Характеристика маховиков различного вида и использование их в технических средствах сервиса

АВТОНОМНАЯ  НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ЦЕНТРОСОЮЗА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИИ» 
 
 

Курсовая  работа по дисциплине:

«Основы функционирования систем сервиса»

На  тему: 

«Характеристика маховиков различного вида и использование их в технических средствах сервиса»

                        Выполнила студентка

                                            3 курса ускоренного обучения

По  специальности  100101 Сервис

              Чиненова Е.В

                                                               Проверил: Шаронова В.П. 
 

Санкт-Петербург

2011г 
Оглавление 
 

Введение

      Сейчас мы используем подавляющее количество энергии в момент ее выработки. А если бы человечество обладало эффективным накопителем энергии, то можно было бы запасать энергию впрок, как бы передавать ее во времени. Вместо двигателей на автомобилях стояли бы накопители, запасающие дешевую и экологичную – безвредную для природы – энергию мощных электростанций. Сами электростанции могли бы запасать в огромных накопителях энергию ночью, когда она сравнительно дешевая, и расходовать ее в часы пик. Энергия транспортных машин не переходила бы бесцельно в нагрев тормозов, а, проходя через накопитель, использовалась бы снова и снова. Ведь не секрет, что сейчас около половины энергии, вырабатываемой двигателями городских транспортных машин – автомобилей, автобусов, троллейбусов, поездов метро – бесполезно «гасится» в тормозах. Нетрудно представить, сколько энергии, горючего можно было бы сохранить в этих машинах с помощью накопителя.

      Есть  и другая сторона этой проблемы: проходя через накопитель, энергия становится как бы экологичнее, безвреднее для окружающей среды. Двигатели транспортных машин работают в этом случае гораздо равномернее, а вредность от отработавших выхлопных газов в несколько раз меньше, чем обычно.

      В настоящее время эффективность работы энергосистемы РФ достаточно низка, так как большой и малой энергетике присущи некоторые особенности: 
 1.  невозможность накопления электроэнергии в больших количествах; 
 2.    потребление электроэнергии в течение суток крайне неравномерно;

      3. экономически выгоднее, чтобы станции  работали в расчетных номинальных  режимах, а не в переходных  режимах, которые характеризуются  большими потерями и низким  КПД и в которых работает  большинство энергоблоков;

      4.  наличие разветвленных сетей  (большой энергетики), на обслуживание и ремонт которых затрачиваются немалые средства, и в которых теряется до 40% произведенной энергии.

      Вследствие  невозможности накопления электроэнергии в больших количествах приходится завышать установленную мощность источника  энергии для того, чтобы обеспечить покрытие пиков потребления, которые составляют несколько процентов от суточного потребления. В остальное время мощность источника приходится снижать, что экономически невыгодно, так как источник работает в нерасчетном режиме и имеет низкий КПД и, вдобавок, быстрее расходует свой ресурс работы и выходит из строя.

      В настоящее время все чаще возникают  проблемы с энергоснабжением удаленных  потребителей, потому что провода  просто срезают и сдают на пункты по приему цветных металлов. Поэтому для удаленных потребителей выгоднее иметь источник электроэнергии непосредственно на месте потребления, и одним из вариантов решения этой проблемы является либо использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НиВИЭ), либо аккумулирующих устройств, либо и тех и других вместе. 

История возникновения маховиков

Открытие древнего гончара

      Один  из величественнейших городов Междуречья – древний Ур. Он громаден и многолик. Это почти целое государство. Сады, дворцы, мастерские, сложные гидротехнические сооружения, культовые постройки.

      В небольшой гончарной мастерской, с виду довольно старой, служившей, вероятно, не одному поколению, перед  гончарным станком сидит смуглый  мужчина с остроконечной бородкой. Грубая крепкая деревянная тренога поддерживает массивный диск из обожженной глины диаметром около метра. На глаз в нем никак не меньше центнера. Гончар кладет на этот диск кусок размятой глины и принимается колдовать над ней. Диск, несмотря на явную громоздкость, легко вращается – по-видимому, он достаточно искусно посажен на ось, подвижно закрепленную в треноге. Но вот его вращение замедлилось. Мастер завел правую руку под диск, нащупал там рукоятку, с силой потянул ее на себя, откидываясь в мощном движении…

 Об этом стало известно благодаря знаменитому английскому археологу Леонарду Вулли, который в 1929 году в развалинах города Ура нашел не совсем обычный гончарный круг. Гончарное ремесло в те времена получило уже довольно широкое распространение, и найденный диск едва ли мог особенно заинтересовать археологов. Но Леонард Вулли оказался весьма проницательным, обратив внимание на некоторые странности в устройстве диска.  
 
