ラインシャフト
架空送電線からベルトで駆動される4台の羊毛紡績機（ライプツィヒ、ドイツ、1925年頃）
ミュラーミルのベルトドライブ、モデルと現実の動き

ラインシャフトまたはミルワークスは、工場や工業団地内で動力を伝達するための動力駆動式回転軸です。産業革命から20世紀初頭まで広く使用されていました。各機械に直接接続できるほど小型の電動モーターが普及する以前は、ラインシャフトは大きな中央動力源から分岐ベルトや歯車駆動装置を介して機械に動力を分配するために使用されていました。中央動力源としては、水車、タービン、風車、畜力、蒸気機関などが挙げられます。動力は、ミルワークスと呼ばれるベルト、滑車、歯車のシステムによってシャフトから機械に分配されました。[ 1 ]

手術

旋盤用可変速ベルト駆動。上軸の固定プーリーは、動力源からのベルトによって一定速度で駆動されます。遊滑車（アイドラー）は、機械を単独で停止させることができ、これは速度変更に不可欠です。段付きプーリー（左）は、ベルトで接続されたプーリーのペアに応じて、工作機械（図示せず）に3段階の駆動速度を提供します。
マサチューセッツ州ローウェルのサフォーク工場のタービンからラインシャフトまで
マサチューセッツ州ローウェルのブートミルズにおけるラインシャフトから動力織機まで
外観画像
画像アイコン工場内でラインシャフトが稼働しているビデオ。

典型的なラインシャフトは、あるエリアの天井から吊り下げられ、そのエリアの全長にわたって設置されます。シャフト上の1つのプーリーは、建物内の別の場所にある親ラインシャフトから電力を受け取ります。他のプーリーは、各機械のプーリー、または後続のラインシャフトに電力を供給します。多数の機械が同じ作業を行う製造業では、システムの設計は比較的規則的で、繰り返し使用されます。一方、機械工場や木材工場など、様々な向きや電力要件を持つ様々な機械が使用される用途では、シャフトの方向やプーリーのサイズが多様で、システムは不規則で一貫性がありません。シャフトは通常、水平で頭上に設置されますが、垂直で地中に設置される場合もあります。シャフトは通常、剛性の高い鋼鉄製で、フランジでボルト締めされた複数の部品で構成されています。シャフトは、一定の間隔でベアリング付きのハンガーによって吊り下げられます。シャフトの間隔は、シャフトの重量とプーリーの数によって異なります。シャフトは、応力によってベアリングが過熱し、シャフトが破損する可能性があるため、常に一直線上に維持する必要がありました。ベアリングは通常摩擦式で、常に潤滑する必要がありました。ベアリングが凍結したり故障したりしないように、滑車潤滑担当者が必要でした。

最も初期の用途では、溝付き滑車にループ状のロープをかけて滑車間で動力を伝達していました。この方法は今日では非常に珍しく、ほとんどが 18 世紀に遡ります。19 世紀から20 世紀初頭にかけては、平らな滑車またはドラムに平ベルトを使う方法が最も一般的な方法でした。このベルトは通常、なめし革かゴムを染み込ませた綿ダックでした。革ベルトは、生の皮革またはワイヤー レース、重ね継ぎと接着剤、あるいは数種類の鋼製留め具のいずれかを使ってループに固定されていました。綿ダックのベルトでは通常、金属製の留め具が使用されるか、熱で溶かして固定されていました。革ベルトは、牽引力を最大化するために、毛の面を滑車に当てて走行していました。ベルトを良好な状態に保つには、定期的な洗浄と調整が必要でした。ベルトは多くの場合、脚ごとに 180 度ねじって、受け側の滑車で反転させ、2 番目のシャフトを反対方向に回転させていました。

滑車は木、鉄、鋼、またはそれらの組み合わせで作られました。回転速度を変えるために、様々なサイズの滑車が組み合わされました。例えば、100rpmで回転する40インチの滑車は、200rpmで回転する20インチの滑車を回転させます。シャフトに固定された（「固定」）滑車は、シャフト上で自由に回転する（「緩い」）隣接する滑車（アイドラー）と組み合わせることができました。この構成では、ベルトをアイドラーに取り付けて動力伝達を停止したり、固定滑車に取り付けて動力を伝達したりすることができます。この配置は、機械の近くでよく使用され、使用していないときに機械の電源を切る手段を提供しました。通常、機械に動力を供給する最後のベルトには、一対の段付き滑車が使用され、機械の速度を様々な設定にすることができます。

速度を変えるために、ベルトや異なるサイズの滑車ではなく、シャフト間のギアが使用されることもあったが、これは比較的まれだったようだ。

歴史

ラインシャフトの初期のバージョンは18世紀にまで遡りますが、19世紀後半の産業化に伴い広く使用されるようになりました。ラインシャフトは、製造業、木工所、機械工場、製材所、製粉所などで広く使用されていました。

