Подъем грузов без спецтехники как рассчитать и сделать полиспаст своими руками. Полиспасты: назначение и устройство, их кратность С какого металла делают полиспаст

Вес предметов бывает таким, что одному, а то и впятером, сдвинуть их с места вручную не получается, а надо. В таких случаях пригодится самодельное приспособление для подъема тяжестей или их перемещения. Ручная лебедка — самое востребованное устройство в таком деле. Для гаража ручную лебёдку своими руками сделать совсем нетрудно даже в домашних условиях. Но сначала нужен расчет и чертеж механизма.

Общим у блочка для подъема груза и строительного крана является использование идеи увеличения силы – правила рычага. Для того чтобы уравновесить груз на короткой стороне рычага, нужно приложить к длинной его стороне усилие меньше настолько, насколько короткое плечо меньше длинного. Соотношение сил на концах рычага называется передаточным числом.

Уравновесить и даже поднять тяжесть можно с усилием меньше его веса, но проделанный концом длинного рычага путь будет длиннее, чем у короткого, настолько же, насколько меньше сил для подъема было приложено. Выигрыша в работе (F1*L1=F2*L2) нет, но это и не требуется.

Использование закона Архимеда воплощается в разные подъемные механизмы, а как — зависит от назначения подъемника. Конструкции различаются по передаточному числу, принципу передачи усилия, мобильности, прочности, используемой энергии. Самые востребованные для самостоятельного изготовления виды:

• полиспасты;
• барабанные конструкции;
• рычажный механизм.

Чтобы выбрать вид устройства, необходимого для конкретных работ, стоит ознакомиться с их возможностями и ограничениями.

Проще этого устройства для перемещения тяжелых предметов есть только металлический лом. Главный элемент – колесо с фаской по середине внешней поверхности, ось которого закреплена на потолочной балке. Через него можно перекинуть таль, и подъемник с передаточным числом 1 к 1 готов. Для увеличения рычага пропустим таль еще через одно незакрепленное колесо, ось которого соединена с грузом, а таль закрепим наверху конструкции.

Передаточный коэффициент станет равен 2 . Теперь прикрепим к потолку еще одно колесо, а конец тали пропустим через него, закрепив на оси нижнего колеса. Передаточный коэффициент станет равным 3. И так далее, добавляя по одному колесу и меняя место крепления тали, можно увеличивать передаточное значение.

Расположение колес относительно друг друга может быть разным.

Наиболее компактны конструкции с одноосным расположением колес. В конструкции таких устройств две обоймы колес. Изучив чертежи полиспаста, своими руками собрать его не составит труда. Потребуются две обоймы:

Конец тали закрепляется на одной из обойм.

Есть у полиспастов и недостатки. Для увеличения передаточного числа на 1 нужно каждый раз добавлять одно колесо, в результате растет вес механизма. Кроме того, для сгибания троса на каждом колесе тратится сила, снижая КПД устройства. Можно снизить эти потери, увеличив диаметр колес, но одновременно произойдет увеличение веса и габаритов полиспаста. Этих недостатков нет у другого вида подъемников.

Принцип работы лебедок напоминает простейший рычаг, закрепленный в точке опоры. Если короткое плечо рычага будет поверхностью цилиндра, а груз будет прикреплен к нему тросом, получится лебедка с передаточным числом, равным соотношению длины рычага и радиуса цилиндра. Для исключения обратного вращения на ось ставят храповый механизм с подпружиненной собачкой — трещотка. Собрать такую ручную лебедку своими руками можно по чертежу:

Однако, для большого передаточного числа системы потребуется очень длинная рукоять, а это неудобно. Выход найден в двух разновидностях барабанных лебедок, увеличивающих передаточное число при помощи шестеренок или червячной передачи.

Как сделать лебедку своими руками, используя червячную передачу, можно посмотреть на чертеже:

Трещотка в такой конструкции не нужна, передаточное число, когда гребень червяка проходит по каждому зубу шестерни, равно количеству зубьев шестерни, умноженному на соотношение длины рукояти к радиусу червяка. Но существенным недостатком будет трение между зубцами и гребнем. Требуется постоянная смазка механизма.

С гораздо меньшим трением работает редуктор из шестеренок. При использовании принципа передачи силы парой шестеренок разного диаметра ручную барабанную лебедку своими руками проще всего сделать так:

Обратите внимание, что стопор в таких устройствах необходим. Такая конструкция применяется при небольшой высоте или длине перемещения груза. Увеличить расстояние перемещения поможет тросоукладчик, равномерно распределяющий трос по длине цилиндра. Проще всего результат получить, применяя подпружиненную пластину или стержень, прижимающие трос к барабану:

Самое популярное применение рычажных подъемных механизмов — это автомобильный домкрат. В качестве универсального устройства его применяют реже, так как высота подъема невелика и ограничена.

Подъем груза происходит в результате многократных небольших перемещений площадки между фиксированными позициями на рейке. В домашнем хозяйстве редко находит применение. Положительным качеством рычажных систем является надежность и долговечность.

В домашних условиях можно использовать подручные материалы и готовые передаточные узлы. Например, трещетка, используемая в автомобиле КАМАЗ для выравнивания тормозного усилия — это готовый червячный передаточный механизм.

Можно надолго избавиться от ручного поднятия тяжестей, если для работы один раз собрать систему мотолебедки своими руками. Для этого надо поставить на ось привода лебедки шестерню, соединив ее цепью с ведущей звездочкой бензопилы на жесткой конструкции корпуса.

Сочетая блоковые механизмы с барабанными лебедками, можно работать, компенсировав недостатки каждого вида подъемников. Например, в полиспастах не предусматривают фиксатор, исключающий обратное движение тали, а барабанные лебеди устраняют это очень просто. Зато угол между вектором подъемной силы и вектором веса у полиспаста может быть практически любым, чем не могут похвастать лебедки.

Можно использовать в хозяйстве покупные подъемники, но, как правило, лебедки нужны там, где магазины далеко — и всегда срочно. Стоит поискать в гараже какие-нибудь детали для выхода из ситуации.

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.
– блок, расположенный на грузе либо встроен в систему полиспаста, но всегда двигается навстречу или от груза. Всегда даёт двукратный выигрыш в силе.
– 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, ). 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.

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.

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…

Полиспасты

К атегория:

Строительные машины и их эксплуатация

Полиспасты

Полиспастом называется система, состоящая из нескольких подвижных и неподвижных блоков и каната, последовательно огибающего все блоки. Один конец полиспаста закрепляется на обойме подвижных или неподвижных блоков, а другой - на барабане лебедки.

Рис. 1. Схемы канатных полиспастов а - трехкратный полиспаст; б, в, г - четырех-, пяти- и шестикратные полиспасты

Рис. 2. Схема сдвоенного полиспаста

Число рабочих ветвей (кратность полиспаста) равно числу блоков, когда канат сбегает с неподвижного блока полиспаста, и числу блоков полиспаста плюс единица, когда канат сбегает с подвижного блока.

Рис. 3. Схема полиспаста обратного действия

Полиспаст - простейшее грузоподъемное устройство, состоящее из блоков, соединенных между собой канатом. С помощью полиспаста можно поднимать груз или перемещать его по горизонтали. Полиспаст дает выигрыш в силе за счет проигрыша в скорости: во сколько раз выигрывается в силе, во столько раз проигрывается в скорости.

Полиспаст состоит из двух блоков: неподвижного, прикрепляемого к подъемному приспособлению (балке, мачте, треноге), и подвижного, который крепится к поднимаемому грузу. Оба блока соединяются между собой канатом. Канат, последовательно огибая все ролики блоков, одним концом крепится к верхнему неподвижному блоку. Другой его конец через отводные блоки крепится к барабану лебедки. Если число рабочих нитей полиспаста, идущих к подвижному блоку, четное, то конец каната закрепляют к верхнему неподвижному блоку, а если нечетное - к нижнему подвижному.

