Владение системой подъема грузов с помощью полиспастов – это важный технический навык необходимый при проведении спасательных и высотных работ, организации навесных переправ и во многих других случаях. Этим навыком необходимо владеть альпинистам, спасателям, промышленным альпинистам, спелеологам, туристам и многим другим, кто работает с веревками.
К сожалению, в отечественной альпинистской и спасательной литературе трудно найти четкое, последовательное и понятное объяснение принципов работы полиспастных систем и методики работы с ними. Может быть, такие публикации существуют, но мне пока не удалось их найти. Как правило, информация либо отрывочная, либо устаревшая, либо излагается слишком сложно, либо и то и другое вместе.
Даже во время обучения на инструктора альпинизма и на жетон «Спасательный отряд» (дело было 20 лет тому назад) мне не удалось составить четкого представления об основных принципах работы полиспастов. Просто никто из обучавших инструкторов не владел этим материалом полноценно. Пришлось доходить самому.
Помогло знание английского языка и зарубежная альпинистская и спасательная литература.
С самыми практичными описаниями и методиками мне удалось вплотную познакомиться во время обучения на курсах спасателей в Канаде.
Несмотря на то, что на момент обучения, считал себя достаточно «подкованным» в полиспастах и сам имел многолетний опыт преподавания спасательных технологий для альпинистов и спасателей, узнал на курсах много нового и полезного
Попробую по возможности изложить все как можно проще и практичней.
Часть первая. Сначала немного теории.
1. Полиспаст – это грузоподъемное устройство, состоящее из нескольких подвижных и неподвижных блоков огибаемых веревкой, канатом или тросом, позволяющее поднимать грузы с усилием в несколько раз меньшим, чем вес поднимаемого груза.
1.1. 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 не учитываются и за основу берется Теоретически Возможный Выигрыш в Усилии или сокращенно ТВ (теоретический выигрыш).
Примечание: разумеется, в реальной работе с полиспастами трением пренебречь невозможно. Подробнее об этом и об основных способах снижения потерь на трение будет сказано в следующей части «Практические советы по работе с полиспастами»
2. Основы построения полиспастов .
2.1. Рисунок 1.
Если закрепить веревку (трос) на грузе, перекинуть её через блок, закрепленный на станции (далее стационарный или неподвижный блок) и потянуть вниз, то для поднятия груза необходимо приложить усилие равное массе груза.
Выигрыша в усилии нет .
Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через блок 1 метр веревки.
Это так называемая схема 1:1.
Рисунки №№ 1и 2 иллюстрируют следующие Основные Правила Полиспастов :
Правило №1 .
Выигрыш в усилии дают только ДВИЖУЩИЕСЯ ролики, закрепленные непосредственно на грузе или на веревке идущей от груза.
СТАЦИОНАРНЫЕ РОЛИКИ НЕ ДАЮТ ВЫИГРЫША В УСИЛИИ!
Они служат лишь для изменения направления движения веревки.
Правило №2 .
Во сколько раз выигрываем в усилии – во столько же раз проигрываем в расстоянии.
Например: если в показанном на рис. 2 полиспасте 2:1 на каждый метр подъема груза вверх надо протянуть через систему 2 метра веревки, то в полиспасте 6:1 – соответственно 6 метров.
Практический вывод – чем «сильнее» полиспаст – тем медленнее поднимается груз.
2.3. Продолжая добавлять стационарные ролики на станцию и подвижные ролики на груз, мы получим так называемые простые полиспасты разных усилий:
Примеры простых полиспастов. Рисунки 3, 4 .
|
|
2.4. Правило № 3
Расчет теоретического выигрыша в усилии в простых полиспастах.
Здесь все достаточно просто и наглядно.
2.4.1. Если необходимо определить ТВ уже готового полиспаста,
Если подвижные ролики закреплены не на самом грузе, а на веревке, идущей от груза (как на рис. 6) – то пряди считаются от точки закрепления роликов.
Рисунки 5, 6.
|
|
2.4.2. Расчет ТВ при сборке простого полиспаста.
В простых полиспастах, каждый подвижный ролик (закрепленный на грузе), добавленный в систему добавочно дает двукратный ТВ. Добавочное усилие СКЛАДЫВАЕТСЯ с предыдущим.
Пример: если мы начали с полиспаста 2:1, то, добавив еще один подвижный ролик, мы получим 2:1 + 2:1 = 4:1 Добавив еще один ролик – получим 2:1 + 2:1+2:1= 6:1 и т.д.
Рисунки 7,8.
2.5 . В зависимости от того, где закреплен конец грузовой веревки, на станции или на грузе, простые полиспасты подразделяются на четные и нечетные.
2.5.1. Если конец веревки закреплен на станции ,
то все последующие полиспасты будут ЧЕТНЫЕ : 2:1, 4:1, 6:1 и т.д.
Рисунок 7 .
Примечание: Простые полиспасты с ТВ больше чем 5:1 в спасательной практике, как правило, не применяются. Подробнее об этом будет сказано во второй части статьи.
Кроме простых полиспастов в спасательных работах также широко применяются так называемые СЛОЖНЫЕ ПОЛИСПАСТЫ .
2.6. Сложный полиспаст – это система, в которой один простой полиспаст, тянет за другой простой полиспаст.
Таким образом могут быть соединены 2, 3 и более полиспастов.
На Рисунке 9 приведены конструкции наиболее употребительных в спасательной практике сложных полиспастов.
Рисунок 9.
|
2.7. Правило №4. Расчет ТВ сложного полиспаста.
Для расчета теоретического выигрыша в усилии при использовании сложного полиспаста необходимо умножить значения простых полиспастов, из которых он состоит.
Пример на рис. 10. 2:1 тянет за 3:1=6:1.
Пример на рис. 11. 3:1 тянет за 3:1= 9:1.
Расчет усилия каждого из простых полиспастов, входящих в состав сложного производиться по правилу простых полиспастов.
Количества прядей считается от точки крепления полиспаста к грузу или грузовой веревки, выходящей из другого полиспаста.
Примеры на рис. 10 и 11.
Расчет усилия в сложном полиспасте.
На рисунке 9 показаны практически все основные виды полиспастов, используемые в спасательных работах.
Как показывает практика этих конструкций вполне достаточно для выполнения любых задач.
Разумеется, существуют и другие, более сложные, системы полиспастов. Но они редко применяются спасательной практике и в данной статье не рассматриваются.
Все показанные выше конструкции полиспастов можно очень легко разучить в домашних условиях, подвесив какой-то груз, скажем, на турнике.
Для этого вполне достаточно иметь отрезок веревки или репшнура, несколько карабинов (с роликами или без) и схватывающих (зажимов).
Продолжение следует…
| Отзывы (оставить отзыв) |
| вопрос
у меня чисто практический вопрос. может кто откликнется. надо мне поднять бетонную плиту забора под 100кг на высоту 3 метра видел как два мужика руками такие устанавливали, но у самого силенок маловато.подумал что головой надо попробовать:-) купил 2 двойных ролика и 25м веревки 10мм в альпинистском магазине собрал полиспаст с теоретическим выигрышем 4:1 подвесил в гараже и для теста гирю 24кг повесил - поднимается конечно но не больно легко. руками легче на мой взгляд сына посадил дополнительно +60кг - с трудом поднимается, на пределе возможности сам сел +95кг - сын не смог вообще поднять короче с плитой даже и приближаться не стоит абсолютно не понимаю почему так вижу что тут крутые спецы по этой части, может подскажете в чем ошибка разобрался сам. обратил внимание что под нагрузкой ролики визжат. смазал их и все поехало. уже установил все что хотел |
|
| проститеза жаргон, но то что нарисовано-Фуфло
Да ребята с физикой в школе у вас было на двоечку.Прочитайте еще раз правило №1 - оно верное. Выигрыш дают только движущиеся ролики. Верхний, закрепленный ролик только меняет направление усилия. Один движущийся ролик дает выигрыш в 2 раза, два движущихся-выигрыш в 4 раза, три движущихся-6 раз. Нечетное число выигрыша вообще не может быть. Знаменитый полиспаст Мунтера, где якобы выигрыш в семь раз дает только четыре. Там где на ваших рисунках выигрыш в девять раз на самом деле тоже только четыре. Из практики работы спасателем расчет такой. Два спасателя могут поднять одного пострадавшего без всяких полиспастов, конечно со значительным усилием и если есть хорошие упоры для ног. В неудобных условиях и троим очень тяжело поднять одного. Один спасатель реально поднимает одного пострадавшего(примерно такого же веса),со значительным усилием используя простой полиспаст с выигрышем в два раза. Так что используйте полиспасты(хорошая вещь)иногда сил бывает мало. С помощью двух одинарных роликов можно получить выигрыш в четыре раза (плюс два карабина, кольцо из репшнура) и камень можно сдвинуть если вас три четыре человека. |
|
| Не впечатлило:( Често говоря не впечатлило. Учебник физики и все. Все это можно было написать в одном абзаце. Посути сказано 3 вещи: Сложение векторов сил, подвижные/неподвижные ролики и каскад полиспастов. Простейшая физика. А я надеялся увидеть именно практическаю часть. Например: "Сколько надо карабинов и сколько роликов чтобы тянуть человека среднего веса". Или "как сдвинуть камень нереального веса, скажем в тонну в одиночку". Именно на практике, с учетом трения веревок и т.д. Почитав эту статью можно подумать что если я тяну скажем 100кг то 5 роликов и камень наверх поднимаем. А вот фиг вам. И 10 роликов реально не помогут... Полиспасты с жумарами/кулачками вообще не описаны. Ждем продолжения. |
|
| полиспаст
Альпинисты и туристы, как правило, не берут с собой ролики – это лишний вес, и в случае аварии или переправы они организуют полиспаст через карабины. Ролики, на мой взгяд, наиболее актуальны для спасателей. В следующей части, насколько я понял, автор затронет внимание на такой важной проблеме, как преодоление силы трения. Понятно, что потери на трение у роликов будут незначительными. Но хотелось бы еще узнать, какие потери возникают через перегиб карабина, поскольку такая организация более актуальна в реальных условиях группы, в т.ч. и для спасработ собственными силами. Надеюсь, автор затронет этот момент в следующей части. |
|
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.
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
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
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.
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.
Объединение двукратного и шестикратного простого полиспаста дает сложный шестикратный вариант
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
Как высчитать КПД всей системы
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:
- Соединяют ролики, втулку и подшипники. Объединяют все это в обойму. Получают блок.
- Веревку запускают в первый блок;
- Обойма с этим блоком жестко крепится к неподвижной опоре (железобетонная балка, столб, стена, специально смонтированный вынос и пр.);
- Затем конец веревки пропускают через второй блок (подвижный).
- К обойме крепят крюк.
- Свободный конец веревки фиксируют.
- 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.
Древние египтяне и Архимед, не задаваясь вопросом о том, полиспаст ― что это такое, уже пользовались им для перемещения тяжестей. Он и поныне широко применяется во всех подъёмных механизмах, в спорте, в быту, а также используется спасателями. С тех пор схема этого устройства претерпела значительные изменения, но принцип действия не изменился.
Вконтакте
Устройство
Простой полиспаст состоит из двух шкивов, связанных верёвкой, тросом, цепью. Шкив изготовляется в виде металлического колеса, вращающегося на оси. По внешнему краю сделан жёлоб для укладки троса. Шкивы, входящие в состав конструкции, называются блоками. Одни из них крепятся неподвижно, другие меняют положение по мере движения груза. Подвижные блоки размещаются со стороны тяжести. Неподвижный блок изменяет направление движения троса и вектор приложения усилия, а подвижные увеличивают усилие, прилагаемое к грузу. Перемещение груза происходит за счёт того, что он через систему блоков подтягивается канатом к закреплённой части 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.
Кратность
Это основная характеристика, показывающая, во сколько раз полиспаст теоретически увеличивает усилие или скорость. Величина кратности определяется количеством ветвей троса, между которыми распределена нагрузка и может быть чётной или нечётной. В первом случае свободный конец троса закрепляется на неподвижной части грузоподъёмного механизма, а во втором прицепляется к обойме крюка.
Может показаться, что увеличивая число блоков можно бесконечно умножать усилие.
Однако никто не отменял трение, на преодоление которого даже в лучших моделях шкивов тратится не менее 10% усилий. Поэтому если подсчитать реальный выигрыш с учётом трения для полиспаста кратностью 5:1 (5*0,9*0,9*0,9*0,9 = 3,28), результат окажется более скромным. А если вместо блоков использовать карабины (например, в альпинизме), у которых потери на трение значительно больше выигрыш будет ещё скромнее.
Классификация
Полиспасты, назначение и устройство которых не изменилось за прошедшие века, могут быть силовыми и скоростными. Первые применяются на грузоподъёмных механизмах, а вторыми оборудуются подъёмники. По исполнению они изготовляются:
- Простые схемы , состоящие из линейной последовательности блоков. Они соединяются между собой и с грузом общим канатом.
- Сложные . Это система, в которой последовательно соединены не отдельные блоки, а несколько самостоятельных механизмов. Такое решение позволяет создавать схемы полиспастов с большой кратностью при малом количестве блоков. Например, соединение полиспастов, обладающих кратностью 2:1 и 3:1, даст выигрыш в 6 раз при использовании всего трёх блоков. За счёт меньших потерь на трении реальный результат будет более высоким, нежели у простой конструкции с аналогичными параметрами.
- Комплексные полиспасты занимают отдельное место. Это система полиспастов из простых и сложных механизмов, соединённых таким образом, что блоки при подъёме движутся навстречу нагрузке.
Полиспласт как выглядит, фото
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.
Поднимать тяжелые грузы на высоту, пусть даже не очень большую – задача для человека очень сложная. Однако придумано достаточно много различных механизмов и приспособлений, облегчающих этот процесс. К числу таких механизмов в обязательном порядке следует отнести полиспаст. В нашей статье подробнее поговорим об этом устройстве, а также расскажем о технологии создания полиспаста дома.
Как можно упростить подъем грузов
Полиспаст представляет собой систему, которая состоит из неподвижных и подвижных блоков, соединенных друг с другом цепными или канатными передачами. Это устройство было изобретено очень давно, ведь еще древние греки и римляне пользовались аналогичными механизмами. За последующие тысячелетия составляющие данного аппарата и его предназначение практически не изменились. На сегодняшний день это устройство используется практически в первозданном виде, лишь с небольшими изменениями.
Схема работы полиспаста
Полиспасты применяются в основном в стреловых механизмах строительных кранов. К полиспастам, несмотря на все их многообразие, предъявляют два основных требования: увеличение скорости (за это отвечают скоростные механизмы) и увеличение силы (так называемые силовые полиспасты). В подъемниках обычно используются первые, тогда как вторые нашли применение в подъемных кранах. Следует отметить и тот важный факт, что схемы силовых и скоростных устройств являются практически полностью взаимно обратными.
Обычный полиспаст представляет собой устройство, основными компонентами которого являются:
- система блоков с подвижными осями;
- блоки с неподвижными осями;
- обводочные барабаны;
- обводные блоки.
За счет эффективного взаимодействия блоков и веревок появляется возможность существенно выиграть в силе. В силе мы выигрываем во столько раз, во сколько раз проигрываем в длине. Это одно из фундаментальных правил механики, благодаря которому обычный человек может с легкостью поднимать тяжелые массы, затрачивая минимум физических усилий.
Гораздо выгоднее приобрести данный прибор или сделать его самостоятельно, нежели брать в аренду подъемные краны или аналогичные механизмы. Особенность устройства заключается в том, что одна из сторон, которую закрепляют на грузе, находится в подвижном состоянии, тогда как вторая сторона, крепящаяся к опоре, является статичной. Именно подвижные блоки обеспечивают такой существенный выигрыш в силе. Статические же блоки требуются для контроля траектории движения веревки и самого груза.
Существуют различные виды полиспастов, которые отличаются по кратности, четности и сложности. Показатель кратности определяет, во сколько раз вы выиграете в силе, используя данное приспособление. Так, покупая механизм с кратностью 6, вы теоретически имеете выигрыш в силе в 6 раз.
Простые и сложные полиспасты – разбираемся в их конструкции
Для начала поговорим о простых механизмах. Получить такое устройство можно, добавив блоки на груз и опору. Четный полиспаст – это устройство, в котором веревка прикрепляется к опоре. Если же требуется нечетный, то веревка устанавливается на подвижной точке поднимаемого предмета. Добавление блока увеличивает кратность прибора на два пункта.
Так, чтобы вручную сделать полиспаст для обычной лебедки, кратность которого составляет 2, достаточно использовать только один подвижный блок, крепящийся к грузу. Веревка же при этом крепится на опоре. В результате мы будем иметь четный полиспаст с кратностью 2. Сложные полиспасты включают несколько простых механизмов. Естественно, такое устройство дает существенно больший выигрыш в силе, который можно рассчитать путем перемножения кратностей каждого из используемых полиспастов. При этом не стоит забывать о силе трения, из-за действия которой происходит небольшая потеря в мощности устройства.
Есть несколько способов уменьшить силу трения веревки. Самый эффективный заключается в том, чтобы использовать ролики как можно большего радиуса. Ведь чем больше радиус, тем сила трения оказывает меньше воздействия на веревку и подъемный механизм в целом.
Как на эффективность работы влияет веревка
Избежать зажатия и перекручивания веревки можно, если использовать дополнительные приспособления, к примеру, монтажные платы, которые позволяют разнести ролики относительно друг друга. Категорически не рекомендуем применять в полиспастах растягивающиеся веревки, поскольку в сравнении с обычными статическими изделиями они очень серьезно проигрывают в эффективности. Собирая блок для подъема грузов, специалисты используют и грузовую, и отдельную веревки, которые прикрепляются к объекту независимо от подъемного приспособления.
Эксплуатация отдельных веревок дает некоторое преимущество. Суть заключается в том, что отдельная веревка предоставляет возможность предварительно или заранее собрать всю конструкцию. К тому же, можно существенно облегчить проход узлов, поскольку используется вся длина веревки. Единственный недостаток – это невозможность фиксировать груз в автоматическом режиме. Грузовые же веревки могут похвастаться именно такой особенностью, поэтому в случае возникновения необходимости в автофиксации груза воспользуйтесь именно грузовой веревкой.
Большое значение имеет обратный ход. Данный эффект является неизбежным, поскольку в момент снятия, а также при перехватывании веревки или остановке на отдых груз непременно двигается в обратную сторону. От качества используемых блоков, а также всего устройства в целом зависит то, насколько сильно груз уйдет обратно. Можно предотвратить возникновение данного явления, если приобрести специальные ролики, обеспечивающие пропуск веревки исключительно в одном направлении.
Расскажем немного о том, как правильно крепить грузовую веревку к подъемному механизму. Далеко не всегда даже самый предусмотрительный мастер обладает веревкой необходимой длины, которая требуется для крепления динамической части блока. Поэтому разработано несколько способов крепления механизма:
- При помощи схватывающих узлов. Эти узлы завязываются в пять оборотов из репшнуров, сечение которых не превышает 8 мм. Использование подобных узлов является самым эффективным и, соответственно, распространенным. По словам специалистов, узлы являются очень прочными и надежными. Лишь нагрузка свыше 13 кН способна привести к сползанию такого узла. Важно то, что даже при сползании узел никоим образом не деформирует веревку, оставляя ее в целости и сохранности.
- Применение зажимов общего назначения. Данные приспособления можно использовать даже в сложных климатических условиях, к примеру, на мокрых или обледенелых веревках. Нагрузка в 7 кН способна привести к сползанию зажима, что приводит к повреждению веревки, хотя и не очень сильному.
- Персональные зажимы. Они применяются только при небольших работах, поскольку нагрузка свыше 4 кН приводит к сползанию зажима и последующему обрыву веревки.
Запасовка – изучаем самые популярные схемы
Данная технологическая операция предназначена для изменения расстояния между блоками, а также для изменения положения указанных блоков. Необходимость запасовки обусловлена изменением высоты или скорости подъема предметов посредством установки конкретной схемы прохождения веревки по блокам и роликам механизма.
Используемая схема во многом зависит от типа грузоподъемного прибора. Запасовка для лебедок проводится только с целью изменения длины вылета стрелы. Выполняется же она путем изменения взаимного расположения направляющих блоков. Очень часто такую операцию проводят в грузовых кранах, где она требуется для предотвращения такого эффекта, как криволинейность перемещения тяжестей.
Запасовки, в зависимости от используемых схем, подразделяются на следующие категории:
- Однократная. Такой тип нашел применение в грузоподъемных кранах стрелкового типа, где крюк необходимо подвести на одной веревке каната. После этого требуется последовательно проводить статические блоки. В финальной стадии крюк наматывается на барабан. Как показывает практика, данный тип запасовки является самым неэффективным.
- Двухкратная. Этот тип применяется в кранах, которые оборудованы балочной и подъемной стрелой. В этом случае требуется неподвижные блоки установить на головке стрелы, тогда как на грузовой лебедке крепится другой конец веревки.
- Четырехкратная. Востребована среди полиспастов, которые используются для поднятия предметов огромной массы. Обычно применяют одну из схем запасовки, которые были описаны ранее, с той лишь разницей, что они используются отдельно для каждого блока крюковой подвески.
Делаем полиспаст из бумажных стаканов и шестеренок
Устройства, используемые в строительстве, отличаются большой сложностью, что и логично, ведь здесь требуется поднимать большие грузы на достаточно большую высоту. Разобраться в их конструктивных особенностях бывает весьма проблематично. Чего нельзя сказать о домашних полиспастах, которые применяются в быту. Они настолько просты и понятны, что соорудить полиспаст своими руками сможет любой человек. Для этого нам потребуются следующие приспособления:
- 1. несколько стаканов из бумаги;
- 2. ножницы;
- 3. шнурок или крепкая нить, выступающая в качестве веревки;
- 4. пластилин;
- 5. пластиковые вешалки.
В первую очередь потребуется сделать корзину, в которой будет перемещаться груз. Для этих целей будем использовать бумажные стаканы, через которые продеваем веревку. Сам же полиспаст собираем из вешалок. Веревку или нить фиксируем на верхней части вешалки, после чего несколько раз наматываем на перекладину. Полученную из стаканов корзинку следует подвесить на нижней вешалке за крючок. В принципе, на этом сбор полиспаста можно считать оконченным. Для поднятия грузов достаточно лишь правильно пользоваться механизмом. Для этого понадобится тянуть за свободный конец нитки, что приведет к соединению вешалок. Теперь можно попробовать поднять тяжелые предметы на высоту.
Существует еще один способ изготовления полиспаста своими руками, который несколько сложнее, но отличается большей эффективностью и надежностью конструкции. Здесь нам потребуются подшипники, шестеренка, крючок, тросы с блоками, а также резьбовая шпилька. Сначала на шпильке закрепляем подшипники, после чего устанавливаем шестеренку на конец шпильки, чтобы было удобнее и проще пользоваться самодельным полиспастом. Остается только перекинуть трос через шестеренки и закрепить его, свободный же конец будет оборудован крюком, который необходим для подъема предметов.
Напоследок напомним, что при работе с любыми полиспастами, купленными в магазине или сделанными дома, обязательно следует помнить о технике безопасности. Необходимо тщательно проверить конструкцию на прочность и целостность. Сами же грузы следует поднимать плавно и осторожно, не располагаясь в этом время под подвешенным предметом.
Всегда являлась приоритетом. В связи с этим уже достаточно давно было изобретено приспособление, которое поспособствовало значительному облегчению физического труда рабочих, задействованных в проведении операций по подъему или опусканию различных предметов. Название этого устройства - полиспаст. Что это такое, мы рассмотрим в данной статье.
История создания и определение
Никто достоверно не знает, когда же именно появились и стали эксплуатироваться механизмы для перемещения в пространстве тяжестей. В первую очередь отметим: полиспаст (что это такое, может также подсказать техническая литература) - система блоков и канатов, позволяющая значительно упростить и ускорить проведение запланированных работ с тяжеловесными объектами.
Изучение таких архитектурных памятников, как пирамиды Хеопса в Египте, Великая Китайская стена и прочих стародавних сооружений однозначно подтверждает, что полиспасты, назначение и устройство которых будет рассмотрено ниже, были изобретены несколько тысяч лет назад. Вполне очевидно, что изначально они характеризовались примитивностью.
Общая информация
Давайте попытаемся как можно более детально изучить полиспаст. Что это такое с технической точки зрения? По своей сути он представляет собой группу блоков, собираемых в специальные обоймы, через которые проходит либо цепь, либо канат. Самый простой полиспаст - один блок с протянутым через него тяговым элементом. Такой вариант схемы позволяет снизить в два раза усилие тяги, которое требуется для перемещения груза.
Классификация
Полиспасты делятся на две большие группы: силовые и скоростные. Зачастую на практике используются силовые аналоги, позволяющие значительно снизить натяжение троса. Кстати, это усилие можно вычислить достаточно просто. Для этого потребуется разделить массу груза на имеющуюся кратность полиспаста. Возникает вопрос: что же такое кратность? Ответ: кратность - отношение количества ветвей органа, на котором расположился груз, к числовому значению ветвей, которые наматываются уже на барабан. Такое определение применимо к силовым полиспастам. Что касается скоростных полиспастов, то здесь кратностью является значение, получаемое от деления скорости ведущего конца каната на скорость ведомого.
В скоростных полиспастах рабочее усилие прилагается к подвижной обойме, груз же, в свою очередь, закрепляют на свободном конце троса. Выигрыш в скорости во время эксплуатации полиспаста такого типа возникает благодаря наращиванию расстояния подъема предмета.
Изменение кратности
Полиспасты (назначение и устройство их за годы существования в своей основе остались неизменными) допускают введение или удаление из системы дополнительных блоков. За счет этого и обеспечивается получение требуемой кратности. Если кратность четная, то в таком случае свободный конец каната закрепляется на стационарном конструктивном элементе. Если же кратность является нечетной, то этот же конец присоединяют к обойме с крюком.
В силовых полиспастах увеличение кратности позволяет уменьшить диаметр каната и, соответственно, габариты барабана и блоков. Все это в итоге приводит к снижению общей массы всей системы, уменьшению Но в то же время потребуется большая длина каната.
Разделение по количеству ветвей
Полиспаст (что это такое, теперь вы уже, очевидно, поняли) может быть одинарным или сдвоенным в зависимости от количества ветвей. В первом случае гибкий элемент перемещается вдоль оси барабана. Такой вариант имеет недостаток, который заключается в нежелательном изменении нагрузки на опоры барабана, а при отсутствии свободных блоков (то есть канат с подвески сразу же наматывается на барабан) предмет будет перемещаться не только по вертикали, но и по горизонтали.
Сдвоенный полиспаст предусматривает закрепление обоих концов каната на барабане. Примером может служить полиспаст для лебедки. С целью исключения перекоса применяют уравнительные блоки или балансиры. Чаще всего такая система эксплуатируется в козловых или мостовых или тяжелых кранах башенного типа.
Особенности
Абсолютно любой полиспаст, принцип действия которого в целом схож с работой рычага, хорош тем, что не требует от пользователя каких-либо специальных навыков, однако обязывает быть крайне осторожным, поскольку, как и любой другой таит в себе опасность и способен травмировать. Кроме того, эксплуатация полиспастов показывает, что применяемые в их системах тяговые элементы не обладают идеальной гибкостью и наделены некоторой жесткостью. Именно поэтому набегающая ветвь каната не способна моментально лечь в ручей блока или барабана, а сбегающая ветвь не может сразу же выпрямиться. Лучше всего это видно в момент использования канатов из стали.
Правила полиспастов
Каждый полиспаст ручнойработает на основе законов физики, и потому его функционирование соответствует нескольким достаточно простым правилам, с которыми желательно ознакомиться.
Отдельного внимания заслуживает сложный полиспаст. Сам по себе он представляет совокупность простых полиспастов, каждый из которых тянет за собой другой. Таким образом между собой могут быть смонтированы несколько полиспастов. Данная разновидность наиболее часто применяется в момент проведения спасательных работ.
В заключение будет правильным сказать следующее: полиспаст (принцип действия его достаточно легко понять при внимательном изучении вопроса) был, остается и, скорее всего, будет еще очень долгое время верным помощником человека в решении множества насущных вопросов, связанных со строительством, монтажом, погрузкой, разгрузкой и прочими операциями, которые являются достаточно трудоемкими. Основной проблемой, устранение которой полностью на сегодняшний день не представляется возможным по причине опять-таки идеально работающих физических законов, является наличие силы трения в системе.