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
Для подъема больших грузов человек не очень силен, но он придумал множество механизмов, которые упрощают этот процесс, и в этой статье мы обсудим полиспасты: назначение и устройство таких систем, а также попытаемся сделать простейший вариант такого приспособления своими руками.
Грузовой полиспаст – это система, состоящая из веревок и блоков, благодаря которой можно выиграть в эффективной силе при потере в длине. Принцип довольно прост. В длине мы проигрываем ровно столько, во сколько раз оказался выигрыш в силе. Благодаря этому золотому правилу механики можно большой массы, не прилагая при этом больших усилий. Что в принципе не так критично. Приведем пример. Вот вы выиграли в силе в 8 раз, при этом вам придется вытянуть веревку длиной в 8 метров, чтобы поднять объект на высоту 1 метр.
Применение таких приспособлений обойдется вам дешевле, чем аренда подъемного крана, к тому же, вы можете сами контролировать выигрыш в силе. У полиспаста есть две разные стороны: одна из них неподвижная, которая крепится на опоре, а другая – подвижная, которая цепляется на самом грузе . Выигрыш в силе происходит благодаря подвижным блокам, которые крепятся на подвижной стороне полиспаста. Неподвижная часть служит только для изменения траектории движения самой веревки.
Виды полиспастов выделяют по сложности, четности и кратности. По сложности есть простые и сложные механизмы, а кратность обозначает умножение силы, то есть, если кратность будет равна 4, то теоретически вы выигрываете в силе в 4 раза. Также редко, но все же применяется скоростной полиспаст, такой вид дает выигрыш в скорости перемещения грузов при совсем малой скорости элементов привода.
Рассмотрим для начала простой монтажный полиспаст. Его можно получить при добавлении блоков на опору и груз. Чтобы получить нечётный механизм, необходимо закрепить конец верёвки на подвижной точке груза, а чтобы получить чётный, то крепим веревку на опоре. При добавлении блока получаем +2 к силе, а подвижная точка дает +1, соответственно. Например, чтобы получить полиспаст для лебедки с кратностью 2, необходимо закрепить конец верёвки на опоре и использовать один блок, который крепится на грузе. И у нас будет чётный вид приспособления.
Принцип работы полиспаста с кратностью 3 выглядит по-другому. Здесь конец веревки крепится на грузе, и используются два ролика, один из них мы крепим на опоре, а другой – на грузе. Такой тип механизма дает выигрыш в силе в 3 раза, это нечётный вариант. Чтобы понять, каков выигрыш в силе получится, можно воспользоваться простым правилом: сколько веревок идет от груза, таков наш выигрыш в силе. Используются обычно полиспасты с крюком, на котором, собственно говоря, и крепится груз, ошибочно думать, что это только блок и веревка.
Теперь узнаем, как работает полиспаст сложного типа. Под этим названием подразумевается механизм, где соединены в одну систему несколько простых вариантов данного грузового устройства, они тянут друг друга. Выигрыш в силе таких конструкций рассчитывается путем перемножения их кратностей. Например, мы тянем один механизм с кратностью 4, а другой с кратностью 2, тогда теоретический выигрыш в силе у нас будет равен 8. Все вышеуказанные расчеты имеют место быть только у идеальных систем, у которых нет силы трения, на практике же дела обстоят иначе.
В каждом из блоков происходит небольшая потеря в мощности из-за трения, так как она еще тратится как раз на преодоление силы трения. Для того чтобы уменьшить трение, необходимо помнить: чем больше у нас радиус перегиба веревки, тем меньше будет сила трения. Лучше всего использовать ролики с большим радиусом там, где это возможно. При использовании карабинов следует делать блок из одинаковых вариантов, но ролики гораздо эффективнее карабинов, так как на них у нас потеря составляет 5-30 %, а вот на карабинах же до 50 %. Также не лишним будет знать, что наиболее эффективный блок необходимо располагать ближе к грузу для получения максимального эффекта.
Как же нам рассчитать реальный выигрыш в силе? Для этого нам необходимо знать КПД применяемых блоков.
