Un eje lineal es un eje giratorio accionado por potencia para la transmisión de potencia que se utilizó ampliamente desde la Revolución Industrial hasta principios del siglo XX. Antes del uso generalizado de motores eléctricos lo suficientemente pequeños como para conectarse directamente a cada pieza de maquinaria, los ejes de línea se usaban para distribuir energía desde una gran fuente de energía central a la maquinaria en todo un taller o un complejo industrial. La fuente de energía central podría ser una rueda de agua , turbina, molino de viento, energía animal o una máquina de vapor . La energía se distribuía desde el eje a la maquinaria mediante un sistema de correas , poleas y engranajes conocido comocarpintería . [1]
Operación
.jpg/440px-Lineshaft_drive_to_lathe,_with_stepped_pulleys_for_variable_speed_(Carpentry_and_Joinery,_1925).jpg)
| Imagen externa | |
|---|---|
 Video del eje de línea operando en un taller. | |
Un eje de línea típico estaría suspendido del techo de un área y correría a lo largo de esa área. Una polea en el eje recibiría la potencia de un eje de línea principal en otra parte del edificio. Las otras poleas suministrarían energía a las poleas en cada máquina individual oa los ejes de línea subsiguientes. En la fabricación, donde había una gran cantidad de máquinas que realizaban las mismas tareas, el diseño del sistema era bastante regular y repetido. En otras aplicaciones, como talleres de maquinaria y carpintería, donde había una variedad de máquinas con diferentes orientaciones y requisitos de potencia, el sistema parecía errático e inconsistente con muchas direcciones de ejes y tamaños de poleas diferentes. Los pozos eran generalmente horizontales y elevados, pero ocasionalmente eran verticales y podían estar bajo tierra. Los ejes eran generalmente de acero rígido, compuestos por varias piezas atornilladas entre sí en las bridas. Los ejes se suspendieron mediante perchas con cojinetes a ciertos intervalos de longitud. La distancia dependía del peso del eje y del número de poleas. Los ejes debían mantenerse alineados o la tensión sobrecalentaría los cojinetes y podría romper el eje. Los cojinetes eran normalmente de fricción y debían mantenerse lubricados. Se requirieron empleados de lubricadores de poleas para asegurarse de que los cojinetes no se congelaran o funcionaran mal.
En las primeras aplicaciones, la potencia se transmitía entre poleas mediante lazos de cuerda sobre poleas ranuradas. Este método es extremadamente raro hoy en día, y data principalmente del siglo XVIII. Las correas planas sobre poleas o tambores planos fueron el método más común durante el siglo XIX y principios del XX. Los cinturones eran generalmente de cuero curtido o pato de algodón impregnado de caucho. Los cinturones de cuero se sujetaban en bucles con cuero crudo o cordones de alambre, juntas de traslapo y pegamento, o uno de varios tipos de sujetadores de acero. Los cinturones de pato de algodón generalmente usaban sujetadores de metal o se derretían con calor. Los cinturones de cuero se pasaron con el lado del cabello contra las poleas para una mejor tracción. Las correas necesitaban una limpieza y acondicionamiento periódicos para mantenerlas en buenas condiciones. Las correas a menudo se torcían 180 grados por pierna y se invertían en la polea receptora para hacer que el segundo eje girara en la dirección opuesta.
Las poleas se construyeron de madera, hierro, acero o una combinación de los mismos. Se utilizaron varios tamaños de poleas en conjunto para cambiar la velocidad de rotación. Por ejemplo, una polea de 40 "a 100 rpm haría girar una polea de 20" a 200 rpm. Las poleas sólidamente unidas ("rápidas") al eje podrían combinarse con poleas adyacentes que giraran libremente ("sueltas") en el eje (ruedas locas). En esta configuración, la correa se podría maniobrar sobre la polea loca para detener la transmisión de potencia o sobre la polea sólida para transmitir la potencia. Esta disposición se usaba a menudo cerca de las máquinas para proporcionar un medio de apagar la máquina cuando no estaba en uso. Por lo general, en la última potencia de alimentación de la correa a una máquina, se pueden usar un par de poleas escalonadas para proporcionar una variedad de configuraciones de velocidad para la máquina.
Ocasionalmente se usaron engranajes entre ejes para cambiar la velocidad en lugar de correas y poleas de diferentes tamaños, pero esto parece haber sido relativamente poco común.
Historia
Las primeras versiones de los ejes de línea se remontan al siglo XVIII, pero fueron de uso generalizado a fines del siglo XIX con la industrialización. Los ejes de línea se utilizaron ampliamente en la fabricación, talleres de carpintería, talleres de maquinaria, aserraderos y molinos de molienda .
