Блоки та поліспасти. Принцип роботи

Вантажопідйомні машини покликані допомогти людині підняти щось тяжке на висоту. В основі більшості підйомних механізмів лежить проста система блоків поліспаст. Він був знайомий ще Архімеду, але зараз про цей геніальний винахід багато хто не знає. Згадуючи курс фізики, з'ясуйте, як працює такий механізм, його будова та сфера застосування. Розібравшись у класифікації, можна братися до розрахунку. Щоб все вийшло – до вашої уваги інструкція з конструювання простої моделі.

Система блоків – теорія

Винахід поліспасту дало величезний поштовх розвитку цивілізацій. Система блоків допомогла побудувати величезні споруди, багато з яких збереглися досі і викликають подив у сучасних будівельників. Також удосконалювалося суднобудування, люди змогли мандрувати на величезні відстані. Настав час розібратися, що це таке – поліспаст і з'ясувати, де можна знайти йому застосування сьогодні.

Простота та ефективність механізму

Будова вантажопідйомного механізму

Класичний поліспаст є механізмом, що складається з двох основних елементів: шків; гнучкий зв'язок

Найпростіша схема: 1 – рухомий блок, 2 – нерухомий, 3 – канат

Шків - це металеве колесо, яке по зовнішньому краю має спеціальний жолоб для троса. Як гнучкий зв'язок може застосовуватися звичайний трос або канат. Якщо вантаж буде досить важким, використовують троси із синтетичних волокон або сталеві канати і навіть ланцюги. Для того, щоб шків обертався легко, без стрибків і заїдання, використовують роликові підшипники. Усі елементи, що рухаються, змащують.

Один шків називають блоком. Поліспаст – це система блоків для підйому вантажів. Блоки у складі підйомного механізму можуть бути нерухомими (жорстко закріпленими) та рухомими (коли вісь у процесі роботи змінює положення). Одна частина поліспасту кріпиться до нерухомої опори, інша – до вантажу. Рухливі ролики розташовуються за вантажу.

Нерухомий блок

Роль нерухомого блоку - зміна напрямку руху каната і дії сили, що прикладається. Роль рухливих – отримання виграшу чинності.

Рухомий блок

Принцип роботи – у чому секрет

Принцип роботи поліспаста подібний до важеля: зусилля, яке необхідно докласти, стає менше в кілька разів, при цьому робота виконується в тому ж обсязі. Роль важеля відіграє трос. У роботі поліспасту важливий виграш у силі, тому програш, що виникає, у відстані не береться до уваги.

Залежно від конструкції поліспасту, виграш у силі може бути різним. Найпростіший механізм із двох шківів дає приблизно дворазовий виграш, із трьох – триразовий і так далі. За принципом розраховується і збільшення відстані. Для роботи простого поліспаста потрібен трос вдвічі довший за висоту підйому, а якщо використовують комплекс із чотирьох блоків – то і довжина троса збільшується прямо пропорційно в чотири рази.

Принцип роботи системи блоків

В яких областях застосовується система блоків

Поліспаст - вірний помічник на складі, на виробництві, у транспортній сфері. Його використовують скрізь, де потрібно застосовувати силу для переміщення усіляких вантажів. Система широко застосовується у будівництві.

Незважаючи на те, що більшу частину важкої роботи виконує будівельна техніка (підйомний кран), поліспасту знайшлося місце в конструкції вантажозахоплювальних механізмів. Система блоків (поліспаст) є складовою таких підйомних механізмів, як лебідка, таль, будівельна техніка (крани різних типів, бульдозер, екскаватор).

Крім будівельної галузі, поліспасти набули широкого застосування в організації рятувальних робіт. Принцип роботи залишається незмінним, але конструкція трохи видозмінюється. Рятувальне обладнання виготовляється із міцного троса, використовуються карабіни. Для таких пристроїв важливо, щоб вся система швидко збиралася і не вимагала додаткових механізмів.

Поліспаст у складі гака підйомного крана

Класифікація моделей за різними характеристиками

Існує безліч виконань одного задуму - системи блоків, об'єднаних канатом. Їх диференціюють залежно від способу застосування та конструктивних особливостей. Ознайомтеся з різними типами підйомників, з'ясуйте, у чому їх призначення та чим відрізняється пристрій.

Класифікація залежно від складності механізму

Залежно від складності механізму вирізняють прості; складні; комплексні поліспасти.

Приклад парних моделей

Простий поліспаст є системою послідовно з'єднаних роликів. Всі рухомі та нерухомі блоки, а також сам вантаж об'єднуються одним тросом. Диференціюють парні та непарні прості поліспасти.

Чітними називають ті вантажопідйомні механізми, чий кінець троса кріпиться до нерухомої опори – станції. Усі комбінації в такому разі вважатимуться парними. А якщо кінець мотузки прикріплений безпосередньо до вантажу або місця прикладання зусилля, ця конструкція та всі похідні від неї будуть називатися непарними.