Если нить полиспаста сбегает не с нижнего блока, а с верхнего, то верхний блок неподвижного блока считается отводным. Это условие необходимо учитывать при расчете полиспастов.

Полиспаст запасовывают двумя способами. По первому способу, применяемому при оснастке многониточных полиспастов большой грузоподъемности, неподвижный блок без канатов поднимают в рабочее положение и закрепляют; нижний подвижный блок находится внизу. Затем через ручьи (канавки) роликов верхнего и нижнего блоков последовательно пропускают канат. Конец каната закрепляют за верхний или нижний блок в зависимости от принятой схемы запасовки полиспаста. Через ручьи роликов канат часто пропускают с помощью ручных рычажных лебедок, что значительно облегчает работу по запасовке полиспаста.

В последнее время при оснастке многониточного полиспаста применяют вспомогательный тонкий легкий стальной канат диаметром 5-6’мм, который пропускают через ролики блоков вручную. К одному концу тонкого каната прикрепляют конец рабочего каната, второй его конец закрепляют на барабане лебедки. Во время работы лебедки рабочий канат протягивается через ролики блоков полиспаста.

Во время запасовки полиспаста необходимо наблюдать за тем, чтобы узел соединения тонкого и толстого канатов при перемещении свободно проходил через ролики блоков.

При втором способе полиспаст оснащают внизу (на дощатом настиле или бетонном полу), а затем в готовом виде поднимают и закрепляют в необходимом месте. Блоки укладывают плашмя на расстоянии 3-4 м друг от друга и закрепляют.

Канат начинают протягивать с того ролика, с которого сходит сбегающая нить, ведущая к лебедке. Когда канат обогнет последний ролик блока, его конец закрепляют к одному из блоков. После закрепления мертвой нити полиспаст устанавливают в исходное положение.

В некоторых случаях поднимают один верхний неподвижный блок или весь полиспаст с помощью вспомогательного однорольного блока или полиспаста небольшой грузоподъемности. Сначала закрепляют вспомогательный блок, через него пропускают канат, к которому крепится основной блок полиспаста. Второй конец каната закрепляют на лебедке, с помощью которой будут поднимать полиспаст. Закрепляют основной блок полиспаста из люльки или с подмостей.

На рис. 4 приведены схемы запасовки полиспастов с двух-, четырех-, пяти- и шестирольными блоками.

При выполнении такелажных работ часто встречаются случаи, когда в наличии имеются блоки различной грузоподъемности и канаты. Чтобы правильно подобрать канат для оснащения полиспаста, а также лебедку с необходимой тяговой силой, такелажнику необходимо знать расчет полиспастов.

Расчет полиспастов сводится к определению усилий в нитях полиспастов. Обычно сами блоки рассчитывать не приходится, так как они рассчитываются при проектировании, и каждый из них имеет определенную грузоподъемность.

При такелажных работах расчет начинают с выяснения грузоподъемности имеющихся блоков, которая должна соответствовать весу поднимаемого груза. Например, по схеме (рис. 22, а) для подъема груза весом 20 т необходимы блоки грузоподъемностью 20 т. На схеме верхний блок трехрольный, но для того, чтобы выделить отводной, он условно показан двухрольным.

Рис. 4. Схемы запасовки полиспастов с числом рабочих нитей: а - шесть с тремя отводными однорольными блоками, б - три, в - четыре, г - пять, д - шесть, е - семь, ж - восемь, з - десять, и - одиннадцать, к - двенадцать, S0, 1, 2, 3, 4, 5.6,7 - нити полиспаста

Подвеска, на которой подвешен верхний блок полиспаста, рассчитывается на всю нагрузку, которую поднимает полиспаст: вес двух блоков, вес каната, а также усилие в сбегающей нити грузового полиспаста.

При расчете полиспастов рассчитывают закрепление верхнего блока полиспаста к механизму или приспособлению.

Если допустить, что обе нити идут вертикально, то первый отводной ролик закрепляется на усилие, равное сумме усилий в 5-й и 6-й нитях: 3,68+3,82=7,5 тс. Закрепление второго отводного блбка рассчитывается на усилия в 6-й и 7-й нитях.

Поскольку усилия в обеих нитях и угол между ними могут быть различными, усилие, на которое рассчитывается закрепление блока, определяют по правилу параллелограмма.

Пример. Подобрать полиспаст для подъема груза весом 10 т и канат необходимого сечения для подвески полиспаста на высоте 18 м.

Подбираем два блока для полиспастов. По табл. 11 выбираем для нижнего подвижного блока двухрольный блок грузоподъемностью 10 тс, для верхнего неподвижного блока - трехрольный блок грузоподъемностью 15 тс.

По максимальному усилию в 6-й нити Se подбираем сечение каната. Наименьший допускаемый коэффициент запаса прочности канатов k для грузового полиспаста с машинным приводом при легком режиме работы равен 5.

Поскольку может быть только четное число нитей, то принимаем для подвески восемь нитей.

При отсутствии блоков необходимой грузоподъемности применяют сдвоенные полиспасты, например сдвоенный полиспаст с уравнительным роликом и одной или Двумя приводными лебедками показан на рис. 5.

Сдвоенный полиспаст с одной приводной лебедкой рассчитывают как и одинарный с соответствующим числом рабочих нитей.

Полиспаст с двумя приводными лебедками рассчитывают как два самостоятельно работающих полиспаста,

Рис. 5. Схемы запасовки сдвоенных полиспастов с одной (а) и двумя (б) приводными лебедками: 1 - уравнительный блок, 2 - неподвижный блок, 3 - подвижный блок, 4 - траверса, 5 - подвеска

Полиспаст представляет собой простейшее грузоподъемное устройство, состоящее из системы подвижных и неподвижных блоков (роликов), огибаемых гибким органом (обычно канатом). Полиспасты применяются как самостоятельные механизмы в сочетании с лебедками и как элементы сложных грузоподъемных машин (кранов).

Блоки (ролики) полиспаста размещаются в двух обоймах - подвижной и неподвижной - и последовательно огибаются одним канатом, к свободному концу или обоим концам которого прикладывается тяговое усилие. Неподвижная обойма блоков (роликов) крепится к несущей конструкции (мачте, стреле и т. п.), подвижная снабжается грузозахватным органом (крюком, петлей, скобой).

Рис. 6. Схемы полиспастов а - в четыре нитки; б - в шесть ниток; 1 - неподвижные блоки; 2 - подвижные блоки; 3 - отводной блок; 4 - канат

Полиспасты используются для выигрыша в силе (реже скорости). Выигрыш в силе тем больше, тем больше кратность полиспаста, равная числу рабочих ветвей каната, на которых подвешена подвижная обойма блоков полиспаста.

Рис. 7. Расчетные схемы полиспастов

1. Определить усилие 5Л в канате, идущем на лебедку, при подъеме груза весом Q = 20 т полиспастом, выполненным по схеме I. Блоки (ролики) полиспаста установлены на подшипниках качения (/j = 1,02), отводные ролики - на бронзовых втулках (= 1,04).

2. Определить усилие 5Л в канате, идущем на лебедку, при подъеме груза весом 20 т полиспастом, выполненным по схеме II. Блоки (ролики) приняты на бронзовых втулках (= 1,04).

3. Определить, какой груз Q можно поднять лебедкой с тяговым усилием 5Л = 1,5 тс и полиспастом, выполненным по схеме III . Блоки (ролики) приняты на бронзовых втулках.

К атегория: - Строительные машины и их эксплуатация

Томск
Не в сети
1 year 47 weeks

Полиспастами называют систему, образуемую подвижными и неподвижными блоками, которые соединяются между собой канатными (реже - цепными) передачами. Известные ещё в античные времена, полиспасты и сейчас являют собой устройство, без которого не может функционировать подъёмно-транспортная техника. По сути, за тысячелетия не очень изменились и составляющие этого механизма. Полиспасты, их назначение и устройство - вопросы, важные для эффективного использования всех конструкций механизмов подъёма.

