Отредактировано 14.05.2023
Полиспаст — это устройство, состоящее из нескольких подвижных и неподвижных блоков (обычно расположенных попарно) огибаемых веревкой, канатом или тросом, позволяющее поднимать грузы с усилием в несколько раз меньшим, чем вес поднимаемого груза.
Про некоторые варианты использования полиспастов смотрите ниже в “Применение полиспастов”.
Простейший вариант полиспаста изображен на рисунке ниже
КПД полиспаста
В любой подвижной системе, состоящей из верёвки и блоков, неизбежны потери на трение. Теоретически можно до бесконечности добавлять блоки на полиспаст с целью увеличения выигрыша в силе. Однако на практике этому мешает сила трения. Из-за силы трения невозможна чистая передача усилия и за счёт потерь на трение эффективность работы полиспаста может быть существенно ниже теоретически возможной. А увеличение количества блоков имеет определённый предел, за которым возможен и обратный эффект.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что основной проблемой полиспаста является
преодоление силы трения
.
Для решения проблемы трения является:
- использование наиболее эффективных блоков на шарикоподшипниках с большими диаметрами ручьёв и мягких канатов. Известно, что КПД для блоков с опорой на подшипниках скольжения η=0,95÷0,96; для блоков на подшипниках качения η=0,97÷0,98.
- использование оптимальной конструкции полиспаста.
- правильное размещение полиспаста.
Когда вместо блоков используются карабины (что бывает у альпинистов), фактическая сила полиспаста уменьшается очень сильно. Потери на трение для карабинов в среднем составляют 50%. Выигрыш в силе для полиспаста 2:1 составит 1.5:1, а для полиспаста 3:1 выигрыш будет равен всего 1.75:1.Потери на трение для карабинов в среднем составляют 50%.
Чем больше диаметр прутка карабина и чем плавней радиус перегиба верёвки, тем лучше.
Также в этом случае можно поставить рядом два карабина вместо одного: это увеличивает радиус перегиба верёвки что в свою очередь немного уменьшает силу трения. При этом важно чтобы карабины должны быть одной формы и изготовлены из одинакового материала. Но иногда в обсуждениях и комментариях этого способа можно встретить упоминание, что 2 карабина или уменьшают трение всего на несколько процентов (поэтому их можно не ставить) или трение становится даже больше (вплоть до 25%).
Если есть несколько блоков и один из них более лучший (например, лучше крутится) то его слеудет поставить в качестве первого от тянущих: в этом месте он будет наиболее эффективным.
Устройство полиспаста
Все полиспасты имеют следующее устройство
- Анкер (станция) – место прикрепления неподвижных блоков (это может быть балка, мачта, тренога и т.п.). Здесь же может устанавливаться фиксатор обратного хода.
Надо помнить, что нагрузка на анкерную точку зависит от угла, под которым к точке подходит верёвка:
Угол надо учитывать и при использовании направляющих блоков.
- Подвижный блок (подвижный ролик) – блок (или группа блоков), расположенный на грузе. Подвижный бок всегда движется навстречу к грузу или от него. Подвижный блок всегда даёт выигрыш в силе.
Объединение нескольких подвижных блоков в одну конструкцию иногда называется подвижный шкив. - Неподвижный блок (неподвижный ролик) – блок (или группа блогов), закреплённый неподвижно на станции. Необходим для изменения направления прилагаемого усилия. Не даёт выигрыша в усилие.
Объединение нескольких неподвижных блоков в одну конструкцию иногда называется неподвижный шкив. - Рабочая длина полиспаста – расстояние от анкера до ближайшего к грузу элемента (схватывающего узла, зажима, блока).
Чем длиннее эта величина, тем большее расстояние может пройти груз за один рабочий ход полиспаста. Но если рабочая длина большая, то при вытягивании полиспаста значительная часть усилий будет уходить на растяжение верёвки между тянущими людьми и блоками. А если рабочая длина маленькая, то рабочий ход будет небольшим и полиспаст, возможно, придётся слишком часто переставлять.
Поэтому если нагрузка небольшая, то удобнее всего растянуть полиспаст на большое расстояние и одним заходом вытянуть много верёвки. Когда натяжение верёвки большое (т.е. уже есть натяжка) — потери пружинящей верёвки становятся ощутимы и в таком случае рабочую длину полиспаста стоит сократить (не отодвигать его далеко). - Рабочий ход полиспаста – расстояние которое проходят все элементы полиспаста до любого соприкосновения с другими элементами (грубо говоря пока подвижный блок не упрётся в любой другой блок (подвижный или неподвижный) или в анкер).
Рабочий ход зависит от вида полиспаста, от его рабочий длинны и от того, насколько плотно полиспаст “складывается” – т.е. насколько близко первый к грузу элемент подтягивается к анкеру при полностью выбранной веревке. - Крюк/проушина – средство для присоединение полиспаста к анкеру и к грузу.
- Стопор – устройство, которое блокирует обратный ход верёвки в полиспасте. Используются не во всех моделях.
