Полиспасты: назначение и устройство, их кратность

Принцип работы полиспаста

Сквозь статичный шкив для подъема груза перекидывается канат/цепь, груз поднимается при прикладывании усилий, сопоставимых с исходным весом. Через эту конструкцию пропускается цепь. Высота, на которую поднимается груз должна быть равной длине каната. Такая схема не позволяет сократить ни силовые, ни скоростные показатели процесса перемещения груза.

Вдвое сократить затраченные усилия при применении грузоподъемного механизма возможно, конец веревки фиксирует систему на статичном шкиве, а специальный подвижный ролик и крюк подвешивается к грузу. В таком случае подвижный шкив механизма передвигается параллельно грузу и усилия, которые нужно затратить на его подъем, сокращаются. В этих несложных манипуляциях и основывается работа подобного грузоподъемного устройства.

Главная задача неподвижных блоков — создать путь перемещения каната/веревки, не давая сократить затрачиваемые усилия. Подвижные шкивы, прикрепляясь к грузу, способны выиграть в усилиях. Можно двукратно сократить прилагаемые усилия на подъем груза, при помощи увеличения состава системы конструкции на парные шкивы, состоящие из подвижного и статичного шкивов, отталкиваясь от количества подвижных роликов.

Проведение расчетов

Для того, чтобы сделать в гараже кран-балку своими руками, необходимо рассчитать размеры конструкции и марки металлопроката по грузоподъемности. Подобные расчеты выполняются на специальных онлайн-калькуляторах, которые позволяют с достаточной для кустарного изготовления точностью, подобрать необходимые материалы. В эти калькуляторы необходимо ввести размеры конструкции и максимально допустимый вес, который предполагается поднимать и перемещать. Затем нужно изготовить рабочий чертеж и можно приступать к работе.

Рабочую балку механизма лучше всего сделать из равнополочного двутаврового проката, потому что при использовании сваренных уголков очень трудно добиться единства поверхности катания. Неровность поверхности катания приведет к недозагруженности одних подшипников, и перезагруженности других. Салазки рабочей балки можно изготовить из отрезка швеллера, длина которого будет равна ширине полки двутавра рабочей балки. Размер должен позволять ему свободно скользить по опорам пролетной балки.

Здесь болты применяются как стойки для крепления опорных подшипников.

Разновидности полиспастов

Все полиспасты можно разделить на две категории:

силовые;

скоростные.

Исходя из названия определяется и основе назначение каждого вида. Первый самый распространённый и используется для поднятия грузов, в точности, каким и был изобретен. Скоростной вариант — это видоизменённая конструкция, где большие усилия направлены на увеличение скорости транспортировки. По этому принципу создаются канатные дороги на горнолыжных курортах.

Кроме этого различие заключается в количестве роликов и рабочих ветвей, а также прочими модификациями. К конструкции может быть подключен электрический привод и стоппер. Еще разница заключается в материала каната, ведь он может быть представлен в виде:

веревки;

металлического каната;

железной цепи;

электрического кабеля.

В строительной технике чаще всего используется второй вариант, из-за прочности материала. Веревочные канаты используются чаще всего в туризме, спасательных операциях и так далее. Использование железной цепи встретить можно очень редко, это узконаправленные разновидности для определенных работ.

Полиспастная система

Полиспастная система служит для снижения скорости движения крюка и увеличения его подъемной силы за счет снижения скорости ведущей струны каната, наматываемого на бара — бан. Чем больше число струн каната и шкивов участвует в работе, тем медленнее будет подниматься талевый блок с крюком. Усилия в струнах талевого каната Рт в состоянии покоя и движения неодинаковые.

Полиспастная система, предназначенная для проведения спуско-подъемных операций, поддержания на весу бурильного инструмента и обсадной колонны.

ПОЛИСПАСТ ( полиспастная система) — грузоподъемное приспособление, состоящее из комплекта подвижных в неподвижных блоков; каждый блок сидит на отдельной оси.

Полиспаст ( полиспастная система) — грузоподъемное приспособление, состоящее из комплекта подвижных и неподвижных блоков; каждый блок сидит на отдельной оси.

Сопротивления всех блоков полиспастной системы предопределяют неравномерное распределение нагрузки G по ветвям гибкого органа. Для расчета подъемного механизма необходимо определение натяжений гибкого органа и максимальной его величины. Исходным положением для решения этой задачи является равенство ( фиг.

