Gezer Vinç Nasıl Çalışır – Kollar, Kasnaklar, Hidrolik Silindir ve Mekanik Avantaj

Hiç modern teknolojiye hayran kaldınız mı? Pek çok modern teknoloji ve makine aslında çok karmaşık olsa da, çanları ve ıslıkları ayıkladığınızda bazıları gerçekten çok mantıklı.
Örneğin inşaat vinci böyle bir makinedir. Vinç genellikle sadece üç basit makine kullanır. Kol, kasnak ve hidrolik silindir.

Kaldıraç

Bu yazımızda inşaat vincinde çok önemli bir mekanizmayı kısaca inceleyeceğiz: kaldıraç. Bununla birlikte, müteakip üç makale, inşaat vinçlerinde sırasıyla kasnağın, hidrolik silindirin ve mekanik avantaj kavramının rolünü araştıracaktır.

Peki, gezer vinç nasıl çalışır? Az ya da çok, çoğu vinç, olağanüstü büyük yükleri kaldırmak için kolu kullanır. Hemen hemen tüm monte edilmiş vinçler ve birçok dengeli vinç, kaldıraç ile kaldırma kapasitesini en üst düzeye çıkarır.

Bu vinçler, gücünü artıran kollar veya mekanik kollar kullanır. Genellikle mekanik kola karmaşık bir halat, zincir ve makara sistemi eşlik etse de, kaldıracın kendisi sadece basit bir makinedir.

Kadimler uzun zamandır manivelayı pratikte büyük tapınaklar, anıtlar ve surlar inşa etmek için kullanmışlardır. Aslında, bilim adamları Mısırlıların Büyük Piramitleri inşa etmek için büyük olasılıkla kaldıraç kullandığını iddia ediyor.

Bununla birlikte, çoğu tarihçi, kaldıracın arkasındaki geometrik teorinin gelişimini Arşimet'e bağlar. Bir Matematikçi ve Filozof olan Arşimet, MÖ 3. yüzyılda Antik Yunanistan'da yaşadı. İddiaya göre, bir keresinde, "Bana duracak bir yer verin, Dünya'yı bir kaldıraçla hareket ettireyim" demişti.

Kolun kendisi, bir pivot noktası veya dayanak noktası üzerinde duran sabit bir çubuktur. Diğer uçta ortaya çıkan bir miktar "iş" gücü üretmek için bir miktar "çaba" kuvvetiyle bir uca bastırabilirsiniz. İş gücü genellikle kaldırılan nesneyi taşır veya tutar.

Bilim adamı tüm kaldıraçları üç farklı grupta sınıflandırır. Birinci sınıf kaldıraçlarda, dayanak noktası, bir tahterevalli veya levyede olduğu gibi, çaba ve iş gücü arasında oturur. İkinci sınıf kaldıraçlar, iş gücünün bir el arabası gibi dayanak noktası ile çaba kuvveti arasında oturduğu kaldıraçlardır. Ve üçüncü sınıf kaldıraçlarda, cımbızlarda olduğu gibi efor kuvveti dayanak noktası ile iş gücü arasına uygulanır.

Ancak, yine, gezer vinç nasıl çalışır? Kasnak ve hidrolik silindirde göreceğimiz gibi, kol, tork olarak bilinen bir kavramı manipüle eder. Tork, bir kuvvetin uygulandığı mesafeyi ölçer veya tork, kuvvet çarpı mesafeye eşittir.

Arşimet'in fark ettiği gibi, torku manipüle etmek daha fazla kaldırma kapasitesi sağlar. Örneğin, bir oyun alanında basit bir tahterevalli düşünün. Tahterevalli on fit uzunluğunda ve tahterevallinin tam ortasındaki bir çubuk üzerinde dönüyor. Bir tarafta 200 kiloluk bir çocuk oturuyor ve diğer tarafta daha cılız 100 kiloluk bir çocuk oturuyor.

Şişman çocuk kesinlikle tahterevallinin yan tarafını yere doğru iterken, sıska çocuk yukarı kalkar. Daha küçük çocuk için, tahterevalliyi dengelemek için fazladan 100 pound kuvvet uygulamalıdır!

Ama ya tahterevalli tarafını 5 fit daha uzatmasına izin veren büyülü yetenekleri olsaydı. Tahterevallinin on metrelik tarafı, 100 kiloluk ağırlığıyla eşleşerek tahterevalliyi dengelemesine izin verecekti. Ve teorik olarak, eğer böğrünü 10 fitten daha fazla uzatırsa, böğrü yavaşça yere sürünür ve şişman çocuğu yerden kaldırır.

