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L’affascinante Tower Bridge di Londra funziona ancora perfettamente, aprendo e abbassando il ponte quasi 800 volte all’anno. Nessun pedone utilizza questi camminamenti sospesi. Lasciami rimuoverli. Oh no! Per capire cosa sta succedendo qui dobbiamo prima scoprire le tecnologie segrete nascoste all’interno delle sale macchine.
Vediamo il design più semplice di un ponte che può aprirsi: un motore elettrico che ruota direttamente le bascule del ponte. Tuttavia, a causa del grande squilibrio del peso del ponte, il motore elettrico fatica ad alzare e abbassare la bascula.
Per risolvere il problema dello squilibrio di peso, gli ingegneri dietro al progetto hanno fissato un pesante contrappeso all’altro lato del ponte. Oh no, ora il ponte è bloccato! Gli ingegneri hanno dovuto modificare il blocco di fondazione per consentire il movimento del contrappeso. Hanno costruito enormi camere nel blocco di fondazione. Di conseguenza, il ponte poteva essere sollevato e abbassato con facilità. La sezione mobile del ponte è conosciuta come "bascule". Le bascule sono incernierate su questi enormi alberi e fissate al terreno tramite questi cuscinetti. Esploreremo questi cuscinetti speciali in dettaglio più avanti.
Infatti, nessun motore elettrico al mondo sarebbe in grado di generare la coppia necessaria a sollevare il ponte. Avrebbero difficoltà a sollevare le enormi bascule, ognuna delle quali pesa oltre 1200 tonnellate. Conosci già la soluzione! Basta inserire una trasmissione tra il motore e il ponte. Gli ingegneri hanno trovato una soluzione ancora più diretta: convertire la potenza rotazionale del motore in energia idraulica utilizzando una pompa assiale a pistoni. Questo fluido in pressione può essere facilmente trasmesso e, cosa più importante, il valore della forza può essere facilmente amplificato. Questo esperimento idraulico che conosciamo tutti dimostra come 1 Newton di forza in ingresso possa essere amplificato fino a 10 N all’altro estremo.
Ora entra in scena il vero protagonista di questo progetto: il motore idraulico. Proprio come i motori elettrici funzionano con l’elettricità, i motori idraulici funzionano grazie al liquido ad alta pressione. Questi pistoni a molla sono contenuti all’interno di questo blocco centrale. Nota bene: a differenza dei pistoni normali, questi pistoni sono liberi di inclinarsi leggermente. Il liquido in alta pressione in entrata spinge questi pistoni verso l’esterno comprimendo la molla, diventando a bassa pressione. Guarda di nuovo l’animazione. Il blocco centrale ruota leggermente a causa del movimento dei pistoni. Quando il movimento dei pistoni si ripete, il blocco centrale compie un giro completo. All’uscita del motore, il liquido a bassa pressione viene raccolto. Questo motore idraulico è specificamente noto come "motore idraulico a pistoni radiali". Una delle sue caratteristiche è che ruota molto lentamente, tra 100 e 200 rpm. Il motore elettrico ha un regime di 2000 rpm. Quando la velocità è ridotta a circa 1/20 nel lato del motore idraulico, secondo la legge di conservazione dell’energia, la coppia è aumentata di 20 volte. È una enorme moltiplicazione di coppia.
Tuttavia, l'amplificazione della coppia non si ferma qui. Dal motore idraulico, gli ingegneri hanno esteso un albero di trasmissione. L’ingranaggio pignone, che ha un diametro di un metro, è il prossimo componente cruciale del meccanismo. Gli ingegneri hanno fissato il pignone all’estremità dell’albero di trasmissione. Il pignone aziona ora un ingranaggio gigantesco – una cremagliera. La cremagliera è collegata direttamente alla bascula. Questo ulteriore stadio riduce ancora di più la velocità e incrementa la coppia disponibile. La coppia, ora fortemente amplificata, è sufficiente per ruotare la bascula.