В качестве стопора в основном выступают альпинистские и скалолазные полуавтоматические страховочно-спусковые устройства, блок-ролики с зажимами или комбинация блок-ролика и зажима, а также схватывающие узлы типа узла Прусика. - Зажим – средство присоединения подвижного блока к верёвке, когда полиспаст собирается из верёвок, карабинов и блоков (например, это делают альпинисты, скалолазы и т.п.). А если полиспаст сразу собран (например, для подъёма грузов в производстве или на корабле) то в зажиме нет нужды.
Стандартами, принятыми в спасательных службах Канады, США и Новой Зеландии, категорически запрещены для использования в полиспастах зажимы с “агрессивными” кулачками: жумар, кролл (Croll) и их аналоги. При внезапной перегрузке полиспастной системы верёвка будет серьезно повреждена.
Вместо зажима может использоваться схватывающийся узел.
 |
| Устройство полиспаста |
 |
| Шкивы полиспаста |
Хоть и не относится к устройству полиспаста, но стоит упомянуть перестановку системы (перестановку полиспаста). Об этом написано ниже, в “Перезарядка полиспаста”.
Кратность полиспаста (передаточное число полиспаста)
Кратность полиспаста — коэффициент теоретического выигрыша в силе. Если говорят “кратность полиспаста равна 4”, то это значит, что данный полиспаст даёт теоретический выигрыш в силе в 4 раза.
 |
| Схемы полиспастов а – трехкратный полиспаст; б, в, г – четырех-, пяти- и шестикратные полиспасты |
Кратность полиспастов подразделяют на
- кинематическую, которая равна количеству перегибов каната.
Есть простой способ определению кратности: если полиспаст мысленно рассечь плоскостью, пересекающей все ветви каната, который огибает блоки, то кратность полиспаста численно будет равна числу пересеченных плоскостью канатов (см. изображение выше). - силовую, которая рассчитывается с учетом преодоления тросом силы трения и неидеальным КПД роликов.
В справочниках приводятся таблицы, которые отображают зависимость силовой кратности от кинематической при разных КПД блоков. Вот один из вариантов:
 |
| Кинематическая кратность |
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%.
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 Vк, которая обеспечивает заданную скорость подъема груза Vг .
 |
| Порядок определения кратности полиспаста |
Передаточное число полиспаста определяется по формуле
где:
Q – тяговое усилие, необходимое для вытаскивания застрявшего объекта, кН (тс);
Р – прикладываемое тяговое усилие на тросе лебедки тягача, кН (тс);
η – коэффициент полезного действия полиспаста, зависящий от жесткости троса и трения в блоках.
Коэффициент полезного действия (КПД) одного роликового блока на подшипнике скольжения имеет значение η= 0,96, а на подшипнике качения – η= 0,98. КПД простого полиспаста можно принимать равным произведению КПД всех блоков, входящих в систему, а сложного полиспаста – произведению КПД простых полиспастов, из которых он состоит.
Применение полиспастов
Обычно полиспаст является частью механизмов подъёма и изменения вылета стрелы подъёмных кранов и такелажных приспособлений. Самостоятельно полиспаст применяется для подъёма (опускания) небольших грузов (например, шлюпок на судах).
 |
| Шлюпбалка с полиспастом для спуска на воду и подъёма шлюпок на борт |
Сдвоенные полиспасты имеют широкое применение в механизмах подъёма многих кранов — мостовых, консольных, козловых и других, где постоянство давлений на опоры барабана во время подъёма или спуска груза важно для обеспечения равномерной загрузки металлоконструкции моста под обоими рельсами.
В горном туризме и альпинизме полиспаст применяется для натяжения перил и переправ, для подъёма пострадавшего (например, провалившегося в трещину). Используется система из двух схватывающих узлов или механических зажимов, например жумаров. В промышленном альпинизме этот же принцип используется в такелажных работах при подъёме конструкций. Оригинальным решением специфического альпинистского полиспаста является так называемый полиспаст Мунтера.
Небольшие полиспасты используются для натяжения подвесных кабелей связи и силовых кабелей, а также несущих тросов при строительстве подвесных линий по столбам и по крышам домов: мускульная сила человека обычно не позволяет натянуть большой пролёт кабеля достаточно сильно.
Полиспаст может использоваться для вытягивания застрявшего в грунте автомобиля, если нет лебёдки или совместно с ней.
Разновидности полиспастов
Полиспасты делятся по нескольким признакам:
- Бывают тросовые и верёвочные полиспасты.
- Тросовые полиспасты использует металлический трос для связи блоков и натяжения полиспаста. Такие полиспасты характерны для стационарных систем полиспастов (например, в кранах).
- Верёвочный полиспаст использует верёвку для связи блоков и натяжения полиспаста. Такие полиспасты характерны для переносных или быстрособираемых систем полиспастов (например, при спасательных работах).
- По назначению. Бывают силовые, а бывают скоростные схемы. Силовые позволяют поднимать больше груза, но медленнее. Скоростные позволяют поднимать тяжесть быстрее, но “осилят” меньший вес.
- По количеству блоков. Самый простой вариант — 1 блок. Но их может быть и 2, и 3, и 4, и больше. Чем больше блоков — тем больший вес получится поднять.
