Полиспасты

Система блоков — полиспаст

Полиспаст — система подвижных и неподвижных блоков, соединенных гибкой связью (канаты, цепи) используемая для увеличения силы или скорости подъема грузов. Используется полиспаст в случаях, если необходимо прилагая минимальные усилия поднять или переместить тяжелый груз, обеспечить натяжение и т.п. Простейших полиспаст состоит всего из одного блока и каната, при этом позволяет в два раза снизить тяговое усилие, необходимое для подъема груза.

Обычно в грузоподъемных механизмах применяют силовые полиспасты, позволяющие уменьшить натяжение каната, момент от веса груза на барабане и передаточное число механизма (тали, лебедки). Скоростные полиспасты, позволяющие получить выигрыш в скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента. Они применяются значительно реже и используются в гидравлических или пневматических подъемниках, погрузчиках, механизмах выдвижения телескопических стрел кранов.

Основной характеристикой полиспаста является кратность. Это отношение числа ветвей гибкого органа, на котором подвешен груз, к числу ветвей наматываемых на барабан (для силовых полиспастов), либо отношение скорости ведущего конца гибкого органа к ведомому (для скоростных полиспастов). Условно говоря, кратность это теоретически рассчитанный коэффициент выигрыша в силе или скорости при использовании полиспаста. Изменение кратности полиспаста происходит путем введения или удаления из системы дополнительных блоков, при этом конец каната при четной кратности крепится на неподвижном элементе конструкции, а при нечетной кратности — на крюковой обойме.

В зависимости от количества ветвей каната, закрепленных на барабане грузоподъемного механизма, можно выделить одинарные (простые) и сдвоенные полиспасты. В одинарных полиспастах, при наматывании или сматывании гибкого элемента вследствие его перемещения вдоль оси барабана, создается нежелательное изменение нагрузки на опоры барабана. Также в случае отсутствия в системе свободных блоков (канат с блока крюковой подвески непосредственно переходит на барабан) происходит перемещение груза не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости.

Для обеспечения строго вертикального подъема груза применяют сдвоенные полиспасты, (состоящие из двух одинарных), в этом случае на барабане закрепляются оба конца каната. Для обеспечения нормального положения крюковой подвески при неравномерной вытяжке гибкого элемента обоих полиспастов применяют балансир или уравнительные блоки. Такие полиспасты применяют в основном в мостовых и козловых кранах, а также в тяжелых башенных кранах для того, чтобы можно было использовать две стандартные грузовые лебедки вместо одной крупногабаритной большой мощности, а также для получения двух или трех скоростей подъема груза.

В силовых полиспастах при увеличении кратности можно использовать канаты уменьшенного диаметра, и как следствие уменьшить диаметр барабана и блоков, снизить массу и габариты системы в целом. Увеличение кратности позволяет снизить передаточное число редуктора, но одновременно требует большей длины каната и канатоемкости барабана.

Скоростные полиспасты отличаются от силовых тем, что в них рабочая сила, обычно развиваемая гидравлическим или пневматическим цилиндром, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната или цепи. Выигрыш в скорости при использовании такого полиспаста получается в результате увеличения высоты подъёма груза.

При использовании полиспастов следует учитывать, что используемые в системе элементы не являются абсолютно гибкими телами, а имеют определенную жесткость, поэтому набегающая ветвь не сразу ложится в ручей блока, а сбегающая ветвь не сразу выпрямляется. Это наиболее заметно при использовании стальных канатов.

Рабочее оборудование

1. обрывы проволок, в том числе наличие обрывов проволок у концевых заделок, наличие мест сосредоточения обрывов проволок, интенсивность возрастания числа обрывов проволок; 2. уменьшение диаметра каната в результате поверхностного износа или коррозии на 7 % и более по сравнению с номинальным диаметром; 3. обрыв пряди; 4. выдавлен или оборван сердечник; 5. деформация в виде волнистости, корзинообразности, выдавливания проволок и прядей, раздавливания прядей, заломов, перегибов и т.п.; 6. повреждения в результате температурного воздействия или электрического дугового разряда; 7. уменьшение первоначального диаметра наружных проволок в результе износа или коррозии на 40 % и более. Хранить канаты рекомендуется только смазанными и в сухом помещении на подкладках.

