Полиспаст - система подвижных и неподвижных блоков, соединенных гибкой связью (канатом или цепью), применяемая для увеличения силы - силовой полиспаст или скорости - скоростной полиспаст . Обычно в применяют силовые полиспасты, позволяющие уменьшить натяжение гибкого грузового органа, момент от веса груза на барабане и передаточное число механизма. Скоростные полиспасты, позволяющие получить повышение скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента, применяют значительно реже, например, в гидравлических или пневматических подъемниках. В полиспаст входят подвижные блоки, ось которых перемещается в пространстве, и неподвижные блоки.

Схемы полиспастов

Рис. 1: а – одинарный двухкратный; б – одинарный трехкратный; в, д – сдвоенные двухкратные; г – сдвоенный трехкратный

В одинарных полиспастах (рис. 1, а, б) один конец закреплен на барабане, а второй конец закрепляется при четной кратности (а) на неподвижном элементе конструкции, а при нечетной кратности (б) - на крюковой обойме. При наматывании или сматывании каната с барабана, если отсутствуют обводные блоки, то есть канат с блока крюковой обоймы непосредственно переходит на барабан, происходит перемещение груза не только по вертикали, но и по горизонтали.

Для обеспечения строго вертикального подъема груза применяют сдвоенные полиспасты (рис. 1, в-д), состоящие из двух одинарных полиспастов. В этом случае на барабане закрепляют оба конца каната. Для обеспечения нормального положения при неравномерной вытяжке ветвей каната обоих полиспастов применяют установку балансира или, что чаще, уравнительного блока C (рис. 1, в). При установке уравнительного блока можно использовать целый канат без дополнительных креплений на балансирах. Однако осмотр и контроль состояния каната на этом блоке вследствие малого угла поворота затруднительны. Поэтому в кранах с тяжелым и весьма тяжелым режимом работы предпочтительно применять уравнительные балансиры А (рис. 73, д).

Уравнительный блок C при подъеме и спуске груза обычно не вращается и служит лишь для уравнивания длины ветвей обоих полиспастов при неравномерной вытяжке каната, поэтому согласно правилам Госгортехнадзора допускается его диаметр принимать равным 0,8 диаметра, определенного по формуле, а у электроталей и стреловых самоходных кранов - равным 0,6 этого диаметра. При четной кратности полиспаста он располагается среди неподвижных блоков, а при нечетной - среди подвижных блоков крюковой подвески.

Расчет сдвоенного полиспаста ведут аналогично , причем каждый полиспаст рассматривают отдельно при действии на него половины общей нагрузки. Если h - высота подъема груза, то длина каната одинарного полиспаста, наматываемого на барабан, L = ah, где a - кратность полиспаста. Кратность сдвоенного полиспаста равна кратности одинарных полиспастов, составляющих его. Для сдвоенного полиспаста величина L соответствует длине каната, наматываемого на одну половину барабана.

Скорость подъема груза υ гр и скорость каната, навиваемого на барабан связаны между собой соотношением υ = aυ гр, где υ = πD 2 n бар /60, м/с; D 2 - диаметр барабана, измеренный по центру каната; n бар - частота вращения барабана, об/мин.

Силовой полиспаст

В силовых полиспастах грузоподъемных машин можно использовать канаты небольшого диаметра и, следовательно, уменьшить диаметры барабана и блоков, снизить массу и габариты . Увеличение кратности полиспаста позволяет снизить передаточное число редуктора, но одновременно требует большей длины каната и канатоемкости барабана. Увеличение числа блоков при повышении кратности полиспаста вызывает увеличение потерь и возрастание мощности, затрачиваемой на подъем груза, а также увеличивает число перегибов каната, что вызывает некоторое снижение его срока службы. В то же время, как уже указывалось, канат при большой кратности полиспаста имеет небольшой диаметр и, следовательно, большую гибкость, что способствует увеличению долговечности. Выбор каната, типа и кратности полиспаста связан с проблемой общей компоновки механизма и с его параметрами, в частности с передаточным числом механизма, габаритами и массой, что в свою очередь влияет на размеры всей грузоподъемной машины и на размеры здания, где эта машина устанавливается.

Так, если для подъема груза одного и того же веса G гр с одинаковой заданной скоростью подъема υ гр применять полиспасты различной кратности, то параметры механизмов подъема будут различными. Статическая мощность этих механизмов N ст = G гр υ гр /1000η п, необходимая для подъема груза, будет другой только из-за различия в значениях КПД, и при кратностях, отличающихся незначительно (например, механизмы с кратностью два и четыре), потребную мощность двигателя можно считать одинаковой. Так как максимальные силы в канатах полиспастов изменяются практически обратно пропорционально кратности полиспаста, то с увеличением кратности уменьшаются нагрузка в канате и его диаметр, а также и диаметр барабана. Скорость наматывания каната на барабан изменяется прямо пропорционально кратности, и в полиспасте с большей кратностью она имеет большее значение. Тогда при одинаковой заданной скорости подъема и одинаковой частоте вращения ротора передаточное число редуктора, соединяющего двигатель с барабаном, оказывается меньше при полиспасте большей кратности благодаря большей скорости навивки каната на барабан и меньшему его диаметру.