- По сложности схемы. Бывают простые схемы (когда ролики объединены последовательно 1 канатом) и сложные (когда используется 2 или больше отдельных полиспастов). Сложные системы более производительны, дают больше результата при меньшем количестве блоков. К примеру, если объединить 2 полиспаста (из 1 и из 2 блоков) — получится выигрыш в силе в 6 раз. Тогда как простая схема даст выигрыш в 6 раз только при использовании 6 блоков.
- По приводу. Полиспасты могут иметь ручной привод (когда один или несколько человек приводят полиспаст в действие) или механизированный привод (когда полиспаст приводит в действие какой-либо механизм, например, электродвигатель на кране).
- Чётные и нечётные. В зависимости от того, где закреплён конец верёвки (на станции или на грузе), простые полиспасты подразделяются на чётные и нечётные. Если конец верёвки закреплён на станции, то все последующие полиспасты будут чётные (2:1, 4:1, 6:1 и т. д.). Если же конец грузовой верёвки закреплён на грузе, то будут получаться нечётные полиспасты (3:1, 5:1 и т. д.).
Чётные и нечётные полиспасты
Простые полиспасты
В простых полиспастах блоки объединены последовательно одной верёвкой.
 |
| Схемы простых полиспастов различной конфигурации |
При этом следует помнить, что для простого полиспаста существует несколько особенностей (правил), связанных с блоками:
- выигрыш в усилии дают только движущиеся ролики, закреплённые на грузе.
Неподвижные ролики служат лишь для изменения направления движения верёвки и выигрыша в усилии не дают. - во сколько раз вы выигрываете в прилагаемых усилиях, во столько же раз вы проигрываете в расстоянии подъёма груза, то есть в длине верёвки.
Т.е. если закрепить верёвку на станции и пропустить через блок на грузе и потянуть верёвку вверх, то для поднятия груза необходимо усилие в 2 раза меньше чем его масса. Блок же будет двигаться вместе с грузом вверх. Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через блок 2 метра веревки.
А если закрепить веревку на грузе, перекинуть её через блок, который закреплён на станции, и потянуть верёвку вниз, то для поднятия груза необходимо приложить усилие равное массе груза. Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через блок 1 метр веревки.
 |
| Простой полиспаст |
Плюсы простых полиспастов:
- просты в сборке и в работе
- в простых полиспастах рабочий ход близок к рабочей длине полиспаста, т.к. они достаточно хорошо “складываются” в работе. Особенно это важно в тех случаях, когда общая рабочая длина полиспаста ограничена (например, короткая рабочая зона для работы и т.п.)
- удобно использовать при небольшой рабочей площадке
- при прочих равных простые полиспасты 2:1 и 3:1 дают самую большую скорость подъема.
Минусы простых полиспастов:
- большое количество блоков, которые обладают большими потерями на трение. Поэтому в ручных простых полиспастах (т.е. не имеющих механического привода) обычно не применяются полиспасты больше чем 5:1. А при использовании карабинов нет смысла делать простой полиспаст больше чем 4:1
- при одинаковой общей рабочей длине простые полиспасты используют больше веревки чем сложные полиспасты аналогичных усилий.
- сложный переход от подъема к спуску.
- сложно пропускать узлы через полиспаст
Расчёт усилия в простом полиспасте
Для простоты расчёта теоретического выигрыша в простом полиспасте, принято пользоваться “Т – методом” (от англ. “Tension” – натяжение):
теоретический выигрыш в простом полиспасте равен количеству прядей, идущих от груза вверх
. Если подвижные блоки закреплены не на самом грузе, а на веревке, идущей от груза, то пряди считаются от точки закрепления блоков.
В простых полиспастах, каждый подвижный ролик (закрепленный на грузе), добавленный в систему дает двукратный теоретический выигрыш. Добавочное усилие
складывается
с предыдущим. Например, если к полиспасту 2:1 добавить еще один подвижный блок то получится полиспаст 2:1 + 2:1 = 4:1. А если к ним добавить еще один блок – получится 2:1 + 2:1+2:1= 6:1. И т.д.
Вот объяснение Т-метода для полиспаста 3:1
Приложив определенное усилие Т к первой пряди веревки идущей к ролику (потери на трение здесь не учитываются) мы получим такое же усилие на второй пряди, выходящей из ролика. Результирующее усилие на ролике будет равно 2Т.
Вторая прядь веревки проходит через стационарный ролик, прикладывая усилие равное 1Т. Соответственно третья прядь веревки, выходящая из стационарного ролика тоже имеет натяжение равное 1Т.
В точке крепления полиспаста к грузовой веревке суммарное усилие на ролике = 2Т складывается с усилием третьей пряди = 1Т.
В результате получаем суммарное усилие полиспаста 2Т+1Т=3Т.
 |
| Расчёт усилия в простом полиспасте Т-методом |
Сложный полиспаст
Сложные полиспасты состоят из 2 и более отдельных простых полиспастов. При этом конструкция сложного полиспаста выполняется так, чтобы один простой полиспаст тянул другой простой полиспаст.
Сами полиспасты соединяются при помощи зажима, схватывающего узла или лайнлока.
 |
| Схемы сложных полиспастов различной конфигурации |
Иногда первый полиспаст называют “базовыым” или “основным”.
