Линейный вал — это вращающийся вал с механическим приводом для передачи мощности , который широко использовался со времен промышленной революции до начала 20 века. До широкого распространения электродвигателей, достаточно маленьких, чтобы их можно было подключать непосредственно к каждой части оборудования, линейный вал использовался для распределения энергии от большого центрального источника питания к оборудованию по всей мастерской или промышленному комплексу. Центральным источником энергии может быть водяное колесо , турбина, ветряная мельница, энергия животных или паровой двигатель . Мощность распределялась от вала к оборудованию с помощью системы ремней , шкивов и шестерен, известных как столярные изделия . [1]
.jpg/1280px-Lineshaft_drive_to_lathe,_with_stepped_pulleys_for_variable_speed_(Carpentry_and_Joinery,_1925).jpg)
Типичная линейная шахта подвешивается к потолку одной зоны и проходит по всей длине этой зоны. Один шкив на валу будет получать мощность от вала родительской линии в другом месте здания. Остальные шкивы будут подавать мощность на шкивы каждой отдельной машины или на последующие линейные валы. В производстве, где было большое количество машин, выполняющих одни и те же задачи, конструкция системы была достаточно регулярной и повторяющейся. В других приложениях, таких как механические и деревообрабатывающие цеха, где имеется множество машин с разной ориентацией и требованиями к мощности, система будет выглядеть неустойчивой и несовместимой с множеством различных направлений вала и размеров шкивов. Шахты обычно были горизонтальными и надземными, но иногда были вертикальными и могли находиться под землей. Валы обычно представляли собой жесткую сталь, состоящую из нескольких частей, скрепленных болтами на фланцах. Валы подвешивались подвесками с подшипниками через определенные промежутки длины. Расстояние зависело от веса вала и количества шкивов. Валы необходимо поддерживать соосными, иначе нагрузка приведет к перегреву подшипников и может привести к поломке вала. Подшипники обычно были фрикционного типа, и их приходилось постоянно смазывать. Работники смазчика шкивов были необходимы для того, чтобы следить за тем, чтобы подшипники не замерзли и не вышли из строя.
В самых ранних приложениях мощность передавалась между шкивами с помощью веревочных петель на шкивах с канавками. Сегодня этот метод чрезвычайно редок и датируется в основном 18 веком. Плоские ремни на плоских шкивах или барабанах были наиболее распространенным методом в 19 и начале 20 веков. Ремни обычно изготавливались из дубленой кожи или хлопка, пропитанного резиной. Кожаные ремни крепились в петлях сыромятной или проволочной шнуровкой, нахлестом и клеем или одним из нескольких типов стальных застежек. В ремнях из хлопчатобумажной утки обычно использовались металлические застежки или они плавились при нагревании. Кожаные ремни прижимались стороной с волосами к шкивам для лучшего сцепления. Ремни нуждались в периодической очистке и кондиционировании, чтобы поддерживать их в хорошем состоянии. Ремни часто перекручивались на 180 градусов на каждой опоре и менялись местами на приемном шкиве, чтобы второй вал вращался в противоположном направлении.
Шкивы изготавливались из дерева, железа, стали или их комбинации. Для изменения скорости вращения использовались шкивы разных размеров. Например, 40-дюймовый шкив при 100 об/мин будет вращать 20-дюймовый шкив при 200 об/мин. Шкивы, жестко прикрепленные («быстро») к валу, могли комбинироваться с соседними шкивами, свободно («свободно») вращавшимися на валу (натяжными роликами). В этой конфигурации ремень можно было переместить на натяжное колесо, чтобы остановить передачу мощности, или на сплошной шкив, чтобы передать мощность. Такое устройство часто использовалось рядом с машинами, чтобы обеспечить возможность выключения машины, когда она не используется. Обычно на последнем ремне, подающем мощность на машину, можно использовать пару ступенчатых шкивов для задания различных настроек скорости машины.
Иногда для изменения скорости между валами использовались шестерни, а не ремни и шкивы разного размера, но это, похоже, было относительно редко.
Ранние версии линейных валов датируются 18 веком, но они получили широкое распространение в конце 19 века, с индустриализацией. Линейные валы широко применялись на производстве, в деревообрабатывающих цехах, механических цехах, на лесопильных заводах и мельницах .
