Система полиспастов с 2 блоками

Полиспаст – система из двух или более блоков, которые обвиты цепью (канатом) и служащие для подъема различных грузов.

Впервые они были использованы еще на заре появления механизмов для поднятия такелажа, тяжелых строительных блоков при строительстве зданий.

В основе полиспастов лежит желание с минимальными усилиями переместить либо поднять какой-либо груз (одновременно происходит проигрыш в итоговом расстоянии, на которое необходимо поднять его, что соответствует законам физики).

Сфера использования подобных систем

На сегодня его используют в качестве составного элемента механизма стрелы башенного либо иного крана, устройств и приспособлений для выполнения такелажных работ. Также они могут использоваться отдельно для аккуратного перемещения и безопасного подъема различых грузов на небольших судах и других объектов. Среди других сфер применения отметим:

• натяжение высоковольтных линий электроснабжения, линий связи, несущих тросов различных конструкций;
• поддержание постоянного давления на опоры при спуске и подъеме массивных объектов;
• перемещение массивных предметов, включая вытаскивание застрявших или вылетевших с дороги автомобилей;
• активный отдых (альпинизм, экстремальный туризм).

Конструктивные особенности современных полиспастов

Основной сферой применения подобных систем остаются стреловые механизмы башенных, мостовых, автомобильных кранов. С помощью полиспастов можно значительно увеличить силу либо наоборот скорость. Первое используют в кранах, а второе в подъемниках. Конструктивно они включают следующие элементы:

• блоки подвижные и неподвижные;
• барабаны обводные;
• блоки обводные.

Традиционной компоновкой полиспастов остается вертикальной, а место расположение барабана определяется наличием обводных блоков. Если последние отсутствуют, то барабан находится вверху и наоборот. Одновременно количество блоков (для силового типа) определяет степень роста суммарного усилия, а количество подобных элементов с неподвижно закрепленной осью на 1 меньше, чем с подвижной.

Специфика роста кратности в полиспастах различного типа

Увеличение кратности в силовых системах позволяет снизить нагрузку на каждый отдельных канат, что позволяет добиться сразу нескольких эффектов:

• возможность использования канатов меньшего диаметра;
• возможность уменьшения диаметра блоков и барабана;
• возможность снижения массы и передаточного отношения приводного редуктора.

Одновременно в этом случае понадобится большая канатоемкость барабана, так как выигрыш в силе автоматически ведет к «проигрышу» по расстоянию.

У скоростных полиспастов рабочую силу, которая развивается пневматическим либо гидравлическим цилиндром, прикладывают непосредственно к подвижной обойме, а груз одновременно подвешивают к свободного краю подъемной цепи, каната либо веревки. Здесь выигрыш в скорости будет чем больше, тем выше подъем груза.

Особенности силовых полиспастов

Ключевой характеристикой подобных систем остается максимальна нагрузка, которая может быть развита. В общем случае, она зависит от следующих факторов:

• грузоподъемность крана, где полиспасты устанавливаются;
• кратность устройства (общее число ветвей каната, удерживающих груз);
• КПД блока, который определяют потери на преодоление силы трения, а также зависящие от жесткости цепи либо каната.

На механизме по подъему и передвижению груза может быть одновременно установлено несколько полиспастов, то позволяет равномерно распределить нагрузку и уменьшить толщину веревки либо каната.

Одновременно одинарные полиспасты наиболее просты технически (у них один конец закреплен, а второй находится на барабане). Одновременно у последних очень ограничен угол отклонения из-за риска схода подъемного каната с блока.

Вместе с этим наличие дополнительного блока усложняет и удорожает всю систему, но дает сразу несколько преимуществ:

• возможность повышения скорости вращения блоков;
• снижение износа каната;
• более симметричное расположение нагрузки.

Наиболее широко используют на практике следующие схемы полиспастов:

• сдвоенные трехкратные с наличием в схеме расположения двух обводных и трех рабочих блоков;
• сдвоенные трехкратные, имеющие уравнительную траверсу, которая позволит использовать грузоподъемную технику в тяжелых условиях.

Особенности выбора полиспаста

В идеальном случае, для каждого грузоподъемного механизма подобная система должна проектироваться индивидуально. При этом учитывают следующие факторы:

• общая грузоподъемность механизма;
• число обводных блоков, влияющих на итоговые потери на постоянное трение (зависят от типа опорных подшипников, способе смазки);
• диаметры отдельных элементов полиспаста;
• углы допустимого возможного отклонения от плоскости обводных барабанов;
• материал изготовления грузоподъемного каната;
• характер и вид опор, способы смазки для снижения трения осей;
• скорость движения подвижных блоков.