Схема непарного поліспасту

Складний поліспаст можна називати системою поліспастів. І тут послідовно з'єднуються не окремі блоки, а цілі комбінації, які можуть використовуватися власними силами. Грубо кажучи, в цьому випадку один механізм рухає інший подібний.

Об'єднання дворазового та шестиразового простого поліспасту дає складний шестиразовий варіант

Комплексний поліспаст не відноситься до жодного, ні до іншого виду. Його відмінна риса - ролики, що рухаються назустріч вантажу. До складу комплексної моделі можуть входити як прості, і складні поліспасти.

Класифікація за призначенням підйомника

Залежно від того, що хочуть отримати під час використання поліспасту, їх поділяють на:

Силові;

Швидкісні.

А - силовий варіант, Б - швидкісний

Силовий варіант використовується найчастіше. Як випливає з назви, його завдання – забезпечити виграш у силі. Так як для значного виграшу потрібні такі ж значні втрати на відстані, неминучі й втрати у швидкості. Наприклад, для системи 4:1 при піднятті вантажу на один метр необхідно натягнути 4 метри троса, що уповільнює роботу.

Швидкісний поліспаст за своїм принципом є зворотною силовою конструкцією. Він не дає виграшу в силі, його мета – швидкість. Застосовується для прискорення роботи на шкоду зусиллю, що прикладається.

Кратність – основна характеристика.

Основний показник, який звертають увагу під час організації підйому вантажів –кратность полиспаста. Цей параметр умовно позначає, скільки разів механізм дозволяє виграти в силі. Фактично, кратність показує, на скільки гілок каната розподілено вагу вантажу.

Кінематична кратність

Кратність поділяють на кінематичну (рівну кількості перегинів каната) та силову, яка розраховується з урахуванням подолання тросом сили тертя та неідеальним ККД роликів. У довідниках наведені таблиці, що відображають залежність силової кратності від кінематичної при різних ККД блоків.

Як очевидно з таблиці, силова кратність істотно відрізняється від кінематичної. При низькому ККД ролика (94%) фактичний виграш у силі поліспасту 7:1 буде меншим за виграш шестиразового поліспасту з ККД блоків 96%.

Схеми поліспастів різної кратності

Як проводити розрахунки для поліспасту

Незважаючи на те, що теоретично конструкція поліспасту гранично проста, на практиці не завжди ясно, як підняти вантаж за допомогою блоків. Як зрозуміти, яка кратність знадобиться, як з'ясувати ККД підйомника та кожного блоку окремо. Для того, щоб знайти відповіді на ці питання, потрібно виконати розрахунки.

Розрахунок окремого блоку

Розрахунок поліспасту потрібно виконувати через те, що умови роботи далекі від ідеальних. На механізм діють сили тертя внаслідок руху троса по шківу, внаслідок обертання самого ролика, які б підшипники не застосовувалися.

Крім того, на будмайданчику та у складі будівельної техніки рідко застосовується гнучка та податлива мотузка. Сталевий канат або ланцюг мають набагато більшу жорсткість. Так як для згинання такого троса при набіганні на блок потрібно додаткове зусилля, його потрібно обов'язково враховувати.

Для розрахунку виводять рівняння моментів для шківа щодо осі:

SзбігR = SнабігR + q SнабігR + Nfr (1)

У формулі 1 показані моменти таких сил:

- Sсбег - зусилля з боку каната;

- Sнабіг - зусилля з боку каната, що набігає;

– q Sнабіг – зусилля для згинання/розгинання каната з урахуванням його жорсткості q;

– Nf – сила тертя у блоці, з урахуванням коефіцієнта тертя f.

Для визначення моменту всі сили множаться на плече – радіус блоку R або радіус втулки r.

Сила троса, що набігає і збігає, виникає в результаті взаємодії і тертя ниток каната. Оскільки сила для згинання/розгинання троса істотно менша від інших, обчислюючи вплив на вісь блоку, цим значенням часто нехтують:

N = 2 Sнабіг×sinα (2)

У цьому рівнянні:

- N - вплив на вісь шківа;

- Sнабіг - зусилля з боку каната, що набігає (приймається приблизно рівним Sсбіг;

– α – кут відхилення від осі.

Блок поліспасту

Розрахунок корисної дії блоку

Як відомо, ККД – коефіцієнт корисної дії, тобто наскільки результативною була виконана робота. Його розраховують, як відношення виконаної та витраченої робіт. У випадку з блоком поліспасту застосовується формула:

ηб = Sнабіг/Sзбіг = 1/(1 + q + 2fsinα×d/D) (3)

У рівнянні:

- 3 ηб - ККД блоку;

– d і D – відповідно, діаметр втулки та самого шківа;

– q – коефіцієнт жорсткості гнучкого зв'язку (канату); f – коефіцієнт тертя;

– α – кут відхилення від осі.

З цієї формули видно, що на ККД впливає будова блоку (за допомогою коефіцієнта f), його розмір (через відношення d/D) та матеріал канату (коеф. q). Максимальне значення ККД можна отримати, використовуючи втулки із бронзи та підшипники кочення (до 98%). Підшипники ковзання дадуть до 96% коефіцієнт корисної дії.

