عمود نقل الحركة

عمود الدوران أو نظام نقل الطاقة هو عمود دوار يعمل بالطاقة لنقل الطاقة داخل المصانع والمجمعات الصناعية. وقد استُخدم على نطاق واسع منذ الثورة الصناعية وحتى أوائل القرن العشرين. قبل الانتشار الواسع للمحركات الكهربائية الصغيرة بما يكفي لتوصيلها مباشرة بكل آلة، كان يُستخدم عمود الدوران لتوزيع الطاقة من مصدر طاقة مركزي كبير إلى الآلات، وذلك عبر أحزمة متفرعة أو تروس. ويمكن أن يكون مصدر الطاقة المركزي عجلة مائية ، أو توربينًا، أو طاحونة هوائية، أو طاقة حيوانية، أو محركًا بخاريًا . وكانت الطاقة تُوزع من العمود إلى الآلات بواسطة نظام من الأحزمة والبكرات والتروس يُعرف بنظام نقل الطاقة . ^{[ 1 ]}

عادةً ما يُعلق عمود نقل الحركة من سقف منطقة معينة ويمتد على طولها. تتلقى إحدى بكرات العمود الطاقة من عمود نقل حركة رئيسي في مكان آخر من المبنى. أما البكرات الأخرى، فتُزود بكرات كل آلة على حدة أو أعمدة نقل الحركة اللاحقة بالطاقة. في المصانع التي تضم عددًا كبيرًا من الآلات التي تؤدي نفس المهام، يكون تصميم النظام منتظمًا ومتكررًا إلى حد كبير. أما في تطبيقات أخرى، مثل ورش الآلات والنجارة، حيث توجد آلات متنوعة ذات اتجاهات ومتطلبات طاقة مختلفة، فيبدو النظام غير منتظم وغير متناسق مع اختلاف اتجاهات الأعمدة وأحجام البكرات. عادةً ما تكون الأعمدة أفقية وعلوية، ولكنها قد تكون رأسية أحيانًا، وقد تكون مدفونة تحت الأرض. تُصنع الأعمدة عادةً من الفولاذ الصلب، وتتكون من عدة أجزاء مثبتة معًا بمسامير عند الحواف. تُعلق الأعمدة بواسطة علاقات مزودة بمحامل على مسافات محددة. تعتمد المسافة على وزن العمود وعدد البكرات. يجب الحفاظ على محاذاة الأعمدة، وإلا فإن الإجهاد سيرفع درجة حرارة المحامل وقد يؤدي إلى كسر العمود. كانت المحامل عادةً من النوع الاحتكاكي ، وكان لا بد من تزييتها باستمرار. وكان يُشترط وجود عمال متخصصين في تزييت البكرات لضمان عدم تجمد المحامل أو تعطلها.

في التطبيقات الأولى، كانت الطاقة تُنقل بين البكرات باستخدام حلقات من الحبال على بكرات مُخددة. هذه الطريقة نادرة للغاية اليوم، ويعود تاريخها في الغالب إلى القرن الثامن عشر. كانت الأحزمة المسطحة على بكرات أو أسطوانات مسطحة هي الطريقة الأكثر شيوعًا خلال القرنين التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. كانت الأحزمة تُصنع عادةً من الجلد المدبوغ أو قماش قطني مشبع بالمطاط. كانت الأحزمة الجلدية تُثبت في حلقات باستخدام ربط من الجلد الخام أو الأسلاك، أو وصلات تراكب وغراء، أو أحد أنواع عديدة من المثبتات الفولاذية. أما الأحزمة القطنية فكانت تُستخدم فيها عادةً مثبتات معدنية أو تُصهر معًا بالحرارة. كانت الأحزمة الجلدية تُشغل بحيث يكون جانب الشعر مُلامسًا للبكرات للحصول على أفضل احتكاك. كانت الأحزمة تحتاج إلى تنظيف وترطيب دوري للحفاظ عليها في حالة جيدة. غالبًا ما كانت الأحزمة تُلف 180 درجة لكل ساق وتُعكس على البكرة المستقبلة لجعل العمود الثاني يدور في الاتجاه المعاكس.

