Полиспасты: назначение, устройство, виды

Теория полиспастов из «альпинистского» снаряжения. Практическая адаптация под специфику роупджампинга. Очень много картинок — чтобы было понятно. Просьба к читателям, разбирающимся в полиспастах: Найти возможные ошибки. Дать советы по теме. …

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).

Где используют полиспастыПрименение полиспастаИспользование полиспаста в работе

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.

Схема полиспаста

Вот простейшая схема полиспаста.

простейшая схема полиспаста

Кружки это блоки. Большой круг привод, а вернее барабан, грузоподъемного крана. Конец троса закреплен не на крюке крана, а на неподвижной относительно крана поверхности. Такой поверхностью может быть стрела крана или, если говорить про башенные краны, каретка. Нижний блок никак не закреплен на кране и является подвижным относительно него. Это две простейшие схемы устройства полиспаста.

Какие же нагрузки возникают в этом случае?

Расчет полиспаста

Вернее будет спросить, как изменится нагрузка на двигатель и на сам канат. В нашем случае она уменьшится в два раза. Конечно, можно приводить формулы и школьные примеры известные еще со времен Архимеда, но можете поверить на слово. Но это относительно простой пример. Как произвести расчет полиспаста более сложного я расскажу в другой статье.  А теперь рассмотрим какие-же бывают полиспасты.

Какие бывают блоки

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.

Неподвижный блок

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. 

Подвижный блок

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.

Общая информация

Давайте попытаемся как можно более детально изучить полиспаст. Что это такое с технической точки зрения? По своей сути он представляет собой группу блоков, собираемых в специальные обоймы, через которые проходит либо цепь, либо канат. Самый простой полиспаст – один блок с протянутым через него тяговым элементом. Такой вариант схемы позволяет снизить в два раза усилие тяги, которое требуется для перемещения груза.

полиспаст принцип действия

Принцип работы полиспаста

По сути, полиспаст является системой рычагов, роль которых выполняют части каната, находящиеся между блоками. Как известно, закон рычага гласит что, выигрывая в силе, проигрываешь в расстоянии, а значит, и в скорости, и наоборот. Значит, для перемещения груза на 1 метр механизмом с двойным выигрышем придётся выбрать 2 метра каната, то есть потратить в 2 раза больше времени. Прилагаемое усилие будет в 2 раза меньше массы груза, однако, количество затраченной энергии не изменится.

Точно так же подсчитывается выигрыш по расстоянию, если точки крепления полиспаста и груза поменять местами.

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.

Конструктивные особенности современных полиспастовЧем отличаются полиспастыОсновные конструктивные отличия полиспастов

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.

Как растет кратность полиспастаОсобенность роста кратности полиспастаРост кратности при работе полиспаста

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.

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.
Комплексные 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.
Кратность

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.

Изменение кратности

Полиспасты (назначение и устройство их за годы существования в своей основе остались неизменными) допускают введение или удаление из системы дополнительных блоков. За счет этого и обеспечивается получение требуемой кратности. Если кратность четная, то в таком случае свободный конец каната закрепляется на стационарном конструктивном элементе. Если же кратность является нечетной, то этот же конец присоединяют к обойме с крюком.

В силовых полиспастах увеличение кратности позволяет уменьшить диаметр каната и, соответственно, габариты барабана и блоков. Все это в итоге приводит к снижению общей массы всей системы, уменьшению передаточного числа редуктора. Но в то же время потребуется большая длина каната.

полиспаст ручной

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.

Вычисляя воздействие на ось блока, часто пренебрегают силой разгибания блока. Формула получает вид:

(N;=;2;Sнабег;times;sin;alpha)

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.
Расчет полиспаста

 

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;times;{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}}atimeseta^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.

КПД полиспаста

Как крепится веревка к механизму?

Существует несколько способов крепления этой конструкции к цепи:

  • Необходимо применять репшнуры и обмотать узлами в 3-6 оборота.
  • Прикрепить конструкцию можно также при помощи различных зажимов.