Плюсы сложных полиспастов:
- при равном количестве роликов и зажимов (схватывающих узлов), по сравнению с простыми полиспастами, позволяют создать полиспасты с большими усилиями. Например: 3 ролика требуется для сложного полиспаста 6:1 и простого 4:1. А 4 ролика требуется для сложного полиспаста 9:1 и простого 5:1.
- требуют меньше веревки по сравнению с аналогичными простыми полиспастами.
- требуют меньшего количества блоков по сравнению с аналогичными простыми полиспастами, что даёт больший фактический выигрыш в усилии из-за меньших потерь на трение (меньше блоков, значит и меньше трения).
Минусы сложных полиспастов:
- сложны в сборке
- некоторые конструкции сложных полиспастов требуют большее количество перестановок, т.к. для того чтобы снова растянуть полиспаст на всю рабочую длину, надо передвигать 2 зажима или схватывающих узла.
- при одинаковой рабочей длине, рабочий ход у сложных полиспастов меньше чем у простых, т.к. они не складываются полностью при каждом рабочем ходе (к станции подтягивается блок, ближайший к тянущим, а 1-й грузовой ролик останавливается, не доходя до станции).
Это существенно снижает эффективность работы полиспаста, особенно в тех случаях, когда общая рабочая длина полиспаста ограничена (например, короткая рабочая зона и т.п.) Это также может осложнить работу на последних этапах подъема. - малая скорость подъёма. Иногда бывает что это плюс… но далеко не всегда
Расчёт усилия в сложных полиспастах
Для расчета теоретического выигрыша в усилии при использовании сложного полиспаста необходимо умножить значения усилий простых полиспастов, из которых состоит сложный полиспаст.
Схема 6:1 получается так 2:1 тянет за 3:1 получается 6:1. А 3:1 тянет за 3:1 и получается 9:1.
Расчет усилия каждого из простых полиспастов, входящих в состав сложного производиться по правилу простых полиспастов. Количества прядей считается от точки крепления полиспаста к грузу или грузовой веревки, выходящей из другого полиспаста.
 |
| Расчёт усилия в сложных полиспастах |
Кому то, возможно, будет понятнее расчёт усилий в сложных полиспастах на вот таких изображениях
 |
| Расчёт усилия в сложном полиспасте 3:1 |
 |
| Расчёт усилия в сложном полиспасте 6:1 |
Силовой (прямой) полиспаст
В силовом полиспасте груз подвешивается к подвижной обойме, а тяговое усилие прикладывается к ветви веревки, сбегающей с последнего из последовательно огибаемых канатом блоков.
Это самый распространённый вид полиспастов. И он используется для поднятия тяжёлых грузов, правда они обеспечивают выигрыш в силе за счёт потерь в расстоянии и скорости.
Во многих кранах по конструктивным соображениям механизм подъёма груза расположен не над крюковой обоймой. В этом случае появляется необходимость в установке между полиспастом и барабаном неподвижных направляющих блоков. Наибольшее применение в грузоподъёмных машинах находят:
- Одинарные силовые полиспасты. В одинарных — один конец каната закреплён на барабане, другой на неподвижной части конструкции крана или крюковой обойме, барабан имеет нарезку в одну сторону.
Отношение скорости в ветви (для одинарных полиспастов) каната, набегающей на барабан, к скорости подъёма груза называют кратностью полиспаста. Её обозначают буквой “а”. Недостатком схем одинарных полиспастов является нежелательное изменение нагрузки, действующей на опоры барабана при подъёме или опускании груза. - Сдвоенные силовые полиспасты. Сдвоенные: оба конца закреплены на барабане; барабан имеет нарезку в правую и левую стороны. Такие полиспасты можно рассматривать как два одинарных. Сдвоенный полиспаст имеет верхний блок, называемый уравнительным. Он предназначен для выравнивания длины ветвей каната при неравномерном их вытягивании. Уравнительный блок может быть заменён рычагом. При этом вместо одного каната устанавливаются два, что особенно выгодно в механизмах с большой кратностью, для которых требуются канаты большой длины. При чётной кратности уравнительный блок расположен на неподвижной оси, при нечётной кратности — на подвижной оси крюковой обоймы.
Скоростной (обратный) полиспаст
Скоростной вариант полиспаста позволяет ускорить процесс транспортировки лёгких грузов (т.е. их скорость) за счет уменьшения прикладываемых усилий. По этому принципу создаются канатные дороги на горнолыжных курортах.
 |
| Силовой и скоростной варианты полиспаста А – силовой вариант полиспаста Б — скоростной вариант полиспаста |
Комплексные полиспасты
Комплексные полиспасты характеризуется наличием в системе блока, который движется навстречу грузу.
Такие полиспасты нужны в тех случаях, когда станция расположена выше (например, на крутых склонах или отвесах) и надо тянуть полиспаст вниз, что позволяет включить для тяги вес тянущего полиспаст человека. Это главный плюс таких полиспастов.
 |
| Комплексные полиспасты |
Основные недостатки комплексных полиспастов: не складываются полностью, имеют малый рабочий ход и требуют много перестановок.