На практике обычно используют типовые решения, что позволяет сэкономить время на производстве, проектировании подобных систем, их сертификации. Дополнительно они обходятся значительно дешевле для конечного покупателя.

Запасовка полиспастов

На практике может появиться необходимость изменить расстояние между основными грузовыми блоками и расположение последней. Подобная процедура называется запасовкой и она позволяет изменить скорость либо высоту подъема груза. В грузовых кранах с ее помощью можно подкорректировать нарушенную прямолинейность подъема, что повышает общую безопасность работ и предсказуемость поведения.

Всего существует четыре вида запасовки:

• Однократная, которую используют на стреловых подъемных механизмах, оснащенных гуском. В этом случае крюк подвешивают на одной нити каната и проводят через все блоки с последующим наматыванием на жестко закрепленный барабан.
• Двухкратная, которую используют на различных кранах, имеющих балочную и подъемную стрелу. В 1-м случае конец каната крепят на корне, а 2-й прогоняют через обводные барабаны, крюковые и стреловые блоки, вершину башни с подводом к лебедке. Во 2-м случае неподвижно жестко закрепленные блоки размещают прямо на головке стрелы, а канат крепят сразу в грузовую лебедку.
• Четырехкратная, которую применяют обычно на кранах и механизмах с высокой грузоподъемность. В ее основе лежит однократная или двухкратная запасовка, но ее реализуют отдельно по каждому из имеющихся блоков.
• Переменная, в основе которой лежит желание изменить рабочую грузоподъемность механизма. Для этого в подвижные блоки монтируют подвижные обоймы, которые удерживает сам канат либо цепь. Изменение же кратности проведенной по итогу запасовки идет за счет опускания подвески на специальную опору, которое происходит при сматывании каната.

Приобрести полиспасты, а также блоки для них можно оставив заявку по бесплатному телефону 8 (800) 550-93-95 либо электронной почте  [email protected]. 

Полиспасты: от расчетов до запасовки

Полиспаст – переносная блочная система, предназначенная для подъема и перемещения грузов разной степени тяжести.

Это устройство применяется в строительной сфере, логистике, альпинизме и во время спасательных работ.

Чтобы изготовить полиспаст своими руками, нужно знать конструктивные особенности этого приспособления, способы крепления канатов к грузоподъемнику и технологию проведения запасовки.

Общие сведения о полиспастах

Полиспаст состоит из 2-х и более шкивов (блоков), связанных при помощи веревочных канатов или цепей:

1. Неподвижный шкив. Этот блок крепится к крепким статичным элементам или спецтехнике. Он включает в себя несколько роликов. По каждому из них проводятся веревки, металлические канаты или железные цепи. Неподвижный шкив распределяет давление между элементами конструкции. Величина давления на каждый канат определяется числом роликов.
2. Подвижный шкив. Этот блок прикрепляется к грузу и используется для поддержания работоспособности грузоподъемного механизма. Он оборудован крюком, карабином и магнитом. Подвижный шкив, прикрепляясь к грузу, способен выиграть в усилиях.

Простые полиспасты могут состоять из 1 шкива и веревки. В них ролик располагается над грузом: на потолке, балке или опоре. Первый конец веревки связан с крюком и спускается к поднимаемому грузу. Человек тянет второй конец веревки, поднимая тяжелый объект. Сложные устройства для подъема груза включают в себя несколько простых блоков и дают больший выигрыш в силе.

Принцип действия полиспастов основан на правиле рычага. Через неподвижный шкив перекидывается веревка. Груз поднимается на высоту посредством прикладывания усилий, соразмерных с весом поднимаемого объекта.

Длина каната или цепи должна быть сопоставима с высотой, на которую поднимается груз. Для снижения количества затрачиваемых усилий необходимо, чтобы подвижный блок осуществлял движение параллельно грузу.

Существуют следующие разновидности полиспастов:

1. По предназначению: силовые и скоростные. Силовые механизмы предназначены для транспортировки тяжелых объектов. Они обеспечивают выигрыш в силе за счет потерь в расстоянии и скорости. Скоростные полиспасты позволяют ускорить процесс транспортировки легких грузов за счет уменьшения прикладываемых усилий.
2. По сложности схемы. В простых схемах подъема груза при помощи блоков все ролики соединены последовательно при помощи 1 цепи или каната. Сложные системы отличаются высокой производительностью. Выигрыш в силе обеспечивается при меньшем количестве блоков.

Полиспасты используются для следующих операций:

1. Для натяжения кабелей, силовых линий и подвесных конструкций.
2. Совместно с лебедкой для вытаскивания автомобиля или иного вида транспорта, застрявшего в грязи или грунте.
3. Для проведения такелажных работ при транспортировке тяжелых конструкций.