Parliamo infine di questi cuscinetti giganti e unici, noti come "cuscinetti a trunnion". Sono utilizzati per supportare l’albero principale delle bascule. Il Tower Bridge di Londra utilizza ancora gli stessi cuscinetti installati 130 anni fa. Com’è possibile che abbiano resistito così a lungo, considerando che i cuscinetti di attrezzature per carichi pesanti di solito si danneggiano facilmente?
Per comprendere il genio degli ingegneri del XIX secolo, osserviamo un modello ingegneristico dettagliato del meccanismo della bascula. (SPONSOR) Quando il pignone ruota in senso antiorario, la bascula discende elegantemente, trasferendo tutto il suo peso sul cuscinetto a trunnion.
Tuttavia, la storia non finisce qui. Quando la bascula raggiunge la sua posizione finale e tocca delicatamente il blocco di appoggio, sorge una domanda cruciale: cosa succede se il pignone continua a ruotare?
Metti in pausa il video e prova a prevedere l’esito da solo. Continuare la rotazione non forzerebbe ulteriormente la discesa della bascula, poiché il blocco di appoggio funge da barriera. L’unica opzione rimasta per la bascula è sollevarsi leggermente, facendo del blocco di appoggio il nuovo punto di rotazione.
Torniamo indietro e osserviamo di nuovo lo studio del movimento. Nota la formazione di un chiaro spazio tra l’albero del cuscinetto e il cuscinetto stesso. Ciò significa anche che il carico sul cuscinetto viene completamente eliminato. Questo è il motivo per cui i cuscinetti originali a trunnion funzionano ancora perfettamente senza alcun problema.
Vediamo il design più semplice di un ponte che può aprirsi: un motore elettrico che ruota direttamente le bascule del ponte. Tuttavia, a causa del grande squilibrio del peso del ponte, il motore elettrico fatica ad alzare e abbassare la bascula.
Per risolvere il problema dello squilibrio di peso, gli ingegneri dietro al progetto hanno fissato un pesante contrappeso all’altro lato del ponte. Oh no, ora il ponte è bloccato! Gli ingegneri hanno dovuto modificare il blocco di fondazione per consentire il movimento del contrappeso. Hanno costruito enormi camere nel blocco di fondazione. Di conseguenza, il ponte poteva essere sollevato e abbassato con facilità. La sezione mobile del ponte è conosciuta come "bascule". Le bascule sono incernierate su questi enormi alberi e fissate al terreno tramite questi cuscinetti. Esploreremo questi cuscinetti speciali in dettaglio più avanti.
Infatti, nessun motore elettrico al mondo sarebbe in grado di generare la coppia necessaria a sollevare il ponte. Avrebbero difficoltà a sollevare le enormi bascule, ognuna delle quali pesa oltre 1200 tonnellate. Conosci già la soluzione! Basta inserire una trasmissione tra il motore e il ponte. Gli ingegneri hanno trovato una soluzione ancora più diretta: convertire la potenza rotazionale del motore in energia idraulica utilizzando una pompa assiale a pistoni. Questo fluido in pressione può essere facilmente trasmesso e, cosa più importante, il valore della forza può essere facilmente amplificato. Questo esperimento idraulico che conosciamo tutti dimostra come 1 Newton di forza in ingresso possa essere amplificato fino a 10 N all’altro estremo.
Ora entra in scena il vero protagonista di questo progetto: il motore idraulico. Proprio come i motori elettrici funzionano con l’elettricità, i motori idraulici funzionano grazie al liquido ad alta pressione. Questi pistoni a molla sono contenuti all’interno di questo blocco centrale. Nota bene: a differenza dei pistoni normali, questi pistoni sono liberi di inclinarsi leggermente. Il liquido in alta pressione in entrata spinge questi pistoni verso l’esterno comprimendo la molla, diventando a bassa pressione. Guarda di nuovo l’animazione. Il blocco centrale ruota leggermente a causa del movimento dei pistoni. Quando il movimento dei pistoni si ripete, il blocco centrale compie un giro completo. All’uscita del motore, il liquido a bassa pressione viene raccolto. Questo motore idraulico è specificamente noto come "motore idraulico a pistoni radiali". Una delle sue caratteristiche è che ruota molto lentamente, tra 100 e 200 rpm. Il motore elettrico ha un regime di 2000 rpm. Quando la velocità è ridotta a circa 1/20 nel lato del motore idraulico, secondo la legge di conservazione dell’energia, la coppia è aumentata di 20 volte. È una enorme moltiplicazione di coppia.