КПД выражается числами от 0 до 1, и если мы используем веревку большого диаметра или слишком жесткую, то эффективность от блоков будет значительно ниже, чем указана производителем. А значит, необходимо это учесть и скорректировать КПД блоков. Чтобы рассчитать реальный выигрыш в силе простого типа грузоподъемного механизма, необходимо рассчитать нагрузку на каждую ветвь веревки и сложить их. Для расчета выигрыша в силе сложных типов необходимо перемножить реальные силы простых, из которых он состоит.
Не стоит забывать еще и о трении веревки, так как ветви ее могут перекручиваться между собой, а ролики от больших нагрузок могут сходиться и зажимать веревку. Дабы этого не происходило, следует разнести блоки относительно друг друга, например, можно между ними использовать монтажную плату. Следует также приобретать только статические веревки, не растягивающиеся, так как динамические дают серьёзный проигрыш в силе. Для сбора механизма может использоваться как отдельная, так и грузовая веревка, присоединенная к грузу независимо от подъемного устройства.
Преимущества использования отдельной веревки состоит в том, что вы можете быстро собрать или приготовить заранее грузоподъемную конструкцию. Вы также можете использовать всю ее длину, это также облегчает проход узлов. Из минусов можно упомянуть то, что нет возможности автоматической фиксации поднимаемого груза. Преимущества грузовой веревки в том, что возможна автофиксация поднимаемого объекта, и нет необходимости в отдельной веревке. Из минусов важно то, что при работе сложно проходить узлы, а также приходится затрачивать грузовую веревку на сам механизм.
Поговорим об обратном ходе, который неизбежен, так как он может возникнуть при прихватывании веревки, или же в момент снятия груза, или при остановке на отдых. Чтобы обратного хода не возникало, необходимо использовать блоки, которые пропускают веревку только в одну сторону. При этом организовываем конструкцию так, что блокирующий ролик крепится первым от поднимаемого объекта. Благодаря этому, мы не только избегаем обратного хода, но также позволяем закрепить груз на время разгрузки или же просто перестановки блоков.
Если вы используете отдельную веревку, то блокирующий ролик крепится последним от поднимаемого груза, при этом фиксирующий ролик должен обладать высокой эффективностью.
Теперь немного о креплении грузоподъемного механизма к грузовой веревке. Редко, когда у нас под рукой находится веревка нужной длины, чтобы закрепить подвижную часть блока. Вот несколько видов крепления механизма. Первый способ – с помощью схватывающих узлов, которые вяжутся из репшнуров диаметром 7-8 мм, в 3-5 оборотов. Данный способ, как показала практика, является наиболее эффективным, так как схватывающий узел из 8 мм шнура на веревке диаметром 11 мм начинает сползать только при нагрузке 10-13 кН. При этом вначале он не деформирует веревку, а спустя какое-то время, оплавляет оплетку и прикипает к ней, начиная играть роль предохранителя.
Другой способ заключается в использовании зажима общего назначения. Время показало, что его можно использовать на обледенелых и мокрых веревках. Он начинает ползти только при нагрузке в 6-7 кН и несильно травмирует веревку. Еще один способ заключается в использовании персонального зажима, но он является не рекомендуемым, так как он начинает ползти при усилии уже в 4 кН и при этом рвет оплетку, или даже может перекусить веревку. Это все промышленные образцы и их применение, мы же попробуем создать самодельный полиспаст.
Часть B
2.5. Выбор оптимальной конструкции полиспаста.
2.5.1 . У каждой конструкции полиспастов, кроме выигрыша в усилии есть и другие важные показатели, влияющие на общую эффективность её работы.
Общие конструктивные особенности, способствующие повышению эффективности работы полиспастов:
Чем больше рабочая длина полиспаста – тем больше его рабочий ход и расстояние, на которое поднимается груз за один рабочий ход.
При одинаковой рабочей длине быстрее работает полиспаст с большим рабочим ходом.
При одинаковой рабочей длине и рабочем ходе быстрее работает полиспаст, требующий меньше перестановок.