У правильно смонтированной полиспастной системы грузовые канатные барабаны, канатные блоки, канаты должны укладываться в ручьи без перекосов и без набегания на гребни ручьев при любом положении крюковой подвески. Схемы и правила монтажа гладких приводных и натяжных барабанов ленточных конвейеров рассмотрены в гл.

В барабанах и блоках полиспастных систем проверяют исправность канавок и бортов, отсутствие трещин и поломок. Особо внимательно должно быть проверено состояние узла крепления каната на барабане. При появлении ослабления крепления оно должно быть подтянуто либо отремонтировано. Одновременно проверяют состояние опорных подшипников и крепление их корпусов к раме. Надежная работа привода немыслима без обеспечения гарантированной подачи смазки к подшипникам качения. На многих кранах предусмотрена централизованная система смазки подшипников.

Следовательно, вес поднимаемого полиспастной системой груза распределяется на восемь струн каната. При этом получается выигрыш в силе в 8 раз, но проигрыш в 8 раз в скорости подъема груза.

Механизм поворота на траверсе крана ККС-10.

Подобная запасовка каната обеспечивает получение сдвоенной полиспастной системы с трехкратными полиспастами, обладающей большим сопротивлением к закручиванию относительно вертикальной оси. По краям траверсы могут устанавливаться скобы для навешивания на них стропов. С цапфой соединяется замком грузозахватное устройство, например моторный захват для леса.

ТАЛЕВЫЙ БЛОК — подвижная чаиь полиспастной системы подъемного механизма в буровой.

Талевый блок — подвижная часть полиспастной системы подъемного механизма в буровой. К нижнему болту подвешена большая серьга, к которой подвешивается подъемный крюк.

Бурорыхлительная машина подвешена на канатах с полиспастной системой 4 на специальном портале 5 и передвигается по направляющим портала ( вверх и вниз) при помощи лебедки. На сварной раме машины смонтированы рабочие органы с приводами. Привод рабочего органа состоит из специального редуктора и электродвигателя. Рабочий орган шнекового типа оснащен твердосплавными резцами и соединен с приводом с помощью зубчатой муфты. Машина имеет четыре рабочих органа. Основное отличие машины от существующих заключается в конструкции фрез и узла соединения фрез с приводом.

Для определения динамических нагрузок в металлоконструкциях и полиспастной системе принятая расчетная схема обеспечивает достаточную точность решения.

Механизм перемещения вращателя состоит из гидравлического домкрата и полиспастной системы, обеспечивающей перемещение вращателя вверх и вниз с удвоенной скоростью относительно штока домкрата.

Как сделать полиспаст самостоятельно

В домашнем хозяйстве нет необходимости ежедневно поднимать тяжести, поэтому для разовых работ можно сделать подъёмное устройство своими руками. Всё, что потребуется для этого найдётся в мастерской запасливого хозяина:

  • стальные шпильки с резьбой;
  • подшипники;
  • ролики;
  • верёвка;
  • крюк.

Подшипник вставляют в ролик и насаживают на шпильку. Накручивают гайку и стопорят её, чтобы не тратить зря усилий на прокручивание получившегося вала. К шпильке крепится крюк или стропы. Один конец верёвки, пропущенной через сделанный блок, закрепляют на неподвижной опоре, а за другой тянут вверх при подъёме груза. Получился простейший полиспаст кратностью 2:1.

Поскольку работать с таким механизмом неудобно следует сделать ещё один блок и, закрепив, пропустить через него верёвку. Теперь её можно будет тянуть вниз и даже соединить с лебёдкой. Кроме улучшения условий работы, это обеспечит возможность, при необходимости, фиксации груза в любом промежуточном положении.

Для полиспаста, сделанного своими руками, лучше использовать верёвку, а не стальной трос. Её преимуществом является то, что она позволяет быстро собрать или разобрать конструкцию. Выбирать следует статические виды, которые не растягиваются. Динамические типы «съедают» часть выигрыша в силе.