Всё многообразие полиспастов может быть сведено к двум требованиям: либо увеличить силу (силовые полиспасты), либо поднять скорость (скоростные полиспасты). В подъёмных кранах чаще используются первые, а подъёмниках - вторые. Таким образом, схемы скоростных и силовых полиспастов взаимно обратные.

В состав полиспаста входят следующие составляющие:

1. Блоки с неподвижными осями
2. Блоки с подвижными осями.
3. Обводные блоки.
4. Обводочные барабаны.

Все вышеперечисленные элементы располагаются преимущественно в вертикальной компоновке, причём место размещения барабана зависит от наличия обводных блоков: сверху, если такие блоки отсутствуют, и снизу - если присутствуют.

Количество блоков с неподвижными осями всегда на один меньше, чем с подвижными. При этом общее количество блоков определяет (для силовых полиспастов) кратность увеличения суммарного усилия на механизме. Количество обводных блоков определяется размерами узла: с увеличением числа таких блоков усилие также увеличивается.

Силовые полиспасты, назначение и устройство которых характеризуется несколькими параметрами, важнейшим из которых является нагрузка, развиваемая в подъёмном механизме. Она увеличивается с увеличением расчётной грузоподъёмности крана, кратности устройства (количества ветвей каната, на которых подвешен груз) и КПД блока. КПД учитывает потери на трение в осевых опорах, а также потери, определяемые жёсткостью каната или цепи.

Полиспастов может быть несколько, тогда суммарная нагрузка на блок пропорционально уменьшается. Одинарные полиспасты конструктивно проще, но и наименее эффективны. В них один конец неподвижно закрепляется на неподвижном элементе, а второй - на барабане. При этом угол отклонения весьма ограничен из-за опасности схода каната с блока. Наличие обводного блока существенно улучшает условия работы механизма: нагрузка становится симметричной, что снижает износ каната, и увеличивает допустимую скорость вращения блоков. Устойчивость действия полиспаста зависит также от расстояния между обводным и основными блоками. С увеличением этого параметра надёжность полиспаста как функционального узла возрастает, хотя одновременно увеличивается (из-за наличия соединительной оси) и его сложность.
Другими схемами полиспастов, применяемых на практике, являются:

• Сдвоенные трёхкратные, когда в схеме присутствует три рабочих блока и два обводных;
• Сдвоенные трёхкратные, снабжённые уравнительной траверсой. Вариант используется в грузоподъёмной технике, которая эксплуатируется в тяжёлых и особо тяжёлых условиях.

Эксплуатационные характеристики полиспастов и их выбор

На эффективность, которой обладают полиспасты, на их назначение и устройство в конкретном механизме влияние оказывают следующие факторы:

1. Грузоподъёмность основного механизма, в составе которого работают данные узлы.
2. Количество обводных блоков: с ростом их числа потери на трение возрастают.
3. Углы отклонения канатов от средней плоскости барабана.
4. Диаметры блоков.
5. Диаметр каната/высота цепи.
6. Материал каната.
7. Характер опор (в подшипниках качения или скольжения).
8. Условия смазки всех осей полиспаста.
9. Скорость вращения блоков или перемещения тяговых канатов (в зависимости от назначения устройства).

Наибольшие потери в полиспастах связаны с условиями трения. В частности, КПД рассматриваемых механизмов, которые работают в подшипниках скольжения, в зависимости от условий их эксплуатации, составляет:

• При неудовлетворительной смазке и при повышенных температурах - 0,94…0,54;
• При редкой смазке - 0,95…0,60;
• При периодической смазке - 0,96…0,67;
• При автоматической смазке - 0,97…0,74.

Меньшие значения соответствуют полиспастам с максимально возможной кратностью. Потери на трение для узлов, которые работают в подшипниках качения, гораздо ниже, и составляют:

• При недостаточной смазке и высоких температурах эксплуатации - 0,99…0,83;
• При нормальных рабочих температурах и смазке - 1,0…0,92.

Таким образом, применяя современные антифрикционные покрытия контактной поверхности блоков, можно практически исключать потери на трение.

Углы отклонения каната, располагающегося на блоке/блоках полиспаста, определяют не только износ канатов и блоков, но и безопасность производственного персонала грузоподъёмного устройства. Объясняется это тем, что при превышении допустимых показателей сход каната с блока чреват производственной аварией. На данный параметр влияют материал канатов, профиль канавки барабана, а также направление навивки.
Материалами канатов чаще всего служат типы ТЛК-О по ГОСТ 3079, ЛК-Р по ГОСТ 2688 и ТК по ГОСТ 3071. Третий тип имеет наименьшую жёсткость (не более 1,7), что положительно сказывается на предельно допустимом угле отклонения каната на полиспасте. Соответственно для канатов двух первых типов жёсткость достигает 2.

Нормальными углами отклонения от оси полиспаста считаются углы 7,5…2,50 (меньшие значения принимаются для максимальных соотношений диаметра блока к диаметру каната). Вообще при проектировании данных устройств это соотношение всегда стараются выбирать в диапазоне значений 12…40. Допустимый угол отклонения канатов из маложёстких материалов меньше: до 6,5…20 .

ГОСТ допускает увеличение предельного отклонения, по сравнению с рекомендуемым не более, чем на 10…20% (зависит от режима работы грузоподъёмной техники). На уравнительном блоке допустимые углы отклонения могут увеличиваться, но не более, чем в 1,5 раза.

Для снижения углов отклонения на барабанах полиспастов изготавливают профильные канавки, причём угол их направления зависит от направления навивки. Поэтому барабаны в механизмах современной конструкции всегда выполняют с крестовым профилем, пригодным под оба типа навивки.

Запасовка полиспастов

Запасовка - технологическая операция изменения расположения основных грузовых блоков полиспаста, а также расстояний между ними. Целью запасовки является изменение скорости или высоты подъёма грузов путём определённой схемы прохождения канатов по блокам устройства.

Схемы запасовки определяются типом грузоподъёмной техники. Известно, в частности, что механизмы изменения вылета стрелы различны для ручной или электротали - с одной стороны, и для кранов - с другой. Поэтому для лебёдок запасовка производится изменением расположения оси направляющего блока, и предназначается только для изменения длины вылета стрелы. В грузовых кранах запасовкой исправляют возможную криволинейность перемещения груза. Кроме грузовых канатов, запасовку применяют также и для канатных устройств перемещения рабочей тележки.

Различают следующие схемы запасовок:

1. Однократная , которая применяется для грузоподъёмных механизмов стрелового типа с гуськом. Крюк при этом подвешивается на одной нитке каната, последовательно проводится через все неподвижные блоки, после чего наматывается на барабан. Такой способ запасовки наименее эффективен.
2. Двухкратная , которая может быть применена на кранах, как с подъёмной, так и балочной стрелой. В первом случае неподвижные блоки располагаются на головке стрелы, а противоположный конец каната закрепляется в грузовой лебёдке. Во втором случае один из концов каната закрепляют на корне стрелы, а второй последовательно пропускают через обводной барабан, блоки крюковой подвески, стреловые блоки, блоки оголовка башни и затем подводят к грузовой лебёдке.
3. Четырёхкратная , используемая для механизмов большой грузоподъёмности. Здесь реализуется одна из схем, описанных выше, но отдельно по каждому из блоков крюковой подвески. Две рабочих ветви каната при этом направляются на блоки рабочей стрелы. Соединение смежных полиспастов производится через дополнительный неподвижный блок, который устанавливается на стойке платформы поворота крана.
4. Переменная , суть которой состоит в изменении грузоподъёмности крана. При таком виде запасовки (она может быть и двух-, и четырёхкратной) возможно соответствующее увеличение массы поднимаемого груза. Для этого в подвижные блоки дополнительно устанавливают по одной или две подвижных обоймы. Удержание обойм производит сам грузовой канат из-за разницы в усилиях, которые создаются наличием крюковой подвески. Изменение кратности запасовки выполняется опусканием крюковой подвески на опору при продолжающемся сматывании каната.