En 1828 en Lowell, Massachusetts, Paul Moody sustituyó las correas de cuero por engranajes de metal para transferir energía desde el eje principal que corre desde una rueda hidráulica. Esta innovación se difundió rápidamente en EE . UU. [2]
Los sistemas de transmisión por correa plana se hicieron populares en el Reino Unido a partir de la década de 1870, con las firmas de J & E Wood y W & J Galloway & Sons prominentes en su introducción. Ambas empresas fabricaban máquinas de vapor estacionarias y la demanda continua de más potencia y confiabilidad podía satisfacerse no solo con una tecnología mejorada de motores, sino también con métodos mejorados de transferir energía de las máquinas a los telares y maquinaria similar a la que estaban destinadas. El uso de cinturones planos ya era común en los EE. UU. Pero raro en Gran Bretaña hasta este momento. Las ventajas incluían menos ruido y menos energía desperdiciada en las pérdidas por fricción inherentes a los ejes de transmisión previamente comunes y sus engranajes asociados. Además, el mantenimiento era más simple y económico, y era un método más conveniente para la disposición de los accionamientos de potencia, de modo que si fallaba una parte, no causaría la pérdida de energía en todas las secciones de una fábrica o molino. Estos sistemas, a su vez, fueron reemplazados en popularidad por los métodos de transmisión por cable. [3]
Cerca del final del siglo XIX, algunas fábricas tenían una milla o más de ejes lineales en un solo edificio.
Con el fin de proporcionar energía a las pequeñas tiendas y la industria ligera, se construyeron "edificios de energía" especialmente construidos. Los edificios de energía utilizaron una máquina de vapor central y distribuyeron la energía a través de ejes de línea a todas las habitaciones arrendadas. Los edificios de energía continuaron construyéndose en los primeros días de la electrificación, todavía usando ejes lineales pero impulsados por un motor eléctrico. [1]
A medida que algunas fábricas se volvieron demasiado grandes y complejas para ser impulsadas por una sola máquina de vapor, entró en uso un sistema de energía "subdividida". Esto también era importante cuando era necesario un amplio rango de control de velocidad para una operación delicada, como trefilar o martillar hierro. Bajo energía subdividida, el vapor se canalizaba desde una caldera central a máquinas de vapor más pequeñas ubicadas donde se necesitaba. Sin embargo, las máquinas de vapor pequeñas eran mucho menos eficientes que las grandes. El sitio de 63 acres de Baldwin Locomotive Works cambió a energía subdividida, luego debido a la ineficiencia se convirtió en unidad de grupo con varias máquinas de vapor grandes que impulsan los ejes de línea. Finalmente, Baldwin se convirtió en propulsión eléctrica, con un ahorro sustancial en mano de obra y espacio de construcción. [1]
Con la electrificación de la fábrica a principios de la década de 1900, muchos ejes de línea comenzaron a convertirse en propulsión eléctrica. Al principio de la electrificación de la fábrica, solo estaban disponibles motores grandes, por lo que las nuevas fábricas instalaron un motor grande para impulsar los ejes de línea y la carpintería. Después de 1900, los motores industriales más pequeños estuvieron disponibles y la mayoría de las nuevas instalaciones utilizaban accionamientos eléctricos individuales. [4]
Los ejes de línea accionados por turbinas de vapor se usaban comúnmente para impulsar máquinas de papel por razones de control de velocidad hasta que los métodos económicos para el control de velocidad de motores eléctricos de precisión estuvieron disponibles en la década de 1980; desde entonces, muchos han sido reemplazados por accionamientos eléctricos seccionales. [5] El control económico de velocidad variable mediante motores eléctricos fue posible gracias a los rectificadores controlados por silicio (SCR) para producir accionamientos de corriente continua y frecuencia variable utilizando inversores para cambiar CC a CA a la frecuencia requerida para la velocidad deseada.
La mayoría de los sistemas estaban fuera de servicio a mediados del siglo XX y relativamente pocos permanecen en el siglo XXI, incluso menos en su ubicación y configuración originales.
Desventajas y alternativas
Desventajas
En comparación con el motor eléctrico individual o la unidad de accionamiento, los ejes lineales tienen las siguientes desventajas: [1]
- La pérdida de potencia con ejes de línea varió ampliamente y fue típicamente del 25% y, a menudo, mucho mayor; sin embargo, el uso de rodamientos de rodillos y una lubricación de buena calidad podría minimizar las pérdidas. Los rodamientos de rodillos y esféricos ganaron aceptación en la década anterior a que comenzara la electrificación de las fábricas.
- Ruido continuo
- Los costos de mantenimiento fueron más altos.
- Los sistemas eran más peligrosos.
- El tiempo de inactividad debido a problemas mecánicos fue mayor.
- No fue tan fácil cambiar de velocidad.