Расчет полиспаста

Для сгибания и разгибания каната к его сбегающей ветви необходимо приложить дополнительную силу W, которая зависит от размеров и конструкции каната и блока, а также от натяжения каната. Ее можно определить из уравнения моментов сил относительно оси блока без учета сил трения в опоре блока:

где R = D/2 — радиус ручья блока; q — коэффициент жесткости (его значение определяют экспериментально). Уравнение моментов всех действующих сил относительно оси блока (рис. 1, а) имеет вид:

где N — нагрузка на ось блока, равная геометрической сумме сил Sнаб и Sсбег; do — диаметр оси блока; f — коэффициент трения в опоре блока.

При определении величины N с некоторым допущением можно принять Sнаб≈Sсбег и тогда при угле обхвата блока канатом 2α:

Подставив это соотношение в выше приведенное уравнение моментов, получим:

КПД блока

Коэффициент полезного действия блока (КПД блока) — это отношение полезной работы Sнабh при подъеме груза весом Gгр на высоту h к полной работе, совершенной при этом силой Sсбег на том же пути h с учетом преодоления потерь на трение и жесткости каната.

КПД неподвижного блока

Поэтому для неподвижного блока, у которого перемещение набегающей и сбегающей ветвей каната одинаково, КПД неподвижного блока выражается формулой:

Анализ этой формулы показывает, что чем больше угол обхвата блока канатом и чем больше жесткость каната и трение в опоре блока, тем меньше значение КПД блока и тем больше дополнительная сила, которую необходимо приложить к канату, чтобы обеспечить равномерное движение груза. На КПД блока наиболее существенное влияние оказывают потери на трение в опоре блока, зависящие от конструкции и состояния опоры, поэтому при практических расчетах с достаточной степенью точности КПД блока принимают независящим от диаметра и конструкции каната, от размеров блока и от угла обхвата его канатом. Для блоков с опорой на подшипниках скольжения η = 0,95÷0,96; для блоков на подшипниках качения η = 0,97÷0,98. Меньшие значения принимают для блоков, работающих при повышенной температуре или в запыленной или загазованной среде. Тогда натяжение ветви тягового органа, набегающей на блок:

При обегании канатом неподвижного блока скорости движения набегающей и сбегающей ветви равны между собой (рис. 1, в). Если же набегающая ветвь каната со скоростью υ1 (рис. 1, г) набегает на подвижный блок, ось которого перемещается со скоростью υо, то скорость сбегающей ветви каната равна υ1 + 2υо.

Силовой полиспаст

Рис. 2

Развернутая схема обегания канатом блоков одинарного (простого) силового полиспаста приведена на рисунке 2. Если пренебречь сопротивлением в полиспасте, то есть когда система является неподвижной, сила в любой точке каната полиспаста:

где Gгр — вес груза; a — число перерезов каната, на которых подвешен груз (в сечении К-К на рис. 2); для одинарного полиспаста это число называется кратность полиспаста.

При подъеме или опускании груза, если учитывать силы сопротивления от жесткости каната и от трения в опорах блоков, натяжение отдельных ветвей каната различно. Обозначим через S1 натяжение ветви каната, идущей на обводной блок А1, S2 — натяжение следующей ветви и т. д. В общем случае при кратности полиспаста а натяжение последней неподвижно закрепленной ветви каната равно Sа. Отсюда следует равенство:

Если ветви каната в полиспасте расположены под углом к направлению силы тяжести, то надо брать проекции сил натяжения на вертикальную ось.

Соотношение между натяжениями отдельных ветвей каната при подъеме груза:

где η — КПД блока.

Используя эти соотношения, получаем:

Вычислив сумму геометрической прогрессии (выражение в скобках), определим соотношение между весом груза Gгр и натяжением каната S1 при параллельном расположении ветвей полиспаста без учета динамических нагрузок:

Натяжение Sбар каната, подводимого к барабану Б (рис. 2), больше натяжения S1, поскольку необходимо преодолевать сопротивление в обводных блоках А1, А2, А3. Если число обводных блоков равно t, максимальное натяжение каната при подъеме груза:

При опускании груза максимальное натяжение Sа будет в последней ветви, оно равно:

КПД полиспаста

КПД полиспаста, имеющего кратность а, в целом определяется как отношение полезной работы при подъеме груза Gгр на высоту h к затраченной при этом работе Sбарah, то есть:

При этом максимальное натяжение в системе полиспаста при подъеме груза может быть определено по зависимости:

Принцип работы полиспаста

По сути, полиспаст является системой рычагов, роль которых выполняют части каната, находящиеся между блоками. Как известно, закон рычага гласит что, выигрывая в силе, проигрываешь в расстоянии, а значит, и в скорости, и наоборот. Значит, для перемещения груза на 1 метр механизмом с двойным выигрышем придётся выбрать 2 метра каната, то есть потратить в 2 раза больше времени. Прилагаемое усилие будет в 2 раза меньше массы груза, однако, количество затраченной энергии не изменится.