Двух- и особенно - четырёхкратная запасовка позволяет производить безопасный подъём груза, который практически вдвое превышает тяговое усилие, развиваемое лебёдкой. При этом проворот канатов под нагрузкой исключается, что существенно снижает их износ.

Томск
Не в сети
1 year 47 weeks

ПРАКТИКА:

Простой грузоподъёмный механизм состоит из блока и троса (верёвки или цепи).

Блоки этого грузоподъёмного механизма подразделяются:

по конструкции на простые и сложные;

по способу подъёма груза на подвижные и неподвижные.

Знакомство с конструкцией блоков начнём с простого блока , который представляет собой колесо, вращающееся вокруг своей оси, с жёлобом по окружности для троса (верёвки, цепи) рис.1 и его можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны радиусу колеса: ОА=ОВ=r. Такой блок не даёт выигрыша в силе, но позволяет изменять направление движение троса (верёвки, цепи).

Двойной блок состоит из двух блоков разных радиусов, жестко скреплённых между собой и насаженных на общую ось рис.2. Радиусы блоков r1 и r2 различны и при подъёме груза действуют как рычаг с неравными плечами, а выигрыш в силе будет равен отношению длин радиусов блока большего диаметра к блоку меньшего диаметра F =Р·r1/r2.

Ворот состоит из цилиндра (барабана) и прикреплённой к нему рукоятки, которая выполняет роль блока большого диаметра, Выигрыш в силе, даваемый воротом, определяется отношением радиуса окружности R, описываемой рукояткой, к радиусу цилиндра r, на который намотана верёвка F = Р·r/R.

Перейдём к способу подъёма груза блоками. Из описания конструкции все блока имеют ось, вокруг которой они вращаются. Если ось блока закреплена и при подъёме грузов не поднимается и не опускается, то такой блок называется неподвижным блоком, простой блок, двойной блок, ворот.

У подвижного блока ось поднимается и опускается вместе с грузом рис.10 и он предназначен в основном для устранения перегиба троса в месте подвеса груза.

Ознакомимся к устройством и способом подъёма груза второй частью простого грузоподъёмного механизма - это трос, верёвка или цепь. Трос свит из стальных проволочек, верёвка свита из нитей или прядей, а цепь состоит из звеньев, соединённых между собой.

Способы подвеса груза и получение выигрыша в силе, при подъёме груза, тросом:

На рис. 4 груз закреплён на одном конце троса и если поднимать груз за другой конец троса, то для подъёма этого груза потребуется сила чуть больше веса груза, так как простой блок выигрыша в силе не даёт F = Р.

На рис.5 груз рабочий поднимает самого себя за трос, который сверху огибает простой блок, на одном конце первой части троса закреплено сидение, на котором сидит рабочий, а за вторую часть троса рабочий поднимает самого себя с силой в 2 раза меньшей своего веса, потому что вес рабочего распределился на две части троса, первая - от сидения до блока, а вторая - от блока до рук рабочего F = Р/2.

На рис.6 груз поднимают двое рабочих за два троса и вес груза распределятся поровну между тросами и поэтому каждый рабочий будет поднимать груз с силой половины веса груза F = Р/2.

На рис.7 рабочие поднимают груз, который висит на двух частях одного троса и вес груза распределятся поровну между частями этого троса (как между двумя тросами) и каждый рабочий будет поднимать груз с силой равной половине веса груза F = Р/2.

На рис.8 конец троса, за который поднимал груз один из рабочих, закрепили на неподвижном подвесе, а вес груза распределился на две части троса и при подъёме груза рабочим за второй конец троса, сила, с которой рабочий будет поднимать груз, в два раза меньше веса груза F = Р/2 и подъём груза будет в 2 раза медленнее.

На рис.9 груз висит на 3 частях одного троса, один конец которого закреплён и выигрыш в силе, при подъёме груза, будет равен 3, так как вес груза распределится на три части троса F = Р/3.

Для устранения перегиба и уменьшения силы трения в месте подвеса груза устанавливается простой блок и сила необходимая для подъёма груза не изменилась, так как простой блок не даёт выигрыша в силе рис.10 и рис.11, а сам блок будет называться подвижным блоком , так как ось этого блока поднимается и опускается вместе с грузом.

Теоретически груз можно подвесить на неограниченное число частей одного троса, но практически ограничиваются шестью частями и такой грузоподъёмный механизм называется полиспаст , который состоит из неподвижной и подвижной обойм с простыми блоками, которые поочерёдно огибаются тросом, одним концом закреплённый на неподвижной обойме, а подъём груза производят за второй конец троса. Выигрыш в силе зависит от количества частей троса между неподвижной и подвижной обоймами, как правило это 6 частей троса и выигрыш в силе 6 раз.

Литература:

1. Пёрышкин, А. В. Физика, 7 кл.: учебник/ А. В. Пёрышкин.- 3-е изд., доп.- М.: Дрофа, 2014, - 224 c,: ил. ISBN 978-5-358-14436-1. § 61. Применение правила равновесия рычага к блоку, стр.181-183.
2. Генденштейн, Л. Э. Физика. 7 класс. В 2 ч. Ч. 1. Учебник для общеобразовательных учреждений/ Л. Э. Генденштен, А. Б. Кайдалов, В. Б. Кожевников; под ред. В. А. Орлова, И, И. Ройзена.- 2-е изд., испр. - М.: Мнемозина, 2010.-254 с.: ил. ISBN 978-5-346-01453-9. § 24. Простые механизмы , стр.188-196.
3. Элементарный учебник физики, под редакцией академика Г. С. Ландсберга Том 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика.- 10 изд.- М.: Наука, 1985. § 84. Простые машины, стр. 168-175.
4. Громов, С. В. Физика: Учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений/ С. В. Громов, Н. А. Родина.- 3-е изд. - М.: Просвещение, 2001.-158 с,:ил. ISBN-5-09-010349-6. §22. Блок, стр.55 -57.

Полиспаст - это механизм, с помощью которого осуществляется подъем грузов. В его состав входит одна или несколько групп блоков, огибаемых канатом. Слово «полиспаст» произошло от греческого polyspastion. Этот термин переводится как «натягиваемый несколькими канатами». Главная функция полиспаста состоит в увеличении грузоподъёмности основного механизма.

Другими словами, это устройство дает выигрыш в силе. Однако обратным эффектом использования полиспаста является уменьшение скорости подъема. Также можно выиграть в скорости за счет проигрыша в силе. Однако подобные полиспасты применяются значительно реже. В любом случае, принцип работы устройства заключается в действии рычага.

Устройство механизма

Полиспаст - это который позволяет получить силу, превышающую подъемную силу лебедки в несколько раз. Другими словами, этот механизм увеличивает грузоподъемность устройства. Применение полиспаста позволяет поднимать тяжелый груз при помощи лебедки, имеющей небольшую грузоподъемность. Важно помнить, что скорость подъема тяжелых конструкций уменьшится настолько, насколько будет достигнут выигрыш в грузоподъемности.

Назначение механизма

Полиспаст необходим для подъема тяжелых грузов с приложением минимума усилий. Простейшая конструкция полиспаста устроена так, что один край каната закрепляется на барабане, а на противоположном конце каната располагается подвешенный груз. Устройства, имеющие более сложную конструкцию, включают в себя несколько неподвижных и подвижных роликов.

Под каждый вес следует учитывать размеры, блоки и диаметр каната. Груз, имеющий большую массу, при подвешивании на канат увеличивает нагрузку. Для подобного механизма характерен быстрый износ. В этом случае требуется уменьшение напряжения в канате. Поэтому для подвешивания груза большой массы применяют два либо четыре каната. Также возможно использование полиспаста сложной конструкции.