Составной полиспаст
Составной полиспаст это полиспаст, состоящий из двух разных полиспастов (хоть из простых, хоть из сложных полиспастов). При этом конструкция полиспастов сделана так, что один полиспаст тянет второй полиспаст.
Фактически, составной полиспаст является разновидность сложного, главное отличие которого заключается в использовании дополнительной верёвки для дополнительного блока или полиспаста.
Составной полиспаст применяется когда усилия собранного полиспаста недостаточно, а длины тянущей веревки не хватает для сборки более мощной схемы.
 |
| Составной полиспаст |
Составной полиспаст имеет короткий рабочий ход и с его использованием приходится выполнять много перестановок (необходимо переставлять два схватывающих).
Вот пример использования составного полиспаста
 |
| Пример использования составного полиспаста |
Полиспаст Мунтера
Полиспаст Мунтера при своей простоте позволяет достичь семикратного выигрыша в силе.
Приведенный ниже полиспаст Мунтера смонтирован из блок-зажима, двух зажимов, двух блоков, карабинов и куска веревки, длиной 3-4 метра. Такой вариант применяется в альпинизме. На анимации хорошо видно, как обслуживается данная система: один раз передвигается нижний зажим, один раз верхний.
 |
| Полиспаст Мунтера, выполненный альпинистским снаряжении |
Полиспасты сделанные из дополнительной (отдельной) веревки
На практике в туризме и альпинизме часто бывают ситуация когда к рабочей верёвке (т.е. верёвке на которой находится какой-либо груз) приходится прикреплять полиспаст, сделанный из отдельной верёвки. В первую очередь это связанно с экономией снаряжения или с невозможностью использовать основную верёвку для создания полиспаста (например, на рабочей верёвке висит пострадавший).
В полиспасте с отдельной верёвкой обязательно требуется фиксация обратного хода рабочей верёвки. Прикрепляется полиспаст к рабочей веревке схватывающим узлом или зажимом.
 |
| Полиспасты сделанные из дополнительной веревки |
Плюсы:
- если полиспаст собран заранее, то его можно очень быстро присоединить к рабочей верёвке и начать тянуть
- можно использовать более короткую рабочую (ту, которая вытягивается) верёвку — её излишки не нужны для работы полиспаста
- простое прохождение узлов через полиспаст. Выбранная верёвка фиксируется в зажиме. Далее зажим полиспаста переставляется ниже узла и подъём продолжается.
Минусы:
- фиксатор обратного хода, установленный на рабочую верёвку, придётся обслуживать вручную. Для этого нужен отдельный человек, что не всегда удобно или возможно.
Что такое запасовка полиспаста
Запасовкой называют изменение положения блоков и расстояния между ними. Целью запасовки является изменение скорости или высоты подъёма грузов путём определённой схемы прохождения канатов по блокам устройства.
Схемы запасовки бывают:
- Однократная: 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.
- Двукратная. 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.
- Четырехкратная. Используется 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.
- Переменная. Суть переменной схемы запасовкий 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.
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.
Двух- и особенно – четырёхкратная запасовка позволяет производить безопасный подъём груза, который практически вдвое превышает тяговое усилие, развиваемое полиспастом. При этом проворот канатов под нагрузкой исключается, что существенно снижает их износ.
Перезарядка (перестановка) полиспаста
Перезарядка полиспаста – это манипуляции, которые выполняются для возвращения полиспаста на его рабочую длину, которая производится после того как полиспаст сложился. Это может быть перестановка схватывающих узлов (зажимов) и любые другие необходимые действия.
Перед перезарядкой верёвку полиспаста нужно зафиксировать для исключения опускания груза.
Обычно если планируется перезарядка то заранее ставится зажим:
- для перезарядки простого полиспаста нужен только один зажим.
- для перезарядки сложного полиспаста нужны зажимы для каждого простого полиспаста, которые входят в состав сложного. Поэтому перезаряжать сложные полиспасты долго.
Чтобы сложный полиспаст требовал меньше количества перестановок необходимо увеличить рабочий ход. Для этого следует разнести подвижный и неподвижный блоки (в сложных полиспастах – разнести станции простых полиспастов, входящих в состав сложного) как можно дальше друг от друга (но в разумных пределах).
 |
| Сложный полиспаст. Справа – с разнесёнными входящими простыми полиспастами. |
Для уменьшения количества перестановок в сложных полиспастах требует меньше перестановок в работе, если простой полиспаст с большим усилием тянет за полиспаст с меньшим усилием.
Что влияет на эффективность полиспаста
Выше упоминалась кратность (выигрыш в силе) очень приблизительная, округленная в большую сторону. На практике она меньше.
На эффективность полиспаста (на то, какой точный выигрыш в силе он даст) влияют такие факторы как:
- количество блоков
- материал троса
- тип подшипников
- качество смазки всех осей
- диаметр и длина каната
- угол между канатом и средней плоскостью ролика
Оптимизация работы с полиспастами
Оптимизация работы с полиспастами служит для борьбы с трением внутри самого полиспаста.
- Важно чтобы верёвки внутри полиспаста шли параллельно, иначе они будут тереться друг об друга, тем самым снижая КПД.