Полиспастами оснащаются различные виды кранов, гидравлические и электрические приводы. Они также применялись в старых прототипах лифтов.

Расчет полиспаста

Перед изготовлением полиспаста требуется рассчитать основные технические характеристики грузоподъемной конструкции. Расчеты требуется для составления чертежей и производятся согласно параметрам рабочего помещениями и весом груза.

Для определения нагрузок, влияющих на блочную систему в ходе эксплуатации, нужно рассчитать параметры, действующие на отдельные блоки:

1. Силу воздействия поднимаемого груза (SC).
2. Тяговую силу двигателя (SM).
3. Угол отклонения (α). При расчете параметров полиспаста этой характеристикой можно пренебречь, потому что у современных устройств угол отклонения отсутствует.
4. Диаметр блока (D).
5. Диаметр втулки (d).

Уравнение, использующееся для нахождения моментов силы, имеет следующий вид: SM * R = SC*R + l*SC*R + N* g*d/2, где:

1. SM * R – момент силы, с которой груз оказывает влияние на блочную систему.
2. l – коэффициент, характеризующий жесткость ручного веревочного каната при огибании ролика. Он зависит от структуры витков троса и определяется экспериментальным методом.
3. Нагрузка на ось шкива. Она определяется по формуле: 2*SC*R.
4. g – коэффициент, характеризующий силу трения втулки шкивов.

Коэффициент полезного действия полиспаста определяется по следующей формуле: η = SC/SM. На этот параметр влияют качество изготовления блоков и сложность схемы. Существует следующие уровни КПД блочной системы:

1. 97% — используется в качестве среднего значения, если в элементах грузоподъемного устройства присутствуют подшипники качения и втулки из бронзы.
2. 95% — используются подшипники скольжения.
3. 93% и ниже – при работе грузоподъемного механизма в суровых природных условиях или в помещениях с высокой температурой.

При расчете также рекомендуется определить КПД остальных обводных роликов, в зависимости от конструктивных особенностей грузоподъемного механизма.

Способы крепления веревки к грузоподъемному механизму

Грузовая веревка позволяет автоматически фиксировать поднимаемый груз, что сказывается на проходе узлов. Ее нужно заправить так, чтобы исключалась возможность перетирания из-за частых контактов с остальными частями грузоподъемной конструкции. Выделяют 3 основных метода крепления веревки к полиспасту:

1. С помощью схватывающих узлов, изготавливающихся из репшнуров диаметром до 8 мм. Они обладают высокой прочностью и начинают сползать с веревки только при нагрузке 10 – 13 кН. Схватывающие узлы не подвергает канат деформации. При длительной эксплуатации они оплавляют оплетку и прилипают к веревке, становясь предохранителями.
2. С помощью зажима общего направления. Его рекомендуется применять на влажных и обледенелых веревках. Зажим начинает сползать без возникновения деформаций при нагрузке 6-7 кН.
3. При помощи личного зажима. Он сползает при нагрузках от 4 кН, разрывая оплетку.

Для фиксации канатов кранов требуется закрепить 1 конец веревки запреткой или тросовым зажимом. На лебедках трос фиксируется на специальных креплениях при помощи клина и прижимной планки.

Простейший подъемный механизм своими руками

В домашних мастерских можно изготовить простой полиспаст из подручных материалов. Он способен поднимать легкие грузы и может использоваться только для разовых работ. Чтобы сделать полиспаст своими руками, нужно приобрести следующие комплектующие:

1. Шпильки с резьбой, изготовленные из металлических материалов.
2. 2 ролика.
3. Подшипники.
4. Веревка или трос.
5. Крюк.

На стальную шпильку устанавливают подшипник, накручивают гайку и стопорят. К шпильке присоединяется крюк для снижения усилий, требующихся для прокручивания самодельного вала. Первый конец веревки располагается на статичной платформе.

Для поднятия груза требуется потянуть второй конец троса вверх. Для удобства работы рекомендуется сделать дополнительный блок и пропустить через него веревку.

Это позволит соединить канат с лебедкой и фиксировать транспортируемый объект в промежуточном положении.

Запасовка полиспастов

Запасовка – процедуру изменения местоположения шкивов и дистанции между ними. Целью этой операции является регулирование скорости и высоты подъема грузов в соответствии с определенной схемой прохождения троса по блокам грузоподъемного механизма. Существуют следующие разновидности запасовки:

1. Однократная. На крюке закрепляется 1 веревка, которая проводится через все неподвижные блоки и наматывается на барабан.
2. Двукратная. Первый конец каната крепят на головке поворотного элемента крана, второй – на лебедке. Этот способ запасовки может применяться на кранах стрелового типа.
3. Четырехкратная. 2 рабочих ветви троса проводятся через шкивы рабочей стрелы. Соседние полиспасты скрепляются между собой при помощи статичного блока, устанавливаемого на стойке платформы. Этот метод запасовки используется для устройств с большой грузоподъемностью.