Принцип работы

Человеку, никак не связанному с погрузками, название этого механизма покажется непонятным. Однако на самом деле полиспаст - это очень простой грузоподъемный механизм , соорудить который может практически каждый. Принцип работы этого устройства предельно прост и его изучают в школе на уроках физики. Да и схема работы такого небольшого «подъемного крана» очень проста.

Конструкция полиспаста включает в себя несколько групп блоков, собираемых в специальные обоймы. А они поочередно огибаются веревкой либо канатом. Даже такая простая конструкция может достаточно эффективно применяться для увеличения силы, прилагаемой для опускания либо поднятия грузов. Также конструкция простого полиспаста содержит грузовые блоки. Они могут быть следующих видов:

• многороликовые или однороликовые;
• неподвижные или подвижные.

Тяговое усилие каната в этом случае полностью зависит от количества нитей каната в используемой конструкции.

В каких сферах применяется устройство?

Полиспаст применяют для подъема и перемещения груза в тех случаях, когда можно задействовать только физическую силу человека и наименьшее количество вспомогательных механизмов. Также полиспаст - это важнейшая составляющая лебедок, кранов и прочих средств механизации.

По этой причине данные устройства используют практических во всех сферах, где хоть как-нибудь применяются подъемно-транспортные механизмы: начиная от бытовых задач и заканчивая тяжелой промышленностью.

Итак, по какому принципу действует полиспаст? Работа этого устройства основана на законе рычага: при выигрыше в силе получаешь проигрыш в расстоянии. Поскольку этот принцип весьма прост, изготовить полиспаст своими руками не составит большого труда. Для этого понадобится всего два однороликовых блока.

Для подъема груза определенной массы с помощью полиспаста нужно приложить усилия, вдвое меньше его массы. Не следует забывать и о длине используемой веревки. Она должна быть вдвое больше высоты, на которую будет подниматься груз. Следует отметить, что полиспасты, имеющие самое простое устройство, именуются «полиспастами два к одному», так как они увеличивают прикладываемую силу вдвое. Конструкция с тремя блоками, соответственно, дает увеличение силы в три раза.

Кратность полиспаста

Следует отметить, что расчет полиспаста играет очень важную роль. Ведь механизм работает далеко не в идеальных условиях. На него воздействуют силы трения, возникающие при перемещении троса по шкиву. Также силы трения возникают при вращении ролика, независимо от того, какие подшипники в нем используются.

Для определения силы натяжения применяемой веревки без учета потерь на трение необходимо вес груза поделить на кратность полиспаста. Под ней следует понимать количество нитей каната, удерживающих груз. Также не следует пренебрегать трением. От него также зависит эффективность функционирования полиспаста.

Снизить его можно, используя блоки и канаты высокого качества, а также посредством качественного исполнения, исключающего ненужные перехлесты и перегибы.

На сегодняшний день схемы полиспастов изучаются даже в школьном курсе физики. С их помощью изготовить эту конструкцию не составит большого труда. Также необходимо приобрести следующие элементы:

• фитинг;
• канат;
• лебедку.

Какие модели устройства существуют?

Для создания простейшей модели необходим лишь один блок. Применение такого механизма дает двукратный выигрыш в силе. Это значит, что для подъема груза нужно приложить в два раза меньше усилий. Однако веревка в этом случае должна быть в два раза длиннее. Подобный полиспаст имеет соотношение два к одному. Такая конструкция может и вовсе не содержать блоки полиспаста, так как вместо него можно использовать обычный карабин.

При использовании в полиспасте сразу двух блоков можно увеличить втрое преимущество в прикладываемом усилии. Имеется также и функция подстраховки, которая срабатывает при опускании каната. В этом случае затягиваются два и блокируют груз.

Если к предыдущему механизму добавить еще два блока, то получится устройство полиспаста, дающее четырехкратный выигрыш в силе. Такой механизм имеет отношение четыре к одному. В этом механизме четверть веса идет на конец каната, а вся остальная нагрузка - на сам канат.

Сложные полиспасты

Следует отметить, что передачи усилия в чистом виде нельзя достичь из-за возникновения силы трения. Когда канат трется о блок, теряется от десяти до двадцати процентов прикладываемого усилия. Поэтому в простом полиспасте на самом деле соотношение будет приблизительно 1,8 килограмма на килограмм поднимаемого груза. А 5-кратный полиспаст будет давать выигрыш в силе чуть больше чем в 3 раза.

Вышеуказанное соотношение свидетельствует о том, что возможно увеличивать число блоков полиспаста до некоторого предела, после чего может произойти противоположный эффект. Однако для того чтобы повысить максимальное соотношение, можно применять сложные полиспасты.

Данный полиспаст устроен таким образом, что поднимаемый вес не создает нагрузку на последний блок. Вместо этого он нагружает канат, который проходит через блок. В результате при применении 3 блоков поочередно соединяются полиспасты 2:1 и 3:1. В теории это дает шестикратный выигрыш в силе, а на практике - в 4,3 раза.

Как снизить трение?

Главная проблема полиспаста состоит в том, что в процессе работы ему приходится преодолевать возникающие силы трения. Данную задачу можно частично решить, если использовать высококачественные канаты, блоки-полиспасты, имеющие гладкие ручьи, а также густую смазку.

Также появляются дополнительные возможности при грамотном применении конструкции полиспаста. К примеру, если использовать не один карабин, а два. За счет этого снижается сила трения, а также происходит увеличение радиуса перегиба.

4. ПОЛИСПАСТЫ

Полиспастом называется устройство, представляющее собой систему блоков и тросов, предназначенное для выигрыша в силе либо в скорости. В грузоподъемных механизмах применяются силовые полиспасты для уменьшения усилия в тросе и снижения передаточного числа редуктора.

В морской практике полиспасты, которые применяются для подъема груза, стрелы и другого оборудования, называются талями. К ним относятся грузовые тали, тали топенанта, топрик-тали, шлюп-тали, тали оттяжки и др.

Ходовой конец полиспаста (тали), который навивается на барабан, называется лопарем.

Основным параметром полиспаста является его кратность u (передаточное отношение) кратностью полиспаста называется отношение числа ветвей троса, которые сбегают c подвижных блоков к числу лопарей.

Трос, предназначенный для подъема и опускания груза, называется шкентелем. Трос, предназначенный для удержания стрелы и изменения ее вылета, называется топенантом.

Кратность грузового полиспаста представляет собой отношение числа ветвей троса, на которых висит груз, к числу лопарей

–число ветвей троса,на который висит груз;

–число лопарей.

По числу лопарей полиспасты подразделяются на одинарные (рис.4.1 а)) (=1) и сдвоенные (рис.4.1 б)) (=2).

Рис.4.1. Одинарный полиспаст кратностью u г =2

Рис.4.2. Сдвоенный полиспаст кратностью u г =2

Определим к.п.д. полиспаста на примере одинарного полиспаста, изображенного на рис. 4.2, имеющего кратность u г . В неподвижном полиспасте сила натяжения во всех одинакова

, (4.2)

где F Q – сила веса груза, Н.

u г – кратность грузового полиспаста.

Если полиспаст начинает поднимать груз, то силы натяжения в его ветвях распределяется неравномерно. Это обусловлено потерями к.п.д. в блоках и от жесткости троса. Усилия распределены таким образом:

,

,

,

….

,

,

где  – к.п.д., учитывающий потери на трение в блоке и от жесткости каната.

