1. Будова вантажопідйомного механізму ↑
2. Принцип роботи - в чому секрет ↑
3. У яких областях застосовується система блоків ↑
4. Класифікація в залежності від складності механізму ↑
5. Класифікація за призначенням підйомника ↑
6. Кратність - основна характеристика ↑
7. Розрахунок окремого блоку ↑
8. Розрахунок корисної дії блоку ↑
9. Як вирахувати ККД всієї системи ↑
10. Підготовка бази - схема і креслення ↑
11. Як підібрати мотузку і блок ↑
12. Покрокова інструкція для підйому вантажу через блок ↑
13. Чи можна об'єднати поліспаст і лебідку ↑

Вантажопідйомні машини покликані допомогти людині підняти що-небудь важке на висоту. В основі більшості підйомних механізмів лежить проста система блоків - поліспаст. Він був знайомий ще Архімед, але зараз про це геніальному винаході багато хто не знає. Згадуючи курс фізики, з'ясуйте, як працює такий механізм, його будова і область застосування. Розібравшись в класифікації, можна приступати до розрахунку. Щоб все вийшло - вашій увазі інструкція по конструюванню простої моделі.

Винахід поліспаста дало величезний поштовх розвитку цивілізацій. Система блоків допомогла побудувати величезні споруди, багато з яких збереглися донині і викликають подив у сучасних будівельників. Також удосконалювалося суднобудування, люди змогли подорожувати на великі відстані. Пора розібратися, що це таке - поліспаст і з'ясувати, де можна знайти йому застосування сьогодні.

Простота і ефективність механізму

Будова вантажопідйомного механізму ↑

Класичний поліспаст є механізм, який складається з двох основних елементів:

• шків;
• гнучка зв'язок.

Найпростіша схема: 1 - рухливий блок, 2 - нерухомий, 3 канат

Шків - це металеве колесо, яке по зовнішньому краю має спеціальний жолоб для троса. Як гнучкого зв'язку може застосовуватися звичайний трос або канат. Якщо вантаж буде досить важкий, використовують троси з синтетичних волокон або сталеві канати і навіть ланцюга. Для того щоб шків обертався легко, без стрибків і заїдання, використовують роликові підшипники. Всі елементи, які рухаються, змащують.

Один шків називають блоком. Поліспаст - це система блоків для підйому вантажів. Блоки в складі підйомного механізму можуть бути нерухомими (жорстко закріпленими) і рухливими (коли вісь в процесі роботи змінює положення). Одна частина поліспаста кріпиться до нерухомої опори, інша - до вантажу. Рухливі ролики розташовуються на стороні вантажу.

нерухомий блок

Роль нерухомого блоку - зміна напрямку руху каната і дії прикладається сили. Роль рухливих - отримання виграшу в силі.

рухомий блок

Принцип роботи - в чому секрет ↑

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

Залежно від конструкції поліспаста, виграш в силі може бути різним. Найпростіший механізм з двох шківів дає приблизно дворазовий виграш, з трьох - триразовий і так далі. За тим же принципом розраховується і збільшення відстані. Для роботи простого поліспаста потрібен трос в два рази довше висоти підйому, а якщо використовують комплекс з чотирьох блоків - то і довжина троса збільшується прямо пропорційно в чотири рази.

Принцип роботи системи блоків

У яких областях застосовується система блоків ↑

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

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

Крім будівельної галузі й поліспасти отримали широке застосування в організації рятувальних робіт. Принцип роботи залишається тим самим, але конструкція трохи видозмінюється. Рятувальне обладнання виготовляється з міцного троса, використовуються карабіни. Для пристроїв такого призначення важливо, щоб вся система швидко збиралася і не вимагала додаткових механізмів.

Поліспаст в складі гака підйомного крана

Існує безліч виконань однієї задумки - системи блоків, об'єднаних канатом. Їх диференціюють залежно від способу застосування і конструктивних особливостей. Зустрітися з різними типами підйомників, з'ясуйте, в чому полягає їх призначення і чим відрізняється пристрій.

Класифікація в залежності від складності механізму ↑

Залежно від складності механізму виділяють

• прості;
• складні;
• комплексні поліспасти.

Приклад парних моделей

Простий поліспаст являє собою систему послідовно з'єднаних роликів. Всі рухомі і нерухомі блоки, а також сам вантаж об'єднуються одним тросом. Диференціюють парні і непарні прості поліспасти.

Парними називають ті вантажопідйомні механізми, чий кінець троса кріпиться до нерухомої опори - станції. Всі комбінації в такому випадку будуть вважатися парними. А якщо кінець мотузки прикріплений безпосередньо до вантажу або місця прикладання зусиль, ця конструкція і всі похідні від неї будуть називатися непарними.

Схема непарного поліспаста

Складний поліспаст можна називати системою поліспастів. В цьому випадку послідовно з'єднуються не окремі блоки, а цілі комбінації, які цілком можуть використовуватися самі по собі. Грубо кажучи, в цьому випадку один механізм призводить руху іншому подібному.

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

Об'єднання дворазового і шестиразового простого поліспаста дає складний шестиразовий варіант

Класифікація за призначенням підйомника ↑

Залежно від того, що хочуть отримати при використанні поліспаста, їх підрозділяють на:

• силові;
• швидкісні.

А - силовий варіант, Б - швидкісний

Силовий варіант використовується частіше. Як випливає з назви, його завдання - забезпечити виграш в силі. Так як для значного виграшу потрібні настільки ж значні втрати в відстані, неминучі і втрати в швидкості. Наприклад, для системи 4: 1 при піднятті вантажу на один метр потрібно натягнути 4 метра троса, що уповільнює роботу.