Tuttavia, l'amplificazione della coppia non si ferma qui. Dal motore idraulico, gli ingegneri hanno esteso un albero di trasmissione. L’ingranaggio pignone, che ha un diametro di un metro, è il prossimo componente cruciale del meccanismo. Gli ingegneri hanno fissato il pignone all’estremità dell’albero di trasmissione. Il pignone aziona ora un ingranaggio gigantesco – una cremagliera. La cremagliera è collegata direttamente alla bascula. Questo ulteriore stadio riduce ancora di più la velocità e incrementa la coppia disponibile. La coppia, ora fortemente amplificata, è sufficiente per ruotare la bascula.
Parliamo infine di questi cuscinetti giganti e unici, noti come "cuscinetti a trunnion". Sono utilizzati per supportare l’albero principale delle bascule. Il Tower Bridge di Londra utilizza ancora gli stessi cuscinetti installati 130 anni fa. Com’è possibile che abbiano resistito così a lungo, considerando che i cuscinetti di attrezzature per carichi pesanti di solito si danneggiano facilmente?
Per comprendere il genio degli ingegneri del XIX secolo, osserviamo un modello ingegneristico dettagliato del meccanismo della bascula. (SPONSOR) Quando il pignone ruota in senso antiorario, la bascula discende elegantemente, trasferendo tutto il suo peso sul cuscinetto a trunnion.
Tuttavia, la storia non finisce qui. Quando la bascula raggiunge la sua posizione finale e tocca delicatamente il blocco di appoggio, sorge una domanda cruciale: cosa succede se il pignone continua a ruotare?
Metti in pausa il video e prova a prevedere l’esito da solo. Continuare la rotazione non forzerebbe ulteriormente la discesa della bascula, poiché il blocco di appoggio funge da barriera. L’unica opzione rimasta per la bascula è sollevarsi leggermente, facendo del blocco di appoggio il nuovo punto di rotazione.
Torniamo indietro e osserviamo di nuovo lo studio del movimento. Nota la formazione di un chiaro spazio tra l’albero del cuscinetto e il cuscinetto stesso. Ciò significa anche che il carico sul cuscinetto viene completamente eliminato. Questo è il motivo per cui i cuscinetti originali a trunnion funzionano ancora perfettamente senza alcun problema.
I cuscinetti a trunnion sono rinomati per la loro capacità di sopportare carichi statici e dinamici enormi, rendendoli ideali per applicazioni come i ponti basculanti.
È quasi incredibile pensare che gli ingegneri di 100 anni fa abbiano ideato il sovraccarico del pignone per alleggerire il carico sul cuscinetto a trunnion. (FINE SPONSOR A SCHERMO)
In breve, nelle normali condizioni del ponte, le bascule non poggiano sui cuscinetti, ma sui dispositivi di blocco, sul blocco di appoggio e sulla punta dell’altra bascula. Il cuscinetto sopporta il carico della carreggiata solo durante le fasi di sollevamento e abbassamento. Questo design ingegneristico estremamente intelligente è il motivo per cui i cuscinetti originali installati oltre un secolo fa sono ancora in uso.
Abbiamo stampato in 3D tutti i file e costruito una miniatura del Tower Bridge di Londra. Lasciami abbassare la bascula. La bascula tocca delicatamente il blocco di appoggio. In questa situazione, se continuo a ruotare il pignone, accade la magia. L’albero si solleva dal cuscinetto.
Una volta che entrambe le bascule sono allineate orizzontalmente, si attivano i bulloni di bloccaggio. Sono attivati idraulicamente e si collegano con l’altra bascula. Dopo di ciò, il lato posteriore della bascula viene bloccato con l’aiuto di alcuni nottolini. Anche i nottolini sono azionati idraulicamente. La circolazione dei veicoli può ora riprendere.