كانت البكرات تُصنع من الخشب أو الحديد أو الفولاذ أو مزيج منها. وتُستخدم بكرات بأحجام مختلفة لتغيير سرعة الدوران. على سبيل المثال، بكرة قطرها 40 بوصة تدور بسرعة 100 دورة في الدقيقة تُدير بكرة قطرها 20 بوصة بسرعة 200 دورة في الدقيقة. يمكن دمج البكرات المثبتة بإحكام ("السريعة") على العمود مع بكرات مجاورة تدور بحرية ("المتحركة") على العمود (بكرات التوجيه). في هذا التكوين، يمكن تحريك الحزام على بكرة التوجيه لإيقاف نقل الطاقة أو على البكرة الثابتة لنقلها. غالبًا ما يُستخدم هذا الترتيب بالقرب من الآلات لتوفير وسيلة لإيقاف تشغيلها عند عدم استخدامها. عادةً، عند آخر حزام يُغذي الآلة بالطاقة، يمكن استخدام زوج من البكرات المتدرجة لتوفير مجموعة متنوعة من إعدادات السرعة للآلة.

في بعض الأحيان، كانت تُستخدم التروس بين الأعمدة لتغيير السرعة بدلاً من الأحزمة والبكرات ذات الأحجام المختلفة، ولكن يبدو أن هذا كان نادرًا نسبيًا.

يعود تاريخ النماذج الأولى لأعمدة النقل إلى القرن الثامن عشر، لكنها انتشرت على نطاق واسع في أواخر القرن التاسع عشر مع الثورة الصناعية. وقد شاع استخدامها في الصناعات التحويلية، وورش النجارة، وورش الآلات، ومناشر الأخشاب، ومطاحن الحبوب .

في عام 1828 في لويل، ماساتشوستس، استبدل بول مودي التروس المعدنية بأحزمة جلدية لنقل الطاقة من العمود الرئيسي الذي يدور بواسطة عجلة مائية. وسرعان ما انتشر هذا الابتكار في الولايات المتحدة ^{[ 2 ].}

انتشرت أنظمة نقل الحركة بالأحزمة المسطحة في المملكة المتحدة منذ سبعينيات القرن التاسع عشر، وكان لشركتي جيه آند إي وود ودبليو آند جيه غالاوي وأولاده دور بارز في إدخالها. وقد قامت كلتا الشركتين بتصنيع محركات بخارية ثابتة، وكان بالإمكان تلبية الطلب المتزايد على مزيد من الطاقة والموثوقية ليس فقط من خلال تحسين تكنولوجيا المحركات، بل أيضًا من خلال تحسين طرق نقل الطاقة من المحركات إلى الأنوال والآلات المشابهة التي صُممت لخدمتها. كان استخدام الأحزمة المسطحة شائعًا بالفعل في الولايات المتحدة، ولكنه نادر في بريطانيا حتى ذلك الحين. وشملت مزاياها انخفاض الضوضاء وتقليل الطاقة المهدرة نتيجة فقدان الطاقة الناتج عن الاحتكاك في أعمدة الدوران الشائعة سابقًا والتروس المرتبطة بها. كما كانت الصيانة أبسط وأقل تكلفة، وكانت طريقة أكثر ملاءمة لترتيب محركات الطاقة، بحيث إذا تعطل جزء واحد، فلن يتسبب ذلك في انقطاع الطاقة عن جميع أقسام المصنع أو المطحنة. وقد حلت أنظمة نقل الحركة بالحبال محل هذه الأنظمة لاحقًا من حيث الشعبية. ^{[ 3 ]}

في أواخر القرن التاسع عشر، كان لدى بعض المصانع ميل أو أكثر من أعمدة نقل الطاقة في مبنى واحد.