Блоки, полиспасты, крюковые подвески.

Вращающийся элемент с ручьем для направления каната называется блоком. Система подвижных и неподвижных блоков, огибаемых канатом, называется полиспастом (рис. 2.4). При помощи полиспаста можно уменьшить усилие в грузовом канате лебедки, т.е. получить выигрыш в силе. Подвижный блок перемещается в пространстве вместе со своей осью, неподвижный — нет. Блоки, установленные на одной оси, образуют обойму. Неподвижную обойму 3 устанавливают на головной части стрелы, а подвижную обойму 5 — в крюковой подвеске. Одну ветвь 4 каната закрепляют на металлоконструкции крана, а другую ветвь 2 направляют к барабану 1 грузовой лебедки.

Характеристикой полиспаста является кратность, которая представляет собой отношение числа несущих ветвей каната в полиспасте к числу ветвей каната, сбегающих с барабана. Кратность показывает, во сколько раз необходимое усилие для подъема груза меньше массы груза. Полиспаст дает выигрыш в силе, пропорциональный проигрышу в скорости перемещения груза.

Для подъема груза на гидравлических автомобильных кранах применяют полиспасты с кратностью от 1 (на дополнительной крюковой подвеске) до 12. Полиспаст позволяет использовать канаты меньшего диаметра, благодаря чему уменьшаются диаметры барабанов, лебедки, блоков, а также передаточное число редукторов, но увеличиваются длина каната и канатоемкость барабана.

Крюковая подвеска — устройство, снабженное крюком для подъема груза и системой блоков для подвески к крану. Крюковые подвески используют на автомобильных кранах в качестве грузозахватных органов. Груз на крюк подвешивают с помощью съемных грузозахватных приспособлений.

Крюковые подвески подразделяются на безблочные, одно- и многоблочные. Подвеска состоит из двух литых щек, в нижней части которых на упорных подшипниках качения установлен крюк. На хвостовик крюка наворачивается гайка, которая для избежания самопроизвольного свинчивания фиксируется стопорной планкой. Крюки должны быть оборудованы предохранительными замками. В верхней части щек устанавливают блоки или устройство крепления подвески на канате.

Основная (многоблочная одноосная) крюковая подвеска (рис. 2.5) предназначена для работы крана с телескопической стрелой при многократном полиспасте. Она состоит из рабочих блоков 4, траверсы 1, на которой на упорном подшипнике 13 установлен крюк 16, и щек 3 и 14.

Страницы: 3

Назначение

Учитывая тот факт, что этому изобретение больше двух тысяч лет, оно применялось для выполнения невообразимого количество работ и задач. За частую это строительная сфера, где полиспасты используются в подъемных кранах, лебедках и тому подобное. Также механизму нашли применения на суднах, для спуска и подъема спасательных шлюпок. Некоторое время использовался в первых прототипах лифта, до появления гидравлических и электрических приводов.

Полиспасты, назначение и устройство, кратность их менялось и находило применение в спорте, а именно, в скалолазание и других экстремальных занятиях на больших высотах. Также долгое время спасательные отряд в горных местностях были оснащены устройствами, чтобы вытаскивать пострадавших из труднодоступных мест. Еще часто можно встретить использование блоков в электрических проводках, а точнее для создания натяжения кабельной сети.

Расчет полиспаста

Для сгибания и разгибания каната к его сбегающей ветви необходимо приложить дополнительную силу W, которая зависит от размеров и конструкции каната и блока, а также от натяжения каната. Ее можно определить из уравнения моментов сил относительно оси блока без учета сил трения в опоре блока:

где R = D/2 — радиус ручья блока; q — коэффициент жесткости (его значение определяют экспериментально). Уравнение моментов всех действующих сил относительно оси блока (рис. 1, а) имеет вид:

где N — нагрузка на ось блока, равная геометрической сумме сил Sнаб и Sсбег; do — диаметр оси блока; f — коэффициент трения в опоре блока.

