Cranes & Access / Cranes&Access. Октябрь 2008

легких грузовиках начал использоваться реечный рулевой механизм, относящийся к типу шестеренных, где передаточная пара выполнена в виде шестерни и зубчатой рейки. Вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает перемещение рейки, которая выполняет роль поперечной тяги. Со временем выяснилось, что механизм «шестерня-рейка», будучи легче и технологичнее других механизмов, идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. И теперь подавляющее большинство механизмов на легковых автомобилях – реечные. А грузовые машины, пикапы и большие внедорожники по-прежнему довольствуются устройствами с винтом и гайкой на циркулирующих шариках.

Союз механики и гидравлики в рулевых механизмах возник не сразу. Долгое время автомобильные конструкторы и не помышляли об усилителях руля. Невысокие требования к управляемости и комфорту, а также небольшое пятно контакта сравнительно узких шин позволяли обходиться одной человеческой силой даже в управлении тяжелыми грузовиками. Средство для уменьшения усилия на руле было одно: увеличить передаточное отношение привода и диаметр «баранки». А с тем, что водителю придется крутить огромный руль пять-шесть оборотов от отбоя до отбоя, да и точность управления будет невысокой, приходилось мириться. Первые усилители рулевого управления появились на тяжелой технике – карьерных самосвалах. Правда, сначала стали использовать пневмоусилители – они были несложными и работали от компрессора уже сущест-

вующих пневматических тормозов. В еще не совсем забытом прошлом пневматический усилитель рулевого управления применялся на некоторых моделях большой грузоподъемности Кременчугского автозавода. Воздух, как известно, имеет свойство сжиматься, и поэтому массивный силовой цилиндр откликался на команды водителя с заметной задумчивостью. Гидравлика, появившаяся несколько позже, хоть и была сложнее и дороже пневматики, работала тише и точнее. На ней

иостановились конструкторы. Исполнительный механизм сов-

ременного гидроусилителя, как правило, выполнен заодно с рулевым механизмом – такие усилители называют интегральными. Насос гидроусилителя, приводимый от двигателя шестеренчатой или ременной передачей, нагнетает масло под высоким давлением (100–160 бар) в золотниковый распределитель, находящийся в корпусе рулевого механизма. Задача распределителя – отслеживать усилие на руле и

строго дозировано помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее дозирующее устройство – чаще всего это торсион, встроенный в разрез рулевого вала. Когда машина стоит или едет по прямой, то усилия на рулевом валу нет и, соответственно, перекрыты дозирующие каналы распределителя, а масло возвращается в резервуар. Водитель поворачивает руль, колеса сопротивляются, и торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилия на руле. Золотник открывает каналы и направляет масло в исполнительное устройство. В механизме типа «винт – шариковая гайка» избыточное давление подается в полость за поршнем или перед ним, помогая тому перемещаться вдоль рулевого вала. А в реечном механизме масло подается в корпус механизма – в ту или иную сторону от поршня, связанного с рейкой, и подталкивает ее вправо или влево.

Иногда гидроусилитель, очень активно помогая водителю, оказы-

CRANES&ACCESS | Всёоподъемнойтехнике 69

№8(11) | октябрь,2008

ОПыт РУЛЕВыЕ МЕХАНИЗМы

Реечный

рулевой

механизм

70CRANES&ACCESS | Всёоподъемнойтехнике

№8(11) | октябрь,2008

вает ему еще и медвежью услугу, убирая ту часть возвращающего усилия, которое и обеспечивает чувство автомобиля. Поэтому задача конструкторов при разработке и настройке ходовой части оказывается сложной. Ведь чтобы добиться хорошей информативности рулевого привода и одновременно не сделать баранку слишком тугой, нужно увязать воедино массу факторов: производительность насоса, параметры золотника и жесткость торсиона, геометрию передней подвески и увод шин. В конечном итоге, хорошо бы сделать так, чтобы на маленькой скорости руль был легким, а на большой становился более упругим и информативным. Решение нашлось в конструкциях с нелинейной характеристикой усилителя. Например, в гидроусилителе ZF Servocomtronic на помощь золотнику приходит электрогидравлический модулятор давления. С ростом скорости по сигналу электронного блока управления гидравлический модулятор ограничивает давление в рабочем контуре, и помощь гидроусилителя существенно уменьшается. Таким образом, при движении с высокими скоростями обеспечивается управление поворотами автомобиля в оптимальном режиме. Важно, что в этой системе давление, нагнетаемое насосом, а также расход масла никогда не снижаются, а значит, максимальные параметры могут быть немедленно востребованы при управлении в критических ситуациях.