Точно так же подсчитывается выигрыш по расстоянию, если точки крепления полиспаста и груза поменять местами.

Расчет полиспаста

Перед изготовлением полиспаста требуется рассчитать основные технические характеристики грузоподъемной конструкции. Расчеты требуется для составления чертежей и производятся согласно параметрам рабочего помещениями и весом груза.

Для определения нагрузок, влияющих на блочную систему в ходе эксплуатации, нужно рассчитать параметры, действующие на отдельные блоки:

  1. Силу воздействия поднимаемого груза (SC).
  2. Тяговую силу двигателя (SM).
  3. Угол отклонения (α). При расчете параметров полиспаста этой характеристикой можно пренебречь, потому что у современных устройств угол отклонения отсутствует.
  4. Диаметр блока (D).
  5. Диаметр втулки (d).

Уравнение, использующееся для нахождения моментов силы, имеет следующий вид: SM * R = SC*R + l*SC*R + N* g*d/2, где:

  1. SM * R – момент силы, с которой груз оказывает влияние на блочную систему.
  2. l – коэффициент, характеризующий жесткость ручного веревочного каната при огибании ролика. Он зависит от структуры витков троса и определяется экспериментальным методом.
  3. Нагрузка на ось шкива. Она определяется по формуле: 2*SC*R.
  4. g – коэффициент, характеризующий силу трения втулки шкивов.

  1. 97% — используется в качестве среднего значения, если в элементах грузоподъемного устройства присутствуют подшипники качения и втулки из бронзы.
  2. 95% — используются подшипники скольжения.
  3. 93% и ниже – при работе грузоподъемного механизма в суровых природных условиях или в помещениях с высокой температурой.

При расчете также рекомендуется определить КПД остальных обводных роликов, в зависимости от конструктивных особенностей грузоподъемного механизма.

Принцип работы полиспаста

По сути, полиспаст является системой рычагов, роль которых выполняют части каната, находящиеся между блоками. Как известно, закон рычага гласит что, выигрывая в силе, проигрываешь в расстоянии, а значит, и в скорости, и наоборот. Значит, для перемещения груза на 1 метр механизмом с двойным выигрышем придётся выбрать 2 метра каната, то есть потратить в 2 раза больше времени. Прилагаемое усилие будет в 2 раза меньше массы груза, однако, количество затраченной энергии не изменится.

Точно так же подсчитывается выигрыш по расстоянию, если точки крепления полиспаста и груза поменять местами.

Подъемник с в домашних условиях

Порой в быту появляется нужда в поднятии тяжелого груза, но не у всех людей есть возможность подогнать к порогу строительный кран, от чего приходится выкручиваться. И тут на помощь как раз сможет прийти система блоков. Полиспасты, назначение и устройство которых может показаться довольно сложной в конструировании, но при должной подготовки, создание такой конструкции в домашних условиях не составит проблем. Все производится в четыре этапа:

Расчеты. Они производятся с учетом ваших целей и задач, а именно, параметры рабочего помещение, наличие в нем ограничений, вес груза и расстояние на которое нужно произвести транспортировку. Нужно зафиксировать все эти данный для составления чертежа и выбора конструкции.

Создание чертежа. Если в этом деле нет опыта, то лучше обратится к человеку с опытом и инженерным образованием, который сможет сократить время на создание модели на бумаге. Если помощи взять неоткуда, то лучше обратится в интернет и посмотреть рабочие чертежи базовых конструкций. Каждая из типов будет эффективна в определённых условиях, замеры которых вы сделаете ранее.

Подбор материалов. Подбор стоит начинать уже на первых этапах, а именно отталкиваться от уже имеющих вещей и тех, что можно приобрести. От вашего чертежа и расчетов зависит, какие детали будут нужны и какой материал лучше использовать. Покупайте в силу своего бюджета и с заделом на дальнейшее использование. Сильно экономить не стоит, иначе конструкция может подвести в самый ответственный момент.