При определении величины N с некоторым допущением можно принять Sнаб≈Sсбег и тогда при угле обхвата блока канатом 2α:

Подставив это соотношение в выше приведенное уравнение моментов, получим:

КПД блока

Коэффициент полезного действия блока (КПД блока) — это отношение полезной работы Sнабh при подъеме груза весом Gгр на высоту h к полной работе, совершенной при этом силой Sсбег на том же пути h с учетом преодоления потерь на трение и жесткости каната.

КПД неподвижного блока

Поэтому для неподвижного блока, у которого перемещение набегающей и сбегающей ветвей каната одинаково, КПД неподвижного блока выражается формулой:

Анализ этой формулы показывает, что чем больше угол обхвата блока канатом и чем больше жесткость каната и трение в опоре блока, тем меньше значение КПД блока и тем больше дополнительная сила, которую необходимо приложить к канату, чтобы обеспечить равномерное движение груза. На КПД блока наиболее существенное влияние оказывают потери на трение в опоре блока, зависящие от конструкции и состояния опоры, поэтому при практических расчетах с достаточной степенью точности КПД блока принимают независящим от диаметра и конструкции каната, от размеров блока и от угла обхвата его канатом. Для блоков с опорой на подшипниках скольжения η = 0,95÷0,96; для блоков на подшипниках качения η = 0,97÷0,98. Меньшие значения принимают для блоков, работающих при повышенной температуре или в запыленной или загазованной среде. Тогда натяжение ветви тягового органа, набегающей на блок:

При обегании канатом неподвижного блока скорости движения набегающей и сбегающей ветви равны между собой (рис. 1, в). Если же набегающая ветвь каната со скоростью υ1 (рис. 1, г) набегает на подвижный блок, ось которого перемещается со скоростью υо, то скорость сбегающей ветви каната равна υ1 + 2υо.

Силовой полиспаст

Рис. 2

Развернутая схема обегания канатом блоков одинарного (простого) силового полиспаста приведена на рисунке 2. Если пренебречь сопротивлением в полиспасте, то есть когда система является неподвижной, сила в любой точке каната полиспаста:

где Gгр — вес груза; a — число перерезов каната, на которых подвешен груз (в сечении К-К на рис. 2); для одинарного полиспаста это число называется кратность полиспаста.

При подъеме или опускании груза, если учитывать силы сопротивления от жесткости каната и от трения в опорах блоков, натяжение отдельных ветвей каната различно. Обозначим через S1 натяжение ветви каната, идущей на обводной блок А1, S2 — натяжение следующей ветви и т. д. В общем случае при кратности полиспаста а натяжение последней неподвижно закрепленной ветви каната равно Sа. Отсюда следует равенство:

Если ветви каната в полиспасте расположены под углом к направлению силы тяжести, то надо брать проекции сил натяжения на вертикальную ось.

Соотношение между натяжениями отдельных ветвей каната при подъеме груза:

где η — КПД блока.

Используя эти соотношения, получаем:

Вычислив сумму геометрической прогрессии (выражение в скобках), определим соотношение между весом груза Gгр и натяжением каната S1 при параллельном расположении ветвей полиспаста без учета динамических нагрузок:

Натяжение Sбар каната, подводимого к барабану Б (рис. 2), больше натяжения S1, поскольку необходимо преодолевать сопротивление в обводных блоках А1, А2, А3. Если число обводных блоков равно t, максимальное натяжение каната при подъеме груза:

При опускании груза максимальное натяжение Sа будет в последней ветви, оно равно:

КПД полиспаста

КПД полиспаста, имеющего кратность а, в целом определяется как отношение полезной работы при подъеме груза Gгр на высоту h к затраченной при этом работе Sбарah, то есть:

При этом максимальное натяжение в системе полиспаста при подъеме груза может быть определено по зависимости:

Создаем простейший подъемный механизм своими руками

А вот если механизм для грузов нужен срочно или на один раз, а выбирать по магазинам его нет времени и жалко денег, мы расскажем, как сделать полиспаст своими руками. Хорошо, если у вас в мастерской имеются резьбовые шпильки, подшипники, блок, трос, крюк, шестеренка. Понадобится немного времени: нужно подшипники насадить на шпильку. Гайку от шпильки желательно зафиксировать, чтобы не тратить некоторую часть сил впустую на прокручивание своеобразного вала. Конец шпильки можно снабдить шестеренкой, сделав таким образом более удобный ручной привод.