Другое конструкторское решение применено в рулевом управлении тяжелого грузовика Freightliner Cascadia. Эта модель, несмотря на зависимую подвеску, имеет уже знакомый нам реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Располагается он позади балки передней оси, на месте теперь уже воображаемой поперечной рулевой тяги. Свойственное рейке небольшое передаточное отношение, высокий КПД и равномерное собственное демпфирование повышают точность рулевого управления и обеспечивают грузовику лучшую маневренность, а водителю – более легкое руление и, следовательно, дополнительный комфорт. Кстати, это первое реечное управление, примененное на тяжелом грузовике. Своим появлением оно ставит под сомнение общее правило, упоминающее о невозможности применения реечного рулевого механизма на шасси с зависимой подвеской. И возможно, это конструкторское направление будет интенсивно развиваться.

Башенные краны с приводом от ступального колеса (иллюстрация XIII века)

Подъемные машины XIV века использовались для «фасадных работ»

который можно было услышать повсюду, заставлял содрогаться людей Средневековья и все средневековое общество. Численность населения нередко сокращалась вдвое, особенно в городах.

Соборы, особенно во Франции, стали свидетельством величия и размаха, которым отличалась средневековая архитектура. Как сам архитектурный стиль, так и размеры зданий, построенных еще в XII в., до сих пор способны вызывать изумление. С XI по XIV в., т.е. за период около 300 лет, было построено 80 крупных соборов и около 500 больших церквей. Среди наиболее знаменитых – Шартрский собор (начало строительства – 1194 год, высота шпиля – 109 метров), Нотр-Дам-де-Пари (начало строительства – 1163 год, высота шпиля – 69 метров) и Амьенский собор (начало строительства – 1221 год, высота шпиля – 145 метров).

Для строительства готических соборов было доступно сравнительно немного работников, поэтому весь процесс постройки нередко занимал несколько десятилетий. Если сопоставить размер этих сооружений и количество строителей, придется признать, что средневековые архитекторы чрезвычайно искусно владели техникой проектирования и умели обходиться минимумом рабочих рук. Применение кранов было крайне важным аспектом организации строительства.

Теперь становятся очевидными значительные отличия от древнеримских строек. Римляне широко использовали рабский труд для возведения сравнительно низких зданий, которые состояли из тяжелых элементов и строились на открытом пространстве. В Средние же века архитекторы строили очень высокие готические соборы и церкви, которые возвышались до небес и строились в городской тесноте силой наемных работников. В действительности, рабочего места на площадке обычно было настолько мало, что там не

помещалось больше определенного числа рабочих.

Эти условия привели к изобретению специальных кранов и строительных приспособлений, в том числе, например, кранов с подъемной стрелой, которые устанавливались на уже законченных частях здания. Реже их ставили на лесах вместе со ступальным колесом и блоками для подъема грузов. Аналогичные краны стали использоваться для строительства замков, дворцов, крепостных стен и других крупных сооружений.

Краны с подъемной стрелой и ступальным колесом

Один из первых средневековых рисунков с изображением крана датируется 1240 годом. Этот кран, который на современной латыни носит название «Verna», состоит из столбов, горизонтальной стрелы, подъемной тали, полиспаста и подъемной лебедки, сопряженной со ступальным колесом. Корзина использовалась для подъема различных стройматериалов, а после их выгрузки спускалась вниз за прикрепленную к ее днищу веревку.

На рисунках XIV–XV в. встречаются изображения кранов непосредственно на зданиях или рядом с ними. На миниатюре во «Всемирной хронике» Рудольфа фон Эмса (около 1350 года) изображены два крана на строительстве башни. Диагональные стрелы двух машин удерживались балками и, похоже, могли поворачиваться. Оба крана приводились в действие ступальными колесами – по одному на кран. Захваты для подъема камня уже хорошо известны с античных времен – они использовались в Древней Греции и Риме за 1000 лет до написания «Хроники». Поворотные краны аналогичной конструкции с приводом от ворота также встречались ранее на манускрипте неизвестного конструктора времен гуситских

войн – документ датируется примерно 1430 годом.

