Хөнгөн блокийн хөдөлгүүр (Блок ба таклаж) — Архимедийн хүчний үржүүлэгч

Модыг огтлохоос өмнө шаардлагатай механик давуу талыг тооцоолж, ийм нөхцөлд хэдэн блокны дугуй хэрэгтэйг тодорхойлно уу. Механик давуу тал (MA) нь нийт блокны тооноос биш, хөдлөх (доод) блокийг дэмжих олсны сегментийн тоотой тэнцүү байна. Хоёр блоктой, нэг хөдлөх блоктой систем нь MA = 2 байна. Блок бүр хоёр блоктой (нийт дөрвөн блок) ба доод блокийг дэмжих дөрвөн олсны сегменттэй систем нь MA = 4 байна. Дээд блок өлгөгдсөн бэхэлгээний цэг дээрх ачааллын хүч нь ачааллын жин ба (MA + 1) / MA-ийн үржвэртэй тэнцүү байна — иймд тавцангийн дам нуруунд бэхэлсэн 4:1 систем нь бэхэлгээнд ачааллын жингийн 125%-ийг дэмжих ёстой. Бэхэлгээгээ тохируулан хэмжээлнэ үү.

Энэ зураглалын хувьд бид 4:1 системийг бүтээнэ: дээд (тогтмол) блокт хоёр блокны дугуй, доод (хөдлөх) блокт хоёр блокны дугуй. Энэ систем нь 50 кг гарын хүчээр 200 кг ачаа өргөж чадах бөгөөд барилгын ажилд хоёр хүн хамтран ажиллахад тохиромжтой.

Блок бүр (хонхойтой дугуй) нь олсны давтан ачаалалд хагарахгүй, нягт, нарийн ширхэгтэй хатуу модоор хийгдсэн байх ёстой. Шинэс, хайлаас, лигнум вити (боломжтой үед) хамгийн тохиромжтой. Шулуун ширхэгтэй зөөлөн модноос зайлсхий: нарс, гацуур нь олс блокийн хонхойд шахагдах үед ширхэгийн дагуу хагардаг. 200 кг ачаа өргөх чадвартай 4:1 системд зузаан нь 4 см, диаметр нь ойролцоогоор 15–20 см дугуй дөрөв хийнэ. 5 см зузаантай хатуу модон банзнаас луужингаар тойрог зурж дугуйны хоосон хэсгүүдийг тайрна.

Хэрэв мод шинээр огтлогдсон бол хэлбэржүүлэхийн өмнө дор хаяж дөрвөн долоо хоног агаарт хатаана. Ногоон мод хатах тусам агшиж, хагардаг бөгөөд ачаалал дор хагарсан блок аюултай. Обудыг хэлбэржүүлэхийн өмнө хоосон хэсэг бүрийн яг төвд тэнхлэгийн нүхийг өрөм. Төвөөс хазайсан өрөм нь дугуйг эксцентрик болгож, олс хонхойноос гарахад хүргэдэг.

...

Блокны бие нь хоёр шүүр дугуйг зэрэгцүүлэн барьж, тэдгээрийг зэв зөв байрлуулж, дэгээ болон олсны холбох цэгүүдийг хангадаг модон бүрхүүл юм. 3 см хатуу модон банзнаас хоёр хажуугийн хавтанг огтло, өндөр нь ойролцоогоор 25 см, өргөн нь 12 см байх ёстой. Тэдгээрийн хооронд хоёр шүүр дугуйны нийт өргөн дээр нэмээд тал бүрт 3 мм ажиллах зайны завсар нэмсэн зайг барих төв хатуулагч ("бүрхүүл" блок)-ийг огтло. Шүүр дугуйнууд нь хажуугийн хавтантай үрэлгүйгээр блок доторх дотор эргэлдэх ёстой.

Угсралтыг төмрөн хөөс эсвэл модон шонгоор (дюбель) бэхэлж, бэхлэ. Дээд блокны дээд хэсэгт хоёр хажуугийн хавтан болон бүрхүүлээр дамжуулан 12 мм нүх өрөмдөж, дэгээний болт суулгана — нэг үзүүрт нь дэгээ ковкоолсон эсвэл нугалсан, нөгөө үзүүрт нь гайка бүхий шонтой төмрөн иш. Энэ дэгээ нь бүх дээд блокийг өргөх дам эсвэл кранаас дүүжлэх юм.