Существует также переменная запасовка. Она бывает как двукратной, так и четырехкратной. Подвижные ролики устанавливаются на нескольких подвижным обоймах, удерживаемых при помощи каната. Кратность запасовки изменяется посредством опускания подвески крюка на опору при сматывании веревки.

Полиспасты для работы на высоте. Часть 1

Полиспасты для работы на высоте. Часть 1. In Промальп on 03.12.2017

В основу статьи легла работа «Полиспасты для спасательных работ» Федора Фарберова. Основной акцент в этой статье – подъём и перемещение грузов, массой до 100 кг. Свыше этой массы необходимо пользоваться другой специальной техникой и другим оборудованием и системами. В статье задействованы технические материалы фирмы PETZL.
Материал не является исчерпывающим и не претендует на роль истины в единой инстанции. Это всего лишь практические рекомендации по использованию систем полиспастов при выполнении различных работ на высоте.

ТЕРМИНОЛОГИЯ

Что такое полиспаст

Это система, состоящая из нескольких подвижных и неподвижных блоков соединённых веревкой или тросом, позволяющая проигрывая в расстоянии, получить значительный выигрыш в прикладываемом усилии, в несколько раз меньшим, чем вес груза. Предназначен для поднятия, опускания, перемещения груза, а также для организации анкерных линий.

Полиспаст – от греческого “поли”, что означает “много”, а “спао” – “тяну”)
Теоретически выигрыш – теоретическая величина возможного усилия, развиваемая полиспастом без учёта потери от трения о различные части системы. Берётся за основу для простоты расчёта величины полиспаста.

Фактический выигрыш – величина усилия, развиваемая системой полиспаста при вычете всех препятствующих сил, влияющих на её эффективность.

Виды полиспастов

Комплексный (обратный) полиспаст – система последовательно расположенных блоков либо их комбинация (простой и сложный). Характеризуется обязательным наличием блока, двигающегося к грузу.
Простой полиспаст – система с последовательным расположением подвижных и неподвижных блоков.
Сложный полиспаст – это система, в которой один простой полиспаст, тянет за другой простой полиспаст.

Конструктивные особенности полиспастов

Анкер – место прикрепления начала полиспаста и неподвижных блоков.
Подвижный блок – блок, расположенный на грузе либо встроен в систему полиспаста, но всегда двигается навстречу или от груза. Всегда даёт двукратный выигрыш в силе.
Неподвижный блок – блок, закреплённый неподвижно в анкерной точке, необходим для изменения направления прилагаемого усилия.

Не даёт выигрыша в усилие.
Рабочая длина полиспаста – расстояние от анкера до ближайшего к грузу элемента (схватывающего узла, зажима , блока ). Чем длиннее эта величина, тем большее расстояние может пройти груз за один рабочий ход полиспаста.
Рабочий ход полиспаста – расстояние которое проходят все элементы системы до любого соприкосновения с другими элементами.

Рабочий ход зависит от вида полиспаста, от его рабочий длинны и оттого, насколько плотно полиспаст «складывается» – то есть насколько близко первый к грузу элемент подтягивается к анкеру при полностью выбранной веревке.
Перестановка системы – необходимые манипуляции для возвращения полиспаста на его рабочую длину после того как он «сложился».

Это может быть перестановка схватывающих узлов (зажимов) и другие действия.

ВИДЫ ПОЛИСПАСТОВ В ДЕТАЛЯХ
Простые полиспасты
Основа полиспаста: если закрепить верёвку на анкерной точке и пропустить через блок на грузе, то для поднятия груза необходимо усилие в 2 раза меньше чем его масса. Ролик движется вместе с грузом вверх. Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через ролик 2 метра веревки. то схема самого простого полиспаста 2:1.

Если закрепить веревку на грузе, перекинуть её через блок, закрепленный на анкерной точке и потянуть вниз, то для поднятия груза необходимо приложить усилие равное массе груза, а для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через блок 1 метр веревки.
Во сколько раз выигрываем в усилии – во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Расчёт усилия в простом полиспасте
Для простоты расчёта теоретического выигрыша полиспаста, принято пользоваться «Т – методом» (от англ. Tension – натяжение).

Теоретический выигрыш в простом полиспасте равен количеству прядей, идущих от груза вверх.

Если подвижные блоки закреплены не на самом грузе, а на веревке, идущей от груза, то пряди считаются от точки закрепления блоков.