Se abbassiamo la telecamera, potrai vedere una camera segreta. Questa è la camera della bascula. Sono enormi! Quando il ponte si apre, il contrappeso scende in questa zona. Questa è la sala macchine del Tower Bridge. La sala macchine usata nella nostra spiegazione sembrava semplice perché abbiamo evitato di mostrare le valvole di controllo tra la pompa idraulica e il motore e tutti gli altri dispositivi di controllo per semplicità.
Il Tower Bridge è in realtà una combinazione di ponte sospeso e ponte basculante. Su entrambe le estremità del ponte si può osservare un bellissimo ponte sospeso. Dei 240 metri totali di lunghezza, 164 metri sono sostenuti dai ponti sospesi. Queste robuste catene portanti sostengono la parte sospesa del ponte tramite aste di sospensione.
Gli ingegneri dietro questo ponte hanno fatto un’altra scelta progettuale intelligente. Non volevano che il flusso dei pedoni si interrompesse mentre il ponte era in funzione. Ecco perché hanno costruito questi camminamenti sospesi. Permettono ai pedoni di salire sulla torre tramite queste scale e attraversare facilmente il ponte mentre le bascule si aprono e chiudono. In realtà, il ponte poteva aprirsi e chiudersi in meno di 5 minuti, quindi la maggior parte dei pedoni preferiva aspettare 5 minuti piuttosto che salire sulle torri. Ho avuto l’opportunità di intervistare il Professor Geoffrey Hartwell, coinvolto negli aspetti ingegneristici del Tower Bridge dal 1974.
Professor Hartwell, potrebbe spiegare ai nostri spettatori perché i camminamenti sospesi del Tower Bridge sono importanti?
Il camminamento in realtà contribuisce alla struttura. Quindi, quando il ponte è abbassato è un ponte a sbalzo convenzionale, ma quando è sollevato diventa una struttura sospesa. Le torri sono sostenute dalla tensione nel camminamento. Ok, e poi è ancorato su entrambi i lati.
Quello che ha condiviso il Professor Hartwell è affascinante. I camminamenti sospesi non sono lì solo per comodità dei pedoni. Svolgono anche un ruolo fondamentale nel bilanciare le forze che agiscono sulle torri. Per bilanciare la componente orizzontale della tensione del cavo principale, la struttura del camminamento deve sviluppare uno sforzo di trazione. Senza il camminamento, questa parte della torre si sarebbe piegata e sarebbe stata sottoposta a tensione, causando crepe nel giro di pochi anni di funzionamento.
Per capire i dettagli del funzionamento del Tower Bridge, entriamo nella sala di controllo. La prima operazione per l’apertura del ponte è avviare la pompa idraulica e pressurizzare il liquido. L’operatore effettua un annuncio pubblico. Ora accende il semaforo rosso. Quando preme contemporaneamente il quinto e il sesto pulsante, i cancelli si chiudono automaticamente. Successivamente, preme il pulsante dei bulloni della punta e sai cosa succede. Questo joystick controlla l’apertura del ponte. Una volta che la nave ha completamente attraversato, l’operatore richiude il ponte. I pendolari possono percepire questa struttura come qualsiasi altra strada. Basta guardare i dettagli dell’asfalto e dell’acciaio strutturale per apprezzare le complessità dell’ingegneria realizzata oltre 100 anni fa. Grazie!
È quasi incredibile pensare che gli ingegneri di 100 anni fa abbiano ideato il sovraccarico del pignone per alleggerire il carico sul cuscinetto a trunnion. (FINE SPONSOR A SCHERMO)
In breve, nelle normali condizioni del ponte, le bascule non poggiano sui cuscinetti, ma sui dispositivi di blocco, sul blocco di appoggio e sulla punta dell’altra bascula. Il cuscinetto sopporta il carico della carreggiata solo durante le fasi di sollevamento e abbassamento. Questo design ingegneristico estremamente intelligente è il motivo per cui i cuscinetti originali installati oltre un secolo fa sono ancora in uso.