Доод блокыг дээд блоктой яг адилхан бүтээнэ — хацрын хэмжээс, зай ижил — гэхдээ дээд талд бус доод талд дэгээтэй, харин дээд талд уяаны нүх (уян олсны нүд эсвэл гогцоо) байрлана. Энэ уяаны хавсралт нь 4:1 системийг угсрах үед гүйх олсны очдог газар юм: суурин үзүүр (‘үхсэн’ үзүүр) доод блокт бэхлэгдэж, гүйх үзүүр дээд блокоор гарч, татагчийн гар руу буугаад очно.

Доод блокт том ачааны дэгээ суулга — 10 мм диаметртэй иш бүхий, бүрэн үнэлгээт 200 кг ачааг тэсвэрлэх төмөр дэгээ. Дэгээний нүд нь доод блокийн бүрхүүлийн ёроолоор нэвтэрч, гайка эсвэл шплинтээр бэхлэгдэнэ. Бүх гадаад гадаргууг гөлгөр болгож, бүх булангуудыг бөөрөнхийлнө — ачаалалтай блок ба олсны систем савлаж, байгууламжид цохиулдаг; ирмэг хурц бол олсыг огтолж, гарт гэмтэл учруулна.

Блокийн дугуйн хос бүр (дээд блок ба доод блок) нэг төмрөн тэнхлэгийн боолтыг хуваалцдаг бөгөөд энэ боолт хоёр хажуу хавтан болон хоёр дугуйн төв нүхээр дамжин өнгөрдөг. 200 кг системд боолтын диаметр 8–10 мм байх ёстой — томъёо: нэг зүсэлтэнд ажилладаг боолтын зөвшөөрөгдөх ачаалал кг-аар ≈ (боолтын диаметр мм-ээр)² × 5. 10 мм төмрөн боолт зүсэлтэнд ойролцоогоор 500 кг ачаалал тэсвэрлэж, загварчилсан ачаалалд 2.5 аюулгүй байдлын коэффициент өгнө.

Боолтыг суулгахаасаа өмнө блокийн тэнхлэгийн нүх болон боолтын гадаргууг тослог буюу зөгийн бал шингэн (tallow эсвэл beeswax)-ээр бүрнэ. Энэ нь тасралтгүй ачаалалд үрэлт болон халууныг бууруулдаг тэнхлэгийн тослох бодис болдог. Боолтын үзүүрийг зөвхөн дарж суулгахад найдахгүй, нүх өрөмдсөн газарт зоосон буюу төмрөн шплинт (cotter pin)-ээр бэхэл. Давтан ачаалал ба чичиргээний үед үрэлтээр барьсан боолт гарч ирэх болно.

Эртний блок ба таклын системүүд ургамлын натур утас болох cannabis (хөгцөр) ноос, манила, эсвэл папирусын утсаар хийсэн олсыг ашигладаг байсан — бүгд жинтэйгээ харьцуулахад сайн татах бат бөх чанартай байгалийн ургамлын утас. 4:1 системд 200 кг ачаа өргөх үед олсыг дор хаяж 200 кг татах хүчинд зориулж үнэлэх ёстой (ажиллаж буй үзүүр нь бүрэн 200 кг ачааны 4-д хуваасан MA = 4 хэмжээтэй ачаанд байдаг боловч олс нь бүх уртаараа энэ ачааг авч явдаг). 12 мм-ийн хамгийн бага диаметртэй, гурван утастай эргүүлсэн хөгцөр олсыг ашиглана, энэ нь ойролцоогоор 200–250 кг аюулгүй ажиллах ачаатай, ойролцоогоор 1,000–1,200 кг эвдрэх бат бөх чанартай.

Олсыг өвөрмөц цэгийн доторх чийглэг үнэр (хөгц үнэр) болон амархан шахагдах зэргээр гэмтэл, гадаргуугийн элэгдлийг шалгана. Олсыг урт нь хэмжээнд нь тохируулан таслана: дээд ба доод блокийн хоорондох зай (ажиллах өндөр)-ийг олсны хэсгүүдийн тоо (4)-өөр үржүүлж, нэмээд блокийн дугуй эргэлтэд оруулах, becket холбоос болон татах зориулалтын үзүүрийн нэмэлт урт. Задрахаас сэргийлэхийн тулд таслагдсан үзүүрүүдийг утсаар (whipping twine) боож бэхэлнэ.