Конструирование. Этот шаг самый простой из всех, потому что здесь нужно лишь соблюдать план и делать на совесть.

При определённой сноровке и подготовленности может получится очень добротная рабочая модель, которая не будет уступать строительным аналогам. Но если задачи не слишком амбициозные, то сильных затрат это не потребует. Для надежности можно в создании использовать уже готовый части из строительных полиспастов.

Назначение

Учитывая тот факт, что этому изобретение больше двух тысяч лет, оно применялось для выполнения невообразимого количество работ и задач. За частую это строительная сфера, где полиспасты используются в подъемных кранах, лебедках и тому подобное. Также механизму нашли применения на суднах, для спуска и подъема спасательных шлюпок. Некоторое время использовался в первых прототипах лифта, до появления гидравлических и электрических приводов.

Полиспасты, назначение и устройство, кратность их менялось и находило применение в спорте, а именно, в скалолазание и других экстремальных занятиях на больших высотах. Также долгое время спасательные отряд в горных местностях были оснащены устройствами, чтобы вытаскивать пострадавших из труднодоступных мест. Еще часто можно встретить использование блоков в электрических проводках, а точнее для создания натяжения кабельной сети.

Веревка и ее роль в работе полиспаста

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.

Назначение и применение полиспаста

Грузоподъемные механизмы конструктивно отталкиваются от правила рычага и силы трения, чтобы увеличить силу или скорость подъема объекта. Два ключевых элемента устройства полиспаста составляют основу работы данного механизма:

  • Неподвижный шкив является элементом, который прикрепляется к технике или иному крепкому статичному элементу. Он выполняет функцию распределения давления между элементами конструкции.
  • Подвижный шкив, присоединяясь к грузу при помощи оснащенного крюка, должен выдержать максимально возможное давление и поддержать работоспособность механизма.

Тросы соединяют элементы конструкции. Неподвижный шкив состоит из роликов, по каждому из которых проводится цепь или канат, что позволяет сократить давление на каждый ролик путем увеличения количества рабочих ветвей, таким образом для подъема тяжелого груза нужно рассчитать и организовать подходящее количество роликов.

  • Полиспаст на кране подъемном используется с усиленными силовыми показателями, его также применяют на такелажных приспособлениях, на малых судах. Подвесные конструкции, в которых натягиваются подвесные силовые линии, машины, переправы, перила, подъемные конструкции в спорте уже много лет практикуют использование полиспастов для облегчения работы.
  • Полиспасты с усиленными скоростными показателями применяются гидравлических и пневматических системах подъема.
  • Когда нужно поднять или спустить тяжелые объекты необходим механизм, который способен поддержать постоянное давление на опорах мостового, козлового и консольного кранов, активно применяется сдвоенный грузоподъемный механизм.

Одной из главных характеристик подобного механизма по праву считается его кратность. Данная характеристика этого устройства рассчитывается следующим образом:

  • скорость, с которой движется подвижная ветвь механизма ÷ скорость, с которой поднимается груз;
  • число ветвей троса с подвешенным грузом ÷ число ветвей троса, присоединенных к барабану.

При подобном расчете мы определяем мы можем определить коэффициент выигранной силы или скорости по итогу использования данного механизма. Изменить кратность полиспаста можно, добавляя или удаляя дополнительные шкивы системы, соблюдая следующие условия:

  • Если дополнительные шкивы суммарно составили нечетное количество, их нужно прикрепить конец троса на неподвижном шкиве.
  • Если дополнительные шкива суммарно составили четное количество, их нужно прикрепить конец троса на крюковую обойму.

Кинематика мальтийского механизма

Прежде чем проводить расчеты следует уделить внимание кинематическим особенностям устройства. В качестве основы применяется треугольник с несколькими вершинами, а также цевки, которая формируется при входе в паз и выходе из него. Используя кинематику можно провести следующие расчеты:

Используя кинематику можно провести следующие расчеты:

Найти углы поворота на первой и второй фазе

Углы и стороны треугольника также считаются важной информацией. Угловую скорость и угловое ускорение

При анализе вращения диска уделяется внимание теореме сложения скоростей и ускорения центра цевки при вращении с равномерной скоростью. Алгоритм расчетов предусматривает применение специальных таблиц