В простых полиспастах, каждый подвижный ролик (закрепленный на грузе), добавленный в систему дает двукратный теоретический выигрыш. Добавочное усилие складывается с предыдущим.

Виды простых полиспастов
Продолжая добавлять подвижные и неподвижные блоки, мы получим так называемые простые полиспасты разных усилий. В зависимости от того, где закреплен конец рабочей веревки (на анкере или на грузе) простые полиспасты подразделяются на четные и нечетные.

• • Если конец веревки закреплен на анкерной точке, то все последующие полиспасты будут чётные: 2:1, 4:1 и т.д.
  • Если конец грузовой веревки закреплен на грузе, то будут получаться нечётные полиспасты: 3:1, 5:1 и т.д.

Преимущества простых полиспастов	Недостатки простых полиспастов
Просты и понятны в сборке и в работе.	Для организации полиспастов с большими ТВ требуется много снаряжения
Рабочий ход близок к рабочей длине полиспаста.	Сложный переход от подъема к спуску.
При достаточном количестве людей, простые полиспасты 2:1 и 3:1 дают самую большую скорость подъема.	Сложно пропускать узлы через систему.
Можно организовать автоматическую систему фиксации веревки	Большое количество блоков и используемой верёвки при схемах больше 4:1, а следовательно, большие общие потери на трение.
Не требуется дополнительная веревка.
Удобно использовать при небольшой рабочей площадке

Нецелесообразно из-за трения, в простом полиспасте применять схемы больше чем 5:1.

Полиспасты сделанные из дополнительной веревки.
На практике чаще всего бывает ситуация когда к рабочей верёвке прикрепляется полиспаст, сделанный из отдельной верёвки. В первую очередь это связанно с экономией снаряжения. В такой схеме требуется фиксация обратного хода. Прикрепляется полиспаст к рабочей веревке схватывающим узлом или зажимом.

Преимущества простых полиспастов из отдельной верёвки	Недостатки простых полиспастов из отдельной верёвки
Быстрота организации за счет того, что полиспаст может быть собран заранее.	Невозможно организовать автоматическую фиксацию рабочей веревки.
Возможность использования рабочей веревки на всю длину.
Облегчается переход от подъема к спуску и наоборот.
Облегчается пропуск узлов через систему.

Сложные полиспасты
При создании сложного полиспаста могут быть соединены 2, 3 и более простых полиспастов. Для расчета теоретического выигрыша в усилии при использовании сложного полиспаста необходимо умножить значения простых полиспастов, из которых он состоит.

Расчёт усилия в сложных полиспастах
Расчет усилия каждого из простых полиспастов, входящих в состав сложного производиться по правилу простых полиспастов. Схема 6:1 складывается так 2:1 тянет за 3:1 получается 6:1. А 3:1 тянет за 3:1 и получается 9:1.

Преимущества сложных полиспастов	Недостатки сложных полиспастов
Позволяют создать полиспасты больших усилий.	Сложнее в организации.
Экономят снаряжение	Маленький рабочий ход полиспаста
Требуется много перестановок и «растяжения» полиспаста
Малая скорость подъёма

Практические советы по работе со сложными полиспастами:
Для того чтобы сложный полиспаст более полно складывался при каждом рабочем ходе, и требовалось меньше перестановок, необходимо разнести станции простых полиспастов, входящих в состав сложного.

Комплексные полиспасты
Во всех приведенных выше конструкциях полиспастов веревку необходимо тянуть в сторону анкерной точки. На практике всегда удобнее тянуть от анкерной точки, потому что можно воспользоваться противовесом.

Для того чтобы тянуть вниз встёгивают дополнительный неподвижный блок. Но он не даёт выигрыша в силе, и потери на трение в такой схеме, могут свести на нет все преимущества оттяги вниз. Отличительная особенность комплексных полиспастов – наличие в системе роликов движущихся навстречу грузу.

Комплексные полиспасты также бывают простыми и сложными.

Недостатки такие же как и у основных сложных полиспастов:

• • Полиспасты не складываются полностью,
  • Имеют малый рабочий ход и требуют много перестановок.