- El diseño de la fábrica se diseñó en torno al acceso a los ejes de línea, no de la manera más eficiente para el flujo de trabajo.
- Los ejes de la línea y la carpintería ocupaban mucho espacio; Baldwin Locomotive Works estimó un 40% más que la propulsión eléctrica.
- Los ejes y las correas obstaculizaron la iluminación, los puentes grúa y los conductos de ventilación.
- La alineación del sistema fue crítica y problemática para ejes largos que estaban sujetos a expansión y contracción, asentamiento y vibración.
- La cinta arrojó polvo y lo mantuvo circulando continuamente en el aire.
- El aceite goteaba de los ejes superiores.
Las empresas que cambiaron a la energía eléctrica mostraron significativamente menos tiempo de enfermedad de los empleados y, utilizando el mismo equipo, mostraron aumentos significativos en la producción. Escribiendo en 1909, [ ¿dónde? ] James Hubbart dijo que "Apenas podemos entrar en una tienda o fábrica de cualquier descripción sin encontrarnos con una masa de cinturones que al principio parecen monopolizar cada rincón del edificio y dejar poco o ningún espacio para nada más". [6]
Alternativas históricas a los ejes lineales
Para superar las limitaciones de distancia y fricción de los ejes lineales, los sistemas de cables de acero se desarrollaron a fines del siglo XIX. El cable de acero funcionaba a velocidades más altas que los ejes lineales y era un medio práctico de transmitir energía mecánica a una distancia de unas pocas millas o kilómetros. Utilizaron ruedas de gran diámetro y muy espaciadas y tenían una pérdida por fricción mucho menor que los ejes lineales, y tenían una décima parte del costo inicial.
Para suministrar energía a pequeña escala que no era práctica para las máquinas de vapor individuales, se desarrollaron sistemas hidráulicos de la estación central. La energía hidráulica se utilizó para operar grúas y otra maquinaria en los puertos británicos y en otras partes de Europa. El sistema hidráulico más grande estaba en Londres. La energía hidráulica se utilizó ampliamente en la producción de acero Bessemer .
También había algunas estaciones centrales que proporcionaban energía neumática a fines del siglo XIX. [1]
Primeros ejemplos
En un ejemplo temprano, la fábrica de algodón impulsada por agua de Jedediah Strutt , North Mill en Belper , construida en 1776, toda la energía para operar la maquinaria provenía de una rueda hidráulica de 18 pies (5,5 m) . [7]
Sistemas originales
- Reino Unido
- Elan Valley : eje de línea no operable aún in situ en talleres antiguos, ahora en uso como centro de visitantes
- Molino de anillo Ellenroad : el eje de línea de un motor National Oil de 6 hp impulsa una réplica de un taller de 1910 con forja, martillo eléctrico, torno, taladro de brazo radial y perfilador
- Queen Street Mill , Burnley: ejes de línea que operan 600 telares Lancashire, impulsados por una máquina de vapor de carbón de 500 caballos de fuerza
- Molino de agua Shelsley, Shelsley Walsh, Worcester, Reino Unido - molino de grano parcialmente operable
- Stott Park Bobbin Mill , Cumbria, Inglaterra - ??
- Estación de bombeo Tees Cottage , cerca de Darlington, County Durham, Inglaterra: taller de mantenimiento original completo en funcionamiento
- National Slate Museum , Gales: el equipo original todavía funciona con un eje de línea impulsado por la rueda hidráulica de trabajo más grande de Gran Bretaña continental
- Estados Unidos
- Órganos de Austin . Hartford, Connecticut
- Cruiser Olympia , Filadelfia, Pensilvania - taller de maquinaria operativa
- East Broad Top Railroad and Coal Company . Rockhill Furnace, Pennsylvania - parcialmente operable; Taller de máquinas, Taller de chapa, Taller de madera, Taller de herreros, Fundición
- Tienda de máquinas Empire Mine State Park, Grass Valley, California - ¿ máquinas herramientas?
- Museo Hagley , Wilmington, Delaware
- Museo Hanford Mills , East Meredith, Nueva York - operable; aserradero, molino, tienda de madera
- Museo de la fábrica de molinos de viento Kregel , ciudad de Nebraska, Nebraska - operable; fábrica de molinos de viento
- Longleaf Lumber Company / Southern Forest Heritage Museum, Longleaf, Louisiana - parcialmente operable; máquinas herramienta, aserradero
- Mingus Mill, Parque Nacional Great Smokey Mountains, Carolina del Sur - parcialmente operable; molino de grano
- Rock Run Grist Mill, Susquehanna State Park (Maryland) , Havre de Grace, Maryland - operable; molino de agua accionado por agua
- Sierra Railroad Shops / Railtown 1897 State Historic Park , Jamestown, California - operable; máquinas herramientas, herrería
- Sitio histórico de Slater Mill , Pawtucket, Rhode Island - ??