На схемі зображено всі сили S на різних гілках каната

Підйомний механізм складається з кількох блоків. Сумарний ККД поліспасту не дорівнює арифметичній сумі всіх окремих складових. Для обчислення використовують куди складнішу формулу, а точніше – систему рівнянь, де всі сили виражаються через значення первинної S0 та ККД механізму:

- S1 = ηп S0;

- S2 = (ηп) 2 S0; (– 4)

S3=(ηп)3 S0; ….

- Sn = (ηп) n S0.

ККД поліспасту при різній кратності

Оскільки значення ККД завжди менше 1, з кожним новим блоком та рівнянням у системі значення Sn стрімко зменшуватиметься. Сумарний ККД поліспасту залежатиме не лише від ηб, а й від кількості цих блоків – кратності системи. За таблицею можна знайти ηп для систем з різною кількістю блоків за різних значень ККД кожного.

Як зробити підйомник своїми руками

Під час проведення монтажних робіт далеко не завжди є можливість підігнати підйомний кран. Тоді постає питання, як підняти вантаж мотузкою. І тут знаходить своє застосування простий поліспаст. Для його виготовлення та повноцінної роботи потрібно зробити розрахунки, креслення, правильно підібрати мотузку та блоки.

Різні схеми простих та складних витягів

Підготовка бази – схема та креслення

Перш ніж приступати до спорудження поліспасту своїми руками, потрібно уважно вивчити креслення та підібрати потрібну для себе схему. Спиратися слід на те, як вам буде зручніше розмістити конструкцію, які блоки та трос є.

Трапляється, що вантажопідйомності блоків поліспасту недостатньо, а споруджувати складний багаторазовий підйомний механізм немає часу та можливості. Тоді застосовують здвоєні поліспасти, що є комбінацією з двох одинарних. Цим пристроєм можна піднімати вантаж таким чином, щоб він рухався строго вертикально, без перекосів.

Креслення здвоєної моделі в різних варіаціях

Як підібрати мотузку та блок

Найважливішу роль у побудові поліспасту своїми руками грає мотузка. Важливо, щоб вона не розтягувалася. Такі канати називають статичними. Розтягування та деформація гнучкого зв'язку дає серйозні втрати ефективності роботи. Для саморобного механізму підійде синтетичний трос, товщина залежить від ваги вантажу.

Матеріал та якість блоків – показники, які забезпечать саморобним підйомним пристроям розрахункову вантажопідйомність. Залежно від підшипників, встановлених у блоці, змінюється його ККД і це вже враховано у розрахунках.

Але як підняти вантаж на висоту своїми руками і не впустити його? Щоб убезпечити вантаж від можливого зворотного ходу, можна встановити спеціальний фіксуючий блок, який дозволяє мотузці рухатися тільки в одному напрямку.

Ролик, яким рухається канат

Покрокова інструкція для підйому вантажу через блок

Коли мотузка та блоки готові, схема обрана, а розрахунок зроблений, можна приступати до збирання. Для простого дворазового поліспасту знадобляться:

– ролик – 2 шт.;

- Підшипники;

- Втулка - 2 шт.;

– обойма для блоку – 2 шт.;

- Мотузка; гак для підвісу вантажу;

- Стропи - якщо вони потрібні для монтажу.

Для швидкого з'єднання використовують карабіни

Покроково підйом вантажу на висоту здійснюється так:

1. З'єднують ролики, втулку та підшипники. Об'єднують все це в обойму. Отримують блок.

2. Мотузку запускають у перший блок;

3. Обойма з цим блоком жорстко кріпиться до нерухомої опори (залізобетонна балка, стовп, стіна, спеціально змонтований винос тощо);

4. Потім кінець мотузки пропускають через другий блок (рухомий).

5. До обойми кріплять гачок.

6. Вільний кінець мотузки фіксують.

7. Стропять вантаж, що піднімається, і з'єднують його з поліспастом.

Саморобний підйомний механізм готовий до використання та забезпечить подвійний виграш у силі. Тепер, щоб підняти вантаж на висоту, достатньо потягнути за кінець мотузки. Огинаючи обидва ролики, мотузка підніме вантаж без особливих зусиль.

Чи можна об'єднати поліспаст та лебідку

Якщо до саморобного механізму, який ви побудуєте за цією інструкцією, приєднати електричну лебідку, вийде справжнісінький підйомний кран, виконаний своїми руками. Тепер для підйому вантажу не доведеться напружуватись зовсім, лебідка все зробить за вас.

Навіть ручна лебідка зробить підйом вантажу комфортнішим – не потрібно прати руки об канат і переживати, щоб мотузка не вислизнула з рук. У будь-якому випадку, крутити ручку лебідки куди простіше.

