что такое полиспасты фото
Что такое полиспаст, зачем и где его применяют?
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.
Что такое полиспаст, зачем он нужен и где применяется?
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 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:
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:
Как крепится веревка к механизму?
Закрепить грузоподъемный механизм к тросу можно следующими способами:
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:
Как сделать полиспаст своими руками?
Рассмотрим схему создания двукратного полиспаста.
После этого останется только закрепить груз (подцепить его крюком), и можно начинать подъем.
Полиспасты. Назначение и устройство
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:
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:
Эксплуатационные характеристики полиспастов и их выбор
На эффективность, которой обладают полиспасты, на их назначение и устройство в конкретном механизме влияние оказывают следующие факторы:
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:
Меньшие значения соответствуют полиспастам с максимально возможной кратностью. Потери на трение для узлов, которые работают в подшипниках качения, гораздо ниже, и составляют:
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.
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:
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.
Полиспаст – система из двух или более блоков, которые обвиты цепью (канатом) и служащие для подъема различных грузов. Впервые они были использованы еще на заре появления механизмов для поднятия такелажа, тяжелых строительных блоков при строительстве зданий. В основе полиспастов лежит желание с минимальными усилиями переместить либо поднять какой-либо груз (одновременно происходит проигрыш в итоговом расстоянии, на которое необходимо поднять его, что соответствует законам физики).
Сфера использования подобных систем
На сегодня его используют в качестве составного элемента механизма стрелы башенного либо иного крана, устройств и приспособлений для выполнения такелажных работ. Также они могут использоваться отдельно для аккуратного перемещения и безопасного подъема различых грузов на небольших судах и других объектов. Среди других сфер применения отметим:
Конструктивные особенности современных полиспастов
Основной сферой применения подобных систем остаются стреловые механизмы башенных, мостовых, автомобильных кранов. С помощью полиспастов можно значительно увеличить силу либо наоборот скорость. Первое используют в кранах, а второе в подъемниках. Конструктивно они включают следующие элементы:
Традиционной компоновкой полиспастов остается вертикальной, а место расположение барабана определяется наличием обводных блоков. Если последние отсутствуют, то барабан находится вверху и наоборот. Одновременно количество блоков (для силового типа) определяет степень роста суммарного усилия, а количество подобных элементов с неподвижно закрепленной осью на 1 меньше, чем с подвижной.
Специфика роста кратности в полиспастах различного типа
Увеличение кратности в силовых системах позволяет снизить нагрузку на каждый отдельных канат, что позволяет добиться сразу нескольких эффектов:
Одновременно в этом случае понадобится большая канатоемкость барабана, так как выигрыш в силе автоматически ведет к «проигрышу» по расстоянию.
У скоростных полиспастов рабочую силу, которая развивается пневматическим либо гидравлическим цилиндром, прикладывают непосредственно к подвижной обойме, а груз одновременно подвешивают к свободного краю подъемной цепи, каната либо веревки. Здесь выигрыш в скорости будет чем больше, тем выше подъем груза.
Особенности силовых полиспастов
Ключевой характеристикой подобных систем остается максимальна нагрузка, которая может быть развита. В общем случае, она зависит от следующих факторов:
На механизме по подъему и передвижению груза может быть одновременно установлено несколько полиспастов, то позволяет равномерно распределить нагрузку и уменьшить толщину веревки либо каната. Одновременно одинарные полиспасты наиболее просты технически (у них один конец закреплен, а второй находится на барабане). Одновременно у последних очень ограничен угол отклонения из-за риска схода подъемного каната с блока. Вместе с этим наличие дополнительного блока усложняет и удорожает всю систему, но дает сразу несколько преимуществ:
Наиболее широко используют на практике следующие схемы полиспастов:
Особенности выбора полиспаста
В идеальном случае, для каждого грузоподъемного механизма подобная система должна проектироваться индивидуально. При этом учитывают следующие факторы:
На практике обычно используют типовые решения, что позволяет сэкономить время на производстве, проектировании подобных систем, их сертификации. Дополнительно они обходятся значительно дешевле для конечного покупателя.
Запасовка полиспастов
На практике может появиться необходимость изменить расстояние между основными грузовыми блоками и расположение последней. Подобная процедура называется запасовкой и она позволяет изменить скорость либо высоту подъема груза. В грузовых кранах с ее помощью можно подкорректировать нарушенную прямолинейность подъема, что повышает общую безопасность работ и предсказуемость поведения.
Всего существует четыре вида запасовки:
Полиспасты
Необходимость поднимать и передвигать грузы возникла еще в глубокой древности по всему миру при возведении Колизея, Великой Китайской стены и т. д. Наши предки изобрели механизм под названием «полиспаст», основной принцип работы которого до сих пор актуален. Он состоит из множества блоков, их затягивают тросом. Практически у всех полиспастов назначение и устройство одинаково. По потребностям сборку рассчитывают на том, чтобы усилить показатели в силе и скорости.