Расчёт усилия в комплексных полиспастах
Расчёт теоретического выигрыша в комплексных полиспастах отличается от основных. 3:1(простой)= 1Т+2Т
5:1(сложный)= 1Т+1Т+ЗТ (или как ещё принято считать 5:1= 2Т*ЗТ-1Т)

7:1(сложный)= 2Т*ЗТ+1Т

• Составные полиспасты
  В тех случаях, когда усилия собранного полиспаста недостаточно, а длины тянущей веревки не хватает для сборки более мощной схемы, может помочь дополнительный полиспаст 2:1, присоединенный к грузовой веревке схватывающим узлом или зажимом.
• Добавив схему 2:1 к любому полиспасту вы автоматически получите 2-х кратный теоретический выигрыш в усилии.
• Расчёт теоретического выигрыша у них производится по принципу сложных или комплексных, в зависимости от конструкции полиспаста.
• Продолжение следует…

Источник: http://www.iqsa.org/
Копытин Александр

Полиспаст: схема, назначение, виды

Полиспаст – это специальное приспособление для подъема грузов, состоящее из двух и более блоков, которые последовательно обвиваются канатом либо цепью.

Схема полиспаста может быть рассчитана на выигрыш в подъемной скорости или силе. Интернет-магазин «Ленсталь» представляет большой выбор блоков и готовых многоблочных систем различных параметров.

У нас можно купить полиспаст с доставкой по Санкт-Петербургу и области, а также в регионы России. 

Изначально полиспастная система возникла для обеспечения подъема и перемещения груза. Именно с появления устройства можно отсчитывать эпоху развития грузоподъемных механизмов. Позже приспособление получило широкое распространение в различных сферах – от парусного такелажа до устройства переправ альпинистами.

Устройство и виды полиспастов

В зависимости от конструкции устройства обеспечивают прирост силы или скорости при подъеме и погрузке тяжелых объектов. Существуют такие виды механизмов:

В первом груз крепится к подвижной обойме, а тяговое усилие прикладывается к тросу со стороны последнего блока, который последовательно огибается им.

Сила, которую необходимо прикладывать для подъема рассчитывается, как частное от деления веса поднимаемого объекта на кратность полиспаста (количество ветвей каната). Увеличение скорости возможно при приложении усилия к подвижной обойме и подвешивании груза к сбегающему канатному концу.

Подъем происходит быстрее за счет значительного увеличения его высоты. Ее простой расчет –произведение хода поршня силового привода на кратность механизма.

В кранах и грузоподъемных механизмах применяются:

• одинарные (концы троса крепятся на неподвижной части конструкции и на барабане);
• сдвоенные (концы каната крепятся на барабане, на котором предусмотрена двойная нарезка – влево и вправо).

В зависимости от мощности и применяемого аксессуара для обвития подвижных элементов устройства бывают:

Схема полиспаста

Схема простого полиспаста выглядит так:

Большой круг на рисунке изображает барабан привода. Маленькие круги – блоки системы. На левой схеме запасовка троса (веревки) такова: один конец фиксируется на неподвижном элементе, второй – на тяговом механизме (барабане привода). Правый вариант предусматривает крепление каната на приводе и к оси подвижного блока.

В более сложных схемах полиспастных систем участвуют три, четыре и больше подвижных и неподвижных элементов, последовательно обвитых канатом.

На рисунке схематически представлено сдвоенное устройство. Два его блока неподвижно зафиксированы к поверхности, два – движутся.

В таком исполнении нагрузка на привод, оказывающий тяговое усилие на трос, приблизительно вчетверо ниже, чем необходимое усилие для подъема объекта напрямую двигателем.

Такая разница примерна, так как не учитывает КПД механизма, показатель которого обычно колеблется от 93 до 97% и зависит от качества применяемых блоков и сложности схемы.

Расчет полиспаста

Расчетные операции для определения усилий, действующих на элементы системы в ходе работы, нужно начинать с определения параметров и сил, воздействующих на блок:

• сила воздействия груза (Sн);
• тяговая сила мотора (Sc);
• α – угол отклонения;
• D – диаметр блока (ручья);
• d – диаметр втулки.

Стоит сразу отметить, что современные устройства такого типа фактически не имеют углов отклонения. Поэтому (ввиду отсутствия практического смысла) ими можно пренебречь, а в дальнейших расчетах принять синус этого угла за единицу.

Для блока уравнение моментов сил выглядит так:

Sс*R = Sн*R + q*Sн*R + N*f*d/2

• SнR – это момент силы, с которой на систему воздействует груз;
• q – это коэффициент, определяющий жесткость троса при огибании ролика (определяется экспериментально), он учитывает силы, обусловленные структурой витков самого троса или каната;
• N – нагрузка на ось блока;
• f – коэффициент, определяющий силу трения втулки блока.

Для реального практического расчета показатель q не имеет значения. Точнее, его показатель настолько мал в сравнении с силой трения во втулке, что его можно не учитывать. В таком случае формула выглядит так:

• Sс*R = Sн*R + N*f*d/2
• Находим нагрузку N. Она определяется разницей в нагрузках на трос с разных сторон блока:
• N = 2*Sн*R*sin(α)
• А поскольку мы опускаем углы, упрощаем формулу до:
• N = 2*Sн*R
• Объединив все получим формулу определения КПД подъемного устройства:

Убрав незначительные параметры, формула упрощается до:

ηп = 1/(1+2*f*d/D)

Эта формула показывает, что для КПД системы самое важное значение имеет качество применяемых в ней блоков и их материалов. Чем ниже их сила трения, тем выше показатель КПД.