Поліспаст для лебідки

В принципі, навіть поза будмайданчиком вміння в похідних умовах з мінімумом інструментів та матеріалів спорудити елементарний поліспаст для лебідки – дуже корисна навичка. Особливо оцінять його автомобілісти, яким пощастило застрягти на машині десь у непрохідному місці. Зроблений нашвидкуруч поліспаст значно збільшить продуктивність лебідки.

Переоцінити значення поліспасту у розвитку сучасного будівництва та машинобудування складно. Розуміти принцип дії і візуально уявляти його конструкцію повинен кожен. Тепер вам не страшні ситуації, коли потрібно підняти вантаж, а спеціальної техніки немає. Кілька шківів, мотузка та кмітливість дозволять обійтися без залучення крана.

Гордень – одношківний блок із пропущеним через нього тросом; для виграшу в силі в такелажній справі використовують хват-талі та гіні (рис. 137).

Мал. 137. Найпростіші механізми для підйому вантажу:
а - гордень, б - хват-талі, в - гіні

Талі - це поліспаст, т. Е. Система одношківних блоків (двох і більше) з одним тросом, призначених для спільної роботи. Найчастіше застосовують талі у вигляді двох блоків з одним-трьома шківами в кожному. Найбільш широко використовуються хват-талі, що мають один блок рухомий, а інший (верхній) блок у вигляді подвійних талей.

Гінями називають талі, що мають два блоки з трьома та більше шківами в кожному. Багатошківні блоки (більше трьох) застосовують рідко, вони мають особливу конструкцію та застосовуються лише у спеціальних пристроях. Гіні - найбільші талі, що служать для підйому великих тягарів; вони відрізняються від звичайних талей великими розмірами блоків та товщиною каната-лопиря.

Трос, що з'єднує два блоки для спільної роботи, називають лопарем талей. Кінець, за допомогою якого лопар зашпаровують в обух верхнього або нижнього блоку, називають корінним лопарем, а кінець, що виходить з верхнього блоку, за який тягнуть при підйомі вантажу або травлять при його опусканні, називають ходовим лопарем; інші гілки троса талей називають гілками лопаря, число яких дорівнює числу шківів обох блоків.

Талі бувають з двома одношківними блоками, з одним одношківним та одним двошківним; з двома двошківними блоками, з одним двошківним та одним тришківним і, нарешті, з двома тришківними блоками (гіні). Отже, гілок лопаря може бути від трьох до семи.

Для талей застосовують рослинні канати та сталеві троси, а також такелажні ланцюги.

Механічні талі – талі, які називають диференціальними. Існують також системи диференціальних талей із гвинтовою передачею та талі із зубчастою передачею.

Для підйому вантажів на невелику висоту використовують ручні талі; по вантажопідйомності талі випускаються 1-10 т, їх виготовляють зубчастими з шестерним і черв'ячним приводами.

Ручні талі з черв'ячним приводом складаються з гака, на якому їх підвішують до конструкцій, верхнього сталевого нерухомого блоку, на обід якого нарізані зубці для зчеплення з елементами ланцюгової передачі; цей приводний блок пов'язаний із черв'яком. Зварний калібрований ланцюг, виконаний замкненим нескінченним, перекинутий через приводний блок, що обертається від перебирання ланцюга руками. Під час обертання приводного блоку з черв'яком обертається черв'ячна шестерня, з'єднана із зірочкою. Якщо вручну перебирати ланцюг обертання приводного блоку, черв'як обертатиметься і передаватиме обертання верхньому блоку разом з вантажним ланцюгом, розташованим на гніздах зірочки. Через нижній блок (малого діаметра) талей та верхню зірочку проходить вантажний ланцюг. При обертанні черв'ячної шестерні із зірочкою вантажний ланцюг скорочується по довжині та піднімає вантаж. Для підйому вантажу ручними талями необхідно прикласти до ланцюга тягове зусилля в 33-68 кгс (залежно від вантажу, що піднімається).

Підйом вантажу за допомогою механічних талей з шестерним приводом відбувається так само, як і підйом вантажу талями з черв'ячним приводом. Однак у першому випадку підйом вантажу здійснюється у паралельній площині, в якій обертається приводний блок, а при черв'ячній передачі у взаємно перпендикулярних площинах. Для зменшення зусиль підйому роблять дві шестерні передачі (рис. 138).

Мал. 138. Диференціальні (механічні) талі

Ручні механічні талі мають обмежений радіус дії, вони можуть піднімати вантаж лише у місці закріплення.

Для розширення радіусу дії талей їх підвішують до візка, який пересувається по коліях, виконаних з двотаврових балок, підвішених до перекриття цеху.

Більш досконалим вантажопідйомним пристосуванням є тельфер - електрична таль з візком, що пересувається монорейкою. Підйомним механізмом тельфера служить електромотор, з'єднаний з барабаном, що замінює верхній блок талей. Підйомом та переміщенням тельфера керують через пульт із кнопками на гнучкому дроті. Тельфери можуть переміщатися і на значні відстані за допомогою тролея - токонесучого дроту, розташованого збоку монорейок або над ними.

