Система плоского стержня ( нем . Kunstgestänge, Stangenkunst, Stangenwerk или Stangenleitung ; швед . Konstgång или Stånggång ) была изобретением горнодобывающей промышленности , которое позволяло передавать механическое движение, создаваемое водяным колесом (нем. Kunstrad ), на короткие расстояния. [1] Она была изобретена в 16 веке и к 18 веку использовалась для передачи энергии на расстояние до четырех километров. [2] Системы плоского стержня широко использовались в Гарце и Рудных горах Германии, а также в Корнуолле , Англия и Бергслагене в Швеции .
Копию системы плоских стержней можно увидеть в Бад-Кёзене в Германии на реке Заале [3] , а в Клаусталь-Целлерфельде в Верхнем Гарце , бывшем крупнейшем горнодобывающем регионе Европы, есть копия водяного колеса, используемого для приведения в действие плоских стержней.
Система плоских стержней относится к периоду до изобретения парового двигателя и электричества . Используя плоские стержни, можно было управлять человеческими двигателями и насосными системами, хотя рассматриваемое водяное колесо имело вращательное, а не возвратно-поступательное движение. Чтобы стержни могли двигаться возвратно-поступательно, изменение направления должно было быть достигнуто с помощью компонентов специальной формы. [4] Компоненты системы, которые были установлены в шахтном стволе, назывались шахтными стержнями ( Schachtgestänge ) или насосными стержнями ( Hubgestänge ). Системы, установленные в штрековых шахтах, назывались штрековыми стержнями ( Streckengestänge ). [5]
Сами плоские стержни ( Feldgestänge ) использовались для передачи мощности на большие расстояния между главным двигателем и насосными штангами. [4] Железные хомуты ( Kunstringe ) устанавливались на оси колес, соединительные трубы ( Ansetzröhren ) и металлические втулки ( Ansteckkielen ), а также на некоторые части деревянных плоских стержней. Фактические стержни ( Kunststangen ) представляли собой длинные брусья квадратной формы, которые передавали мощность горизонтально или под наклоном. Они имели шарнирные железные соединения ( Kunstschlösser или Stangenschlösser ), которые были спроектированы таким образом, чтобы их можно было вставлять друг в друга и закреплять болтами или винтами. [6]
Система подъемных стержней проходила вертикально вверх по шахтному стволу , либо для передачи мощности отдельным наборам шахтных насосов (когда они были известны как насосные штанги), либо, в случае с ручными двигателями , для управления штангами ручных двигателей. В некоторых случаях система подъемных стержней выполняла обе функции. Она состояла из квадратных еловых бревен толщиной примерно 19-20 сантиметров. Стойки были соединены на концах и по бокам в виде ласточкина хвоста и были закреплены друг с другом с помощью соответствующих врезных деревянных соединений ( Holzlaschen ). Эти соединения были плотно связаны с концами подъемных стержней железными хомутами. Кроме того, железные хомуты предотвращались от скольжения болтами, вставленными в них. На определенных расстояниях по бокам также имелись крюки, которые использовались для подвешивания поршневых штоков ( Kolbenstangen ). Чтобы горизонтальное движение плоских стержней можно было превратить в вертикальное движение, к подъемным стержням был прикреплен вращающийся крестообразный рычаг ( Kunstkreuz ). Соединение с поперечным рычагом осуществлялось с помощью кривошипа ( Kunstschloss ). Для уравновешивания нагрузки обычно использовались два подъемных стержня. [4]
Целью плоских стержней была передача мощности движущего двигателя на большие расстояния к насосным штангам в шахте. Это было необходимо, если движущий двигатель не мог быть установлен над или непосредственно рядом с шахтным стволом. Система плоских стержней имела тот недостаток, что были дополнительные потери эффективности из-за больших масс, которые нужно было перемещать. Возвратно-поступательное движение в соединениях ( Schlösser ) взаимосвязанных плоских стержней приводило к потерям при подъеме от 25 до 50 процентов. [7] Кроме того, строительство плоских стержней требовало дополнительной древесины. Это было очень трудоемким в обслуживании из-за эффектов выветривания, и требовалось дополнительный персонал для осмотра и обслуживания плоских стержней.
Плоские стержни состояли из нескольких деревянных стержней, снабженных железными шарнирами. На концах стержней, с каждой стороны, были так называемые Kunstschlösser . Они были обрезаны так, чтобы один стержень мог быть вставлен в другой. Это было необходимо для того, чтобы плоские стержни не могли разъединиться в результате движения вперед-назад или вверх-вниз. [1]
Существовало два типа плоских стержней: плоские стержни с роликами и плоские стержни с качающимися кривошипами ( Schwingen ). Первые укладывались на ролики. Ролики состояли из круглых бревен толщиной около восьми-десяти дюймов, которые были прочно установлены в земле нижней стороной и закреплены на месте распорками. Чтобы минимизировать трение, стержень был снабжен тяговым рельсом ( Schleppschiene ) в области отдельных роликов, который был сделан из бука и достаточно длинный, чтобы покрыть всю длину хода. [7]