- Parque Histórico Nacional Thomas Edison , West Orange, Nueva Jersey - ¿ máquinas herramientas?
- WA Young and Sons Foundry and Machine Shop , Rices Landing, Pensilvania - taller de máquinas, fundición
- WJ Doran Company, Waupaca, Wisconsin - en pleno funcionamiento; Herramientas de máquina
Sistemas reconstruidos o de demostración
- Estados Unidos
- Hancock Shaker Village, Pittsfield, Massachusetts. Taller de máquinas accionado por turbina de agua para hacer funcionar máquinas de carpintería.
- Instituto Smithsonian, Edificio de Artes e Industrias, Washington, DC - máquinas herramientas
- Asociación de antigüedades de White River Valley, Enora, Indiana - máquinas y herramientas para trabajar la madera
- Denton Farmpark, Denton, Carolina del Norte - máquinas herramienta
- Museo de Historia de Cincinnati, Cincinnati, Ohio - máquinas herramienta
- Museo y biblioteca Hagley, Wilmington, Delaware (molinos de polvo originales de Du Pont) - máquinas-herramienta
- Museo Henry Ford y Greenfield Village , Dearborn, Michigan - máquinas herramienta
- Mina Molly Kathleen, Clear Creek, Colorado - aserradero
- Boott Mills , Lowell, Massachusetts - telares eléctricos de algodón
- Silver Dollar City , Branson, Missouri - herramientas para trabajar la madera y maquinaria de panadería
- Tuckahoe Steam & Gas Association, Easton, Maryland - museo de taller de máquinas operativas
- Sociedad Histórica de Virginia , Richmond, Virginia - ??
- Museo de Industria de Baltimore, Baltimore, Maryland - máquinas herramienta
- Denton Farmpark, Denton, Carolina del Norte - máquinas herramienta
- Muskegon Heritage Museum, Muskegon, Michigan - Motor Corliss y máquinas herramienta
Ver también
- Transportador de rodillos de eje lineal : utiliza un eje largo para impulsar una serie de rodillos
Referencias
- Notas
- ^ a b c d e Hunter, Louis C .; Bryant, Lynwood (1991). Una historia del poder industrial en los Estados Unidos, 1730-1930, vol. 3: La transmisión del poder . Cambridge, Massachusetts, Londres: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
- ^ Thomson, Ross (2009). Estructuras de cambio en la era mecánica: invención tecnológica en los Estados Unidos 1790-1865 . Baltimore, MD: Prensa de la Universidad Johns Hopkins. pag. 32 . ISBN 978-0-8018-9141-0.
- ^ Hills págs.208-210.
- ^ Nye, David E. (1990). Electrificando América: significados sociales de una nueva tecnología . Cambridge, Massachusetts y Londres, Inglaterra: MIT Press . págs. 14, 15.
- ^ Jensen, Timothy O .; Trueb, Thomas O. (1996). "Reemplazo de emergencia de una turbina de eje de línea de máquina de papel" . Archivado desde el original el 12 de julio de 2015. (El artículo tiene una foto del eje de línea y la turbina).
- ^ Hubbart, James F. (1909). Millwrighting . NUEVA YORK. págs. 184ss.
- ^ Falconer 2001 , p. 23
- Bibliografía
- Hunter, Louis C .; Bryant, Lynwood (1991). Una historia del poder industrial en los Estados Unidos, 1730-1930, vol. 3: La transmisión del poder . Cambridge, Massachusetts, Londres: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
- Falconer, Keith; Menuge, Calladine (2001). "Molinos textiles de Derwent Valley". Revista de Arqueología Industrial . Leicester: Belper North Mill Trust: 99. ISSN 0309-0728 .
- Hills, Richard Leslie (1989), Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine , Cambridge University Press , pág. 244, ISBN 9780521458344, consultado el 10 de enero de 2009
- Nasmith, Joseph (1895), Construcción e ingeniería recientes de fábricas de algodón , Londres: John Heywood, p. 284, ISBN 1-4021-4558-6, consultado el 10 de marzo de 2009
- Devine, Jr., Warren D. (1983). "From Shafts to Wires: Historical Perspective on Electrification, Journal of Economic History, Vol. 43, Issue 2" (PDF) : 355. Archivado desde el original (PDF) el 12 de abril de 2019 . Consultado el 20 de octubre de 2011 . Cite journal requiere
|journal=( ayuda )
enlaces externos
- Line Shaft Poleys and Belting - Tratado de 1906 sobre los aspectos de ingeniería de las transmisiones por correa - Advertencia: la página web tiene música de fondo (desplácese hasta el final para hacer una pausa)