ولتوفير الطاقة للمتاجر الصغيرة والصناعات الخفيفة، تم إنشاء "مباني طاقة" مصممة خصيصًا لهذا الغرض. استخدمت هذه المباني محركًا بخاريًا مركزيًا، ووزعت الطاقة عبر أعمدة نقل إلى جميع الغرف المؤجرة. واستمر بناء مباني الطاقة في بدايات عصر الكهرباء، مستخدمةً أعمدة نقل الطاقة ولكن بمحرك كهربائي. ^{[ 1 ]}

مع ازدياد حجم بعض المصانع وتعقيدها بحيث لم يعد بالإمكان تشغيلها بمحرك بخاري واحد، تم اللجوء إلى نظام الطاقة "المجزأة". وكان هذا النظام بالغ الأهمية أيضاً عندما كانت هناك حاجة إلى نطاق واسع من التحكم في السرعة لعمليات حساسة مثل سحب الأسلاك أو طرق الحديد. في نظام الطاقة المجزأة، كان البخار يُنقل عبر الأنابيب من غلاية مركزية إلى محركات بخارية أصغر حجماً موزعة حسب الحاجة. إلا أن المحركات البخارية الصغيرة كانت أقل كفاءة بكثير من المحركات الكبيرة. وقد تحول موقع مصنع بالدوين لصناعة القاطرات، الذي يمتد على مساحة 63 فداناً، إلى نظام الطاقة المجزأة، ثم بسبب انخفاض الكفاءة، تم تحويله إلى نظام الدفع الجماعي باستخدام عدة محركات بخارية كبيرة تدير أعمدة النقل. وفي نهاية المطاف، تحول مصنع بالدوين إلى نظام الدفع الكهربائي، مما وفر مبالغ كبيرة في تكاليف العمالة ومساحة البناء. ^{[ 1 ]}

مع بدء استخدام الكهرباء في المصانع مطلع القرن العشرين، تحولت العديد من أعمدة نقل الحركة إلى محركات كهربائية. في بدايات استخدام الكهرباء في المصانع، لم تكن متوفرة إلا المحركات الكبيرة، لذا قامت المصانع الجديدة بتركيب محرك كبير لتشغيل أعمدة نقل الحركة وأعمال النجارة. بعد عام 1900، أصبحت المحركات الصناعية الأصغر حجماً متوفرة، واستخدمت معظم المنشآت الجديدة محركات كهربائية فردية. ^{[ 4 ]}

كانت أعمدة نقل الحركة التي تعمل بتوربينات البخار شائعة الاستخدام لتشغيل آلات الورق لأغراض التحكم في السرعة، إلى أن توفرت في ثمانينيات القرن الماضي طرق اقتصادية للتحكم الدقيق في سرعة المحركات الكهربائية؛ ومنذ ذلك الحين، استُبدلت العديد منها بمحركات كهربائية قطاعية. ^{[ 5 ]} وقد أصبح التحكم الاقتصادي في السرعة المتغيرة باستخدام المحركات الكهربائية ممكنًا بفضل مقومات السيليكون المتحكم بها (SCRs) لإنتاج تيار مستمر، ومحركات التردد المتغير باستخدام العاكسات لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد بالتردد المطلوب للسرعة المرغوبة.

كانت معظم الأنظمة خارج الخدمة بحلول منتصف القرن العشرين، ولم يتبق منها إلا القليل نسبياً في القرن الحادي والعشرين، بل إن عدد الأنظمة التي لا تزال في موقعها وتكوينها الأصليين أقل من ذلك.