В 1828 году в Лоуэлле, штат Массачусетс, Пол Муди заменил кожаный ремень на металлическую передачу для передачи мощности от главного вала, работающего от водяного колеса. Это нововведение быстро распространилось в США [2]
Системы плоскоременных приводов стали популярными в Великобритании с 1870-х годов, когда известные фирмы J&E Wood и W&J Galloway & Sons представили их. Обе эти фирмы производили стационарные паровые двигатели, и продолжающийся спрос на большую мощность и надежность мог быть удовлетворен не только за счет усовершенствованной технологии двигателей, но и за счет усовершенствованных методов передачи мощности от двигателей к ткацким станкам и аналогичному оборудованию, для обслуживания которого они предназначались. Использование плоских ремней уже было обычным явлением в США, но до этого времени в Великобритании было редкостью. Преимущества заключались в меньшем уровне шума и меньших затратах энергии на потери на трение, присущие ранее распространенным приводным валам и связанным с ними зубчатым передачам. Кроме того, техническое обслуживание было проще и дешевле, и это был более удобный метод расположения силовых приводов таким образом, чтобы выход из строя одной части не приводил к отключению электроэнергии на всех участках фабрики или мельницы. Эти системы, в свою очередь, были вытеснены по популярности методами канатной передачи. [3]
Ближе к концу 19 века на некоторых фабриках в одном здании располагалась миля или более линейных шахт.
Для обеспечения электроэнергией мелких цехов и легкой промышленности были построены специально построенные «энергетические здания». В энергетических зданиях использовалась центральная паровая машина, а электроэнергия распределялась по линейным шахтам во все арендованные помещения. Энергетические здания продолжали строиться на заре электрификации, все еще используя линейные валы, но приводимые в движение электродвигателем. [1]
Поскольку некоторые заводы стали слишком большими и сложными, чтобы их можно было приводить в действие одним паровым двигателем, стала использоваться система «разделенного» энергоснабжения. Это также было важно, когда для таких деликатных операций, как волочение проволоки или ковка железа, требовался широкий диапазон регулирования скорости. При разделении мощности пар подавался по трубопроводу от центрального котла к паровым двигателям меньшего размера, расположенным там, где это было необходимо. Однако маленькие паровые машины были гораздо менее эффективны, чем большие. Участок Baldwin Locomotive Works площадью 63 акра был переведен на разделенную мощность, а затем из-за неэффективности преобразован на групповой привод с несколькими большими паровыми двигателями, приводящими в движение линейные валы. В конце концов Болдуин перешел на электрический привод, что позволило существенно сэкономить трудозатраты и площадь здания. [1]
С электрификацией заводов в начале 1900-х годов многие линейные валы начали переводиться на электрический привод. На ранних этапах электрификации заводов были доступны только большие двигатели, поэтому новые заводы устанавливали большие двигатели для привода валов и столярных изделий. После 1900 года стали доступны промышленные двигатели меньшего размера, и в большинстве новых установок использовались индивидуальные электроприводы. [4]
Линейные валы с приводом от паровых турбин обычно использовались для привода бумагоделательных машин в целях контроля скорости, пока в 1980-х годах не стали доступны экономичные методы точного управления скоростью электродвигателей; с тех пор многие из них были заменены секционными электроприводами. [5] Экономичное регулирование скорости с использованием электродвигателей стало возможным благодаря кремниевым управляемым выпрямителям (SCR) для создания приводов постоянного тока и частотно-регулируемых приводов с использованием инверторов для преобразования постоянного тока обратно в переменный с частотой, необходимой для желаемой скорости.
Большинство систем вышло из строя к середине 20-го века, и относительно немногие из них остались в 21-м веке, еще меньше в их первоначальном местонахождении и конфигурации.
По сравнению с индивидуальным электродвигателем или приводом агрегата линейные валы имеют следующие недостатки: [1]
Фирмы, перешедшие на электроэнергию, показали значительно меньше времени сотрудников на больничном и, используя то же оборудование, продемонстрировали значительный рост производства. В 1909 году писал : [ где? ] Джеймс Хобарт сказал: «Мы едва ли можем войти в магазин или фабрику любого рода, не столкнувшись с массой ремней, которые на первый взгляд, кажется, монополизируют каждый уголок здания и практически не оставляют места для чего-либо еще». [6]
Чтобы преодолеть ограничения по расстоянию и трению линейных валов, в конце 19 века были разработаны системы тросов . Трос работал с более высокими скоростями, чем линейные валы, и был практическим средством передачи механической энергии на расстояние в несколько миль или километров. В них использовались широко разнесенные колеса большого диаметра, потери на трение были намного ниже, чем у линейных валов, а их первоначальная стоимость составляла одну десятую от первоначальной стоимости.
Для обеспечения малой мощности, которая была непрактична для отдельных паровых двигателей, были разработаны гидравлические системы центральной станции. Гидравлическая энергия использовалась для управления кранами и другой техникой в британских портах и других странах Европы. Самая крупная гидравлическая система находилась в Лондоне. Гидравлическая энергия широко использовалась при производстве стали в Бессемере .
В конце 19 века также существовало несколько центральных станций, обеспечивающих пневматическую энергию. [1]
В первом примере, хлопчатобумажной фабрике Джедедайи Стратта с водяным приводом, North Mill в Белпере , построенной в 1776 году, вся мощность для работы оборудования исходила от 18-футового (5,5 м) водяного колеса . [7]
