Ворот и его применение

Ворот и его применение

Ворот – извечная принадлежность колодцев, одно из древнейших изобретений человеческого гения. Обрезок круглого полена, насаженный на ось и снабженный рукояткой, — вот и все нехитрое устройство этого приспособления для поднятия тяжестей. Часто взамен рукоятки на ось вала укрепляют колесо, похожее на корабельный штурвал. Человек вращает колесо или рукоятку, вал ворота поворачивается, на него наматывается канат, а ведро или бадья, привязанная к канату, поднимается.

С помощью ворота поднимали воду из глубоких колодцев знойной Аравии. Изнеможенные рабы египетских фараонов или греческих жрецов ворот выволакивали глыбы мрамора из каменоломен. Воротом поднимали на земную поверхность руды металлов на копях Испании или Македонии. Он оказывался полезным всюду, где было недостаточно силы человеческих рук.

Выигрыш в силе, даваемый воротом, зависит от толщины вала и длины рукоятки. Чем длиннее рукоятка и чем тоньше вал, тем больше выигрыш в силе – тут действует тот же закон рычага: во сколько раз рукоятка ворота длиннее радиуса вала, во столько же раз выигрывается в силе и теряется в расстоянии.

Обычно колодезный ворот имеет вал толщиной сантиметров около двадцати и примерно метровое колесо. Такой ворот дает пятикратный выигрыш в силе, а рука человека проходит путь в пять раз больший, чем поднимаемый груз.

Существует еще один весьма простой механизм – разностный ворот.

Представьте себе обычный колодезный ворот, но только его вал сделан разной толщины: одна сторона, допустим правая, потолще, а левая – потоньше. Канат намотан на обе половины вала: один конец на более толстую, а другой – на ту, что потоньше. Середина каната образует петлю, продетую сквозь подвижный блок.

Когда вал вращают, канат сматывается с тонкой части вала, проходит сквозь блок и наматывается на толстую часть. Получается нечто похожее на арифметическую задачу с бассейном, к которому подведены две трубы, через меньшую вода вливается, а через большую вытекает. Так и тут: канат сбегает с тонкой части вала ворота и навивается на толстую, а блок мало-помалу подтягивается к вороту. Выигрыш в силе, даваемый таким воротом, зависит от разницы в длине окружностей толстой и тонкой частей вала, и ворот поэтому называется разностным, или дифференцированным. Чем меньше разница между диаметрами тонкой и толстой частей, тем больше выигрыш в силе.

Разницу в толщине обеих частей вала можно сделать совсем незначительной, а потому выигрыш в силе получится громадным.

Простейшая ручная лебедка – это два ворота, соединенные в один механизм. Рабочий, вращая рукоятку одного ворота, приводит в движение вал с зубчатым колесом-шестеренкой, которая соединена с большим зубчатым колесом второго ворота. Вал второго ворота тянет и наматывает на себя канат.

Если каждый ворот лебедки дает десятикратный выигрыш в силе, то оба вместе, то есть вся лебедка в целом, увеличат силу тяги в сто раз.

Грузоподъемность современных лебедок может быть свыше 100 кН. Они работают на канатных дорогах, на буровых установках, выполняют строительно-монтажные и погрузочно-разгрузочные работы.