Это относится и к тому, что тянуть верёвку следует в направлении вдоль полиспаста, а не перпендикулярно или в сторону. - Ни одна нагруженная веревка не должна тереться о поверхность. Для этого можно использовать выносные консоли или просто роликовый протектор. Если есть возможность, можно установить направляющие ролики на анкерных точках, которые будет безопасно перенаправлять веревку с максимально возможным КПД.
- Располагать верёвки следует в одной плоскости или пользоваться направляющие блоки.
- Располагайте самый эффективный блок (блок-ролик) в полиспасте первым, если считать от тянущего. То есть на выходе верёвки из полиспаста.
- Размещать блоки следует так чтобы они не вжимались друг в друга, иначе мало того что уменьшится КПД, так ещё есть вероятность что верёвку заклинит. Для этого при создании полиспастов нужно размещать неподвижные блоки на некотором достаточном расстоянии друг от друга.
- Чтобы избегать перекручивания веревок в полиспасте, используйте вертлюги.
- Прочность полиспаста определяется по самому слабому элементу конструкции.
- Иногда проще позвать людей на помощь, чем конструировать полиспаст с большим передаваемым усилием для натяжения в одиночку.
Выбор полиспаста
Первое что нужно запомнить – универсального полиспаста не существует. Т.е. для разных ситуаций и для разного имеющегося оборудования нужны различные полиспасты.
При выборе полиспаста всегда следует отдавать предпочтение как можно более простым полиспастам.
Если использование простого типа полиспаста не целесообразно или невозможно по тем или иным причинам, то можно выбирать любой другой тип полиспаста. При этом стоит учитывать, что более эффективны схемы с большой рабочей длиной.
Если рабочая длина одинакова, то нужно выбирать вариант полиспаста с наибольшим рабочим ходом.
При одинаковой рабочей длине и рабочем ходе лучше выбрать полиспаст с наименьшим количеством перестановок.
Ниже приведена таблица, по которой можно быстро прикинуть, какой полиспаст лучше использовать для подъёма, посчитана для подъёма на один метр.
Выбор и расчёт полиспаста для крана
Сдвоенные полиспасты применяют в двухбалочных мостовых и козловых кранах, у которых грузоподъемный механизм установлен на грузовой тележке, а грузовой канат от крюковой подвески сразу наматывается на барабан, минуя направляющие блоки. Одинарные же полиспасты используют на однобалочных мостовых и козловых кранах грузоподъемностью до 10 т, оборудованных электрической талью, а также на стреловых настенных или на колонне, на большей части башенных, на стреловых самоходных кранах.
Важнейшей характеристикой полиспаста является его кратность. Чем больше заданная грузоподъемность крана Q, тем выше должна быть кратность полиспаста (см. таблицу). Кроме грузоподъемности на выбор кратности полиспаста могут оказать влияние высота и скорость подъема груза.
 |
| Рекомендуемые значения кратности полиспаста |
Если задана большая высота подъема груза, то кратность полиспаста приходится ограничивать с тем, чтобы длина грузового каната и, соответственно, барабана остались бы в допустимых пределах. От скорости подъема груза, в свою очередь, зависит передаточное отношение механизма и без ее учета возможны проблемы с подбором стандартного редуктора.
Подобрав полиспаст, следует начертить его схему в развернутом виде, подобную изображенным на рисунке ниже, и затем приступить к расчету усилия в канате Sб.
 |
| Схемы полиспастов для расчёта |
Для одинарного полиспаста максимальное значение усилия Sб определяют по формуле
где:
G – вес поднимаемого груза, включая грузозахватное устройство, кН
G = Qg
Q – масса груза вместе с грузозахватным устройством, т;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
ηδ– КПД канатных блоков, равный при подшипниках скольжения 0,97 и при подшипниках качения 0,98.
При наличии в схеме направляющих блоков
где
n – число направляющих блоков.
Когда груз поднимают сдвоенным или счетверенным полиспастом, то формула принимает следующий вид
где
m – число полиспастов.
Если расчетное значение Sб не превышает рекомендуемую для заданной грузоподъемности величину (см. таблицу ниже), то полиспаст выбран правильно.
Рекомендуемые в таблицах значения кратности полиспаста и усилия не являются обязательными, поэтому их следует воспринимать как ориентировочные.
Полезное видео
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:
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.
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 Vк перемещения каната к скорости Vгподъёма 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.
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).
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.
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-
1 2 3
1 – грейфер с ковшом; 2 – клещевой грейфер; 3 – грейфер многочелюстной.
Рис.70. Типовая гидрокинематическая схема
автомобильного крана четвертой размерной
группы грузоподъемностью 20 т.
Если бы смогли создать полиспаст, в котором отсутствовало трение в блоках, то для такого полиспаста коэффициент i всегда был бы равен количеству рабочих ниток полиспаста (тогда тяговое усилие в канате лебёдки, если не учитывать сил трения, равно усилию в одной рабочей нити
(10)
где P – тяговое усилие в канате лебёдки;
G- нагрузка, приложенная к подвижному блоку полиспаста;
i– число рабочих нитей.