Крепление веревки к полиспасту

Особенности

Абсолютно любой полиспаст, принцип действия которого в целом схож с работой рычага, хорош тем, что не требует от пользователя каких-либо специальных навыков, однако обязывает быть крайне осторожным, поскольку, как и любой другой грузоподъёмный механизм, таит в себе опасность и способен травмировать. Кроме того, эксплуатация полиспастов показывает, что применяемые в их системах тяговые элементы не обладают идеальной гибкостью и наделены некоторой жесткостью. Именно поэтому набегающая ветвь каната не способна моментально лечь в ручей блока или барабана, а сбегающая ветвь не может сразу же выпрямиться. Лучше всего это видно в момент использования канатов из стали.

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.

Ссылки

1. Полиспасты для спасательных работ. Часть I. Ф.Фарберов

2. Полиспасты для спасательных работ. Часть II. Ф.Фарберов

3. Полиспасты для спасательных работ. Часть III. Ф.Фарберов

4. Справочная информация и ссылки к статье о полиспастах

5. Дополнения к материалам по полиспастам

Как сделать полиспаст самостоятельно

В домашнем хозяйстве нет необходимости ежедневно поднимать тяжести, поэтому для разовых работ можно сделать подъёмное устройство своими руками. Всё, что потребуется для этого найдётся в мастерской запасливого хозяина:

  • стальные шпильки с резьбой;
  • подшипники;
  • ролики;
  • верёвка;
  • крюк.

Подшипник вставляют в ролик и насаживают на шпильку. Накручивают гайку и стопорят её, чтобы не тратить зря усилий на прокручивание получившегося вала. К шпильке крепится крюк или стропы. Один конец верёвки, пропущенной через сделанный блок, закрепляют на неподвижной опоре, а за другой тянут вверх при подъёме груза. Получился простейший полиспаст кратностью 2:1.

Поскольку работать с таким механизмом неудобно следует сделать ещё один блок и, закрепив, пропустить через него верёвку. Теперь её можно будет тянуть вниз и даже соединить с лебёдкой. Кроме улучшения условий работы, это обеспечит возможность, при необходимости, фиксации груза в любом промежуточном положении.

Для полиспаста, сделанного своими руками, лучше использовать верёвку, а не стальной трос. Её преимуществом является то, что она позволяет быстро собрать или разобрать конструкцию. Выбирать следует статические виды, которые не растягиваются. Динамические типы «съедают» часть выигрыша в силе.

Подъемник с в домашних условиях

Порой в быту появляется нужда в поднятии тяжелого груза, но не у всех людей есть возможность подогнать к порогу строительный кран, от чего приходится выкручиваться. И тут на помощь как раз сможет прийти система блоков. Полиспасты, назначение и устройство которых может показаться довольно сложной в конструировании, но при должной подготовки, создание такой конструкции в домашних условиях не составит проблем. Все производится в четыре этапа:

  • Расчеты. Они производятся с учетом ваших целей и задач, а именно, параметры рабочего помещение, наличие в нем ограничений, вес груза и расстояние на которое нужно произвести транспортировку. Нужно зафиксировать все эти данный для составления чертежа и выбора конструкции.
  • Создание чертежа. Если в этом деле нет опыта, то лучше обратится к человеку с опытом и инженерным образованием, который сможет сократить время на создание модели на бумаге. Если помощи взять неоткуда, то лучше обратится в интернет и посмотреть рабочие чертежи базовых конструкций. Каждая из типов будет эффективна в определённых условиях, замеры которых вы сделаете ранее.
  • Подбор материалов. Подбор стоит начинать уже на первых этапах, а именно отталкиваться от уже имеющих вещей и тех, что можно приобрести. От вашего чертежа и расчетов зависит, какие детали будут нужны и какой материал лучше использовать. Покупайте в силу своего бюджета и с заделом на дальнейшее использование. Сильно экономить не стоит, иначе конструкция может подвести в самый ответственный момент.
  • Конструирование. Этот шаг самый простой из всех, потому что здесь нужно лишь соблюдать план и делать на совесть.

При определённой сноровке и подготовленности может получится очень добротная рабочая модель, которая не будет уступать строительным аналогам. Но если задачи не слишком амбициозные, то сильных затрат это не потребует. Для надежности можно в создании использовать уже готовый части из строительных полиспастов.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...