На иллюстрации в чешской Библии 1350 года изображен кран интересной конструкции – его стрела закреплена в середине вертикальной балки. Таким образом, груз уравновешивается растягивающим усилием подъемного каната на ступальном колесе. Таким образом, на вертикальную балку действует только вертикальная сила, другими словами, отсутствуют боковые силы, или напряжения. С подобными кранами мы встречаемся и в легенде о Св. ядвиге, где описано строительство Тшебницкой церкви в Силезии.

Сведения о явном прогрессе в строительстве и использовании строительных кранов со ступальным колесом находим в немецком манускрипте Библии, сделанном для чешского короля Вацлава IV между 1385 и 1390 годами. На рисунке показано три новых крана, в которых ступальное колесо (возможно, как на самоподъемном кране) перемещается вверх и поэтому находится внутри собственного каркаса. Из этих и других немасштабных рисунков можно заключить, что каждое из ступальных колес приводилось в действие одним человеком, а длина стрелы составляла 3–4 м.

Краны со стрелой и лебедкой

Средневековые архитекторы знали, как приспособить свои краны к специфическим особенностям строительства того времени. Там, где было достаточно кранов меньшей грузоподъемности или где условия строительства не позволяли использовать ступальное колесо, применялись краны с приводом от лебедки. На таких кранах канаты иногда наматывались с помощью изогнутой рукояти, однако чаще всего – с помощью большого ручного маховика.

Французский архитектор Виллар де Оннекур уже в 1235 году написал о кране с лебедочным приводом. Такие краны должны были иметь большую практическую ценность: «Эти подъемные машины представляют собой лучшее строительное приспособление. Вал для намотки каната можно проворачивать много раз без необходимости регулировать подъемную машину».

Поворотные краны с ручным лебедочным приводом получили, по всей видимости, весьма большое распространение. Кроме того, они использовались в XIV в., их можно найти на английс-

Более четырех веков большой кран на вершине Кельнского Собора был символом города, видимым с большого расстояния. вероятно, что это один из самых известных кранов в истории

Итальянский инженер Мариано Таколла из Генуи показал нам ранний (1449 год) мобильный кран с гуськом

76CRANES&ACCESS | Всёоподъемнойтехнике

№ 8(11 ) | октябрь,2008

которые из этих колес позднее использовались для перепланировки и реставрации, их часто оставляли в церкви или соборе на чердаке – к восторгу тех, кто благодаря этому смог найти их несколькими столетиями позже. Например, ступальное колесо огромного 4,6-метрового диаметра в Кентерберийском соборе в Великобритании успешно использовалось для реставрации в конце 1970 года!

При использовании ступальных колес архитектор выбирал один из трех способов: подъем стройматериалов и грузов с помощью веревки, которая наматывалась на барабан ступального колеса, пропускание веревки через отдельный блок над колесом либо применение дополнительной стрелы и лебедки. Ступальным колесам было суждено пережить Средние века, и их использовали большую часть XIX в.

Для людей Средневековья скрипящие ступальные колеса не всегда были приятным зрелищем и часто представляли своего рода угрозу – на рисунке 1355 года показан дьявол в колесе. Тогда бытовало поверье, что дьявол в аду будет пытать грешников в таком колесе. По этой причине на некоторых подобных рисунках в колеса, которые двигает дьявол, вставлены ножи, а снизу пылает адский огонь.

Ранние башенные краны

Сохранилось всего несколько средневековых иллюстраций, на которых изображены сравнительно большие краны, явно возвышающиеся над силуэтом города. На рисунке из «Мейсенской хроники» 1412 года над городскими зданиями виден большой кран, который использовался в строительстве городских стен. В «Кельнской хронике» 1499 года среди прочих разнообразных рисунков есть одно изображение стройки, которая шла в Аугсбурге. Отчетливо виден кран со стрелой и ступальным колесом, который возвышается над городскими крышами.