У суднобудуванні та судноремонті використовують також шпилі та лебідки. Вони бувають ручні та електричні.

Ручна лебідка має міцну та масивну основу, станину, основний барабан (з горизонтальною віссю), вали з шестернями для зміни швидкостей, гальмо та рукоятки для докладання м'язової сили. Ручні лебідки виготовляють вантажопідйомністю 0,5; 1,0; 3,0; 5 т. При роботі з такими лебідками застосовують каніфос-блоки та талі. Каніфос-блоки служать для відведення троса, що йде на барабан, а талі - для більшого виграшу в силі.

Шпиль, на відміну лебідки, має вертикальну вісь обертання. Шпилі та лебідки працюють зазвичай на малій швидкості з великими тяговими зусиллями. При підйомі легких вантажів користуються однією гілкою троса (шкентелем), а під час підйому важких вантажів застосовують талі.

Електричні шпилі (рис. 139) та лебідки працюють на березі від електростанції або підстанції заводу, а на судні – від генератора. Вал з барабаном на них приводиться у обертання електродвигуном. Для управління ними застосовують контролери та пускові реостати. Повертаючи важіль пускового реостату у той чи інший бік, механізмам повідомляють потрібний хід.

Мал. 139. Шпилі та лебідки:
а - схема роботи шпиля; б - схема роботи лебідки; в - ручна такелажна лебідка; 1 - барабан; 2 - рукоятка; 3 - переставний вал рукоятки; 4; 10 - щити з листової сталі, 11 - розпірні болти

Перед підйомом вантажів необхідно перевірити правильність обертання лебідки (або шпиля), визначити придатність її для роботи. p align="justify"> Особливу увагу слід звернути на справність стопора. При несправності стопора та гальма лебідка працювати не може.

Для підйому важких машин та агрегатів на невелику висоту та пересування їх на незначні відстані, а також виконання різних такелажних робіт застосовують домкрати. Їх переваги: мала маса, велика вантажопідйомність, простота конструкції, легкість пристрою гальмування та зручність поводження.

Домкрати бувають: гвинтові, гідравлічні, повітряні та із зубчастою рейкою; їх загальним недоліком є порівняно низький к. п. д. Вантажопідйомність домкратів досягає 20-25 т. Середня висота підйому вантажів 400 мм, маса рейкових та гвинтових домкратів коливається в межах від 5 до 120 кг.

В експлуатації механізмів широко застосовують канатно-мотузкові вироби та такелажні ланцюги.

В основу статті лягла робота "Поліспасти для рятувальних робіт" Федора Фарберова. Основний акцент у цій статті – підйом та переміщення вантажів, масою до 100 кг. Понад цю масу необхідно користуватися іншою спеціальною технікою та іншим обладнанням та системами. У статті задіяно технічні матеріали фірми PETZL.
Матеріал не є вичерпним і не претендує на роль істини у єдиній інстанції. Це лише практичні рекомендації щодо використання систем поліспастів при виконанні різних робіт на висоті.

ТЕРМІНОЛОГІЯ

Що таке поліспаст

Це система, що складається з декількох рухомих і нерухомих блоків з'єднаних мотузкою або тросом, що дозволяє програючи у відстані, отримати значний виграш у зусиллі, що прикладається, в кілька разів меншим, ніж вага вантажу. Призначений для підняття, опускання, переміщення вантажу, а також організації анкерних ліній. Поліспаст - від грецького "полі", що означає "багато", а "спао" - "тягну")
Теоретично виграш- Теоретична величина можливого зусилля, що розвивається поліспастом без урахування втрати від тертя про різні частини системи. Береться за основу для простоти розрахунку величини поліспасту.
Фактичний виграш- Величина зусилля, що розвивається системою поліспасту при відрахуванні всіх перешкоджаючих сил, що впливають на її ефективність.

Види поліспастів

Комплексний (зворотний) поліспаст- Система послідовно розташованих блоків або їх комбінація (простий та складний). Характеризується обов'язковою наявністю блоку, що рухається до вантажу.
Простий поліспаст– система з послідовним розташуванням рухомих та нерухомих блоків.
Складний поліспаст- Це система, в якій один простий поліспаст, тягне за інший простий поліспаст.

Конструктивні особливості поліспастів

Анкер– місце прикріплення початку поліспасту та нерухомих блоків.
– блок, розташований на вантажі або вбудований у систему поліспасту, але завжди рухається назустріч або від вантажу. Завжди дає дворазовий виграш у силі.
– блок, закріплений нерухомо в анкерній точці, необхідний для зміни напрямку зусилля, що додається. Не дає виграшу у зусилля.
Робоча довжина поліспасту- Відстань від анкера до найближчого до вантажу елемента (схоплює вузла, ). Що довша ця величина, то більша відстань може пройти вантаж за один робочий хід поліспаста.
Робочий хід поліспасту– відстань, яку проходять всі елементи системи до будь-якого зіткнення з іншими елементами. Робочий хід залежить від виду поліспаста, від його робочий довжини і від того, наскільки щільно поліспаст «складається» - тобто наскільки близько перший до вантажу елемент підтягується до анкера при вибраній мотузці.
Перестановка системи- необхідні маніпуляції для повернення поліспасту на його робочу довжину після того, як він «склався». Це може бути перестановка схоплюючих вузлів (затискачів) та інші дії.