Через блок перекидываем трос и крепим его на опоре, а вот на другой конец цепляем крюк, на который будем вешать груз. Также на конце троса можно зафиксировать систему строп, если характер груза не позволит его насадить на крюк. В принципе, самый простейший вариант полиспаста готов. Остается приступить к работе, соблюдая технику безопасности, которая одинакова для всех механизмов, как покупных, так и самодельных. Внимательно проверяйте все элементы на целостность перед работой, а во время работы не делайте резких движений, поднимать груз следует плавно, и, конечно, не стоит стоять под подвешенным грузом.

  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1

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.

Что такое полиспаст, зачем он нужен и где применяется?

Стационарно подъемники применяются на складах и в производственных помещениях, в которых необходимо поднимать разные тяжести. Переносные блочные системы используются в строительстве, логистике, для спасательных работ.

Устройство и принцип работы

Полиспаст позволяет поднимать тяжесть, используя меньшее усилие человека. Принцип похож на действие рычага для подъема груза, только вместо рычага используется трос.

Конструктивно, самый простой полиспаст являет собой 1 блок и веревку. Ролик закрепляется над грузом (на потолке, балке, или перемещаемой специальной опоре). Один конец веревки с крюком спускается к грузу. Второй конец веревки человек держит в руках и тянет за него, поднимая тяжесть.

На выигрыш в силе влияют такие факторы:

  1. Количество роликов.
  2. Длина веревки.

1 блок увеличивает силу примерно в 2 раза (примерно — потому что какие-то потери спишутся из-за силы трения). То есть если человек без подъемника сможет поднять 30 кг на высоту 1 метр, то с полиспастом — это будут уже 60 кг. Если роликов будет больше — то и вес можно будет поднимать больший.

Что касается длины веревки: чем она длиннее, тем больше вес сможет поднять человек, но и тем больше времени на это придется тратить.

Устройство

Таким образом, мы видим схему простейшего устройства полиспаста:


Барабан привода изображен при помощи большого круга, небольшие круги обозначают шкивы системы. На схеме указаны два вида запасовки троса/ цепи:

  • Схема полиспаста слева отображает фиксацию одного конца каната/цепи на неподвижном шкивы, а второго — на барабане привода.
  • Схема справа отображает фиксацию троса/цепи на тяговом механизме, а также на оси подвижного элемента.

Более продвинутые системы полиспаста состоят из трех и более подвижных и неподвижных частей, которые затягиваются канатом при определенной последовательности. Усложненная схема полиспаста выглядит следующим образом:

Работает полиспаст при помощи двух неподвижных шкивов, которые закреплены на поверхности, и два — подвижных. Два его шкива неподвижно закреплены к поверхности, другие — движутся. Подобная схема примерно в четыре раза сокращает давление, оказываемое на привод при тяговом усилии на трос. Точность этой примерно разницы составляет 93-97%, изменяясь в зависимости от качества использованных элементов и точности исполнения конструктивных решений.

