Jednym z głównych zadań w ludzkim przemyśle jest wykonywanie prac przeciw grawitacji oraz wznoszenie konstrukcji takich jak: mosty i budynki wystarczające do wytrzymania siły grawitacji wywieranej na ich masę i masę ludzi, których nieść. Trzeba mieć środki do faktycznego zbudowania tych konstrukcji, a jednym z najbardziej rozpoznawalnych elementów maszynerii do precyzyjnego podnoszenia ciężkich przedmiotów jest dźwig.
Długie, dominujące panoramy, na których budowane są wszystko o dużych rozmiarach, żurawie działają jak dźwignie zdolne do podnoszenia obiektów w pewnej odległości od silnika i punktu kotwiczenia żurawia. Odbywa się to za pomocą ramię wysięgnika, którego długość i kąt od podłoża można zmieniać w zależności od danego zadania budowlanego (lub rozbiórkowego).
Do określenia udźwigu danej konfiguracji żurawia może być potrzebny wzór obliczania podnoszenia. Obejmuje to głównie podstawową geometrię, ale pomaga też odrobina zrozumienia podstawowej fizyki.
Części i fizyka żurawia
Dźwig jest obsługiwany z góry ruchomej i obrotowej (ale inaczej zakotwiczonej) platformy zwanej podstawą wysięgnika, która może mieć kilka metrów szerokości. Ramię wysięgnika rozciąga się w górę i na zewnątrz pod określonym kątem (powiedzmy 30 stopni) na swojej długości, a na końcu tego ramienia znajduje się urządzenie, które podnosi ładunek, który ma być podniesiony i przemieszczony.
Obciążenie (masa razy grawitacja g, czyli 9,8 m/s2) jest (najlepiej) podnoszona pionowo, więc nie działają żadne siły poziome (wietrzne dni sieją spustoszenie dla operatorów dźwigów). Zamiast tego, napięcie T (siła na jednostkę długości) jest utrzymywane w kablu, gdy siła skierowana w górę żurawia (przekierowana przez koło pasowe na górze urządzenia) dokładnie równoważy ciężar ładunku. Gdy silnik napędza T powyżej tego punktu, obciążenie przesuwa się w górę, pod warunkiem, że kabel jest wystarczająco mocny, aby wytrzymać siłę.
Geometria żurawia
Patrząc z jednej strony, wysięgnik dźwigu, ziemia i kabel pionowy tworzą trójkąt prostokątny. Przeciwprostokątna to ramię wysięgnika, długie ramię trójkąta to odległość r od podstawy wysięgnika do ładunku i krótkiego ramienia przeciwprostokątnej jest pionową wysokością h „czubka” wysięgnika nad ziemia.
Efektywny promień r musi uwzględniać podstawę wysięgnika i dlatego jest nieco skrócony w celu obliczenia udźwigu; to znaczy, że nie zaczyna się bezpośrednio przy silniku, gdzie leży wierzchołek tego de facto trójkąta prostokątnego.
Żuraw w równowadze
Płaszczyzna w równowadze nie ma ruchomych części. Oznacza to, że suma sił zewnętrznych i momentów zewnętrznych wynosi zero. Ponieważ ładunek ma tendencję do obracania ramienia wysięgnika w dół wokół własnej osi przy podstawie wysięgnika, moment ten musi być zrównoważony wraz z równoważeniem bezpośredniej siły skierowanej w dół, wywieranej przez grawitację.
- Jak zauważono, suma sił poziomych powinien być zero.
Obliczanie udźwigu dźwigu
Standardowy formuła obliczania udźwigu żurawia jest dany przez
(r)(hC)/100,
gdzie r to promień (odległość wzdłuż podłoża do ładunku), a hC to wysokość podnoszenia razy udźwig. Z kolei pojemność zależy od wybranej długości i kąta ramienia wysięgnika i należy ją sprawdzić w tabeli, takiej jak ta w Zasobach.
Ostateczna kalkulacja jest w rzeczywistości średnią, obliczoną przy użyciu wartości hC, która jest maksymalna dla każdego wybranego promienia. Uśrednione punkty to minimalny promień, sam r i każdy dokładny promień w jednostkach 5,0 metrów pomiędzy nimi. Tak więc kompletny zestaw wartości może wyglądać jak 1,9, 5,0, 10,0 i 14,2 m, a średnia w tym przypadku byłaby średnią czterech liczb.