في مثال مبكر، مطحنة القطن التي تعمل بالطاقة المائية لجيديديا ستروت ، نورث ميل في بيلبر ، والتي بنيت عام 1776، جاءت كل الطاقة اللازمة لتشغيل الآلات من عجلة مائية قطرها 18 قدمًا (5.5 مترًا) . ^{[ 7 ]} 

الأنظمة الأصلية

المملكة المتحدة

• وادي إيلان  - عمود نقل غير قابل للتشغيل لا يزال موجودًا في ورش العمل القديمة، ويستخدم الآن كمركز للزوار
• مطحنة إلينرود الحلقية  - يعمل عمود نقل الحركة من محرك ناشيونال أويل  بقوة 6 أحصنة على تشغيل ورشة عمل طبق الأصل من عام 1910 مزودة بمطرقة حدادة، ومطرقة كهربائية، ومخرطة، ومثقاب ذراع شعاعي، وآلة تشكيل
• مطحنة كوين ستريت ، بيرنلي  - نظام نقل الحركة الذي يشغل 600 نول لانكشاير، مدفوع بمحرك بخاري ثابت يعمل بالفحم بقوة 500 حصان
• طاحونة شيلسلي المائية، شيلسلي والش، ووستر، المملكة المتحدة  - طاحونة حبوب تعمل جزئياً
• مطحنة ستوت بارك للبكرات ، كمبريا، إنجلترا  — ??
• محطة ضخ تيز كوتيدج ، بالقرب من دارلينجتون، مقاطعة دورهام، إنجلترا  - ورشة الصيانة الأصلية كاملة وفي حالة تشغيل جيدة
• المتحف الوطني للأردواز ، ويلز  - لا تزال المعدات الأصلية تعمل بواسطة عمود نقل الحركة الذي تديره أكبر عجلة مائية عاملة في بريطانيا العظمى

الولايات المتحدة

• أوستن أورغنز . هارتفورد، كونيتيكت
• كروزر أولمبيا ، فيلادلفيا، بنسلفانيا  - ورشة تشغيل الآلات
• شركة سكة حديد وفحم إيست برود توب . فرن روكهيل، بنسلفانيا  - يعمل جزئيًا؛ ورشة ميكانيكية، ورشة صفائح معدنية، ورشة نجارة، ورشة حدادة، مسبك
• ورشة آلات في منتزه إمباير ماين ستيت بارك، غراس فالي، كاليفورنيا  — أدوات الآلات  ??
• متحف هاجلي ، ويلمنجتون، ديلاوير
• متحف هانفورد ميلز ، إيست ميريديث، نيويورك  - قابل للتشغيل؛ منشرة خشب، مطحنة حبوب، ورشة نجارة
• متحف مصنع طواحين الهواء كريجل ، مدينة نبراسكا، نبراسكا  - قابل للتشغيل؛ مصنع طواحين الهواء
• شركة لونغليف للأخشاب/متحف تراث الغابات الجنوبية، لونغليف، لويزيانا  — قابلة للتشغيل جزئيًا؛ أدوات آلية، منشرة خشب
• مطحنة مينغوس، منتزه غريت سموكي ماونتينز الوطني، كارولاينا الجنوبية  - قابلة للتشغيل جزئيًا؛ مطحنة حبوب
• طاحونة روك ران، منتزه سسكويهانا الحكومي (ماريلاند) ، هافر دي غريس، ماريلاند  - قابلة للتشغيل؛ طاحونة حبوب تعمل بالطاقة المائية
• ورش سكك حديد سييرا / منتزه ريلتاون التاريخي الحكومي لعام 1897 ، جيمستاون، كاليفورنيا  - قابلة للتشغيل؛ أدوات آلية، ورشة حدادة
• موقع سلاتر ميل التاريخي ، باوتكيت، رود آيلاند  — ??
• منتزه توماس إديسون التاريخي الوطني ، ويست أورانج، نيو جيرسي  — أدوات آلية  ؟
• مصنع ومسبك WA Young and Sons ، رايسز لاندينغ، بنسلفانيا  - ورشة ميكانيكية، مسبك
• شركة دبليو جيه دوران، واوبكا، ويسكونسن  - تعمل بكامل طاقتها؛ أدوات آلية