Система сил находится в равновесии

Здесь в скобках указана сумма геометрической прогрессии

, с учетом этого выражение (4.3) приведется к виду

. Откуда получим формулу для определения тягового усилия в лопаре троса

(4.4)

К.п.д. полиспаста представляет собой отношение полезной работы

Рис.4.3. Распределение усилий в ветвях полиспаста

при подъеме груза весом F Q на высоту h к затраченной работе

. (4.5)

Между скоростью подъема (опускания) груза V под и скоростью выбирания (травления) лопаря шкентеля V л.ш. существует зависимость

(4.6)

Недостатком одинарных полиспастов является то, при подъеме груза он также перемещается горизонтально. Это затрудняет точную остановку груза и вызывает неравномерные реакции в опорах барабана.

При выборе полиспаста также следует учитывать потери на трение. Самые лучшие блоки, используемые на практике, приводят к потерям на трение не менее 10% от прилагаемого усилия. Таким образом, приложив усилие в 1 кг к простому двукратному полиспасту, можно поднять груз в 2 × 0,9 = 1,8 кг , а при использовании простого четырёхкратного полиспаста не 4 кг , как ожидается, а 4 × 0,9 × 0,9 × 0,9 = 2,92 кг , то есть выигрыш в силе окажется менее чем в 3 раза, при потерях в скорости в 4 раза. Простой пятикратный полиспаст даёт реальное усиление чуть больше чем в 3 раза. При использовании вместо блоков карабинов, трение ещё больше.

Перечень ссылок

1. Александров М.П. Подъёмно-транспортные машины: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. - 6-е издание, переработанное. - М.: Высшая школа, 1985. - 520 с., ил.
2. Шестопалов А. Как работает полиспаст // Интернет-проект «Как работают вещи». – http://howitworks.iknowit.ru/paper1144.html .

Вопросы для контроля

1. В чём заключается назначение полиспаста?
2. Как определить кратность полиспаста?
3. Чем обусловлена нецелесообразность применения полиспастов большой кратности?

Для подъема больших грузов человек не очень силен, но он придумал множество механизмов, которые упрощают этот процесс, и в этой статье мы обсудим полиспасты: назначение и устройство таких систем, а также попытаемся сделать простейший вариант такого приспособления своими руками.

Грузовой полиспаст – это система, состоящая из веревок и блоков, благодаря которой можно выиграть в эффективной силе при потере в длине. Принцип довольно прост. В длине мы проигрываем ровно столько, во сколько раз оказался выигрыш в силе. Благодаря этому золотому правилу механики можно большой массы, не прилагая при этом больших усилий. Что в принципе не так критично. Приведем пример. Вот вы выиграли в силе в 8 раз, при этом вам придется вытянуть веревку длиной в 8 метров, чтобы поднять объект на высоту 1 метр.

Применение таких приспособлений обойдется вам дешевле, чем аренда подъемного крана, к тому же, вы можете сами контролировать выигрыш в силе. У полиспаста есть две разные стороны: одна из них неподвижная, которая крепится на опоре, а другая – подвижная, которая цепляется на самом грузе . Выигрыш в силе происходит благодаря подвижным блокам, которые крепятся на подвижной стороне полиспаста. Неподвижная часть служит только для изменения траектории движения самой веревки.

Виды полиспастов выделяют по сложности, четности и кратности. По сложности есть простые и сложные механизмы, а кратность обозначает умножение силы, то есть, если кратность будет равна 4, то теоретически вы выигрываете в силе в 4 раза. Также редко, но все же применяется скоростной полиспаст, такой вид дает выигрыш в скорости перемещения грузов при совсем малой скорости элементов привода.

Рассмотрим для начала простой монтажный полиспаст. Его можно получить при добавлении блоков на опору и груз. Чтобы получить нечётный механизм, необходимо закрепить конец верёвки на подвижной точке груза, а чтобы получить чётный, то крепим веревку на опоре. При добавлении блока получаем +2 к силе, а подвижная точка дает +1, соответственно. Например, чтобы получить полиспаст для лебедки с кратностью 2, необходимо закрепить конец верёвки на опоре и использовать один блок, который крепится на грузе. И у нас будет чётный вид приспособления.

Принцип работы полиспаста с кратностью 3 выглядит по-другому. Здесь конец веревки крепится на грузе, и используются два ролика, один из них мы крепим на опоре, а другой – на грузе. Такой тип механизма дает выигрыш в силе в 3 раза, это нечётный вариант. Чтобы понять, каков выигрыш в силе получится, можно воспользоваться простым правилом: сколько веревок идет от груза, таков наш выигрыш в силе. Используются обычно полиспасты с крюком, на котором, собственно говоря, и крепится груз, ошибочно думать, что это только блок и веревка.

Теперь узнаем, как работает полиспаст сложного типа. Под этим названием подразумевается механизм, где соединены в одну систему несколько простых вариантов данного грузового устройства, они тянут друг друга. Выигрыш в силе таких конструкций рассчитывается путем перемножения их кратностей. Например, мы тянем один механизм с кратностью 4, а другой с кратностью 2, тогда теоретический выигрыш в силе у нас будет равен 8. Все вышеуказанные расчеты имеют место быть только у идеальных систем, у которых нет силы трения, на практике же дела обстоят иначе.

В каждом из блоков происходит небольшая потеря в мощности из-за трения, так как она еще тратится как раз на преодоление силы трения. Для того чтобы уменьшить трение, необходимо помнить: чем больше у нас радиус перегиба веревки, тем меньше будет сила трения. Лучше всего использовать ролики с большим радиусом там, где это возможно. При использовании карабинов следует делать блок из одинаковых вариантов, но ролики гораздо эффективнее карабинов, так как на них у нас потеря составляет 5-30 %, а вот на карабинах же до 50 %. Также не лишним будет знать, что наиболее эффективный блок необходимо располагать ближе к грузу для получения максимального эффекта.

Как же нам рассчитать реальный выигрыш в силе? Для этого нам необходимо знать КПД применяемых блоков. КПД выражается числами от 0 до 1, и если мы используем веревку большого диаметра или слишком жесткую, то эффективность от блоков будет значительно ниже, чем указана производителем. А значит, необходимо это учесть и скорректировать КПД блоков. Чтобы рассчитать реальный выигрыш в силе простого типа грузоподъемного механизма, необходимо рассчитать нагрузку на каждую ветвь веревки и сложить их. Для расчета выигрыша в силе сложных типов необходимо перемножить реальные силы простых, из которых он состоит.

Не стоит забывать еще и о трении веревки, так как ветви ее могут перекручиваться между собой, а ролики от больших нагрузок могут сходиться и зажимать веревку. Дабы этого не происходило, следует разнести блоки относительно друг друга, например, можно между ними использовать монтажную плату. Следует также приобретать только статические веревки, не растягивающиеся, так как динамические дают серьёзный проигрыш в силе. Для сбора механизма может использоваться как отдельная, так и грузовая веревка, присоединенная к грузу независимо от подъемного устройства.

Преимущества использования отдельной веревки состоит в том, что вы можете быстро собрать или приготовить заранее грузоподъемную конструкцию. Вы также можете использовать всю ее длину, это также облегчает проход узлов. Из минусов можно упомянуть то, что нет возможности автоматической фиксации поднимаемого груза. Преимущества грузовой веревки в том, что возможна автофиксация поднимаемого объекта, и нет необходимости в отдельной веревке. Из минусов важно то, что при работе сложно проходить узлы, а также приходится затрачивать грузовую веревку на сам механизм.

Поговорим об обратном ходе, который неизбежен, так как он может возникнуть при прихватывании веревки, или же в момент снятия груза, или при остановке на отдых. Чтобы обратного хода не возникало, необходимо использовать блоки, которые пропускают веревку только в одну сторону. При этом организовываем конструкцию так, что блокирующий ролик крепится первым от поднимаемого объекта. Благодаря этому, мы не только избегаем обратного хода, но также позволяем закрепить груз на время разгрузки или же просто перестановки блоков.

Если вы используете отдельную веревку, то блокирующий ролик крепится последним от поднимаемого груза, при этом фиксирующий ролик должен обладать высокой эффективностью.