1828年、マサチューセッツ州ローウェルでポール・ムーディーは、水車から流れる主軸からの動力伝達に金属歯車の代わりに革ベルトを採用しました。この革新は急速にアメリカ全土に広まりました[ 2 ]。

平ベルト駆動システムは1870年代から英国で普及し、J&Eウッド社とW&Jギャロウェイ・アンド・サンズ社がその導入で顕著でした。両社とも定置式蒸気機関を製造しており、より高い出力と信頼性に対する継続的な需要は、単にエンジン技術の改良だけでなく、エンジンから織機などの機械への動力伝達方法の改良によっても満たされました。平ベルトの使用は米国ではすでに一般的でしたが、英国ではこの頃まで一般的ではありませんでした。その利点としては、騒音が少なく、従来一般的だった駆動軸とそれに付随する歯車装置に内在する摩擦損失によるエネルギーの無駄が少ないことなどが挙げられます。また、メンテナンスが簡単で安価であり、動力駆動装置の配置も簡便であるため、部品の1つが故障しても工場や製粉所全体の電力供給が停止することはありませんでした。これらのシステムは、ロープ駆動方式に取って代わられました。[ 3 ]

19 世紀の終わり頃には、1 つの建物内に 1 マイル以上のライン シャフトを備えた工場もありました。

小規模な商店や軽工業に電力を供給するため、特別に建設された「発電所棟」が建設されました。発電所棟は中央に蒸気機関を設置し、送電線を通して各賃貸部屋に電力を供給しました。電化初期にも発電所棟は建設され続け、送電線は依然として使用されていましたが、駆動は電動モーターでした。[ 1 ]

工場が大規模かつ複雑になり、単一の蒸気機関では動力を得られないようになったため、「分割」動力システムが採用されるようになりました。これは、伸線や鉄の打ち込みといった繊細な作業において、広範囲の速度制御が必要な場合にも重要でした。分割動力システムでは、中央のボイラーから必要な場所に設置された小型蒸気機関へと蒸気が送られました。しかし、小型蒸気機関は大型蒸気機関に比べて効率がはるかに劣っていました。ボールドウィン機関車工場の63エーカーの敷地は分割動力システムに変更されましたが、その後、非効率性から複数の大型蒸気機関でラインシャフトを駆動するグループ駆動に転換されました。最終的にボールドウィンは電気駆動に切り替え、労働力と建物のスペースを大幅に節約しました。[ 1 ]

1870年の印刷機

1900年代初頭の工場の電化に伴い、多くのラインシャフトが電動駆動に転換され始めました。初期の工場電化では大型モーターしか利用できなかったため、新規工場ではラインシャフトと製材所の駆動に大型モーターが設置されました。1900年以降、小型の産業用モーターが利用可能になり、ほとんどの新規設備では個別の電動駆動装置が使用されるようになりました。 [ 4 ]

1980年代に経済的な方法で精密な電動モーター速度制御が可能になるまでは、速度制御の理由から、蒸気タービンで駆動するラインシャフトが抄紙機の駆動によく使用されていました。それ以降、多くのモーターがセクショナル電動駆動に置き換えられました。 [ 5 ]電気モーターを使用した経済的な可変速度制御は、シリコン制御整流器（SCR）を使用して直流電流を生成することと、インバータを使用して所望の速度に必要な周波数でDCをACに戻す 可変周波数駆動によって可能になりました。

ほとんどのシステムは 20 世紀半ばまでに廃止され、21 世紀でも残っているシステムは比較的少なく、元の場所と構成のまま残っているシステムはさらに少ないです。

デメリットと代替案

デメリット

個別の電動モーターやユニットドライブと比較して、ラインシャフトには次のような欠点があります。[ 1 ]

  • ラインシャフトの電力損失は大きく変動し、通常は25%、場合によってはそれ以上にまで達します。しかし、ローラーベアリングと高品質の潤滑剤を使用することで、損失を最小限に抑えることができます。ローラーベアリングとスフェリカルベアリングは、工場の電化が始まる前の10年間に普及しました。
  • 継続的なノイズ
  • メンテナンスコストが高くなりました。
  • システムはさらに危険でした。
  • 機械的な問題によるダウンタイムが長くなりました。
  • 速度を変えるのはそれほど簡単ではありませんでした。
  • 工場のレイアウトは、作業の流れに最も効率的な方法ではなく、ラインシャフトへのアクセスを中心に設計されました。
  • 線路シャフトと製材所は多くのスペースを占有し、ボールドウィン機関車工場は電気駆動より 40% 多いと見積もった。
  • シャフトとベルトは照明、天井クレーン、換気ダクトの邪魔になっていました。
  • 膨張や収縮、沈下、振動の影響を受ける長いシャフトの場合、システムの調整は重要かつ問題がありました。
  • ベルトはほこりを払い落とし、空気中にほこりを継続的に循環させます。
  • 頭上のシャフトから油が滴り落ちた。