Скоростной полиспаст

Скоростной полиспаст (рис. 2) отличается от силового полиспаста тем, что в нем рабочая сила F, обычно развиваемая гидравлическим или пневматическим цилиндром, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната.

Схема скоростного полиспаста

Рис. 2

Расчет скоростных полиспастов принципиально не отличается от расчета силового полиспаста. При перемещении обоймы полиспаста (точки А на рис. 2) на расстояние h груз проходит путь H = ah, где a - кратность скоростного полиспаста и, следовательно, скорость перемещения груза υгр = aυА, где υА - скорость перемещения обоймы полиспаста.

Сила F, необходимая для подъема груза весом Gгр, определяется по формуле.

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.

При необходимости получения большого выигрыша в силе для подъёма или горизонтального перемещения тяжёлых грузов пользуются полиспастами – системами подвижных и неподвижных блоков, объёдинённых в общих обоймах и соединённых канатом.

Полиспаст - это грузоподъёмное устройство, состоящее из

нескольких подвижных и неподвижных блоков оги-

баемых веревкой, канатом или тросом, позволя-

ющее поднимать грузы с усилием в несколько раз

меньшим, чем вес поднимаемого груза.

Они являются составной частью многих подъёмных механизмов с гибким рабочим органом.

Полиспасты представляют систему из двух обойм:

Подвижной,

И неподвижной,

каждая из которых состоит из одного или нескольких блоков, огибаемых канатом. Одним концом канат закреплён на подвижной или неподвижной обойме, а последняя ветвь его в полиспасте навивается непосредственно через отводной блок на барабан.

Рис.59. Полиспаст:

а – огибаемый канатом; б - огибаемый цепью.

Полиспаст используется для выигрыша в силе, который достигается тем, что нагрузка, приложенная к подвижному блоку, уравновешивается усилиями всех рабочих нитей каната.

Различают две разновидности полиспастов:

■ с тяговым канатом, сбегающим с подвижного блока,

Рис.60. Полиспаст с тяговым канатом, сбегающим с подвижного блока.

■ и с тяговым канатом, сбегающим с неподвижного блока.

Рис.61. Полиспаст с тяговым канатом, набегающим

на подвижный блок.

Первые полиспасты применяются в козловых и портальных кранах, вторые – в строительных машинах с расположением лебёдок ниже уровня оси неподвижных блоков.

Рис.62. Нумерация нитей в полиспасте.

Основным параметром полиспаста является его кратность (передаточное число) i , равная отношению V к перемещения каната к скорости V г подъёма груза или равная числу ветвей каната n , воспринимающих вес груза G

Или (9)

Полиспасты характеризуются кратностью, которая зависит от числа блоков в обоймах и определяется числом ветвей каната, на которых подвешивается груз.

Кратность полиспаста - число ниток полиспаста, на которое

подвешена подвижная обойма.

Кратность показывает во сколько раз требуемое для подъема груза усилие меньше заданной массы груза. Так как число ветвей полиспаста, на которое распределяется масса поднимаемого груза, численно равно кратности полиспаста, можно рекомендовать следующий простой способ ее определения. Если полиспаст мысленно рассечь плоскостью, пересекающей все ветви каната, который огибает блоки, то кратность полиспаста численно будет равна числу пересеченных плоскостью канатов. Чем больше кратность полиспаста i , тем меньше усилие Р , которое необходимо развить лебедкой для подъема заданного груза G , и тем больше скорость наматываемого на барабан каната , которая обеспечивает заданную скорость подъема груза .



Рис.63. Порядок определения кратности полиспаста.

Любой полиспаст дает определенный выигрыш в усилии для поднятия груза. В любой подвижной системе состоящей из веревки и блоков неизбежны потери на трение. В этой части для облегчения расчетов неизбежные потери на трение.

Они являются составной частью многих подъемных механизмов с гибким рабочим органом. Назначение полиспаста – уменьшить натяжения каната, что способствует уменьшению грузового момента. Полиспасты представляют систему из двух обойм: подвижной и неподвижной, каждая из которых состоит из одного или нескольких блоков, огибаемых канатом. Одним концом канат зацеплен на подвижной или неподвижной обойме, а последняя ветвь его в полиспасте навивается непосредственно через отводной блок на барабан. Груз подвешивается в подвижной обойме. Полиспасты характеризуются кратностью, которая зависит от числа блоков в обоймах и определяется числом ветвей каната, на которых подвешивается груз.