4 . Простые полиспасты 2:1 и 3:1 дают самый быстрый подъем с минимумом перестановок системы.
Прежде чем переходить к полиспастам с большим усилием, необходимо убедиться, что приняты все меры борьбы с трением в простом полиспасте.
Часто за счет уменьшения потерь на трение удается продолжить работу более простым полиспастом и сохранить высокую скорость подъема.
Но в целом все зависит от конкретной ситуации, в которой должен применяться тот или иной вид полиспаста. Поэтому однозначные рекомендации дать невозможно.
Для того чтобы подобрать оптимальный полиспаст для работы в каждой конкретной ситуации спасатели должны знать основные плюсы и минусы каждой системы.
2.5.2. Общие рабочие характеристики простых полиспастов
Плюсы простых полиспастов:
* Просты и понятны в сборке и в работе.
* В простых полиспастах рабочий ход близок к рабочей длине полиспаста, так как они достаточно полно «складываются» в работе - 1й грузовой ролик вплотную подтягивается к станции. Это - серьезный плюс, особенно в тех случаях, когда общая рабочая длина полиспаста ограничена (например, короткая рабочая полка на скале и т.п.)
* Требуется передвигать только один схватывающий (зажим).
* При достаточном количестве людей, выбирающих веревку, простые полиспасты 2:1 и 3:1дают самую большую скорость подъема.
Минусы простых полиспастов:
* Большее (по сравнению со сложными полиспастами аналогичных усилий) количество роликов. Следовательно, большие общие потери на трение.
По этой причине в спасательной практике не применяются простые 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. Рис.18
|
2.5.3. Общие рабочие характеристики сложных полиспастов.
Плюсы сложных полиспастов:
* При равном количестве роликов и схватывающих узлов (зажимов) позволяют создать полиспасты больших усилий. Например:
3 ролика требуется для сложного полиспаста 6:1 и простого 4:1.
4 ролика для сложного полиспаста 9:1 и простого 5:1. Рис. 19, 20.
* Требуют меньше веревки по сравнению с аналогичными простыми полиспастами. Рис 16.
* По сравнению с близкими по значению простыми сложные полиспасты дают больший фактический выигрыш в усилии, так как задействовано меньше роликов.
Например: в сложном полиспасте 4:1 работает 2 ролика, а в простом 4:1 – 3 ролика.
Соответственно в сложном полиспасте потери на трение будут меньше, а ФВ будет больше.
Пример на рис. 21:
В сложном полиспасте 4:1 (2 ролика) при использовании роликов с потерей на трение 20% ФВ составит - 3.24:1. В простом полиспасте 4:1 (3 ролика) – ФВ = 2.95:1
|
|
|
Минусы сложных полиспастов:
* Сложнее в организации.
* Некоторые конструкции сложных полиспастов требуют больше перестановок, так как для того чтобы снова растянуть полиспаст на всю рабочую длину, надо передвигать 2 схватывающих узла (зажима)
* При одинаковой рабочей длине, рабочий ход у сложных полиспастов меньше чем у простых, так как они не складываются полностью при каждом рабочем ходе (к станции подтягивается ролик, ближайший к тянущим, а 1й грузовой ролик останавливается, не доходя до станции). Это существенно снижает эффективность работы, особенно в тех случаях, когда общая рабочая длина полиспаста ограничена (например, короткая рабочая полка на скале и т.п.) Это также может осложнить работу на последних этапах подъема, когда надо поднимать груз на рабочую площадку.
* В целом существенно проигрывают простым полиспастам в скорости подъема.
Практические советы по работе со сложными полиспастами:
* Для того чтобы сложный полиспаст более полно складывался при каждом рабочем ходе, и требовалось меньше перестановок, необходимо разнести станции простых полиспастов, входящих в состав сложного. Рис.22
|
* Система сложного полиспаста требует меньше перестановок в работе, если простой полиспаст с большим усилием тянет за полиспаст с меньшим усилием.