Теперь немного о креплении грузоподъемного механизма к грузовой веревке. Редко, когда у нас под рукой находится веревка нужной длины, чтобы закрепить подвижную часть блока. Вот несколько видов крепления механизма. Первый способ – с помощью схватывающих узлов, которые вяжутся из репшнуров диаметром 7-8 мм, в 3-5 оборотов. Данный способ, как показала практика, является наиболее эффективным, так как схватывающий узел из 8 мм шнура на веревке диаметром 11 мм начинает сползать только при нагрузке 10-13 кН. При этом вначале он не деформирует веревку, а спустя какое-то время, оплавляет оплетку и прикипает к ней, начиная играть роль предохранителя.

Другой способ заключается в использовании зажима общего назначения. Время показало, что его можно использовать на обледенелых и мокрых веревках. Он начинает ползти только при нагрузке в 6-7 кН и несильно травмирует веревку. Еще один способ заключается в использовании персонального зажима, но он является не рекомендуемым, так как он начинает ползти при усилии уже в 4 кН и при этом рвет оплетку, или даже может перекусить веревку. Это все промышленные образцы и их применение, мы же попробуем создать самодельный полиспаст.

Грузоподъемные машины призваны помочь человеку поднять что-либо тяжелое на высоту. В основе большинства подъемных механизмов лежит простая система блоков – полиспаст. Он был знаком еще Архимеду, но сейчас об этом гениальном изобретении многие не знают. Вспоминая курс физики, выясните, как работает такой механизм, его строение и область применения. Разобравшись в классификации, можно приступать к расчету. Чтобы все получилось – вашему вниманию инструкция по конструированию простой модели.

Система блоков – теория

Изобретение полиспаста дало огромный толчок развитию цивилизаций. Система блоков помогла построить огромные сооружения, многие из которых сохранились по сей день и вызывают недоумение у современных строителей. Также совершенствовалось судостроение, люди смогли путешествовать на огромные расстояния. Пора разобраться, что это такое – полиспаст и выяснить, где можно найти ему применение сегодня.

Простота и эффективность механизма

Строение грузоподъемного механизма

Классический полиспаст представляет собой механизм, который состоит из двух основных элементов: шкив; гибкая связь

Простейшая схема: 1 – подвижный блок, 2 – неподвижный, 3– канат

Шкив – это металлическое колесо, которое по внешнему краю имеет специальный желоб для троса. В качестве гибкой связи может применяться обычный трос или канат. Если груз будет достаточно тяжелый, используют тросы из синтетических волокон или стальные канаты и даже цепи. Для того чтобы шкив вращался легко, без скачков и заедания, используют роликовые подшипники. Все элементы, которые движутся, смазывают.

Один шкив называют блоком. Полиспаст – это система блоков для подъема грузов. Блоки в составе подъемного механизма могут быть неподвижными (жестко закрепленными) и подвижными (когда ось в процессе работы меняет положение). Одна часть полиспаста крепится к неподвижной опоре, другая – к грузу. Подвижные ролики располагаются на стороне груза.

Неподвижный блок

Роль неподвижного блока – изменение направления движения каната и действия прикладываемой силы. Роль подвижных – получение выигрыша в силе.

Подвижный блок

Принцип работы – в чем секрет

Принцип работы полиспаста подобен рычагу: усилие, которое необходимо приложить, становится меньше в несколько раз, при этом работа выполняется в том же объеме. Роль рычага играет трос. В работе полиспаста важен выигрыш в силе, поэтому возникающий проигрыш в расстоянии не принимается во внимание.

В зависимости от конструкции полиспаста, выигрыш в силе может быть разным. Простейший механизм из двух шкивов дает примерно двукратный выигрыш, из трех – трехкратный и так далее. По тому же принципу рассчитывается и увеличение расстояния. Для работы простого полиспаста нужен трос в два раза длиннее высоты подъема, а если используют комплекс из четырех блоков – то и длина троса увеличивается прямо пропорционально в четыре раза.

Принцип работы системы блоков

В каких областях применяется система блоков

Полиспаст – верный помощник на складе, на производстве, в транспортной сфере. Его используют везде, где нужно применять силу для перемещения всевозможных грузов. Система широко применяется в строительстве.

Несмотря на то что большую часть тяжелой работы выполняет строительная техника (подъемный кран), полиспасту нашлось место в конструкции грузозахватных механизмов. Система блоков (полиспаст) является составляющей таких подъемных механизмов, как лебедка, таль, строительная техника (краны разных типов, бульдозер, экскаватор).

Помимо строительной отрасли, полиспасты получили широкое применение в организации спасательных работ. Принцип работы остается прежним, но конструкция немного видоизменяется. Спасательное оборудование изготавливается из прочного троса, используются карабины. Для устройств такого назначения важно, чтобы вся система быстро собиралась и не требовала дополнительных механизмов.

Полиспаст в составе крюка подъемного крана

Классификация моделей по разным характеристикам

Существует множество исполнений одной задумки – системы блоков, объединенных канатом. Их дифференцируют в зависимости от способа применения и конструктивных особенностей. Познакомьтесь с разными типами подъемников, выясните, в чем заключается их назначение и чем отличается устройство.

Классификация в зависимости от сложности механизма

В зависимости от сложности механизма выделяют простые; сложные; комплексные полиспасты.

Пример четных моделей

Простой полиспаст представляет собой систему последовательно соединенных роликов. Все подвижные и неподвижные блоки, а также сам груз объединяются одним тросом. Дифференцируют четные и нечетные простые полиспасты.

Четными называют те грузоподъемные механизмы, чей конец троса крепится к неподвижной опоре – станции. Все комбинации в таком случае будут считаться четными. А если конец веревки прикреплен непосредственно к грузу или месту прикладывания усилия, эта конструкция и все производные от нее будут называться нечетными.

Схема нечетного полиспаста

Сложный полиспаст можно называть системой полиспастов. В этом случае последовательно соединяются не отдельные блоки, а целые комбинации, которые вполне могут использоваться сами по себе. Грубо говоря, в этом случае один механизм приводит в движение другой подобный.

Объединение двукратного и шестикратного простого полиспаста дает сложный шестикратный вариант

Комплексный полиспаст не относится ни к одному, ни к другому виду. Его отличительная черта – ролики, движущиеся навстречу грузу. В состав комплексной модели могут входить как простые, так и сложные полиспасты.

Классификация по назначению подъемника

В зависимости от того, что хотят получить при использовании полиспаста, их подразделяют на:

Силовые;

Скоростные.

А – силовой вариант, Б - скоростной

Силовой вариант используется чаще. Как следует из названия, его задача – обеспечить выигрыш в силе. Так как для значительного выигрыша нужны столь же значительные потери в расстоянии, неизбежны и потери в скорости. К примеру, для системы 4:1 при поднятии груза на один метр нужно натянуть 4 метра троса, что замедляет работу.

Скоростной полиспаст по своему принципу представляет собой обратную силовому конструкцию. Он не дает выигрыша в силе, его цель – скорость. Применяется для ускорения работы в ущерб прикладываемому усилию.

Кратность – основная характеристика.

Основной показатель, на который обращают внимание при организации подъема грузов –кратность полиспаста. Этот параметр условно обозначает, во сколько раз механизм позволяет выиграть в силе. Фактически, кратность показывает, на сколько ветвей каната распределен вес груза.

Кинематическая кратность

Кратность подразделяют на кинематическую (равную количеству перегибов каната) и силовую, которая рассчитывается с учетом преодоления тросом силы трения и неидеальным КПД роликов. В справочниках приведены таблицы, которые отображают зависимость силовой кратности от кинематической при разных КПД блоков.

Как видно из таблицы, силовая кратность существенно отличается от кинематической. При низком КПД ролика (94%) фактический выигрыш в силе полиспаста 7:1 будет меньше выигрыша шестикратного полиспаста с КПД блоков 96%.