Рис.64. Полиспасты:

1 – подвижная обойма; 2 – неподвижная обойма; 3 – барабан

лебёдки; 4 - грузозахватное приспособление.

Рис.65. Шлюп-балка с полиспастом для спуска

на воду и подъема шлюпок на борт.



Для подъема груза на автомобильных кранах применяют двух-, трех- и четырехкратные полиспасты (полиспасты с кратностью 2, 3 и 4).

Рис.66. Полиспасты:

а – двукратный; б – четырёхкратный.

Четырехкратные полиспасты наиболее широко применяют на автомобильных крапах. Их конструкция зависит от места расположения ограничителя грузоподъемности и места установки подвижных блоков полиспаста. Если ограничитель грузоподъемности устанавливают на поворотный раме (КС-2561Д), стреловой канат крепят к рычагу ограничителя, огибают им два подвижных, неподвижный и отклоняющий блоки и направляют на стреловую лебедку. Неподвижные блоки устанавливают на головке двуногой стойки, а подвижные - на головке стрелы или подвижной траверсе, связанной оттяжками со стрелой.

Рис.67. Двух и трёхкратные полиспасты на автомобильных кранах.

Использование полиспастов:

Рис.68. Канатно-блоковая система гусеничного крана

с башенно-стреловым оборудованием:

1, 3, 6 – предохранительные тяги гусачка; 2 – предохранительная тяга башни;

4 – грузовой полиспаст; 5 – тяги гусачка; 7, 11 – тяги полиспаста изменения вы-

лета гусачка; 8 – полиспаст гусачка; 9, 12 – тяга полиспаста башни; 10 – поли-

спаст башни.

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?

Лекция № 6 ПОЛИСПАСТЫ

План лекции:

6.1 Назначение полиспастов.

6.2 Типы полиспастов.

6.1 Назначение полиспастов.

В грузоподъемных машинах груз может быть подвешен к одному или нескольким ветвям гибкого тягового органа.

В случае подвеса груза к нескольким ветвям гибкий орган огибает систему блоков, соединяемых в неподвижные и подвижные обоймы, образуя полиспасты. В полиспастах все блоки огибаются одним гибким органом, конец которого может крепиться на подвижной или неподвижной обойме. Блоки в обоймах должны вращаться независимо один от другого, так как тяговый орган, проходя неодинаковые расстояния по блокам вращает их с разными скоростями.

6.2 Типы полиспастов.

Наиболее простая схема подвешивания груза изображена на рис.10,а, когда один конец каната закреплен на барабане, а на другом находится груз массой Q.

В канате возникает усилие S. При большой массе груза увеличивается и усилие. Так как оно определяет выбор диаметров каната, блоков и барабана, то растут и их размеры. Поскольку момент на барабане равен произведению усилия в канате на радиус барабана (М б = SR б), то он получится значительным. В целом механизм станет громозким, тяжелым и экономически не выгодным. Поэтому имеет смысл уменьшить усилие в канате. С этой целью подвес грузат осуществляют на двух или четырех канатах или с помощью полиспастов.

Полиспастом называется система нескольких подвижных и неподвижных блоков огибаемых гибким органом (канатом или цепью). Полиспасты применяются для подьема и подтягивания груза. Введение полиспастов в подьемный или стреловой механизмы крана позволяет уменьшить натяжение тягового органа и грузовой момент на барабане. Полиспасты позволяют также уменьшить передаточное отношение механизмов, в которых они устанавливаются, а следовательно, вес и их стоимость.

Как самостоятельное устройство для подьема грузов полиспаст применяется редко ввиду отсутствия самоторможения.

^ Неподвижные направляющие блоки закрепляются на неподвижных осях и служат только для изменения направления тягового органа, не давая выигрыша в силе и скорости.

Вследствии трения в подшипниках блока и дополнительных усилий от преодоления жесткости канатов при перегибе соотношение между необходимым тяговым усилием S и весом Q поднимаемого груза выразится формулой:

^ S = Q/ή блока

Где ή блока - к.п.д. учитывающий потери на трение в подшипниках блока и жесткость тягового органа. При огибании одиночного блока стальным канатом и установке блока на подшипниках скольжения ή блока = 0,95; при установке блока на подшипниках качения ή блока = 0,98.

Подвижные направляющие блоки

Если подвесить груз Q к подвижному блоку и один конец каната закрепить в неподвижной точке, то сила тяги на другом конце каната будет приблизительно в 2 раза меньше веса груза, а скорость движения блока и груза приблизительно в 2 раза меньше скорости тянущего конца.