Назначение и применение полиспаста
Грузоподъемные механизмы конструктивно отталкиваются от правила рычага и силы трения, чтобы увеличить силу или скорость подъема объекта. Два ключевых элемента устройства полиспаста составляют основу работы данного механизма:
Тросы соединяют элементы конструкции. Неподвижный шкив состоит из роликов, по каждому из которых проводится цепь или канат, что позволяет сократить давление на каждый ролик путем увеличения количества рабочих ветвей, таким образом для подъема тяжелого груза нужно рассчитать и организовать подходящее количество роликов.
Одной из главных характеристик подобного механизма по праву считается его кратность. Данная характеристика этого устройства рассчитывается следующим образом:
При подобном расчете мы определяем мы можем определить коэффициент выигранной силы или скорости по итогу использования данного механизма. Изменить кратность полиспаста можно, добавляя или удаляя дополнительные шкивы системы, соблюдая следующие условия:
Устройство
Таким образом, мы видим схему простейшего устройства полиспаста:
Барабан привода изображен при помощи большого круга, небольшие круги обозначают шкивы системы. На схеме указаны два вида запасовки троса/ цепи:
Более продвинутые системы полиспаста состоят из трех и более подвижных и неподвижных частей, которые затягиваются канатом при определенной последовательности. Усложненная схема полиспаста выглядит следующим образом:
Работает полиспаст при помощи двух неподвижных шкивов, которые закреплены на поверхности, и два — подвижных. Два его шкива неподвижно закреплены к поверхности, другие — движутся. Подобная схема примерно в четыре раза сокращает давление, оказываемое на привод при тяговом усилии на трос. Точность этой примерно разницы составляет 93-97%, изменяясь в зависимости от качества использованных элементов и точности исполнения конструктивных решений.
Если потребуются определить точный КПД действия полиспаста или рассчитать схему подъема сложного механизма, нужно обратиться к точным формулам. К тому же, без них нельзя обойтись из-за того, что создать идеальные условия в обычной жизни практически невозможно и потому что на конструкцию также действует сила трения, которая создается при движении шкивов по канату/цепи в процессе вращения ролика вне зависимости от используемых подшипников. К негативным факторам дополнительно относится отсутствие на стройплощадке и в комплекте стройтехники гибкого и податливого каната. Жесткость стальных тросов и цепей вынуждает прикладывать дополнительные усилия для перемещения груза, что также важно учитывать.
Существует уравнение моментов сил для полиспастов:
Элементы формулы расшифровываются подобным образом:
Если необходимо определить момент, все силы нужно умножить на плечо, которое равняется радиусу шкива R.
Сила, с которой набегает и сбегает веревка/цепь образуется, когда нити веревки/цепи начинают взаимодействовать и создают трение. Учитывая тот факт, что усилие, которое нужно приложить для сгибания или разгибания веревки/цепи оказывается ниже вышеперечисленных, регулярно пренебрегают расчетом воздействия на ось блока:
Это уравнение расшифровывается следующим образом:
N – уровень воздействия на ось блока.
Sн – сила движения набегающего веревки/цепи (можно использовать значение принимается примерно равным Sс).
sin(a) – градус угла. с которым отклоняется веревка/цепь от оси.
Далее получаем формулу расчета КПД блока полиспаста:
Принцип работы полиспаста
Сквозь статичный шкив для подъема груза перекидывается канат/цепь, груз поднимается при прикладывании усилий, сопоставимых с исходным весом. Через эту конструкцию пропускается цепь. Высота, на которую поднимается груз должна быть равной длине каната. Такая схема не позволяет сократить ни силовые, ни скоростные показатели процесса перемещения груза.
Вдвое сократить затраченные усилия при применении грузоподъемного механизма возможно, конец веревки фиксирует систему на статичном шкиве, а специальный подвижный ролик и крюк подвешивается к грузу. В таком случае подвижный шкив механизма передвигается параллельно грузу и усилия, которые нужно затратить на его подъем, сокращаются. В этих несложных манипуляциях и основывается работа подобного грузоподъемного устройства.
Главная задача неподвижных блоков — создать путь перемещения каната/веревки, не давая сократить затрачиваемые усилия. Подвижные шкивы, прикрепляясь к грузу, способны выиграть в усилиях. Можно двукратно сократить прилагаемые усилия на подъем груза, при помощи увеличения состава системы конструкции на парные шкивы, состоящие из подвижного и статичного шкивов, отталкиваясь от количества подвижных роликов.