Пример на рис.22А
А – полиспаст 6:1 (2:1 тянет за 3:1) В этом случае требуется переставлять 2 схватывающих узла.
Б – другая схема полиспаста 6:1 – 3:1 тянет за 2:1. Требуется перестановка только одного схватывающего узла (зажима). Соответственно система работает быстрее.
|
2.5.4. Во всех приведенных выше конструкциях полиспастов веревку необходимо тянуть в сторону грузовой станции. В горах, на ограниченной площадке или на стене тянуть снизу – вверх может быть очень тяжело и неудобно. Для того чтобы тянуть вниз и включит в работу свой вес, а также, чтобы не рвать спины, часто встегивают дополнительный стационарный ролик (карабин). Рис. 23 .
Однако, согласно Правилу полиспастов №1 - стационарные ролики не дают выигрыша в усилии. Потери на трение в такой схеме, особенно при использовании карабина, могут свести на нет все преимущества от тяги вниз.
б. Использовать комплексный полиспаст.
Комплексные полиспасты не являются ни простыми, ни сложными – это отдельный вид.
Отличительная особенность комплексных полиспастов – наличие в системе роликов движущихся навстречу грузу.
В этом заключается главное преимущество комплексных полиспастов в тех случаях, когда станция расположена выше спасателей и надо тянуть полиспаст вниз.
На Рис 25. приведены две схемы комплексных полиспастов, применяемых в спасработах.
Существуют и другие схемы, но они не находят применения в спасательной практике и в данной статье не рассматриваются.
|
Примечание :
Схема показанного на Рис. 25 комплексного полиспаста 5:1 приводится в книге «Школа альпинизма. Начальная подготовка» 1989года издания, стр. 442.
Основные недостатки комплексных полиспастов подобны недостаткам сложных полиспастов:
Комплексные полиспасты не складываются полностью, имеют малый рабочий ход и требуют много перестановок при каждом рабочем цикле. Например, схема 5:1 требует перестановки двух схватывающих узлов.
2.5.5. В тех случаях, когда усилия собранного полиспаста недостаточно, а длины тянущей веревки не хватает для сборки более мощной схемы, может помочь дополнительный полиспаст 2:1, присоединенный к концу веревки схватывающим узлом или зажимом.
Для этого достаточно иметь короткий конец веревки или сложенный в 2-3 раза репшнур, 1 ролик (карабин) и 1 схватывающий (зажим). Пример на Рис. 26.
Также для дополнительного полиспаста 2:1 может быть использована слабина грузовой веревки, как показано на рисунке из книги Ф. Кропфа. «Спасательные работы в горах» 1975 г. Рис. 26А
|
|
Это один из самых быстрых и простых в организации способов повысить усилие полиспаста - своеобразная «палочка - выручалочка». Добавив схему 2:1 к любому полиспасту вы автоматически получите 2х кратный теоретический выигрыш в усилии. Каков будет фактический выигрыш, зависит от ситуации.
О недостатках этой схемы уже сказано выше – это короткий рабочий ход и много перестановок (необходимо переставлять два схватывающих).
Однако случаются ситуации, когда этот способ может помочь. Например, такой способ нередко применяют в тех случаях, когда часть тянувших полиспаст спасателей вынуждена переключиться на выполнение других задач, а усилий оставшихся работать на полиспасте недостаточно и надо быстро повысить усилие.
2.5.6. На рисунке 27 приводится схема, так называемой «встроенной двойки».
Простой полиспаст 2:1 «встроен» в систему простого полиспаста 3:1. В результате получился полиспаст с ТВ 5:1. Этот полиспаст не относиться ни к простым, ни к сложным. Мне не удалось найти его точного названия. Название «составной» на рис. 27 и 27А придумано мной.
Несмотря на небольшой проигрыш в ТВ по сравнению со схемой на рис. 26 (5:1 против 6:1) эта система имеет ряд практических преимуществ:
* Это еще более экономичный способ, так как кроме веревки дополнительно требуется только один ролик (карабин).
* В работе этот способ требует перестановки только одного схватывающего (зажима) и потому более эффективен в работе.