Швидкісний поліспаст за своїм принципом є зворотний силовому конструкцію. Він не дає виграшу в силі, його мета - швидкість. Застосовується для прискорення роботи на шкоду докладаємо зусиль.

Кратність - основна характеристика ↑

Основний показник, на який звертають увагу при організації підйому вантажів -кратность поліспаста. Цей параметр умовно позначає, у скільки разів механізм дозволяє виграти в силі. Фактично, кратність показує, на скільки гілок каната розподілена вага вантажу.

кінематична кратність

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

Як видно з таблиці, силова кратність істотно відрізняється від кінематичної. При низькому ККД ролика (94%) фактичний виграш в силі поліспаста 7: 1 буде менше виграшу шестиразового поліспаста з ККД блоків 96%.

Схеми поліспастів різної кратності

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

Розрахунок окремого блоку ↑

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

Крім того, на будмайданчику і в складі будівельної техніки рідко застосовується гнучка і податлива мотузка. Сталевий канат або ланцюг володіють набагато більшою жорсткістю. Так як для згинання такого троса при набіганні на блок потрібне додаткове зусилля, його теж потрібно обов'язково враховувати.

Для розрахунку виводять рівняння моментів для шківа щодо осі:

SсбегR = SнабегR + q SнабегR + Nfr (1)

У формулі 1 показані моменти таких сил:

• Sсбег - зусилля з боку збігає каната;
• Sнабег - зусилля з боку набігаючого каната;
• q Sнабег - зусилля, для згинання / розгинання каната з урахуванням його жорсткості q;
• Nf - сила тертя в блоці, з урахуванням коефіцієнта тертя f.

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

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

N = 2 Sнабег × sinα (2)

У цьому рівнянні:

• N - вплив на вісь шківа;
• Sнабег - зусилля з боку набігаючого каната (приймається приблизно рівним Sсбег;
• α - кут відхилення від осі.

блок поліспаста

Розрахунок корисної дії блоку ↑

Як відомо, ККД - коефіцієнт корисної дії, тобто наскільки результативна була виконана робота. Його розраховують, як відношення виконаної і витраченої робіт. У випадку з блоком поліспаста застосовується формула:

ηб = Sнабег / Sсбег = 1 / (1 + q + 2fsinα × d / D) (3)

У рівнянні:

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

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

На схемі зображено всі сили S на різних гілках каната

Як вирахувати ККД всієї системи ↑

Підйомний механізм складається з декількох блоків. Сумарний ККД поліспаста НЕ дорівнює арифметичній сумі всіх окремих складових. Для обчислення використовують куди більш складну формулу, а точніше - систему рівнянь, де всі сили виражаються через значення первинної S0 і ККД механізму:

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

....

ККД поліспаста при різній кратності

Оскільки значення ККД завжди менше 1, з кожним новим блоком і рівнянням в системі значення Sn буде стрімко зменшуватися. Сумарний ККД поліспаста буде залежати не тільки від ηб, але і від кількості цих блоків - кратності системи. По таблиці можна знайти ηп для систем з різною кількістю блоків при різних значеннях ККД кожного.

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

Різні схеми простих і складних підйомників

Підготовка бази - схема і креслення ↑

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

Трапляється, що вантажопідйомності блоків поліспаста недостатньо, а споруджувати складний багаторазовий підйомний механізм немає часу і можливості. Тоді застосовують здвоєні поліспасти, що представляють собою комбінацію з двох одинарних. Цим пристроєм також можна піднімати вантаж таким чином, щоб він рухався строго вертикально, без перекосів.

Креслення здвоєною моделі в різних варіаціях

Як підібрати мотузку і блок ↑

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

Матеріал і якість блоків - показники, які забезпечать саморобним підйомним пристроїв розрахункову вантажопідйомність. Залежно від підшипників, які встановлені в блоці, змінюється його ККД і це вже враховано в розрахунках.

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

Ролик, по якому рухається канат

Покрокова інструкція для підйому вантажу через блок ↑

Коли мотузка і блоки готові, схема обрана, а розрахунок зроблений, можна приступати до складання. Для простого дворазового поліспаста знадобляться:

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

Для швидкого з'єднання використовують карабіни

Покроково підйом вантажу на висоту здійснюється так:

1. З'єднують ролики, втулку і підшипники. Об'єднують все це в обойму. Отримують блок.
2. Мотузку запускають в перший блок;
3. Обойма з цим блоком жорстко кріпиться до нерухомої опори (залізобетонна балка, стовп, стіна, спеціально змонтований винос і ін.);
4. Потім кінець мотузки пропускають через другий блок (рухливий).
5. До обоймі кріплять гак.
6. Вільний кінець мотузки фіксують.
7. Стропят вантаж, що піднімається і з'єднують його з поліспастом.

Саморобний підйомний механізм готовий до використання і забезпечить подвійний виграш в силі. Тепер, щоб підняти вантаж на висоту, досить потягнути за кінець мотузки. Огинаючи обидва ролика, мотузка підніме вантаж без особливих зусиль.

Чи можна об'єднати поліспаст і лебідку ↑

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

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

Поліспаст для лебідки

В принципі, навіть поза будмайданчика вміння в похідних умовах з мінімумом інструментів і матеріалів спорудити елементарний поліспаст для лебідки - дуже корисний навик. Особливо оцінять його автомобілісти, яким пощастило застрягти на машині десь в непрохідному місці. Зроблений на швидку руку поліспаст значно збільшить продуктивність лебідки.

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