Yine de, gezer vinç nasıl çalışır? Kol, kısmen torku manipüle eder ve vinçlerin çok ağır yükleri kaldırmasına izin verir. Efor kuvvetini daha uzun mesafelere ne kadar çok yayarsanız, kaldırmayı yapmak için o kadar az "çaba" kuvveti gerekecektir. Kaldıraçlar sadece cılız çocuklara değil, her gün devasa yükleri kaldıran yüzlerce mühendis, mimar ve inşaat işçisine de yardımcı olur!
Kasnağın rolünü keşfedeceğimiz "Gemi vinç nasıl çalışır?" serimizin bir sonraki bölümü için bizi izlemeye devam edin. Ardından hidrolik silindire ve mekanik avantaj kavramına geçeceğiz.

Barnhart Crane and Rigging Company, vinç endüstrisinde her zaman çıtayı yükseltiyor. Bir vince ihtiyacınız varsa veya daha fazlasını öğrenmek istiyorsanız, lütfen Barnhart Crane web sitesindeki Vinç Servisi ve Makine Taşıma sayfalarını ziyaret edin.

Kasnağın tork manipülasyonu

Geçen yazımda şu soruyu sormuştum: Gezer vinçler nasıl çalışır? Bu muammayı çözmek için önce inşaat vinçlerinde kaldıracın önemli rolünü araştırdım. Bugün, manivela gibi, kasnağın tork manipülasyonunun bir vincin ağır yükleri kaldırma kabiliyetini arttırdığını göreceğiz. Aşağıdaki makalelerde hidrolik silindirleri ve mekanik avantaj kavramını keşfedeceğiz.

Kaldıraçta olduğu gibi, bilim adamları Arşimet'i kasnağın en erken teorik gelişimiyle ödüllendirir. Yunan tarihçi Plutarkhos'a göre Arşimet, yeterli makaraya sahip olursa dünyayı hareket ettirebileceğini iddia etti; bu, Dünya'yı bir kaldıraçla hareket ettirme önerisine çok benzer bir ifadeydi. Hikaye, Syracuse Kralı Hieron'un Arşimet'ten Hieron'un donanmasındaki büyük bir gemiyi hareket ettirmesini istediğinde devam ediyor. Belirlenen günde Arşimet kasnak sistemini kurdu, Kral gemiyi yolcu ve kargoyla doldurdu ve ardından Arşimet uzaktan oturdu ve halatı çekti. Sonuç? Plutarch, sevkıyatın "sanki denizdeymiş gibi düzgün ve eşit bir şekilde" taşındığını açıklıyor.

Eskiler için bu sadece bir yenilikti, ama bugün bu temel bilim. Kabaca açıklamak gerekirse, makaralar, ağır nesneleri kaldırmayı kolaylaştırmak için ağırlığı farklı ip segmentleri arasında dağıtır. Diyelim ki birinin kaldırmak istediği büyük bir nesne var. Yere uzanır ve kendi gücüyle kaldırmaya çalışır, ancak yapamaz. Bunu kolaylaştırmak için büyük yüke bir kasnak takar. Sonra tavana bir ip bağlar ve o ipi makaradan çeker. Sonra ipi kaldırır ve sonunda nesneyi kaldırır. Bunu yapabilirsiniz, çünkü tavandaki ip cismi kaldırmak için gereken kuvvetin yarısını sağlarken diğer yarısını uygular.

Ama bu neden oluyor? Makara, ağırlığı iki halat parçasına dağıtır, halatın tavandan kasnağa olan tarafı ve halatın diğer tarafı makaradan kaldırıcıya. Kaldırıcı kuvveti daha uzun bir mesafeye yaydığından, bu dağılım torkun bir manipülasyonudur. İster inanın ister inanmayın, kısmen tavanı tutan tavan yapısının kaldırma kapasitesinden yararlandığımız için, kaldırıcının işin sadece yarısını yapmasına izin verdiğimiz için, tavan nesneyi kaldırmaya yardımcı olur. Daha fazla kasnak ve farklı yerlere ekleyerek kaldırmayı kolaylaştırmaya devam edilebilir, ancak matematik biraz daha karmaşık hale gelir. Ancak genel kural şudur: Ne kadar fazla kasnak o kadar fazla güç.

Sonuç olarak, farklı kasnak konfigürasyonları kaldırmayı kolaylaştırır. Üç tip kasnak konfigürasyonu veya tipi mevcuttur. Sabit kasnak, aksın veya tekerleğin sabit veya hareketsiz olduğu bir kasnak sistemini tanımlar. İkinci tip, aksın veya tekerleğin serbestçe hareket edebildiği hareketli bir kasnaktır. Üçüncü tip, hem sabit hem de hareketli makaraların kullanıldığı kombine bir makaradır. Sabit makaralar daha kolay konfigürasyona izin verir, ancak hareketli makaralar uygulanan kuvveti çoğaltır, bu da işi kolaylaştırır. Farklı durumlar, manivelada olduğu gibi farklı tipte kasnaklar gerektirir.

