволит быстро разбогатеть при минимальных вложениях, а уж потом и строить таких монстров. Химия и медицина — самые перспективные направления. Попаданца будут считать колдуном и не местным, что бы он не делал, но в этих областях хотя бы не нужны огромные капитальные вложения. Что проще, накопать 30 грамм селитры для демонстрации пороха римскому императору, или построить такую машину?

  • Ruslan Semenov

    Спасибо, очень познавательно.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>