Если потребуются определить точный КПД действия полиспаста или рассчитать схему подъема сложного механизма, нужно обратиться к точным формулам. К тому же, без них нельзя обойтись из-за того, что создать идеальные условия в обычной жизни практически невозможно и потому что на конструкцию также действует сила трения, которая создается при движении шкивов по канату/цепи в процессе вращения ролика вне зависимости от используемых подшипников. К негативным факторам дополнительно относится отсутствие на стройплощадке и в комплекте стройтехники гибкого и податливого каната

Жесткость стальных тросов и цепей вынуждает прикладывать дополнительные усилия для перемещения груза, что также важно учитывать

Существует уравнение моментов сил для полиспастов:

Элементы формулы расшифровываются подобным образом:

  • Sс– сила движения сбегающего веревки/цепи.
  • Sн – сила движения набегающего веревки/цепи.
  • q*Sн– усилие, которое нужно приложить для сгибания или разгибания веревки/цепи с учетом жесткости этого каната равному q.
  • N*f – сила трения, учитывая коэффициент трения в блоке равному f.

Если необходимо определить момент, все силы нужно умножить на плечо, которое равняется радиусу шкива R. Сила, с которой набегает и сбегает веревка/цепь образуется, когда нити веревки/цепи начинают взаимодействовать и создают трение. Учитывая тот факт, что усилие, которое нужно приложить для сгибания или разгибания веревки/цепи оказывается ниже вышеперечисленных, регулярно пренебрегают расчетом воздействия на ось блока: Это уравнение расшифровывается следующим образом: N – уровень воздействия на ось блока. Sн – сила движения набегающего веревки/цепи (можно использовать значение принимается примерно равным Sс). sin(a) – градус угла. с которым отклоняется веревка/цепь от оси.

Далее получаем формулу расчета КПД блока полиспаста:

Формулу расчета КПД блока полиспаста

Как всегда, КПД показывает отношение выполненной работы к затраченной. Для дальнейших расчетов давайте немного обратимся к практике.

  • Первое. При прочтении у вас, скорее всего, сразу возник вопрос о каких углах отклонения вообще идет речь? Действительно, современные полиспасты их просто не имеют. В этих углах нет никакого практического смысла. Можно смело заменить синус из формулы на единицу.
  • Второе. Как уже упоминалось ранее, значение q крайне мало относительно f. В реальных условиях его опускают. Также очень малое значение имеют диаметр ручья полиспаста.

Ну, собственно, у нас остается только сила трения блока полиспаста о его втулку. Таким образом, основное значение при выборе полиспаста имеет качество материалов, из которых он изготовлен, а вернее материалы втулки.

При расчетах используются следующие величины КПД блока полиспаста:

  • 100% — недостижимый идеал;
  • 97% — среднее значение при использовании бронзовых втулок в подшипниках качения;
  • 95% — средние значение при использовании подшипников скольжения;
  • 93% и меньше — сильно запыленные места, сильно повышенная температура или агрессивные среды использования.

Не забываем, что мы до сих пор рассматриваем один единственный ролик, а он у нас не один и не два.

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

Как высчитать КПД всей системы ↑

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.

Рычаги и блоки | Сила и движение

Рычаги и блоки — простые механизмы. Рычаг состоит из стержня и точки опоры или вращения. В блоках используется канат, укрепленный в желобе колеса.

Если приложить силу к одному концу рычага, то на втором его конце тоже возникать сила. Рычаг можно использовать, чтобы выиграть в силе, — усилие, действующее на груз, может быть значительно больше, чем приложенное к другому концу рычага. В частности, с помощью лома, используемого как рыча , можно сдвинуть с места огромные глыбы, которые вручную не поднять.

Чтобы увеличить усилие иногда применяют систему с двух или нескольких блоков. Системы блоков не только дают выигрыш в силе, но и дают возможность изменить направление усилия, прикладываемого к канату.

РЫЧАГИ

Рычаг вращается вокруг неподвижной точки, которая называется точкой опоры или ось вращения. От расстояния между точкой опоры и местом, куда прикладывают силу и где размещен груз, зависит, во сколько раз можно выиграть в силе. Применяя монету как рычаг, можно открыть банку с краской. Для этого один конец монеты надо продвинуть в щель между крышкой и банкой, а ободок банки будет выполнять роль точки опоры. Теперь, нажав на монету с другой стороны, можно поднять плотно вставленную крышку. Если не хватает силы открыть банку монетой, можно воспользоваться ручкой ложки. Ее свободный конец размещен дальше от точки опоры, и со стороны второго конца к крышке будет приложена значительно большая сила.