أنظمة مُعاد بناؤها أو أنظمة تجريبية

الولايات المتحدة

• قرية هانكوك شاكر، بيتسفيلد، ماساتشوستس. ورشة ميكانيكية تعمل بتوربين مائي لتشغيل آلات النجارة.
• مؤسسة سميثسونيان، مبنى الفنون والصناعات، واشنطن العاصمة  - أدوات الآلات
• جمعية وادي النهر الأبيض للتحف، إينورا، إنديانا  - أدوات الآلات والنجارة
• منتزه دنتون فارمبارك، دنتون، كارولاينا الشمالية  — أدوات الآلات
• متحف سينسيناتي التاريخي، سينسيناتي، أوهايو  - أدوات الآلات
• متحف ومكتبة هاجلي، ويلمنجتون، ديلاوير (مطاحن البارود الأصلية لشركة دو بونت)  - أدوات آلية
• متحف هنري فورد وقرية غرينفيلد ، ديربورن، ميشيغان  - أدوات الآلات
• منجم مولي كاثلين، كريبل كريك، كولورادو  - منشرة خشب
• متحف التعدين والصناعة الغربي، كولورادو سبرينغز، كولورادو  - مطحنة طوابع، ورشة حدادة، ضاغط هواء
• مصانع بوت ، لويل، ماساتشوستس  - أنوال قطن آلية
• سيلفر دولار سيتي ، برانسون، ميزوري  - أدوات النجارة وآلات المخابز
• جمعية تاكاهو للبخار والغاز، إيستون، ماريلاند  - متحف ورشة الآلات العاملة
• جمعية فرجينيا التاريخية ، ريتشموند، فرجينيا  — ??
• متحف بالتيمور للصناعة، بالتيمور، ماريلاند  - أدوات الآلات
• منتزه دنتون فارمبارك، دنتون، كارولاينا الشمالية  — أدوات الآلات
• متحف موسكيجون للتراث، موسكيجون، ميشيغان  — محركات كورليس وأدوات الآلات
• شركة Rough and Tumble Engineers، كينزرز، بنسلفانيا - أدوات الآلات

• ناقل بكرات ذو عمود طويل – يستخدم عمودًا طويلًا لتشغيل سلسلة من البكرات

ملحوظات

فهرس

• هانتر، لويس سي؛ براينت، لينوود (1991). تاريخ القوة الصناعية في الولايات المتحدة، 1730-1930، المجلد 3: نقل الطاقة . كامبريدج، ماساتشوستس، لندن: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ISBN 0-262-08198-9.
• فالكونر، كيث؛ مينوج، كالادين (2001). "مصانع النسيج في وادي ديرونت". مجلة علم الآثار الصناعية . ليستر: مؤسسة بيلبر نورث ميل: 99. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0309-0728 . 
• هيلز، ريتشارد ليزلي (1989)، الطاقة من البخار: تاريخ محرك البخار الثابت ، مطبعة جامعة كامبريدج ، ص  244، ISBN 9780521458344تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يناير 2009
• ناسمييث، جوزيف (1895)، بناء مصانع القطن الحديثة وهندستها ، لندن: جون هيوود، ص  284، ISBN 1-4021-4558-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 مارس 2009{{citation}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
• ديفاين، وارن د. الابن (1983). "من الأعمدة إلى الأسلاك: منظور تاريخي حول الكهرباء" (ملف PDF) . مجلة التاريخ الاقتصادي . 43 (2): 355. doi : 10.1017/S0022050700029673 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 12 أبريل 2019. تاريخ الاسترجاع : 20 أكتوبر 2011 .

• بكرات وأحزمة عمود الإدارة – رسالة عام 1906 حول الجوانب الهندسية لمحركات الأحزمة – تحذير: تحتوي صفحة الويب على موسيقى خلفية (قم بالتمرير إلى النهاية للإيقاف المؤقت)