Ancak bu vinçler için nasıl geçerlidir? Hemen hemen tüm vinçler kasnak kullanır, ancak kasnakların vinçlerde en yaygın uygulaması pergel vinçlerde görülür. Pergel vinçler, kasnakları ve yükü saran tellere sahiptir. Telleri ikisinin arasına ne kadar çok sararsanız, kaldırma kapasitesi o kadar yüksek olur.

Vinçler Nasıl Çalışır? ?Hidrolik silindirin önemini özetleyeceğim, ardından mekanik avantajın rolü üzerine sonraki ve son bir makale ile bitireceğim.

Hidrolik silindir ve mekanik avantaj

Şimdi, hidrolik silindirin rolünü ele alacağımız inşaat vinçlerinin arkasındaki bilim hakkındaki serimizin üçüncü bölümüne geçiyoruz. İlk iki bölüm, sırasıyla kolların ve kasnakların vinçlerdeki kaldırma kuvvetine nasıl katkıda bulunduğunu kısaca açıkladı. Sonraki ve son makale, kaldırma kuvvetini en üst düzeye çıkarmanın belki de en önemli bilimsel ilkesini ele alacaktır: mekanik avantaj.

Peki hidrolik silindir nedir? Basit cevap, iki piston için iki açıklığı olan, bir tür sıvıyla, normalde bir yağla tamamen doldurulmuş, sızdırmaz bir silindir veya dairesel bir prizmadır. Pistonlar silindire çeşitli konfigürasyonlarda bağlanabilir.

Bir hidrolik silindirde pistonların aynı boyutta olduğunu ve sürtünme olmadığını varsayarsak, bir piston aşağı doğru bastırıldığında diğeri eşit kuvvet, hız ve mesafede yukarı doğru çıkacaktır. Bu nedenle, biri pistonu aşağı doğru iki santimetre sıkıştırırsa, diğer piston iki santimetre yukarıya doğru bastırmalıdır.
Bu sistemin avantajı, kuvvetleri kolayca yönlendirmenizi sağlar. Yatay olarak takılan bir piston, dikey olarak bağlanmış bir başka pistonu hareket ettirebilirken, diğer makineler, makaralarda ve kollarda gördüğümüz gibi, bu kadar kolay bir yön değiştirmeye izin vermez. Kollar ve kasnaklarda, aşağı doğru bir kuvvet, bir miktar kuvvetin yukarı doğru hareket etmesine neden olur ve bunun tersi de geçerlidir ve sağa doğru bir kuvvet, sola doğru bir kuvvetle ve bunun tersi de geçerlidir. Hidrolik silindir, bir yöndeki bir kuvvetin olası herhangi bir yöne, yukarı, aşağı, ileri, geri, sağa veya sola aktarılmasına izin verebilir.

Öte yandan, hidrolik silindir, manivela ve kasnak ile gördüğümüz gibi, torku maksimize ederek kuvvetleri çoğaltabilir. Bir pistonun alanı 6 birim kare ve diğer pistonun alanı 2 birim kare ise, küçük pistonu aşağı iten kuvvet büyük piston üzerinde 3 kat daha fazla görünecektir. Örneğin, 2 kare birimli piston 500 pound'luk bir kuvvetle aşağı itilirse, 6 birimli piston 1500 poundluk bir kuvvetle itilir. Bununla birlikte, daha büyük pistonun hareket ettiği mesafe, 1500 pound kuvvet oluşturmak için daha küçük pistonun hareket ettiği mesafeden 3 kat daha az olacaktır.

Ayrıca kaldıraç ve kasnağa benzer şekilde, hemen hemen tüm vinçler hidrolik silindiri bir şekilde veya şekilde kullanır. Vinç, yükü doğrudan kaldırmak için bir hidrolik silindir kullanabilir, ancak bir vinç kolunu hafifletmek veya kaldırma mekanizmasını taşıyan bir pergel veya kirişi hareket ettirmek için bir hidrolik kullanılabilir.

Sonuç olarak, hidrolik silindir, vinçlerde sık kullanımı ve tork manipülasyonu için kasnak ve manivelaya çok benzer. Bununla birlikte, hidrolik silindir, kuvvetleri farklı düzlemlere yönlendirme yeteneği nedeniyle kendini farklı kılar. Bununla birlikte, manivela, kasnak ve hidrolik silindirden oluşan üçü de topluca büyük nesneleri kaldırırken mekanik avantajı en üst düzeye çıkarır. Bir sonraki bölümde mekanik avantajın tam olarak ne olduğunu ve vinçlere nasıl uygulandığını inceleyeceğiz.