ВИДИ ПОЛІПАСТІВ У ДЕТАЛЯХ
Прості поліспасти
Основа поліспасту: якщо закріпити мотузку на анкерній точці і пропустити через блок на вантажі, то для підняття вантажу необхідно зусилля в 2 рази менше, ніж його маса. Ролик рухається разом із вантажем догори. Для того, щоб підняти вантаж на 1 метр, необхідно протягнути через ролик 2 метри мотузки. то схема найпростішого поліспасту 2:1.

Якщо закріпити мотузку на вантажі, перекинути її через блок, закріплений на точці анкерної і потягнути вниз, то для підняття вантажу необхідно докласти зусилля рівну масі вантажу, а для того щоб підняти вантаж на 1 метр необхідно протягнути через блок 1 метр мотузки.
У скільки разів виграємо у зусиллі – у стільки ж разів програємо на відстані.

Розрахунок зусиль у простому поліспасті
Для простоти розрахунку теоретичного виграшу поліспасту прийнято користуватися «Т – методом» (від англ. Tension – натяг).

Теоретичний виграш у простому поліспасті дорівнює кількості пасм, що йдуть від вантажу нагору. Якщо рухливі блоки закріплені не на самому вантажі, а на мотузці, що йде від вантажу, пасма вважаються від точки закріплення блоків.
У простих поліспастах кожен рухомий ролик (закріплений на вантажі), доданий в систему дає дворазовий теоретичний виграш. Додаткове зусилля складається із попереднім.

Види простих поліспастів
Продовжуючи додавати рухомі та нерухомі блоки, ми отримаємо так звані прості поліспасти різних зусиль. Залежно від того, де закріплений кінець робочої мотузки (на анкері або на вантажі) прості поліспасти поділяються на парні та непарні.

- Якщо кінець мотузки закріплений на анкерній точці, всі наступні поліспасти будуть парні: 2:1, 4:1 тощо.
- Якщо кінець вантажного мотузка закріплено на вантажі, то виходитимуть непарні поліспасти: 3:1, 5:1 і т.д.

Переваги простих поліспастів	Недоліки простих поліспастів
Прості та зрозумілі у складанні та в роботі.	Для організації поліспастів з великими ТВ потрібно багато спорядження
Робочий хід близький до робочої довжини поліспасту.	Складний перехід від підйому до спуску.
При достатній кількості людей, прості поліспасти 2:1 та 3:1 дають найбільшу швидкість підйому.	Важко пропускати вузли через систему.
Можна організувати автоматичну систему фіксації мотузки	Велика кількість блоків і мотузки при схемах більше 4:1, а отже, великі загальні втрати на тертя.
Не потрібна додаткова мотузка.
Зручно використовувати при невеликому робочому майданчику

Недоцільно через тертя, у простому поліспасті застосовувати схеми більше ніж 5:1.

Поліспасти зроблені з додаткової мотузки.
Насправді найчастіше буває ситуація коли до робочої мотузці прикріплюється поліспаст, зроблений з окремої мотузки. Насамперед це пов'язано з економією спорядження. У такій схемі потрібна фіксація зворотного ходу. Прикріплюється поліспаст до робочої мотузки вузлом, що схоплює, або затискачем.

Складні поліспасти
При створенні складного поліспасту можуть бути з'єднані 2, 3 і простіших поліспастів. Для розрахунку теоретичного виграшу у зусиллі під час використання складного поліспасту необхідно помножити значення простих поліспастів, у тому числі він складається.

Розрахунок зусиль у складних поліспастах
Розрахунок зусилля кожного з простих поліспастів, що входять до складу складного, проводитися за правилом простих поліспастів. Схема 6:1 складається так 2:1 тягне за 3:1, виходить 6:1. А 3:1 тягне за 3:1 та виходить 9:1.

Практичні поради щодо роботи зі складними поліспастами:
Для того щоб складний поліспаст повніше складався при кожному робочому ході, і потрібно менше перестановок, необхідно рознести станції простих поліспастів, що входять до складу складного.

Комплексні поліспасти
У всіх наведених вище конструкціях поліспастів мотузку необхідно тягнути у бік анкерної точки. На практиці завжди зручніше тягнути від анкерної точки, тому що можна скористатися противагою. Для того, щоб тягнути вниз, стягують додатковий нерухомий блок. Але він не дає виграшу в силі, і втрати на тертя в такій схемі можуть звести нанівець всі переваги відтягу вниз. Відмінна риса комплексних поліспастів – наявність у системі роликів вантажу, що рухається назустріч. Комплексні поліспасти також бувають простими та складними.
Недоліки такі ж, як і в основних складних поліспастів:

- Поліспасти не складаються повністю,
- Мають малий робочий хід та потребують багато перестановок.