Виды полиспастов
Силовыми механизмами называются системы, позволяющие экономить усилия на поднятие или перемещение груза за счет сокращения скорости его поднятия или перемещения, таким образом, сэкономленные усилия обратно пропорциональный затраченной скорости.
Также существуют скоростные механизмы, рычагом в таких системах является веревка, но усилия направляются на скорость подъема груза, что очень актуально для гидравлических систем.
Существуют следующие виды полиспастов:
Что влияет на эффективность подъемника?
В предыдущих разделах статьи упоминалось о приблизительной кратности полиспастов. что округляется в большую сторону. Однако в реальном использовании механизма, она часто оказывается ниже указанного. Какие же факторы влияют на подъемник и его эффективность?
Нужно обратить внимание на следующие вопросы:
Как крепится веревка к механизму?
Существует несколько способов крепления этой конструкции к цепи:
Запасовка полиспастов
В момент, если возникает необходимость изменить скорость или высоту подъема груза проводят запасовку, а именно изменяют расположение блоков и межблочное расстояние.
Запасовка полиспастов используется в следующих формах:
Современная жизнь, как и жизнь наших предков несколько тысячелетий назад, очень сильно бы усложнилась при отсутствии такого полезного механизма. Начав историю своего использования со строительства и машиностроения, полиспаст стал обязательным элементом обыденной жизни. В связи с этим, знать, что это и как им пользоваться, должен каждый.
Все о спецтехнике
Полиспаст. Назначение и устройство, виды, схема.
Привод грузоподъемного крана имеет свой предел. Вернее стоимость двигателя растет гораздо быстрее, чем вес груза, который он может поднять. Конечно, вам ничего не мешает поставить очень дорогой двигатель, но есть способ лучше — использование полиспаста.
По сути именно с полиспаста началось развитие ГПМ как сложных механизмов. В своей схеме полиспаст использует более древние изобретения, такие как блок и гибкое сочленение. Веревку вместо рычага начали использовать далеко не сразу.
В дальнейшем полиспаст начали использовать повсеместно. Ни одно парусное судно не обходится без такого простого, но незаменимого такелажа. Конечно, современная конструкция полиспаста сильно видоизменилась, но суть осталась та же.
Схема полиспаста
Вот простейшая схема полиспаста.
Кружки это блоки. Большой круг привод, а вернее барабан, грузоподъемного крана. Конец троса закреплен не на крюке крана, а на неподвижной относительно крана поверхности. Такой поверхностью может быть стрела крана или, если говорить про башенные краны, каретка. Нижний блок никак не закреплен на кране и является подвижным относительно него. Это две простейшие схемы устройства полиспаста.
Какие же нагрузки возникают в этом случае?
Расчет полиспаста
Вернее будет спросить, как изменится нагрузка на двигатель и на сам канат. В нашем случае она уменьшится в два раза. Конечно, можно приводить формулы и школьные примеры известные еще со времен Архимеда, но можете поверить на слово. Но это относительно простой пример. Как произвести расчет полиспаста более сложного я расскажу в другой статье. А теперь рассмотрим какие-же бывают полиспасты.
Устройство и виды полиспастов
Для начала стоит отметить, что все полиспасты делятся на два вида:
Конечно, нам как практикам более интересен силовой полиспаст, но стоит понять устройство и другого вида полиспаста.
В примере выше представлено устройство именно силового полиспаста. В нем усилие сокращается в два раза, но и присутствует существенный недостаток. Внимательно посмотрите на рисунок. Скорость изменения положения груза будет в два раза ниже, чем скорость «намота» троса на бобину двигателя.
Скоростной полиспаст представляет собой обратную картину. Просто представьте, что двигатель и крюк поменяли местами. Скорость относительно базового безблочного варианта возрастет в два раза. Но усилие необходимое чтобы поднять груз тоже вырастет.
Кратность полиспаста
Усложняем схему. Никто нам не мешает использовать не два блока, а три, четыре и более.
На рисунке представлен сдвоенный полиспаст. Нагрузка на двигатель снижена примерно в четыре раза. «Примерно» потому что часть усилия мы теряем на трение каната о блок. КПД блока обычно составляет 0,97.
Кратностью полиспаста называется как раз отношение усилий троса на барабане и около груза. В примере выше кратность полиспаста равна четырем.
Назначение и применение полиспаста
В современном строительстве полиспасты применяются очень широко. Крюки крана сложной конструкции со щеками сразу рассчитаны на них.
Конструкция полиспаста может быть заблокирована, если в ней нет необходимости. Применение полиспаста как самостоятельного ГПМ ограничено только одним фактором — отсутствие тормоза, жизненно необходимого в грузоподъемных машинах.
Множество специализированных фирм занимается продажей полиспастов. Прежде чем купить полиспаст убедитесь в правильности подобранных характеристик под ваши нужды и если возникают сомнения — обратитесь к профессионалам.