Число i – называется кратностью полиспаста.
Чем больше кратность полиспаста, тем меньше нагрузка на каждую его рабочую нить и, следовательно, тем меньше тяговое усилие лебёдки.).
Для упрощения расчета значение коэффициента i для полиспаста с разным количеством рабочих ниток и отводных блоков вычислено заранее (табл.1).
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
, (4.1)
где 
– 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).
Определим к.п.д. полиспаста на примере одинарного полиспаста, изображенного на рис. 4.2, имеющего кратность uг. В неподвижном полиспасте сила натяжения во всех одинакова
, (4.2)
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
. (4.3)
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 FQ на высоту h к затраченной работе 
. (4.5)
Между скоростью подъема (опускания) груза Vпод и скоростью выбирания (травления) лопаря шкентеля Vл.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.
Сдвоенный полиспаст обеспечивает строго вертикальный подъем груза, реакции в опорах распределены равномерно.
В судовых стреловых кранах в основном используют одинарные полиспасты, что связано с уменьшением числа блоков и упрощением конструкции механизма.
Тали с увеличенными размерами блоков, числом шкивов и толщиной лопарей называются гинями. Гини имеют как минимум два трехшкивных блока. Многошкивный блок гиней показан на рис 4.4.
ИмхоДом › Форумы › руки из плечей › Полиспасты. Назначение и устройство.
В этой теме 2 ответа, 2 участника, последнее обновление 
Master 26 Май’17 в 03:57.
- Наука
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:
Блоки с неподвижными осями
Блоки с подвижными осями.
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:
Грузоподъёмность основного механизма, в составе которого работают данные узлы.
Количество обводных блоков: с ростом их числа потери на трение возрастают.
Углы отклонения канатов от средней плоскости барабана.
Диаметр каната/высота цепи.
Характер опор (в подшипниках качения или скольжения).
Условия смазки всех осей полиспаста.
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…2,5 0 (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…2 0 .
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:
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.
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.
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.
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.
- Наука
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.
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.
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.
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.
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.
Полиспасты
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.
а
б
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 Vк
перемещения
каната к скорости Vг
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.
1
2 3
Рис.69.
Грейфер:
1
– грейфер с ковшом; 2
– клещевой грейфер; 3
–
грейфер многочелюстной.
Рис.70.
Типовая гидрокинематическая схема
автомобильного
крана четвертой размерной
группы
грузоподъемностью 20 т.
Если
бы смогли создать полиспаст, в котором
отсутствовало трение в блоках, то для
такого полиспаста коэффициент i
всегда был бы равен количеству рабочих
ниток полиспаста (тогда
тяговое усилие в канате лебёдки, если
не учитывать сил трения, равно усилию
в одной рабочей нити
(10)
где
P – тяговое усилие в канате лебёдки;
G-
нагрузка, приложенная к подвижному
блоку полиспаста;
i–
число рабочих нитей.
Число
i
– называется кратностью полиспаста.
Чем
больше кратность полиспаста, тем меньше
нагрузка на каждую его рабочую нить и,
следовательно, тем меньше тяговое усилие
лебёдки.).
Для
упрощения расчета значение коэффициента
i
для полиспаста с разным количеством
рабочих ниток и отводных блоков вычислено
заранее (табл.1).
Таблица
5
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Источник информации http://www.mountain.ru/article/article_display1.php?article_id=10009
Методический материал для преподавателей школ спортивно-туристкой и альпинисткой подготовки.
Полиспаст — это система, состоящая из верёвок и блоков, основанная на принципе
рычага, позволяющая обеспечивать выигрыш в силе за счёт проигрыша в расстоянии,
пройденном грузовой верёвкой полиспаста. Во сколько раз происходит выигрыш в
силе, во столько же раз происходят потери в расстоянии. Так, при подъёме с
помощью полиспаста с выигрышем в силе в 5 раз груза на 1 метр, надо вытянуть 5
метров верёвки.
В спортивном туризме и альпинизме различают полиспасты простые, сложные, комплексные, составные (степенные). Дифференцировать
эти полиспасты можно по следующим признакам.
Отличительной
особенностью простых полиспастов
является тот факт, что при завершении рабочего хода они складываются полностью,
остальные виды полиспастов полностью не складываются. Под складыванием понимают
ситуацию, когда первый (со стороны свободного конца грузовой веревки) подвижный
ролик соприкасается с другим элементом
полиспаста и дальше двигаться не может.
Отличительной
особенностью сложных полиспастов является наличие в составе полиспаста 2х или
нескольких простых полиспастов, встроенных в нитку грузовой веревки (т.е. крепящихся к
грузовой веревке, а не к опоре). Коренной конец веревки крепится к опоре.
Встроенные подвижные ролики движутся в сторону, противоположную от груза. Тяга
осуществляется со стороны, противоположной грузу.
Отличительной
особенностью комплексных полиспастов также является наличие в составе
полиспаста 2х или нескольких простых полиспастов, встроенных в нитку грузовой
веревки. Коренной конец веревки крепится к грузу. Встроенные подвижные ролики
движутся в сторону груза. Тяга осуществляется в сторону груза.