Розрахунок зусиль у комплексних поліспастах
Розрахунок теоретичного виграшу у комплексних поліспастах відрізняється від основних. 3:1 (простий) = 1Т + 2Т
5:1 (складний) = 1Т + 1Т + ЗТ (або як ще прийнято вважати 5: 1 = 2Т * ЗТ-1Т)
7:1 (складний) = 2Т * ЗТ + 1Т

Складові поліспасти
У тих випадках, коли зусилля зібраного поліспаста недостатньо, а довжини мотузки, що тягне, не вистачає для складання більш потужної схеми, може допомогти додатковий поліспаст 2:1, приєднаний до вантажної мотузки схоплюючим вузлом або затискачем.
Додавши схему 2:1 до будь-якого поліспасту, ви автоматично отримаєте 2-х кратний теоретичний виграш у зусиллі.

Розрахунок теоретичного виграшу вони проводяться за принципом складних чи комплексних, залежно від конструкції полиспаста.

Далі буде…

Простота та ефективність механізму

Будова вантажопідйомного механізму

Класичний поліспаст є механізмом, що складається з двох основних елементів:

шків;
гнучкий зв'язок.

Найпростіша схема: 1 – рухомий блок, 2 – нерухомий, 3 – канат

Нерухомий блок

Рухомий блок

Принцип роботи – у чому секрет

Принцип роботи системи блоків

В яких областях застосовується система блоків

Поліспаст у складі гака підйомного крана

Класифікація моделей за різними характеристиками

Класифікація залежно від складності механізму

Залежно від складності механізму виділяють

прості;
складні;
комплексні поліспасти.

Приклад парних моделей

Схема непарного поліспасту

Об'єднання дворазового та шестиразового простого поліспасту дає складний шестиразовий варіант

Класифікація за призначенням підйомника

Залежно від того, що хочуть отримати під час використання поліспасту, їх поділяють на:

силові;
швидкісні.

А – силовий варіант, Б – швидкісний

Кратність – основна характеристика

Кінематична кратність

Схеми поліспастів різної кратності

Як проводити розрахунки для поліспасту

Розрахунок окремого блоку

Для розрахунку виводять рівняння моментів для шківа щодо осі:

SзбігR = SнабігR + q SнабігR + Nfr (1)

У формулі 1 показані моменти таких сил:

Sсбег - зусилля з боку каната;
Sнабіг - зусилля з боку каната, що набігає;
q Sнабіг – зусилля, для згинання/розгинання каната з урахуванням його жорсткості q;
Nf – сила тертя у блоці, з урахуванням коефіцієнта тертя f.

Для визначення моменту всі сили множаться на плече – радіус блоку R або радіус втулки r.

N = 2 Sнабіг×sinα (2)

У цьому рівнянні:

N – вплив на вісь шківа;
Sнабіг - зусилля з боку каната, що набігає (приймається приблизно рівним Sсбіг;
α – кут відхилення від осі.

Блок поліспасту

Розрахунок корисної дії блоку

ηб = Sнабіг/Sзбіг = 1/(1 + q + 2fsinα×d/D) (3)

У рівнянні:

3 ηб - ККД блоку;
d і D – відповідно, діаметр втулки та самого шківа;
q – коефіцієнт жорсткості гнучкого зв'язку (канату);
f – коефіцієнт тертя;
α – кут відхилення від осі.

На схемі зображено всі сили S на різних гілках каната

Як вирахувати ККД усієї системи

S1=ηп S0;
S2=(ηп)2 S0; (4)
S3=(ηп)3 S0;

Sn=(ηп)n S0.

ККД поліспасту при різній кратності

Як зробити підйомник своїми руками

Різні схеми простих та складних витягів

Підготовка бази – схема та креслення

Креслення здвоєної моделі в різних варіаціях

Як підібрати мотузку та блок

Ролик, яким рухається канат

Покрокова інструкція для підйому вантажу через блок

ролик – 2 шт.;
підшипники;
втулка – 2 шт.;
обойма для блоку – 2 шт.;
мотузка;
гак для підвісу вантажу;
стропи - якщо вони потрібні для монтажу.

Для швидкого з'єднання використовують карабіни

Покроково підйом вантажу на висоту здійснюється так:

З'єднують ролики, втулку та підшипники. Об'єднують все це в обойму. Отримують блок.
Мотузку запускають у перший блок;
Обойма з цим блоком жорстко кріпиться до нерухомої опори (залізобетонна балка, стовп, стіна, спеціально змонтований винос тощо);
Потім кінець мотузки пропускають через другий блок (рухомий).
До обойми кріплять гачок.
Вільний кінець мотузки фіксують.
Крокують вантаж, що піднімається, і з'єднують його з поліспастом.

Чи можна об'єднати поліспаст та лебідку

Поліспаст для лебідки

Підйом важкого вантажу навіть на невелику висоту без застосування спеціальних інструментів не завжди можливий. Йдеться не лише про підйомні крани, автокрани та навантажувачі – є й інші пристрої для вирішення цього завдання.