* Еще один пример этого системы «встроенной двойки» показан на рис. 27А.
Здесь работает сложный полиспаст 10:1 - полиспаст 2:1 «встроен» в полиспаст 6:1.
Подобная система может применяться при вытаскивании пострадавшего в одиночку. В такой схеме неизбежны большие потери на трение и подъем идет медленно. Но в целом система довольно практична, работает хорошо и позволяет одному спасателю работать не надрываясь.
|
Направляющие ролики размещают на отдельной станции непосредственно над местом подъема (спуска).
Станция может быть размещена на скале, на дереве, на специальной или импровизированной треноге и т.п. см. рис.30-37.
При подъеме и спуске с наращиванием веревок используют направляющие ролики самого большого диаметра, через которые свободно проходит веревка с узлами.
Станция для направляющего ролика должна быть рассчитана на большие нагрузки.
рис. 29.
|
Что дает использование направляющих роликов*
Если коротко – то грамотное применение НР позволяет спасателям работать более эффективно и безопасно.
Ниже приведены примеры основных плюсов использования направляющих роликов:
* Сползание веревки под нагрузкой в сторону по краю рабочей площадки при работе спасателей (не важно - подъем это или спуск, скала или здание) крайне нежелательно и опасно перетиранием веревки!
Оптимально веревка должна подходить к краю под углом 90 0 . В противном случае неизбежно сползание грузовой веревки в сторону.
НР позволяет направить грузовую веревку под правильном углом к краю площадки. Рис. 31
* В тех случаях, когда нет подходящей рабочей площадки непосредственно над местом подъема или спуска, НР позволяет расположить грузовую станцию для спуска и подъема в стороне от линии подъема, в более удобном для работы месте.
Кроме того, расположение станции в стороне от линии подъема (спуска) снижает вероятность поражения спасателя, пострадавшего, грузовой и страховочной веревок камнями и т.п., которые могут быть сброшены работающими наверху спасателями.
* НР дает возможность полностью или частично поднять систему полиспаста над рельефом. Это существенно повышает эффективность работы за счет снижения потерь на трение полиспаста и его компонентов о рельеф. За счет этого также повышается общая безопасность работы, так как снижается вероятность перетирания, заклинивания или заедания какого либо компонента полиспаста.
* НР позволяет уменьшить или полностью исключить трение грузовой веревки об край (перегиб) рабочей площадки. Это также очень большой плюс с точки зрения безопасности.
* НР может существенно облегчить переход через край спасателя и пострадавшего, как на подъеме, так и на спуске. Это один из самых сложных и трудоемких моментов в транспортировке, особенно для сопровождающего спасателя.
Направляющие ролики исключительно широко применяется профессионалами в самых разных ситуациях, как в горах, так и в техногенных условиях. Поэтому хочу проиллюстрировать этот способ оптимизации расположения полиспастов на местности поподробнее. Рис. 30-37.
|
|
|
|
|
НР позволяет:
* Поднять переправу выше.
* Удобно расположить систему полиспаста.
* Тянуть полиспаст вниз.
* Регулировать натяжение переправы в процессе работы.
Важно ! При сильном натяжении переправы возникают очень большие нагрузки на крайние точки крепления переправы. Рис. 38.
|
Выводы из приведенной выше схемы следующие:
* Следует избегать чрезмерного натяжения переправ – это опасно!
Например:
При одновременной переправе по сильно натянутой переправе двух человек (Пострадавший и сопровождающий. Общий вес ~ 200кг), за счет неизбежного раскачивания переправы, пиковые нагрузки на крайние точки могут достигать 20
KN (2000кг)
и выше! Такая нагрузка близка к пределу прочностных характеристик
альпинистских карабинов, оттяжек и веревок (с учетом потери прочности веревки в
узлах).
* Все точки крепления переправы, включая станцию крепления направляющего ролика и все её компоненты, должны быть исключительно надежны!
Продолжение следует…
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.
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
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).
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 rc="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js">
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 rc="//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js">
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 кратностиПоскольку 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.