Как правило, в расчетах применяются такие уровни коэффициэнта полезного действия блочной системы:

• 97% – принимаемое среднее, если в элементах используются бронзовые втулки и подшипники качения;
• 95% – применяются подшипники скольжения;
• 93% и ниже – запыленные места, агрессивные природные условия работы механизма, высокая температура.

Теперь расчет сил на один блок нужно применить на соответствующее их количество в системе.

1. S1 = S0* ηп
2. S2 = S1*ηп = S0* ηп * ηп = S0*( ηп)2
3. Sn = S0*( ηп)n
4. Сумма усилий с формулой преобразования геометрической прогрессии позволит получить показатель S0 в прямой зависимости от веса поднимаемого груза (Р).
5. S0 = P*(1 — ηп)/(1 — (ηп)n+1
6. Кроме того, в зависимости от конструкции системы вероятно придется учитывать нагрузки на остальные обводные ролики, КПД работы каких также стоит учитывать при расчете.

Назначение и применение полиспаста

Одним из наиболее частых применений подъемного механизма из последовательно соединенных блоков выступает использование в качестве составной части механизмов подъема и вылета стрелы кранов, такелажных приспособлений. Система применяется самостоятельно для подъема и перемещения небольших грузов, например, на малых судах. Кроме того, устройства активно применяются в разных сферах:

• сдвоенные часто выступают деталью мостовых, козловых или консольных кранов, где нужно поддерживать постоянное давление на опоры при подъеме и опускании тяжелых объектов;
• натяжение подвесных силовых линий и кабелей связи, несущих тросов при организации подвесных конструкций;
• вытаскивание застрявшего в грязи автомобиля, перемещение тяжелых предметов;
• в альпинизме и горном туризме для натяжения переправ, перил, подъема пострадавших.

В каталоге интернет-магазина «Ленсталь» представлен большой выбор блочных систем. Выбирайте самостоятельно или обратитесь за помощью к нашим менеджерам. Они подберут оптимальное оборудование с учетом ваших целей, необходимых параметров, стоимости и производителя.

Система блоков

Блоки и системы блоков были известны человечеству с античных времен. Они служили для подъема грузов на высоту или перемещения грузов. Блоки выполняют важную задачу — изменяют направление действия силы и дают выигрыш в силе.

Блок — это простой механизм, который используют для преобразования силы.

Различают подвижный и неподвижный блоки.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Неподвижный блок представляет собой диск, который вращается вокруг своей оси, и имеет желоб по окружности. Желоб предназначен для скольжения в нем цепи, ремня, каната и т.д. У неподвижного блока ось закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается. 

Неподвижный блок можно представить в виде равноплечего рычага, у которого плечи сил равны радиусу колеса. Поэтому неподвижный блок не дает выигрыша в силе, а лишь позволяет менять направление действия силы.

Подвижный блок представляет собой диск, ось которого перемещается вместе с грузом. Можно представить в виде рычага с плечами разной длины.

Подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза и проигрыш в расстоянии так же в два раза.

При использовании подвижного блока, нужно приложить в два раза меньше силы для подъема груза, но нить, к которой подвешен груз, должна быть в два раза длиннее. 

Для увеличения эффективности используют системы блоков.

Примечание

Объединив подвижные и неподвижные блоки в систему можно получить выигрыш в силе в несколько раз, а также изменить направление прикладываемой силы.

Устройство и принцип работы полиспаста

Полиспаст — это система блоков, в которой неподвижные и подвижные блоки соединены попарно и огибаются общей нитью (тросом, веревкой, цепью).

Полиспаст состоит из двух элементов:

1. Шкив — это блок, металлическое колесо, которое по внешнему краю имеет желоб для нити. Для легкого вращения шкива используют роликовые подшипники.
2. Гибкая связь — это нить (трос, цепь), которая огибает шкивы.

Как работает простая конструкция блоков

Принцип действия полиспаста основан на правиле рычага.

Неподвижный блок в полиспасте крепится к опоре и изменяет направление приложения силы, подвижный блок находится на стороне груза и дает выигрыш в силе. Массу груза поднимают, прилагая силу к нити, длина которой прямо пропорциональна выигрышу в силе. 