Одним із механізмів для підйому вантажів є поліспаст.

Поліспаст - блокова система з ланцюговою чи канатною передачею. Її завдання - спростити та прискорити підйом будь-якого важкого вантажу, використовуючи людську силу. Такі схеми (або їхні близькі аналоги) використовувалися ще до нашої ери – при будівництві єгипетських пірамід та Великої Китайської стіни.

Стаціонарно підйомники застосовуються на складах та у виробничих приміщеннях, в яких необхідно піднімати різні тяжкості. Переносні блокові системи використовують у будівництві, логістиці, для рятувальних робіт.

Пристрій та принцип роботи

Поліспаст дозволяє піднімати тяжкість, використовуючи менше зусилля людини. Принцип схожий на дію важеля для підйому вантажу тільки замість важеля використовується трос.

Конструктивно, найпростіший поліспаст є 1 блоком і мотузкою. Ролик закріплюється над вантажем (на стелі, балці, або спеціальній опорі, що переміщається). Один кінець мотузки з гаком спускається до вантажу. Другий кінець мотузки людина тримає в руках і тягне за неї, піднімаючи тяжкість.

На виграш у силі впливають такі фактори:

Кількість роликів.
Довжина мотузки.

1 блок збільшує силу приблизно в 2 рази (приблизно – тому що якісь втрати спишуться через силу тертя). Тобто, якщо людина без витягу зможе підняти 30 кг на висоту 1 метр, то з поліспастом - це будуть уже 60 кг. Якщо роликів буде більше – то й вага можна буде піднімати більшу.

Що стосується довжини мотузки: чим вона довша, тим більше вага зможе підняти людина, але й тим більше часу на це доведеться витрачати.

Види поліспастів

Поліспасти діляться за кількома ознаками:

По призначенню.Бувають силові, а бувають швидкісні схеми. Силові дозволяють піднімати більше вантажу, але повільніше. Швидкісні дозволяють піднімати тяжкість швидше, але «посилять» меншу вагу.
За кількістю блоків.Найпростіший варіант – 1 ролик. Але їх може бути і два, і три, і чотири, і більше. Чим більше їх – тим більша вага вийде підняти.
За складністю схеми.Бувають прості схеми (коли ролики послідовно об'єднані 1 канатом) і складні (коли використовується 2 або більше окремих поліспастів). Складні системи продуктивніші, дають більше результату при меншій кількості блоків. Наприклад, якщо поєднати 2 поліспасти (з 1 і з 2 блоків) - вийде виграш в силі в 6 разів. Тоді як проста схема дасть виграш у 6 разів лише за використання 6 роликів.

Що впливає ефективність підйомника?

Вище згадувалась кратність (виграш у силі) дуже приблизна, округлена у велику сторону. На практиці вона менша.

На ефективність витягу (на те, який точний виграш у силі він дасть) впливають такі фактори:

кількість блоків;
матеріал троса;
тип підшипників;
якість мастила всіх осей;
діаметр та довжина каната;
кут між канатом та середньою площиною ролика.

Як кріпиться мотузка до механізму?

Закріпити вантажопідйомний механізм до троса можна такими способами:

Вузлами, пов'язаними з репшнурів. Кількість оборотів – 3-5.
Затискачем загального призначення.

Що таке запасування, як воно робиться і яким буває?

Запасуванням називають зміну положення блоків та відстані між ними. Її проводять, щоб змінити швидкість або висоту підйому ваги.

Схеми запасування бувають:

Одноразова:гак вішають за 1 канат, який потім проводиться послідовно через кожний нерухомий блок і намотується на барабан.
Дворазова.Для балкових кранів 1 кінець мотузки кріплять корені стріли, а другий кінець пускають через обвідний барабан, всі блоки, після чого кріплять до лебідки. Для підйомних кранів кріпиться канат до лебідки, а нерухомі блоки знаходяться на головці стріли.
Чотириразова.Використовується поєднання схем, перерахованих вище, для кожного блоку підвіски гака.
Змінна.Рухливі ролики доповнюються 1 або 2 рухомими обоймами.

Як зробити поліспаст своїми руками?

Розглянемо схему створення дворазового поліспасту.

Знадобиться:

2 втулки.
2 ролики.
2 обойми.
Підшипники.
Крюк (щоб чіпляти вантаж).
Канат.

Покрокова конструкція:

Втулки, ролики та підшипники з'єднуються та вставляються в обойму. В результаті виходить 2 блоки, що обертаються.
Трос пропускають через блок.
Обойма з пропущеним канатом кріпиться до опори, під якою розташовуватиметься вантаж.
Другий кінець каната пропускається через другий блок.
До другої обойми кріплять гачок.
Конец каната, що залишився висіти, фіксують (за нього необхідно буде тягнути для підйому вантажу).

Після цього залишиться лише закріпити вантаж (підчепити його гаком), і можна розпочинати підйом.