^ S = Q/2ή блока

В этом случае получается выигрыш в силе и проигрыш в скорости.

Если к подвижному блоку приложить силу тяги S, а груз Q подвесить к тяговому органу, то сила тяги будет приблизительно в 2 раза больше веса груза, а скорость подъема груза – приблизительно в 2 раза больше скорости блока;

^ S = 2Q/ή блока

В этом случае получается проигрыш в силе и выигрыш в скорости подъема груза.

Т.о. в машинах для подьема груза используется полиспасты прямого и обратного действия.

Полиспасты прямого действия служат для выигрыша в силе. В подьемном механизме они предназначены для уменьшения натяжения гибкого органа, конец которого набегает на барабан.

6.3 Кратность и типы полиспастов.

Основным параметром полиспаста является его кратность (передаточное отношение) , под которой понимается отношение скорости ведущего конца гибкого тягового органа к ведомому или числа ветвей каната (цепи), на которой подвешен груз, к числу ветвей каната наматываемых на барабан.

Кратность полиспастов прямого действия равна или больше единицы.

i = V S /V Q

Где V S ,V Q – соответственно скорости ведущего и ведомых концов гибкого органа.

В общем случае полиспасты любой кратности могут образовываться путем введения в схему запасовки гибкого органа дополнительных блоков, причем для полиспастов нечетной кратности конец тягового органа должен закрепляться на подвижной обойме, для полиспастов четной кратности его крепление производится на обойме неподвижных блоков.

П
олиспасты обратного действия обес-

печивают выигрыш в пути и скорости

движущего органа и широко используются в

подъемниках и погрузчиках.

Для полиспастов обратного действия

кратность полиспаста меньше единицы т.к.

V S
Скоростные полиспасты отличаются от

полиспастов силовых тем, что в них рабочее

усилие, обычно развиваемое гидравлическим

или пневматическим приводом, прикладывает-

ся к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната. Следовательно являются как бы обратными по отношению к силовым полиспастам.

В
одинарных полиспастах при нама-

тывании или сматывании каната с барабана,

вследствие перемещения каната

вдоль оси барабана, создается нежелатель-

ное изменение нагрузки на опоры барабана

Кроме того, если в одинарном полиспасте

нет обводных блоков и канат с блока крю-

ковой обоймы непосредственно переходит

на барабан, то при перемещении каната

вдоль оси барабана происходит перемеще-

ние груза не только по вертикали, но и по

горизонтали. Для обеспечения строго

вертикального подъема груза и постоян-

ства нагрузок на опоры барабана приме-

няются сдвоенные полиспасты, состоящие из

двух одинарных полиспастов.

Для обеспечения нормального положения грузовой обоймы при возможной неравномерной вытяжке ветвей каната обоих полиспастов чаще всего применяют уравнительный блок. Этот блок при подъеме и спуске груза не вращается и служит лишь для уравнивания длины ветвей обоих полиспастов при неравномерной вытяжке каната. При четной кратности он расположен среди неподвижных блоков, а при нечетной – среди подвижных блоков грозовой обоймы. Так как на уравнительном блоке канат перемещается только изредка, то допускается его диаметр принимать равным 0,8 величины диаметра блока, а у электроталей и стреловых самоходных кранов равным 0,6 этого диаметра.

Из сравнения одинарных полиспастов со сдвоенными последние обладают некоторыми преимуществами:

Обеспечивают вертикальный подъем груза при отсутствии у барабана направляющего блока;

Груз находится в воздухе в более устойчивом положении т.е. меньше раскачивается, т.к. висит на двух широко раставленных ветвях;

При одинаковом уменьшении усилия в одной ветви каната изнашивание его будет меньше, т.к. он имеет меньше перегибов на блоках. Например, для уменьшения усилия примерно в четыре раза в одинарном четырехкратном полиспасте канат четырежды перегибается на блоках, а у двукратного сдвоенного – дважды, посколькцу изгиб на уравнительном блоке во внимание не принимается. Вместе с тем усилие на барабане возрастает вдвое по сравнению с одинарными полиспастами, т.к. на барабан поступают две ветви каната;

При подъеме одного и того же груза с одинаковой скоростью оказывается, что в сдвоенном полиспасте вследствие подвески груза на вдвое большем числе ветвей, диаметры каната, барабана и блоков меньше и, следовательно, число оборотов барабана больше, а передаточное число редуктора меньше. Однако, вследствие наматывания на барабан вдвое большей длины каната, длина барабана получается значительно больше, чем при одинарном полиспасте.
2 Что такое полиспаст?

3 Что дает полиспаст прямого действия?

4 Что дает полиспаст обратного действия?

5 Что такое кратность полиспаста?

6 Назовите недостатки одинарных полиспастов?

7 Охарактеризуйте сдвоенные полиспасты?