 
 
 

      Во-первых, зачем понадобилось делать гончарный  круг столь большим и тяжелым? В Египте, например, находили гончарные круги лет на тысячу старше. Изготовленные из дерева, они были гораздо меньше по размерам, легче и прекрасно служили в качестве простой вращающейся подставки. Такими же кругами пользовались и в Междуречье. И все-таки гончар из Ура сделал свой круг тяжелым и громоздким, как будто назло самому себе.

      Во-вторых, для чего было проделано маленькое  отверстие в торце диска? Если большое отверстие в центре предназначалось  для закрепления в нем оси, то маленькое отверстие сбоку  поначалу казалось археологам совсем ненужным. И тут Леонард Вулли высказал блестящую мысль: в маленькое отверстие втыкалась деревянная рукоятка, с помощью которой древний мастер вращал массивный диск. А большой вес и внушительные размеры диска ему нужны были для того, чтобы подольше сохранять это вращение и работать на своего рода «механизированном» станке. Гончар из города Ура сделал гениальное открытие – он изобрел маховик! Как и миллионы нынешних маховиков, их предок – гончарный круг, вращаясь, переносил энергию во времени. Именно он, по признанию ученых, положил начало эре механизированного труда.

      Прошло  еще 1200 лет, прежде чем в Древнем  Китае был изготовлен другой гончарный  круг маховичного типа. Известно даже имя хозяина гончарной мастерской близ Желтой реки. Звали его Ланг Шан, и он, по-видимому, сам дошел до идеи маховика. К чести китайца, его маховик был значительно совершеннее. Вытесанный из камня, что придавало ему большую прочность и долговечность, массивный диск приводился в действие ногами. Это позволяло развивать немалую скорость – ноги ведь гораздо сильнее рук.

      Очередное маховичное устройство появилось примерно через полторы тысячи лет, и снова  в Китае. В долине реки Ло Ланг Хо постоянно дули сильные ветры, которые  сдували слои земли, образуя глубокие овраги. В этих оврагах на глубине 10—12 м можно было найти воду, необходимую для орошения полей. Китайцы сооружали большие колеса с парусами на шестах, к колесам цепями крепили кожаные ковши для воды. Ветер надувал паруса и вращал колеса, поднимая воду из оврагов.

      Однако  когда ветер вдруг стихал, такое колесо останавливалось, а затем под тяжестью ковшей с водой начинало крутиться в обратную сторону, сливая воду в овраг. Чтобы этого не происходило, у колеса оставляли дежурить двух рабов, скованных одной цепью. Как только ветер прекращался, они повисали на той стороне колеса, где были пустые ковши, и удерживали его от обратного хода до следующего порыва ветра.

      Однажды хозяин колеса, которому рабы понадобились для другого дела, решил уравновесить колеса тяжелым камнем. Ничего не получилось, все равно кто-то должен был в нужный момент привязывать камень к колесу, а потом отвязывать его. Хозяин уже было махнул рукой на свою затею, но тут налетевший ветер раскрутил колесо вместе с камнем, который не успели снять, и оно стало быстро вращаться, поднимая ковши с водой, а когда ветер опять стих, колесо не сразу остановилось.

Сообразительный хозяин тут же приказал привязать  еще камней под каждый парус и  стянуть шесты веревками. Так  его колесо превратилось в огромный маховик, накапливающий энергию ветра и постепенно расходующий ее во время затишья. Благодаря маховику появилась возможность поднимать воду без постоянного контроля со стороны человека.