Схемы полиспастов разной кратности

Как производить расчеты для полиспаста

Несмотря на то что теоретически конструкция полиспаста предельно простая, на практике не всегда ясно, как поднять груз с помощью блоков. Как понять, какая кратность понадобится, как выяснить КПД подъемника и каждого блока в отдельности. Для того чтобы найти ответы на эти вопросы, нужно выполнить расчеты.

Расчет отдельного блока

Расчет полиспаста нужно выполнять из-за того, что условия работы далеки от идеальных. На механизм действуют силы трения в результате движения троса по шкиву, в результате вращения самого ролика, какие бы подшипники ни применялись.

Кроме того, на стройплощадке и в составе строительной техники редко применяется гибкая и податливая веревка. Стальной канат или цепь обладают гораздо большей жесткостью. Так как для сгибания такого троса при набегании на блок требуется дополнительное усилие, его тоже нужно обязательно учитывать.

Для расчета выводят уравнение моментов для шкива относительно оси:

SсбегR = SнабегR + q SнабегR + Nfr (1)

В формуле 1 показаны моменты таких сил:

– Sсбег – усилие со стороны сбегающего каната;

– Sнабег – усилие со стороны набегающего каната;

– q Sнабег – усилие, для сгибания/разгибания каната с учетом его жесткости q;

– Nf – сила трения в блоке, с учетом коэффициента трения f.

Для определения момента все силы умножаются на плечо – радиус блока R или радиус втулки r.

Сила набегающего и сбегающего троса возникает в результате взаимодействия и трения нитей каната. Поскольку сила для сгибания/разгибания троса существенно меньше остальных, вычисляя воздействие на ось блока, этим значением часто пренебрегают:

N = 2 Sнабег×sinα (2)

В этом уравнении:

– N – воздействие на ось шкива;

– Sнабег – усилие со стороны набегающего каната (принимается примерно равным Sсбег;

– α – угол отклонения от оси.

Блок полиспаста

Расчет полезного действия блока

Как известно, КПД – коэффициент полезного действия, то есть насколько результативна была выполненная работа. Его рассчитывают, как отношение выполненной и затраченной работ. В случае с блоком полиспаста применяется формула:

ηб = Sнабег/ Sсбег = 1/(1 + q + 2fsinα×d/D) (3)

В уравнении:

– 3 ηб – КПД блока;

– d и D – соответственно, диаметр втулки и самого шкива;

– q – коэффициент жесткости гибкой связи (каната); f – коэффициент трения;

– α – угол отклонения от оси.

Из этой формулы видно, что на КПД влияет строение блока (посредством коэффициента f), его размер (через отношение d/D) и материал каната (коэф. q). Максимальное значение КПД можно получить, используя втулки из бронзы и подшипники качения (до 98%). Подшипники скольжения дадут до 96% коэффициент полезного действия.

На схеме изображены все силы S на разных ветвях каната

Подъемный механизм состоит из нескольких блоков. Суммарный КПД полиспаста не равен арифметической сумме всех отдельных составляющих. Для вычисления используют куда более сложную формулу, а точнее – систему уравнений, где все силы выражаются через значение первичной S0 и КПД механизма:

– S1=ηп S0;

– S2=(ηп)2 S0; (– 4)

S3=(ηп)3 S0; ….

– Sn=(ηп)n S0.

КПД полиспаста при разной кратности

Поскольку значение КПД всегда меньше 1, с каждым новым блоком и уравнением в системе значение Sn будет стремительно уменьшаться. Суммарный КПД полиспаста будет зависеть не только от ηб, но и от количества этих блоков – кратности системы. По таблице можно найти ηп для систем с разным количеством блоков при разных значениях КПД каждого.

Как сделать подъемник своими руками

В строительстве во время проведения монтажных работ далеко не всегда есть возможность подогнать подъемный кран. Тогда возникает вопрос, как поднять груз веревкой. И здесь находит свое применение простой полиспаст. Для его изготовления и полноценной работы нужно сделать расчеты, чертежи, правильно подобрать веревку и блоки.

Разные схемы простых и сложных подъемников

Подготовка базы – схема и чертеж

Прежде чем приступать к сооружению полиспаста своими руками, нужно внимательно изучить чертежи и подобрать подходящую для себя схему. Опираться следует на то, как вам будет удобнее разместить конструкцию, какие блоки и трос имеются.

Случается, что грузоподъемности блоков полиспаста недостаточно, а сооружать сложный многократный подъемный механизм нет времени и возможности. Тогда применяют сдвоенные полиспасты, представляющие собой комбинацию из двух одинарных. Этим устройством также можно поднимать груз таким образом, чтобы он двигался строго вертикально, без перекосов.

Чертежи сдвоенной модели в разных вариациях

Как подобрать веревку и блок

Важнейшую роль в построении полиспаста своими руками играет веревка. Важно, чтобы она не растягивалась. Такие канаты называют статическими. Растяжение и деформация гибкой связи дает серьезные потери эффективности работы. Для самодельного механизма подойдет синтетический трос, толщина зависит от веса груза.

Материал и качество блоков – показатели, которые обеспечат самодельным подъемным устройствам расчетную грузоподъемность. В зависимости от подшипников, которые установлены в блоке, меняется его КПД и это уже учтено в расчетах.

Но как поднять груз на высоту своими руками и не уронить его? Чтобы обезопасить груз от возможного обратного хода, можно установить специальный фиксирующий блок, который позволяет веревке двигаться только в одном – нужном направлении.

Ролик, по которому движется канат

Пошаговая инструкция для подъема груза через блок

Когда веревка и блоки готовы, схема выбрана, а расчет произведен, можно приступать к сборке. Для простого двукратного полиспаста понадобятся:

– ролик – 2 шт.;

– подшипники;

– втулка – 2 шт.;

– обойма для блока – 2 шт.;

– веревка; крюк для подвеса груза;

– стропы – если они нужны для монтажа.

Для быстрого соединения используют карабины

Пошагово подъем груза на высоту осуществляется так:

1. Соединяют ролики, втулку и подшипники. Объединяют все это в обойму. Получают блок.

2. Веревку запускают в первый блок;

3. Обойма с этим блоком жестко крепится к неподвижной опоре (железобетонная балка, столб, стена, специально смонтированный вынос и пр.);

4. Затем конец веревки пропускают через второй блок (подвижный).

5. К обойме крепят крюк.

6. Свободный конец веревки фиксируют.

7. Стропят поднимаемый груз и соединяют его с полиспастом.

Самодельный подъемный механизм готов к использованию и обеспечит двойной выигрыш в силе. Теперь, чтобы поднять груз на высоту, достаточно потянуть за конец веревки. Огибая оба ролика, веревка поднимет груз без особых усилий.

Можно ли объединить полиспаст и лебедку

Если к самодельному механизму, который вы построите по этой инструкции, присоединить электрическую лебедку, получится самый настоящий подъемный кран, выполненный своими руками. Теперь для подъема груза не придется напрягаться совсем, лебедка все сделает за вас.

Даже ручная лебедка сделает подъем груза комфортнее – не нужно стирать руки о канат и переживать, чтобы веревка не выскользнула из рук. В любом случае, крутить ручку лебедки куда проще.

Полиспаст для лебедки

В принципе, даже вне стройплощадки умение в походных условиях с минимумом инструментов и материалов соорудить элементарный полиспаст для лебедки – очень полезный навык. Особенно оценят его автомобилисты, которым посчастливилось застрять на машине где-нибудь в непроходимом месте. Сделанный на скорую руку полиспаст значительно увеличит производительность лебедки.

Переоценить значение полиспаста в развитии современного строительства и машиностроения сложно. Понимать принцип действия и визуально представлять себе его конструкцию должен каждый. Теперь вам не страшны ситуации, когда нужно поднять груз, а специальной техники нет. Несколько шкивов, веревка и смекалка позволят обойтись без привлечения крана.