Олсыг дамжуулах (reeving) гэдэг нь олсыг шивэгчүүдээр зөв дарааллаар хөтлөх үйл явц юм. Хоёр шивэгчтэй блок бүрт 4:1 нийлмэл блок-шанага системийн хувьд: эхлээд тогтмол (үхсэн) үзүүрийг доод блокийн дээд хэсгийн бэкетэд боулайн зангилаагаар бэхэлнэ. Олсыг дээд блокийн эхний шивэгчийн дээгүүр, доош нь (зүүн тал) аваачна, доод блокийн эхний шивэгчийн доогуур, дээш нь (зүүн тал) аваачна, дээд блокийн хоёр дахь шивэгчийн дээгүүр (баруун тал), доод блокийн хоёр дахь шивэгчийн доогуур (баруун тал) дамжуулна. Ажлын үзүүр доод блокоос доош, таталтын машин руу гарна.

Зөв дамжуулах дараалал нь олсыг блокуудын дотор огтлолцохоос сэргийлж (энэ нь үрэлт, түгжрэл үүсгэнэ) ачааллыг дөрвөн олсны хэсэгт жигд хуваарилна. Зөв дамжуулсан үед ажлын үзүүрийг 50 кг хүчтэй доош татахад доод блокийн дэгээ дээр 200 кг ачааг өргөнө.

Дээд блокын дэгээг бүтэн ачааллыг тэсвэрлэх зориулалттай бүтэцэд бэхлэх ёстой. 4:1 системд 200 кг ажлын ачаалалд зориулсан бэхлэх цэг нь 200 кг (ачаа) + блок ба олсны өөрийн жин буюу нийтдээ 220 кг-ыг тэсвэрлэх ёстой. Модон тулгуурын хувьд хөндлөн огтлол нь хамгийн багадаа 20 см × 20 см хэмжээтэй, хэвтээ царс модон дам нуруу ашиглана; дэгээг нэг цэгт зацуулахын оронд дам нурууг бүхэлд нь ороогоод ачааллыг модны утасны дагуу тараана.

Тоосгон залгаасууд, зэвэрсэн төмөр дэгээ, харагдахуйц ан цav эсвэл ялзарсан модонд хэзээ ч бэхлэж болохгүй. Өндөрт ажиллах үед (чулуун блок эсвэл ачаа өргөх) ажлын бэхлэлттэй адил бат бөх хоёр дахь аюулгүй бэхлэлтийг хажууд нь нэмж суулгана. Ачаа өргөхийн өмнө бэхлэх цэгийг заавал шалгана — ачааллын давтамжтай ачилт нь зөвхөн харааны үзлэгээр бүрэн бүтэн мэт харагдах материалыг ядрааж сулруулдаг.

Дугуй ба тэнхлэгийн хоорондох гадаргууг тослох нь маш чухал. Тослолтгүйгээр 4:1 системд 200 кг ачаалал тэнхлэгийн боолт бүрт ойролцоогоор 100 кг хажуугийн ачаалал үүсгэдэг. Үүссэн үрэлтийн дулаан нь тасралтгүй ашиглахад хэдхэн минутын дотор модон дугуйны хайрцгийг хар болгож шатааж болзошгүй. Угсрахаас өмнө тэнхлэгийн боолтны нүхэнд боловсруулсан амьтны тос эсвэл зөгийн балаа дүүргэж, блокуудыг угсарсны дараа тэнхлэгийн боолтны байрлалд блокийн хажуу талд өрөмдсөн жижиг тослох нүхээр дахин түрхэнэ.

Олсны ба дугуйны хоорондох гадаргууг мөн тослоорой: дамжуулсан олсны хэсгүүдийг цөөн хэдэн тосноор дамжуулна (давирхай эсвэл тос биш — эдгээр нь олсны утсыг хатууруулж дотоод элэгдэл үүсгэдэг). Сайн тослогдсон блок ба тэжээлийн систем мэдэгдэхүйц илүү амархан ажилладаг — хуурай системийн үрэлтийн алдагдлаас болж MA 4:1-ээс ойролцоогоор 3:1 хүртэлх үр дүнтэй MA-ийн зөрүү гардаг.

Бүрэн ажлын ачаа тавихаасаа өмнө блок ба олсны системийг нominal ачаагийн 110%-иар баталгаажуулах туршилт хийнэ. Доод блокийн дэгээнд мэдэгдэж буй жинг өлгө (усаар дүүргэсэн сав тохиромжтой — 1 литр ус = 1 кг). Туршилтын ачааг газраас 10 см өргөж, таван минут барина. Цаг хугацааны явцад нэмэгдэх найрсаг чимээг сонсоно (модны деформаци), олсны утаснуудын таталтын хагарах дуу (утас таслагдаж буйг), мөн блокийн тэнхлэгийн зүүний температурыг блокийн хажуугаар мэдрэнэ (халуун нь үрэлтийн алдагдал хэт их, тосолгоо доройтсоныг илтгэнэ; бүлээн нь хүлээн зөвшөөрөгдөнө).