      Сейчас  такое сооружение назвали бы автоматическим водоподъемником маховичного типа, а тогда его именовали «Большое колесо Мандарина». Сохранилось и другое название маховичного колеса, данное ему в память о древней китайской цивилизации, на закате которой оно было создано, – колесо Пан-По. 
 Колесо Пан-По имело, по описаниям того времени, «четыре человеческих роста над землей и два – под землей». Крепкие «спицы», на концах которых были закреплены паруса и тяжелые камни, соединялись между собой распорками и канатами. Вал колеса покоился на подшипниках-втулках из твердых пород дерева, обильно поливаемых водой. Чем не современная жидкостная смазка подшипников?! Да, «Большое колесо Мандарина» было настоящим шедевром древних инженеров, на много лет опередившим техническую мысль той эпохи.

      Маховики, правда, несравненно меньших размеров, применялись в старинных смычковых сверлилках-дрелях. В них функцию маховика выполнял тяжелый диск, насаженный на сверло. Через него, обвиваясь, проходила тетива смычка. Двигая смычком вперед-назад, мастер разгонял маховик, а затем, надавливая на тупой конец сверла камешком с углублением, просверливал отверстия, используя накопленную в маховике энергию. Подобным способом можно было не только сверлить, но и добывать огонь трением. 
 Средневековая Европа. Процветает схоластика, алхимия, не сидят без работы и астрологи. Странный и страшный период в истории Европы, когда на несколько веков она погрузилась во мрак отсталости и невежества.

      О маховиках тогда, конечно, никто  и не думал. Да и о каких маховиках  могла идти речь, когда «ученые  мужи» были заняты поисками «философского камня», изгнанием дьявола, размышлениями на тему: «Сколько ангелов уместится на булавочной головке?»

      Но  почти через тысячу лет после  гибели высокоразвитого в техническом  отношении античного Рима в Европе постепенно опять начинают заниматься делом. Медленно, но верно развиваются технические науки, появляются машины. Машины поначалу были несложные, приводимые в движение вручную с помощью рукояток.

      Тот, кто пробовал завести двигатель  автомобиля рукояткой, хорошо знает, как  это трудно. А каково же было людям средневековья? Для того чтобы машина работала, им приходилось крутить рукоятки с утра до вечера, изо дня в день, из месяца в месяц, из года в год. Будучи, по существу, «живыми двигателями» средневековых машин, они быстро выбивались из сил, производительность их труда заметно падала. И вот однажды кто-то догадался снабдить рукоятку маховиком. Это позволило значительно облегчить труд работников. Отныне маховик стали применять в самых различных технических устройствах. 
 Характерным примером использования маховика в старинных машинах может служить ковшовый водоподъемник XV века, колесо которого должен был поворачивать вручную специально нанятый для этого работник. В те моменты, когда человеку было удобно вращать рукоятку, укрепленный на ней достаточно большой маховик «принимал» у него часть энергии и возвращал ее тогда, когда крутить рукоятку становилось уже неудобно. В результате и человек меньше утомлялся, и машина работала более равномерно.

      Другой  пример – поршневой насос конца XV – начала XVI века. Помимо неудобства пользования рукояткой, здесь требовалось преодолеть еще одну сложность. Когда поршень поднимал воду, крутить рукоятку было намного тяжелее, чем во время его спуска. И нередко случалось так, что при подъеме у работника просто не хватало сил провернуть рукоятку, оказавшуюся в неудобном для него положении. Применение маховика позволило решить эти проблемы. 

Даже  тогда, когда машины стали приводить  в движение с помощью водяного колеса, маховик не утратил своего значения. В XVI веке, например, его использовали в машинах для распиловки досок. Поднимать пилу вверх было легко: в это время она не пилила – наклон зубьев был в другую сторону, опускать же – совсем непросто, ведь при этом и происходила собственно распиловка доски. Без маховика пила бы часто застревала в доске, и водяное колесо не в силах было бы протянуть ее дальше. Теперь же маховик, разгоняясь при свободном ходе пилы вверх, отдавал ей свою энергию при рабочем ходе вниз. Пила не застревала, и дело шло быстро. Маховик здесь был уже гораздо больше по размерам и массе, чем на ручных машинах, – мощность тут требовалась большая.