ОДИНОЧНЫЕ БЛОКИ

Блок представляет собой колесо с желобом, вращающийся вокруг оси. В желобе закреплен канат. Подтягивая один конец каната, поднимают груз, закрепленный на другом конце. При использовании одиночного недвижимого блока сила тяги равна силе тяжести груза. Итак, одиночный неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Направление силы, которая передвигает груз, отличается от направления силы тяги.

ПОЛИCПАСТЫ

Можно заставить работать два блока одновременно, если ось одного из них закрепить на высоко расположенной опоре, например балке, а к оси второго подвесить груз. Один конец каната прикрепляют к оси недвижимого блока. Если потянуть за свободный конец каната, груз начнет подниматься. Системы из нескольких подвижных и неподвижных блоков называются полиспастами.

Полиспаст с 2 пар блоков дает выигрыш в силе в 4 раза. Расстояние, на которое тянут канат, в 4 раза больше высоты, на которую поднимается груз. Для подъема очень тяжелых грузов краны и другие грузоподъемные механизмы оснащены полиспастами с несколькими парами блоков.

Использование двойного блока уменьшает усилие, необходимое для подъема груза в два раза, то есть , прикладывая к канату силу 100 Н, можно поднять груз силой тяжести 200 Н. Таким образом, двойной блок дает двойной выигрыш в силе; при этом для перемещения груза на 1 м приходится выбрать 2 м каната. Поскольку работа равна произведению действующей силы на расстояние, то выполненная работа составляет 100 Н х 2 м = 200 Дж, и она равна работе по подъему груза 200 Н x 1 м = 200 Дж. В общем случае выигрыш в силе равно количеству блоков.

techis.ru

Основы построения полиспастов

Если закрепить веревку (трос) на грузе, перекинуть её через блок, закрепленный на станции (далее стационарный или неподвижный блок) и потянуть вниз, то для поднятия груза необходимо приложить усилие равное массе груза. Выигрыша в усилии нет Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через блок 1 метр веревки.

Это так называемая схема 1:1

Веревка (трос) закреплена на станции и пропущена через блок на грузе. При такой схеме для поднятия груза необходимо усилие в 2 раза меньше чем его масса. Выигрыш в усилии 2:1. Ролик движется вместе с грузом вверх. Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через ролик 2 метра веревки.

Это схема самого простого полиспаста 2:1

Рисунки №№ 1 и 2 иллюстрируют следующие Основные Правила Полиспастов:

Правило №1.

Выигрыш в усилии дают только ДВИЖУЩИЕСЯ ролики, закрепленные непосредственно на грузе или на веревке идущей от груза. СТАЦИОНАРНЫЕ ролики служат лишь для изменения направления движения веревки и ВЫИГРЫША В УСИЛИИ НЕ ДАЮТ.

Правило №2.

Во сколько раз выигрываем в усилии – во столько же раз проигрываем в расстоянии. Например: если в показанном на рис. 2 полиспасте 2:1 на каждый метр подъема груза вверх надо протянуть через систему 2 метра веревки, то в полиспасте 6:1 – соответственно 6 метров. Практический вывод – чем «сильнее» полиспаст – тем медленнее поднимается груз.

Продолжая добавлять стационарные ролики на станцию и подвижные ролики на груз, мы получим так называемые простые полиспасты разных усилий:

Примеры простых полиспастов Рис. 3, 4.

Правило № 3

Расчет теоретического выигрыша в усилии в простых полиспастах. Здесь все достаточно просто и наглядно.

Если необходимо определить ТВ уже готового полиспаста, То нужно посчитать количество прядей веревки, идущих от груза вверх. Если подвижные ролики закреплены не на самом грузе, а на веревке, идущей от груза (как на рис. 6) – то пряди считаются от точки закрепления роликов. Рисунки 5, 6.

Полужирное начертание

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.

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.

Объединение двукратного и шестикратного простого полиспаста дает сложный шестикратный вариант

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

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 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.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий