Для подъема больших грузов человек не очень силен, но он придумал очень много механизмов, которые облегчают данный процесс, и в данной статье мы обговорим полиспасты: направление и устройство систем такого типа, а еще попытаемся выполнить самый простой вариант подобного устройства собственными руками.

1 Как мы упрощаем подъем грузов?

Грузовой полиспаст – это система, которая состоит из канатов и блоков, благодаря которой можно выиграть в эффектной силе при потере в длине. Принцип очень простой. В длине мы проигрываем именно столько, во сколько раз оказался выигрыш в силе. За счёт этого золотому правилу механики можно приподнимать грузы большой массы, не прилагая при этом немалых усилий. Что как правило не очень критично. Приведем пример. Вот вы выиграли в силе в 8 раз, при этом вам потребуется вынуть веревку длиной в 8 метров, чтобы поднять объект на высоту 1 метр.

Использование подобных устройств для Вас обойдется доступнее, чем аренда крана для подъемных работ, более того, вы можете сами контролировать выигрыш в силе. У полиспаста имеется две противоположные стороны: одна из них неподвижная, которая фиксируется на опоре, а остальная – подвижная, которая цепляется на самом грузе. Выигрыш в силе выполняется благодаря подвижным блокам, которые закрепляются на подвижной стороне полиспаста. Неподвижная часть служит исключительно для перемены пути движения самой веревки.

Виды полиспастов выделяют по проблемы, четности и кратности. По проблемы есть обычные и трудные механизмы, а кратность означает умножение силы, другими словами, если кратность будет равна 4, то в теории вы выигрываете в силе в 4 раза. Также нечасто, но все таки применяется скоростной полиспаст, подобный вариант предоставляет выигрыш в скорости перемещения грузов при совсем небольшой скорости компонентов привода.

2 Как работает обычная блочная конструкция?

Рассмотрим сначала простой монтажный полиспаст. Его можно получить при добавлении блоков на опору и груз. Дабы получить нечётный механизм, следует укрепить конец верёвки на подвижной точке груза, а дабы получить чётный, то закрепляем веревку на опоре. При добавлении блока приобретаем +2 к силе, а подвижная точка предоставляет +1, исходя из этого. К примеру, дабы получить полиспаст для лебедки с кратностью 2, следует укрепить конец верёвки на опоре и применять один блок, который фиксируется на грузе. И у нас будет чётный вид устройства.

Рабочий принцип полиспаста с кратностью 3 смотрится по-иному. Тут конец веревки фиксируется на грузе, и применяются два ролика, один из которых мы закрепляем на опоре, а иной – на грузе. Подобный тип механизма предоставляет выигрыш в силе в 3 раза, это нечётный вариант. Чтобы понимать, каков выигрыш в силе выйдет, воспользоваться можно несложим правилом: сколько канатов идет от груза, такой наш выигрыш в силе. Применяются в большинстве случаев полиспасты с крюком, на котором, говоря по существу, и фиксируется груз, неправильно размышлять, что это только блок и веревка.

3 Трудная система блоков – как высчитать выигрыш в силе?

Сейчас выясним, как работает полиспаст трудного типа. Под этим наименованием имеется в виду механизм, где соединены в одну систему несколько обычных вариантов данного грузового устройства, они тянут друг друга. Выигрыш в силе подобных конструкций рассчитывается путем умножения их кратностей. К примеру, мы тянем один механизм с кратностью 4, а иной с кратностью 2, тогда теоретический выигрыш в силе у нас будет равным 8. Все указанные выше расчеты имеют место быть только у замечательных систем, у которых нет силы трения, как показала практика же обстоят дела иначе.

В любом из блоков выполняется невелика потеря в мощности из-за трения, так как она еще тратится как раз на преодоление силы трения. Для того чтобы сделать меньше трение, нужно не забыть: чем больше у нас радиус перегиба веревки, тем меньше будет сила трения. Целесообразно применять ролики с большим радиусом там, где это реально. При эксплуатации карабинов необходимо делать блок из похожих вариантов, но ролики намного эффектнее 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 эффектный блок нужно располагать ближе к грузу для получения самого большого эффекта.

Как же нам высчитать настоящий выигрыш в силе? Нам для этого важно знать КПД используемых блоков. КПД выражается числами от 0 до 1, и если мы применяем веревку крупного диаметра или через чур жёсткую, то результативность от блоков будет намного меньше, чем указана изготовителем. А это означает, нужно это предусмотреть и подкорректировать КПД блоков. Чтобы высчитать настоящий выигрыш в силе обычного типа грузоподъемного механизма , нужно высчитать нагрузку на каждую ветвь веревки и сложить их. Для расчета выигрыша в силе трудных видов нужно перемножить настоящие силы обычных, из которых он состоит.

Необходимо помнить так же и о трении веревки, так как ветви ее могут перекручиваться между собой, а ролики от высоких нагрузок могут собираться и зажимать веревку. Дабы этого не случалось, следует разнести блоки по отношению друг к другу, к примеру, можно между ними применять монтажную плату. Необходимо также покупать только статические канаты, не растягивающиеся, так как динамические дают серьёзный провал в силе. Для сбора механизма может применяться как отдельная, так и грузовая веревка, присоединенная к грузу независимо от устройства подъема.

Плюсы применения индивидуальной веревки заключается в том, что вы можете быстро собрать или подготовить заблаговременно грузоподъемную конструкцию. Вы также можете применять всю ее длину, это также делает легче проход узлов. Из минусов можно вспомнить то, что отсутствует возможность автоматической фиксации поднимаемого груза. Плюсы грузовой веревки в том, что вероятна автофиксация поднимаемого объекта, и Отсутствует необходимость в индивидуальной веревке. Из недостатков главное то, что во время работы тяжело идти узлы, а еще доводится тратить грузовую веревку на сам механизм.

Побеседуем об обратном ходе, который неизбежен, так как он может появиться при прихватывании веревки, либо же в момент снятия груза, или при остановке на отдых. Чтобы обратного хода не появилось, нужно применять блоки, которые пропускают веревку исключительно в одну сторону. При этом организовываем конструкцию так, что блокирующий ролик фиксируется первым от поднимаемого объекта. За счёт этого, мы не только избегаем обратного хода, но еще позволяем зафиксировать груз на определенный период времени разгрузки либо же просто перестановки блоков.

Если вы применяете отдельную веревку, то блокирующий ролик фиксируется заключительным от поднимаемого груза, при этом фиксирующий ролик должен владеть большой эффективностью.

5 Варианты крепежа веревки к грузоподъемному механизму

Сейчас немножко о креплении грузоподъемного механизма к грузовой веревке. Нечасто, когда у нас рядом пребывает веревка необходимой длины, чтобы зафиксировать подвижную часть блока. Вот пару видов крепления механизма. Первый метод – при помощи схватывающих узлов, которые вяжутся из репшнуров диаметром 7-8 мм, в 3-5 оборотов. Этот вариант, на практике, считается самым лучшим, так как схватывающий узел из 8 мм шнура на веревке диаметром 11 мм начинает сползать только при нагрузке 10-13 кН. При этом сначала он не деформирует веревку, а через некоторое время, оплавляет оплетку и прикипает к ней, начиная играть роль предохранителя.

Иной вариант состоит в применении зажима общего направления. Время показало, что его можно применить на обледенелых и мокрых канатах. Он начинает ползти только при нагрузке в 6-7 кН и несильно повреждает веревку. Очередной метод состоит в применении личного зажима, но он считается не предлагаемым, так как он начинает ползти при усилии уже в 4 кН и при этом рвет оплетку, либо даже может покушать веревку. Все это промышленные образцы и их использование, мы же попробуем сделать рукодельный полиспаст.

6 Создаём самый простой подъемник собственными руками

А вот если механизм для грузов необходим немедленно или на 1 раз, а подбирать по магазинам его не хватает времени и жалко наличных средств, мы расскажем, как выполнить полиспаст собственными руками. Отлично, если у вас в мастерской есть резьбовые шпильки, подшипники, блок, трос, крючек, шестеренка. Нужно будет мало времени: необходимо подшипники насадить на шпильку. Гайку от шпильки неплохо бы закрепить, чтобы не расходовать определенную часть сил коту под хвост на прокручивание своеобразного вала. Конец шпильки можно снабдить шестеренкой, сделав подобным образом намного удобный ручной привод.

Через блок перекидываем трос и закрепляем его на опоре, а вот на второй конец цепляем крючек, на который станем вешать груз. Также на конце троса можно закрепить систему строп, если характер груза не даст возможность его насадить на крючек. Как правило, самый самый простой вариант полиспаста готов. Остается начать работу, выполняя технику безопасности, которая одинакова для абсолютно всех механизмов, как покупных, так и самодельных. Тщательно контролируйте все детали на цельность перед работой, а в рабочий период не нужно делать резких движений, приподнимать груз следует медлено, и, разумеется, не стоит стоять под подвешенным грузом.

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.

Устройство полиспаста и условия его работы

Основная область применения полиспастов – стреловые механизмы кранов. Всё многообразие полиспастов может быть сведено к двум требованиям: либо увеличить силу (силовые полиспасты), либо поднять скорость (скоростные полиспасты). В подъёмных кранах чаще используются первые, а подъёмниках – вторые. Таким образом, схемы скоростных и силовых полиспастов взаимно обратные.

В состав полиспаста входят следующие составляющие:

1. Блоки с неподвижными осями
2. Блоки с подвижными осями.
3. Обводные блоки.
4. Обводочные барабаны.

Все вышеперечисленные элементы располагаются преимущественно в вертикальной компоновке, причём место размещения барабана зависит от наличия обводных блоков: сверху, если такие блоки отсутствуют, и снизу – если присутствуют.

Количество блоков с неподвижными осями всегда на один меньше, чем с подвижными. При этом общее количество блоков определяет (для силовых полиспастов) кратность увеличения суммарного усилия на механизме. Количество обводных блоков определяется размерами узла: с увеличением числа таких блоков усилие также увеличивается.

Силовые полиспасты, назначение и устройство которых характеризуется несколькими параметрами, важнейшим из которых является нагрузка, развиваемая в подъёмном механизме. Она увеличивается с увеличением расчётной грузоподъёмности крана, кратности устройства (количества ветвей каната, на которых подвешен груз) и КПД блока. КПД учитывает потери на трение в осевых опорах, а также потери, определяемые жёсткостью каната или цепи.

Полиспастов может быть несколько, тогда суммарная нагрузка на блок пропорционально уменьшается. Одинарные полиспасты конструктивно проще, но и наименее эффективны. В них один конец неподвижно закрепляется на неподвижном элементе, а второй – на барабане. При этом угол отклонения весьма ограничен из-за опасности схода каната с блока. Наличие обводного блока существенно улучшает условия работы механизма: нагрузка становится симметричной, что снижает износ каната, и увеличивает допустимую скорость вращения блоков. Устойчивость действия полиспаста зависит также от расстояния между обводным и основными блоками. С увеличением этого параметра надёжность полиспаста как функционального узла возрастает, хотя одновременно увеличивается (из-за наличия соединительной оси) и его сложность.
Другими схемами полиспастов, применяемых на практике, являются:

• Сдвоенные трёхкратные, когда в схеме присутствует три рабочих блока и два обводных;
• Сдвоенные трёхкратные, снабжённые уравнительной траверсой. Вариант используется в грузоподъёмной технике, которая эксплуатируется в тяжёлых и особо тяжёлых условиях.

Эксплуатационные характеристики полиспастов и их выбор

На эффективность, которой обладают полиспасты, на их назначение и устройство в конкретном механизме влияние оказывают следующие факторы:

1. Грузоподъёмность основного механизма, в составе которого работают данные узлы.
2. Количество обводных блоков: с ростом их числа потери на трение возрастают.
3. Углы отклонения канатов от средней плоскости барабана.
4. Диаметры блоков.
5. Диаметр каната/высота цепи.
6. Материал каната.
7. Характер опор (в подшипниках качения или скольжения).
8. Условия смазки всех осей полиспаста.
9. Скорость вращения блоков или перемещения тяговых канатов (в зависимости от назначения устройства).

Наибольшие потери в полиспастах связаны с условиями трения. В частности, КПД рассматриваемых механизмов, которые работают в подшипниках скольжения, в зависимости от условий их эксплуатации, составляет:

• При неудовлетворительной смазке и при повышенных температурах — 0,94…0,54;
• При редкой смазке – 0,95…0,60;
• При периодической смазке — 0,96…0,67;
• При автоматической смазке – 0,97…0,74.

Меньшие значения соответствуют полиспастам с максимально возможной кратностью. Потери на трение для узлов, которые работают в подшипниках качения, гораздо ниже, и составляют:

• При недостаточной смазке и высоких температурах эксплуатации – 0,99…0,83;
• При нормальных рабочих температурах и смазке – 1,0…0,92.

Таким образом, применяя современные антифрикционные покрытия контактной поверхности блоков, можно практически исключать потери на трение.

Углы отклонения каната, располагающегося на блоке/блоках полиспаста, определяют не только износ канатов и блоков, но и безопасность производственного персонала грузоподъёмного устройства. Объясняется это тем, что при превышении допустимых показателей сход каната с блока чреват производственной аварией. На данный параметр влияют материал канатов, профиль канавки барабана, а также направление навивки.
Материалами канатов чаще всего служат типы ТЛК-О по ГОСТ 3079, ЛК-Р по ГОСТ 2688 и ТК по ГОСТ 3071. Третий тип имеет наименьшую жёсткость (не более 1,7), что положительно сказывается на предельно допустимом угле отклонения каната на полиспасте. Соответственно для канатов двух первых типов жёсткость достигает 2.

Нормальными углами отклонения от оси полиспаста считаются углы 7,5…2,5 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:

1. Однократная , которая применяется для грузоподъёмных механизмов стрелового типа с гуськом. Крюк при этом подвешивается на одной нитке каната, последовательно проводится через все неподвижные блоки, после чего наматывается на барабан. Такой способ запасовки наименее эффективен.
2. Двухкратная , которая может быть применена на кранах, как с подъёмной, так и балочной стрелой. В первом случае неподвижные блоки располагаются на головке стрелы, а противоположный конец каната закрепляется в грузовой лебёдке. Во втором случае один из концов каната закрепляют на корне стрелы, а второй последовательно пропускают через обводной барабан, блоки крюковой подвески, стреловые блоки, блоки оголовка башни и затем подводят к грузовой лебёдке.
3. Четырёхкратная , используемая для механизмов большой грузоподъёмности. Здесь реализуется одна из схем, описанных выше, но отдельно по каждому из блоков крюковой подвески. Две рабочих ветви каната при этом направляются на блоки рабочей стрелы. Соединение смежных полиспастов производится через дополнительный неподвижный блок, который устанавливается на стойке платформы поворота крана.
4. Переменная , суть которой состоит в изменении грузоподъёмности крана. При таком виде запасовки (она может быть и двух-, и четырёхкратной) возможно соответствующее увеличение массы поднимаемого груза. Для этого в подвижные блоки дополнительно устанавливают по одной или две подвижных обоймы. Удержание обойм производит сам грузовой канат из-за разницы в усилиях, которые создаются наличием крюковой подвески. Изменение кратности запасовки выполняется опусканием крюковой подвески на опору при продолжающемся сматывании каната.

Двух- и особенно – четырёхкратная запасовка позволяет производить безопасный подъём груза, который практически вдвое превышает тяговое усилие, развиваемое лебёдкой. При этом проворот канатов под нагрузкой исключается, что существенно снижает их износ.

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 кратности

Поскольку значение КПД всегда меньше 1, с каждым новым блоком и уравнением в системе значение Sn будет стремительно уменьшаться. Суммарный КПД полиспаста будет зависеть не только от ηб, но и от количества этих блоков – кратности системы. По таблице можно найти ηп для систем с разным количеством блоков при разных значениях КПД каждого.

Как сделать подъемник своими руками

В строительстве во время проведения монтажных работ далеко не всегда есть возможность подогнать подъемный кран. Тогда возникает вопрос, как поднять груз веревкой. И здесь находит свое применение простой полиспаст. Для его изготовления и полноценной работы нужно сделать расчеты, чертежи, правильно подобрать веревку и блоки.

Разные схемы простых и сложных подъемников

Подготовка базы – схема и чертеж

Прежде чем приступать к сооружению полиспаста своими руками, нужно внимательно изучить чертежи и подобрать подходящую для себя схему. Опираться следует на то, как вам будет удобнее разместить конструкцию, какие блоки и трос имеются.

Случается, что грузоподъемности блоков полиспаста недостаточно, а сооружать сложный многократный подъемный механизм нет времени и возможности. Тогда применяют сдвоенные полиспасты, представляющие собой комбинацию из двух одинарных. Этим устройством также можно поднимать груз таким образом, чтобы он двигался строго вертикально, без перекосов.

Чертежи сдвоенной модели в разных вариациях

Как подобрать веревку и блок

Важнейшую роль в построении полиспаста своими руками играет веревка. Важно, чтобы она не растягивалась. Такие канаты называют статическими. Растяжение и деформация гибкой связи дает серьезные потери эффективности работы. Для самодельного механизма подойдет синтетический трос, толщина зависит от веса груза.

Материал и качество блоков – показатели, которые обеспечат самодельным подъемным устройствам расчетную грузоподъемность. В зависимости от подшипников, которые установлены в блоке, меняется его КПД и это уже учтено в расчетах.

Но как поднять груз на высоту своими руками и не уронить его? Чтобы обезопасить груз от возможного обратного хода, можно установить специальный фиксирующий блок, который позволяет веревке двигаться только в одном – нужном направлении.

Ролик, по которому движется канат

Пошаговая инструкция для подъема груза через блок

Когда веревка и блоки готовы, схема выбрана, а расчет произведен, можно приступать к сборке. Для простого двукратного полиспаста понадобятся:

– ролик – 2 шт.;

– подшипники;

– втулка – 2 шт.;

– обойма для блока – 2 шт.;

– веревка; крюк для подвеса груза;

– стропы – если они нужны для монтажа.

Для быстрого соединения используют карабины

Пошагово подъем груза на высоту осуществляется так:

1. Соединяют ролики, втулку и подшипники. Объединяют все это в обойму. Получают блок.

2. Веревку запускают в первый блок;

3. Обойма с этим блоком жестко крепится к неподвижной опоре (железобетонная балка, столб, стена, специально смонтированный вынос и пр.);

4. Затем конец веревки пропускают через второй блок (подвижный).

5. К обойме крепят крюк.

6. Свободный конец веревки фиксируют.

7. Стропят поднимаемый груз и соединяют его с полиспастом.

Самодельный подъемный механизм готов к использованию и обеспечит двойной выигрыш в силе. Теперь, чтобы поднять груз на высоту, достаточно потянуть за конец веревки. Огибая оба ролика, веревка поднимет груз без особых усилий.

Можно ли объединить полиспаст и лебедку

Если к самодельному механизму, который вы построите по этой инструкции, присоединить электрическую лебедку, получится самый настоящий подъемный кран, выполненный своими руками. Теперь для подъема груза не придется напрягаться совсем, лебедка все сделает за вас.

Даже ручная лебедка сделает подъем груза комфортнее – не нужно стирать руки о канат и переживать, чтобы веревка не выскользнула из рук. В любом случае, крутить ручку лебедки куда проще.

Полиспаст для лебедки

В принципе, даже вне стройплощадки умение в походных условиях с минимумом инструментов и материалов соорудить элементарный полиспаст для лебедки – очень полезный навык. Особенно оценят его автомобилисты, которым посчастливилось застрять на машине где-нибудь в непроходимом месте. Сделанный на скорую руку полиспаст значительно увеличит производительность лебедки.

Переоценить значение полиспаста в развитии современного строительства и машиностроения сложно. Понимать принцип действия и визуально представлять себе его конструкцию должен каждый. Теперь вам не страшны ситуации, когда нужно поднять груз, а специальной техники нет. Несколько шкивов, веревка и смекалка позволят обойтись без привлечения крана.

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…

Подъем тяжелого груза даже на небольшую высоту без применения специальных инструментов возможен не всегда. Речь идет не только про подъемные краны, автокраны и погрузчики - есть и другие приспособления для решения этой задачи.

Одним из механизмов для подъема грузов является полиспаст.

Полиспаст - блочная система с цепной или канатной передачей. Ее задача - упростить и ускорить подъем любого тяжелого груза, используя человеческую силу. Такие схемы (или их близкие аналоги) использовались еще до нашей эры - при строительстве египетских пирамид и Великой Китайской стены.

Стационарно подъемники применяются на складах и в производственных помещениях, в которых необходимо поднимать разные тяжести. Переносные блочные системы используются в строительстве, логистике, для спасательных работ.

Устройство и принцип работы

Полиспаст позволяет поднимать тяжесть, используя меньшее усилие человека. Принцип похож на действие рычага для подъема груза, только вместо рычага используется трос.

Конструктивно, самый простой полиспаст являет собой 1 блок и веревку. Ролик закрепляется над грузом (на потолке, балке, или перемещаемой специальной опоре). Один конец веревки с крюком спускается к грузу. Второй конец веревки человек держит в руках и тянет за него, поднимая тяжесть.

На выигрыш в силе влияют такие факторы:

1. Количество роликов.
2. Длина веревки.

1 блок увеличивает силу примерно в 2 раза (примерно - потому что какие-то потери спишутся из-за силы трения). То есть если человек без подъемника сможет поднять 30 кг на высоту 1 метр, то с полиспастом - это будут уже 60 кг. Если роликов будет больше - то и вес можно будет поднимать больший.

Что касается длины веревки: чем она длиннее, тем больше вес сможет поднять человек, но и тем больше времени на это придется тратить.

Виды полиспастов

Полиспасты делятся по нескольким признакам:

1. По назначению. Бывают силовые, а бывают скоростные схемы. Силовые позволяют поднимать больше груза, но медленнее. Скоростные позволяют поднимать тяжесть быстрее, но «осилят» меньший вес.
2. По количеству блоков. Самый простой вариант - 1 ролик. Но их может быть и 2, и 3, и 4, и больше. Чем больше их - тем больший вес получится поднять.
3. 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 роликов.

Что влияет на эффективность подъемника?

Выше упоминалась кратность (выигрыш в силе) очень приблизительная, округленная в большую сторону. На практике она меньше.

На эффективность подъемника (на то, какой точный выигрыш в силе он даст) влияют такие факторы:

• количество блоков;
• материал троса;
• тип подшипников;
• качество смазки всех осей;
• диаметр и длина каната;
• угол между канатом и средней плоскостью ролика.

Как крепится веревка к механизму?

Закрепить грузоподъемный механизм к тросу можно следующими способами:

1. Узлами, связанными из репшнуров. Количество оборотов - 3-5.
2. Зажимом общего назначения.

Что такое запасовка, как она делается и какой бывает?

Запасовкой называют изменение положения блоков и расстояния между ними. Ее проводят, чтобы изменить скорость или высоту подъема тяжести.

Схемы запасовки бывают:

1. Однократная: крюк вешают за 1 канат, который затем проводится последовательно через каждый неподвижный блок и наматывается на барабан.
2. Двукратная. Для балочных кранов 1 конец веревки крепят на корне стрелы, а второй конец пускают через обводной барабан, все блоки, после чего крепят к лебедке. Для подъемных кранов канат крепится к лебедке, а неподвижные блоки находятся на головке стрелы.
3. Четырехкратная. Используется сочетание схем, перечисленных выше, для каждого блока крюковой подвески.
4. Переменная. Подвижные ролики дополняются 1 или 2 подвижными обоймами.

Как сделать полиспаст своими руками?

Рассмотрим схему создания двукратного полиспаста.

Понадобится:

• 2 втулки.
• 2 ролика.
• 2 обоймы.
• Подшипники.
• Крюк (чтобы цеплять груз).
• Канат.

Пошаговая конструкция:

1. Втулки, ролики и подшипники соединяются и вставляются в обойму. В результате получается 2 вращающихся блока.
2. Трос пропускают через блок.
3. Обойма с пропущенным канатом крепится к опоре, под которой будет располагаться груз.
4. Второй конец каната пропускается через второй блок.
5. Ко второй обойме крепят крюк.
6. Оставшийся висеть конец каната фиксируют (за него необходимо будет тянуть для подъема груза).

После этого останется только закрепить груз (подцепить его крюком), и можно начинать подъем.