110%-ийн туршилтыг давсны дараа олсыг суурьшуулахын тулд системээр хэд хэдэн бүрэн өргөх-буулгах мөчлөг хийнэ (утаснууд нягтарч, анхны ачаанд чимээ нь нягтарна). Механик давуу тал нь шууд хэмжигдэх нь хамгийн сайн: калибрлэсэн 100 кг ачаа өлгөж, гар тэнцэх жингээр ажиллах төгсгөлд шаардлагатай гарын хүчийг хэмжинэ. Сайн бүтээсэн 4:1 систем 25–28 кг татах хүч шаардана — онолын 25 кг-аас илүү гарсан 3 кг нь блок ба олсны үрэлтийн алдагдлыг илэрхийлнэ.

Систем бэлэн болж, туршилтаар баталгаажсаны дараа математикт эргэлзэгч хэнд ч механик давуу талыг харуул. Доод блокийн доор 100 кг жинтэй чулуун блокийг газарт тавь. Нэг хүн хэмжилттэй пүршин жинг гүйх олсны үзүүрт барь. Хоёр дахь хүн эхний хүн удаан татах үед жингийн заалтыг бүртгэнэ. 100 кг өргөгдөж байсан ч жин 25–28 кг заах ёстой — хөшүүрэг олон блокт шаардлагатай хүчийг дөрөвний нэг болгож бууруулсан байна. Энэ бол Архимедийн Хиерон хаанд үзүүлсэн туршилт байсан: ид шидээр бус, модон, олон, хүрэлд илэрхийлэгдсэн геометр юм.

Архимедийн олон блокт хөшүүрэг нэг гүн ухаантай санааг илэрхийлдэг: хүчний харьцаа нь шилжсэн зайн урвуу харьцаатай тэнцүү. 4:1 механик давуу тал гэдэг нь татагчийн гар ачаа дээшлэх зайнаас дөрөв дахин их зам туулна гэсэн үг. Энерги хадгалагддаг — хүч × зай тогтмол байна — гэвч хүчийг зайд дизайнерын сонгосон ямар ч харьцаагаар солилцдог. Энэ зарчмыг Архимед 'Хавтгайн тэнцвэрийн тухай' бүтээлдээ анх нарийн томъёолсон бөгөөд классик механикийн үндэс болж, аж үйлдвэрийн хувьсгал хүртэл машин загварчлалын онолын суурь хэвээр байв.

प्रत्येक उपयोग के बाद, रस्सी से सारा भार हटा दें और पूरी रस्सी की लंबाई में कट, घिसावट और मुड़ने (kinking) के लिए निरीक्षण करें। मुड़ी हुई रस्सी के मोड़ वाले बिंदु पर टूटने की शक्ति स्थायी रूप से कम हो जाती है — यदि मोड़ को सीधा करना संभव न हो तो मुड़े हुए हिस्से को काटकर उसे फिर से स्प्लाइस करें। रस्सी को वैकल्पिक दक्षिणावर्त और वामावर्त आधे-घुमावों में कुंडलित करें (एक 'फिगर-एट' कुंडल), ताकि मरोड़ जमा न हो जो तैनाती के समय रस्सी को उलझा दे।

ब्लॉकों को सीधी धूप से दूर, सूखे स्थान पर रखें — UV रस्सी के रेशों को नष्ट करती है और लकड़ी के ब्लॉकों को सुखाकर दरारें (सतही दरारें) पैदा करती है। हर 20 घंटे के उपयोग के बाद एक्सल पिन को फिर से स्नेहन करें। ब्लॉक के चीक्स का सालाना निरीक्षण करें कि कहीं एक्सल पिन छिद्रों से परतें अलग होने या दरारें फैलने के संकेत तो नहीं हैं; यदि दरारें चीक की चौड़ाई के एक-तिहाई से अधिक फैली हों तो चीक्स बदल दें। अच्छी तरह से रखरखाव किया गया ब्लॉक और टैकल बिना बड़ी मरम्मत के एक पीढ़ी तक चल सकता है।