Интересно, что если комплексный полиспаст 5:1,
сохранив его конструкцию, «перевернуть» таким образом, чтобы коренной конец
веревки полиспаста крепился к опоре, а не к грузу, то комплексный полиспаст 5:1
превратится в сложный полиспаст 6:1.
В конструкцию
составных (степенных) полиспастов также входит 2 или более полиспастов. В
основе составных полиспастов может
лежать комбинация простой – простой полиспаст, простой – сложный полиспаст и
т.д. Отличия составных полиспастов заключаются в том, что входящие в их состав
полиспасты – это отдельные полиспасты,
которые крепятся к опоре или к грузу «своими», отдельными веревками. Тяга может осуществляться как со
стороны груза, так и со стороны, противоположной грузу.
Интересно, что если составной полиспаст 3:1, сохранив его конструкцию, «перевернуть» таким образом, чтобы коренной конец веревки полиспаста крепился к опоре, а не к грузу, то он превратится в составной полиспаст 4:1. Аналогичным образом составной полиспаст 7:1 (полиспаст Мунтера) превращается в составной полиспаст 8:1.
Кратность полиспаста
Сила (грузоподъемность) полиспаста определяется его
кратностью. Кратность полиспаста – это коэффициент теоретического выигрыша в
силе. Кратность полиспаста, равная 4, означает, что данный полиспаст даёт
теоретический выигрыш в силе в 4 раза. Существует также понятие фактический
выигрыш, т.е. конечный результат применения полиспаста. Фактический выигрыш
может быть меньше теоретического на 10 – 50% и более в зависимости от
коэффициента трения.
Есть еще один важный момент в использовании полиспастов в
альпинизме и спортивном туризме с точки зрения фактического выигрыша – это угол
охвата грузовой веревкой последнего блока на выходе из полиспаста
(предполагается, что остальные нити полиспаста параллельны друг другу). В
момент поворота блока, сила, действующая на веревку, относится к весу груза,
как хорда (т.е. прямая,
соединяющая две точки кривой линии) дуги, обхваченной веревкой, к радиусу блока F= C/R. Если концы веревки, обхватывающей блок, параллельны (веревка охватывает половину блока), то хорда равняется диаметру, то есть соотношение плеч равняется 2 к 1. Отсюда выигрыш в силе подвижного блока равен 2. Однако если веревка охватывает ролик не полностью, сила тяги пропорционально снижается.
Источник: http://www.bolshoyvopros.ru/questions/914252-kak-po-dline-hordy-opredelit-sootvetstvujuschij-centralnyj-ugol.html
Расчет кратности полиспаста
Кратность
полиспаста определяется соотношением расстояния, которое проходит свободный
конец веревки, выходящий из рабочей зоны полиспаста, и расстояния, которое
проходит груз. Во сколько раз проигрываем в расстоянии, во столько же раз
выигрываем в силе. Это самый надежный, быстрый и точный способ определения
кратности полиспаста эмпирическим способом, не прибегая к сложным схемам и
методам расчета.
Кратность
полиспаста можно рассчитать по его внешнему виду, при этом формула расчета
зависит от типа полиспаста.
В простых
вертикальных полиспастах применяется две формулы расчета кратности, в
зависимости от того, куда крепится коренной конец грузовой веревки. Если коренной конец
крепится к опоре, суммируется число ветвей, на которых подвешены подвижные
блоки. Если коренной конец крепится к грузу, суммируется число ветвей, на
которых подвешены подвижные блоки, и добавляется число 1.
Для
сложных, составных и комплексных полиспастов существует две методики расчета.
По одной методике последовательно суммируются силы, прилагаемые к веревке на
каждом этапе её перегиба через ролик, начиная от свободного конца веревки и
далее двигаясь к точке фиксации грузовой веревки на опоре или грузе.
По
другой методике расчет ведется по отдельным полиспастам, входящим в состав
сложного, комплексного или составного полиспаста. Так, в сложных полиспастах
один простой полиспаст тянет другой простой полиспаст, усилия данных
полиспастов умножаются друг на друга. В комплексных полиспастах один простой
полиспаст работает в паре с другим простым полиспастом, усилия данных
полиспастов суммируются. В составных полиспастах усилия отдельных полиспастов
либо умножаются друг на друга (если коренной конец веревок крепится на опоре), либо
суммируются (если коренной конец веревок крепится на грузе) и при
этом добавляется число 1.
Не могу понять как определяется кратность полиспаста на картинке
Ученик
(100),
закрыт
7 лет назад
Юлия Фостер
Мудрец
(14979)
7 лет назад
Кратность полиспаста равна числу огибаемых блоков, если канат сбегает с неподвижного блока полиспаста, и числу огибаемых блоков +1, если канат сбегает с подвижного блока.
Ростислав АйорУченик (100)
7 лет назад
Скажите пожалуйста какая кратность будет у этих полиспастов, а то у мена что то не сходится с вариантами ответа в тесте экзамена. Может преподаватель ошибся.
klongt
Ученик
(170)
6 лет назад
числу канатов, отходящих от груза, т. е. если последний отрезок каната идет от неподвижного блока в сторону груза (вниз) то он не считается.