Виды полиспастов

По предназначению полиспасты делятся на: 

1. Силовые полиспасты — дают максимальный выигрыш в силе. Но выигрыш в силе дает проигрыш в расстоянии. Например, чтобы поднять груз и выиграть в силе в 6 раз, на каждый метр поднятия груза, нужно натянуть 6 метров веревки. Это замедляет действие системы, потеря в скорости также будет в 6 раз.
2. Скоростные полиспасты — инвертируемые силовые. Груз крепится к неподвижному блоку, а силу прилагают к подвижному. Затрачивается больше силы, и пропорционально увеличивается скорость поднятия груза.

На рисунке а) силовой полиспаст, б) скоростной.

В зависимости от сложности механизма, различаются:

1. Простой полиспаст — представляет собой систему последовательно соединенных роликов. Все подвижные и неподвижные блоки, а также сам груз объединяются одной нитью.
2. Сложный полиспаст — является системой полиспастов. Последовательно соединяются не отдельные блоки, а целые комбинации, которые вполне могут использоваться сами по себе. В этом случае один механизм приводит в движение другой подобный поочередно.
3. Отличительная черта комплексного полиспаста — независимые ролики, движущиеся навстречу грузу. В состав комплексной модели могут входить как простые, так и сложные полиспасты.

Что влияет на эффективность подъемника

Главной характеристикой эффективности полиспаста считается его кратность.

Кратность показывает на сколько ветвей нити распределена тяжесть груза, и указывает какой выигрыш в силе дает полиспаст.

Кратность делится на: 

1. Силовую — рассчитывается с учетом преодоления нитью силы трения и не идеальным КПД роликов.
2. Кинетическую — равна количеству перегибов нити.

На эффективность полиспаста влияет:

• количество блоков;
• материал и вес нити;
• диаметр и длина нити;
• угол между канатом и средней плоскостью ролика;
• тип подшипников;
• отсутствие дефектов нити;
• скольжение всех элементов.

Как можно увеличить КПД, формула в физике

Расчет полиспаста

Примечание

При расчете полиспаста нужно учитывать, что на механизм действуют силы трения, а нить не является идеальной, и имеет жесткость.

• Для расчета выводят уравнение моментов для блока относительно оси:
• (Sсбег;R;=;Sнабег;R;+;q;Sнабег;R;+;Nfr)
• Где:

• Sсбег — усилие со стороны сбегающей нити;
• Sнабег — усилие со стороны набегающей нити;
• q Sнабег — усилие для сгибания нити с учетом жесткости q;
• Nf — сила трения в блоке, с учетом коэффициента трения f.

Для определения момента все силы умножаются на плече (R или r):

• R — радиус блока;
• r — радиус втулки.

1. Вычисляя воздействие на ось блока, часто пренебрегают силой разгибания блока. Формула получает вид:
2. (N;=;2;Sнабег; imes;sin;alpha)
3. Где:

• N — воздействие на ось блока;
• α — угол отклонения от оси.

• Подставив это соотношение в вышеприведенное определение моментов получим:
•  (S_{сбег};=;S_{набег};(1;+;q;+;2ffrac dD;sin ɑ))
• Где:

• D — диаметр блока;
• d — диаметр оси блока.

 

Вычисление КПД полиспаста

Коэффициент полезного действия блока (КПД блока) — это отношение полезной работы к полной работе с учетом потерь на трение и жесткости нити.

Формула для расчета КПД блока (ηб):(eta б;=;frac{S_{набег}}{S_{сбег}};=;frac1{1;+;q;+;2f;sin;ɑ; imes;{displaystylefrac dD}} )Где:

• D — диаметр блока;
• d — диаметр оси блока;
• q — коэффициент жесткости нити;
• f — коэффициент трения;
• α — угол отклонения от оси.

 КПД полиспаста определяется по формуле:(eta б;=;frac{1;+;eta;+;eta^2;+;eta^{a-1}}a imeseta^t )Где:

• a — кратность полиспаста;
• t — число отклоняющих блоков.

Примечание

КПД полиспаста, как и КПД блока, всегда меньше 1.

В таблице представлены КПД полиспаста, при разной кратности и КПД блока.

Как сделать полиспаст своими руками

 Для изготовления простого двукратного полиспаста потребуются:

• 2 ролика;
• подшипники;
• 2 втулки;
• нить;
• 2 обоймы для блоков;
• крюк для подвеса груза.

 Этапы работы:

1. Соединить ролики, втулку и подшипники в обойму, таким образом получить два блока.
2. Пропустить нить в первый блок.
3. Прикрепить первый блок к неподвижной опоре.
4. Пропустить нить через второй блок.
5. Прикрепить ко второму блоку крюк.
6. Зафиксировать свободный конец нити.
7. Прикрепить груз к крюку.