Abbiamo stampato in 3D tutti i file e costruito una miniatura del Tower Bridge di Londra. Lasciami abbassare la bascula. La bascula tocca delicatamente il blocco di appoggio. In questa situazione, se continuo a ruotare il pignone, accade la magia. L’albero si solleva dal cuscinetto.
Una volta che entrambe le bascule sono allineate orizzontalmente, si attivano i bulloni di bloccaggio. Sono attivati idraulicamente e si collegano con l’altra bascula. Dopo di ciò, il lato posteriore della bascula viene bloccato con l’aiuto di alcuni nottolini. Anche i nottolini sono azionati idraulicamente. La circolazione dei veicoli può ora riprendere.
Se abbassiamo la telecamera, potrai vedere una camera segreta. Questa è la camera della bascula. Sono enormi! Quando il ponte si apre, il contrappeso scende in questa zona. Questa è la sala macchine del Tower Bridge. La sala macchine usata nella nostra spiegazione sembrava semplice perché abbiamo evitato di mostrare le valvole di controllo tra la pompa idraulica e il motore e tutti gli altri dispositivi di controllo per semplicità.
Il Tower Bridge è in realtà una combinazione di ponte sospeso e ponte basculante. Su entrambe le estremità del ponte si può osservare un bellissimo ponte sospeso. Dei 240 metri totali di lunghezza, 164 metri sono sostenuti dai ponti sospesi. Queste robuste catene portanti sostengono la parte sospesa del ponte tramite aste di sospensione.
Gli ingegneri dietro questo ponte hanno fatto un’altra scelta progettuale intelligente. Non volevano che il flusso dei pedoni si interrompesse mentre il ponte era in funzione. Ecco perché hanno costruito questi camminamenti sospesi. Permettono ai pedoni di salire sulla torre tramite queste scale e attraversare facilmente il ponte mentre le bascule si aprono e chiudono. In realtà, il ponte poteva aprirsi e chiudersi in meno di 5 minuti, quindi la maggior parte dei pedoni preferiva aspettare 5 minuti piuttosto che salire sulle torri. Ho avuto l’opportunità di intervistare il Professor Geoffrey Hartwell, coinvolto negli aspetti ingegneristici del Tower Bridge dal 1974.
Professor Hartwell, potrebbe spiegare ai nostri spettatori perché i camminamenti sospesi del Tower Bridge sono importanti?
Il camminamento in realtà contribuisce alla struttura. Quindi, quando il ponte è abbassato è un ponte a sbalzo convenzionale, ma quando è sollevato diventa una struttura sospesa. Le torri sono sostenute dalla tensione nel camminamento. Ok, e poi è ancorato su entrambi i lati.
Quello che ha condiviso il Professor Hartwell è affascinante. I camminamenti sospesi non sono lì solo per comodità dei pedoni. Svolgono anche un ruolo fondamentale nel bilanciare le forze che agiscono sulle torri. Per bilanciare la componente orizzontale della tensione del cavo principale, la struttura del camminamento deve sviluppare uno sforzo di trazione. Senza il camminamento, questa parte della torre si sarebbe piegata e sarebbe stata sottoposta a tensione, causando crepe nel giro di pochi anni di funzionamento.
Per capire i dettagli del funzionamento del Tower Bridge, entriamo nella sala di controllo. La prima operazione per l’apertura del ponte è avviare la pompa idraulica e pressurizzare il liquido. L’operatore effettua un annuncio pubblico. Ora accende il semaforo rosso. Quando preme contemporaneamente il quinto e il sesto pulsante, i cancelli si chiudono automaticamente. Successivamente, preme il pulsante dei bulloni della punta e sai cosa succede. Questo joystick controlla l’apertura del ponte. Una volta che la nave ha completamente attraversato, l’operatore richiude il ponte. I pendolari possono percepire questa struttura come qualsiasi altra strada. Basta guardare i dettagli dell’asfalto e dell’acciaio strutturale per apprezzare le complessità dell’ingegneria realizzata oltre 100 anni fa. Grazie!