Судя по рисунку, основная мачта вместе с колесом могла поворачиваться, и если так, то этот кран действительно был технически весьма совершенным. С другой стороны, художники Средневековья очень любили особо выделять важные события и предметы, увеличивая их на своих работах, поэтому точно неизвестно, насколько правильным был масштаб. Поскольку в городе XV в. большой кран вполне мог служить признаком богатства и процветания, к сожалению, нельзя точно сказать, был ли это действительно большой кран или это просто преувеличение, сделанное художником, который с гордостью хотел представить передовые технологии.

Еще один знаменитый «башенный кран», поворотный кран на верхушке Кельнского собора, снова и снова привлекает внимание с 1400 года по сей день. Этот кран поднял большую часть из 1,5 миллиона тонн камня, которые были использованы для строительства этого готического собора, и работал вплоть до XIX века! Когда в 1347 году начались работы в передней части башни, было достаточно лебедок с блоками. Похоже, никто даже не предполагал, какие громадные трудности будут связаны с подъемом камня и элементов конструкции на верхушку башен, окончательная высота которых должна была составить 160 м. Когда высота главной южной башни достигла 59 м, был сооружен поворотный кран для подъема камня и скульптур, которые весили по 2,5 т. Механика и конструктивные расчеты этого крана были выполнены во многом на основе старинных немецких портовых кранов.

Для строительства собора использовался кран, внутри которого было установлено два ступальных колеса, общая высота машины составляла 15,7 м, а 15,4-метро- вая стрела могла перемещаться по всей рабочей зоне южной башни и даже помогать в строительстве северной башни и стен. Когда в 1560 году строительство приостановили, кран простоял без дела более двухсот лет – внизу под ним была пустая строительная площадка, – а в 1693 году в него даже ударила молния. Благодаря щедрому пожертвованию кран полностью переоборудовали в 1819 году, чтобы продолжить строительство здания, а длина стрелы была увеличена до 17,6 м.

Служба этого стационарного крана закончилась только 4 сентября 1842 года. В тот день кран, специально украшенный к этому случаю и окруженный толпами восторженных зрителей, поднял и поставил на место новый камень для завершения строительства Кельнского собора. До этого стрела крана, «птичий клюв», господствовала над городом и была его символом, известным повсеместно, и даже целый район города получил название «Unter Krahnebaumen» (нем. – под стрелами кранов).

Самоходные краны на колесах

В Средние века нет упоминаний о самоходных кранах. В 1449 году военный инженер Мариано Таккола из Генуи описал один такой кран с колесной ходовой частью – в своей работе «De rebus militaribus de machinis». Стрела этого крана, связанная с главной мачтой, могла опускаться. Крюк с корзиной или контейнером для подъема стройматериалов крепился к концу стрелы. Лебедка в основании ходовой части использовалась для подъема и опускания стрелы.

Подпись Таккола к рисунку, сделанная на латыни, гласит: «Для строительства церквей, дворцов и других зданий требуется подавать камень, черепицу, известь, песок и дерево. Здесь изображена телега с четырьмя колесами и лебедкой, оборудованная мачтой и балкой, с помощью этого механизма можно перемещать грузы. Балка может опускаться на землю, чтобы на нее нагружали материалы, необходимые для строительства. Телегу можно катать по земле. Путем подъема балки строительные материалы доставляются на верх постройки».

Таккола описывает и другие подобные самоходные краны на четырехколесном шасси, но на них, на одной стороне повозки, установлена поворотная стрела или даже ступальное колесо. На кране такого типа, который использовался для подъема тяжелых грузов, канаты подъемной тали пропускались через двойной блок.

Также конструировались пятиколесные самоходные краны, но они работали не столько в строительстве, сколько использовались для погрузки и разгрузки судов. Пятое колесо ни в коем случае не было излишеством, оно выступало в качестве роликовой опоры при подъеме. Очевидно, средневековые инженеры очень хорошо разбирались в динамических нагрузках и максимально широко применяли эти знания в проектировании кранов.

Итак, основные принципы в конструкции кранов, открытые еще Героном и Витрувием в древности, продолжали использоваться в Средние века и позднее в эпоху Возрождения.

реклама

KRAN

SPEZIALISTEN S.A.

USEDCRANE

FOR SALE