電力に切り替えた企業は、従業員の病欠時間が大幅に減少し、同じ設備を使用しながら生産性が大幅に向上しました。1909年の著作で、ジェームズ・ホバートは「どんな種類の店や工場に足を踏み入れても、一見すると建物の隅々までベルトコンベアが占拠し、他にほとんど、あるいは全く余裕がないように見える」と述べています。[ 6 ]

ラインシャフトの歴史的な代替品

ラインシャフトの距離と摩擦の制約を克服するため、 19世紀後半にワイヤーロープシステムが開発されました。ワイヤーロープはラインシャフトよりも高速で動作し、数マイルまたは数キロメートルの距離に機械力を伝達する実用的な手段でした。ワイヤーロープは、間隔が広く直径の大きいホイールを使用し、ラインシャフトよりも摩擦損失がはるかに少なく、初期コストは10分の1でした。

個々の蒸気機関では実現不可能な小規模電力を供給するために、中央ステーション油圧システムが開発されました。油圧は、イギリスの港湾やヨーロッパ各地のクレーンなどの機械の稼働に利用されました。最大の油圧システムはロンドンにありました。また、ベッセマー製鉄所では、油圧が広く利用されました。

19世紀後半には空気圧を供給する中央発電所もいくつか存在した。[ 1 ]

初期の例

初期の例としては、 1776年に建設されたベルパーのジェデダイア・ストラットの水力綿糸工場、ノース・ミルがあり、機械を動かす電力はすべて18フィート（5.5メートル）の水車から供給されていました。[ 7 ]

オリジナルシステム

イギリス

ジェデダイア・ストラット、1819年のベルパーのノース・ミル。18フィート（5.5メートル）の水車から各階の長さに沿って走る水平の駆動シャフトにつながる垂直シャフトを示しています。

アメリカ合衆国

再構築またはデモンストレーションシステム

アメリカ合衆国

マサチューセッツ州ローウェルのブートミルズにあるラインシャフトと動力織機
  • マサチューセッツ州ピッツフィールド、ハンコック・シェーカー・ビレッジ。水力タービンで稼働する木工機械工場。
  • スミソニアン協会、芸術産業ビル、ワシントンD.C. —工作機械
  • ホワイトリバーバレーアンティーク協会（インディアナ州エノーラ）—機械と木工工具
  • デントンファームパーク、ノースカロライナ州デントン —工作機械
  • シンシナティ歴史博物館（オハイオ州シンシナティ）—工作機械
  • デラウェア州ウィルミントンにあるハグレー博物館・図書館（元デュポン製粉所）—工作機械
  • ヘンリー・フォード博物館とグリーンフィールド・ビレッジ、ミシガン州ディアボーン —工作機械
  • モリー・キャスリーン鉱山（コロラド州クリップルクリーク）  —製材所
  • コロラド州コロラドスプリングスの西部鉱業博物館 —スタンプミル、鍛冶屋、コンプレッサー
  • ブートミルズ（マサチューセッツ州ローウェル）—動力綿織機
  • ミズーリ州ブランソンのシルバー・ダラー・シティ —木工工具とベーカリー機械
  • タッカホー蒸気ガス協会（メリーランド州イーストン）—稼働中の機械工場博物館
  • バージニア歴史協会、バージニア州リッチモンド — ??
  • ボルチモア産業博物館（メリーランド州ボルチモア）—工作機械
  • デントンファームパーク、ノースカロライナ州デントン —工作機械
  • マスキーゴン・ヘリテージ・ミュージアム（ミシガン州マスキーゴン）—コーリス・エンジンと工作機械
  • ペンシルベニア州キンザーズのラフ・アンド・タンブル・エンジニアズ - 工作機械

参照

参考文献

注記
  1. ^ a b c d eハンター、ルイス・C.、ブライアント、リンウッド（1991年）。『アメリカ合衆国の産業力史 1730-1930 第3巻：動力伝達』、マサチューセッツ州ケンブリッジ、ロンドン：MITプレス。ISBN 0-262-08198-9。
  2. ^トムソン、ロス (2009). 『機械化時代における変化の構造：アメリカ合衆国における技術発明 1790-1865』 メリーランド州ボルチモア：ジョンズ・ホプキンス大学出版局. p  . 32. ISBN 978-0-8018-9141-0。
  3. ^ヒルズ 1989、208～210ページ
  4. ^ナイ、デイビッド・E.（1990年）『電化するアメリカ：新技術の社会的意味』マサチューセッツ州ケンブリッジおよびイギリス・ロンドン：MIT出版。pp. 14, 15。
  5. ^ Jensen, Timothy O.; Trueb, Thomas O. (1996). 「抄紙機ラインシャフトタービンの緊急交換」 2015年7月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。（記事にはラインシャフトとタービンの写真が掲載されています。）
  6. ^ホバート、ジェームズ・フランシス (1909).ミルライトニング. ニューヨーク: ヒル出版社.
  7. ^ファルコナー＆メヌージ 2001、23ページ
参考文献
ウィキメディア・コモンズには、ラインシャフトに関連するメディアがあります。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ラインシャフト&oldid =1326499253」より取得