Сфера применения и расчет полиспастов

Сфера применения и расчет полиспастов

Как упростить ручной труд, имея под рукой Блоки и Монтажно-Тяговый Механизм (МТМ) или Лебедку? Для этих целей вам потребуется полиспаст – переносная блочная конструкция, используемая для подъема/перемещения всевозможных грузов при проведении строительных, монтажных, такелажных, спасательных работ. Чтобы правильно составить полиспаст своими руками, необходимо знать конструктивные особенности системы, варианты крепления тяговых канатов к грузоподъемному механизму и технологию запасовки.

С помощью полиспастов можно выполнять следующие манипуляции:

Натягивать электрические кабели, силовые линии и подвесные конструкции.
Посредством лебедки или МТМ вытащить севший в грязь транспорт.
Проводить такелажные работы, разгрузку/погрузку массивных грузов и т.д.

Общие сведения

Простейшие полиспасты могут собираться из одного блока и веревки. В таких полиспастах блок-ролик располагается над грузом (потолок, балка, подвесная опора). Первый конец веревки связан с крюком и спускается к поднимаемому грузу. Человек тянет второй конец веревки, поднимая тяжелый объект. Сложные устройства для подъема груза включают в себя несколько простых блоков и дают больший выигрыш в силе.

Принцип действия полиспастов основан на правиле рычага. Через неподвижный шкив перекидывается веревка. Груз поднимается на высоту посредством прикладывания усилий, соизмеримых с массой поднимаемого предмета. Длина каната или веревки должна быть сопоставима с высотой, на которую поднимается груз. Для снижения количества затрачиваемых усилий необходимо, чтобы подвижный блок осуществлял движение параллельно грузу.

Различают следующие типы полиспастов:

По предназначению: силовые и скоростные. Силовые полиспасты предназначены для транспортировки тяжелых объектов. Они обеспечивают выигрыш в силе за счет потерь в расстоянии и скорости. Скоростные полиспасты позволяют ускорить процесс транспортировки легких грузов за счет уменьшения прикладываемых усилий.
По сложности схемы. В простых схемах подъема груза при помощи блоков все ролики соединены последовательно. Сложные системы отличаются высокой производительностью. Выигрыш в силе обеспечивается при меньшем количестве блоков.

Схема полиспаста

Схема простого полиспаста выглядит так:

Большой круг на схеме изображает барабан привода лебедки/МТМ. Маленькие круги – блоки системы. На левой схеме запасовка троса (веревки) такова: один конец фиксируется на неподвижном элементе, второй – на тяговом механизме (барабане привода). Правый вариант предусматривает крепление каната на приводе и к оси подвижного блока.

В более сложных схемах полиспастных систем участвуют 3, 4 и более подвижных и неподвижных блок-роликов, последовательно обвитых канатом.

На рисунке схематически представлено сдвоенное устройство. Два его блока неподвижно зафиксированы к поверхности, два – движутся. В таком исполнении нагрузка на привод, оказывающий тяговое усилие на трос, приблизительно в 4 раза ниже, чем необходимое усилие для подъема объекта напрямую. Такая разница условная, так как не учитывается КПД устройства, параметр которого обычно варьируется в пределах 93 — 97%, и зависит от качества применяемых блоков, сложности схемы полиспаста.

Как правило, в расчетах применяются такие значения КПД блочной системы:

97% – в элементах используются бронзовые втулки и подшипники качения;
95% – применяются подшипники скольжения;
93% и ниже – запыленные места, агрессивные природные условия эксплуатации механизма, высокая температура.

Расчет полиспаста

Расчет нужно начинать с определения параметров и сил, воздействующих на блок:

Однако следует отметить, что современные устройства такого типа фактически не имеют углов отклонения. Поэтому (ввиду отсутствия практического смысла) ими можно пренебречь, а в дальнейших расчетах принять синус этого угла за единицу.

Для блока уравнение моментов сил выглядит так:

Sс*R = Sн*R + q*Sн*R + N*f*d/2, где:

тяговая сила механизма (Sc);
сила воздействия груза (Sн);
α – угол отклонения;
R – радиус блока;
D – диаметр блока (ручья);
d – диаметр втулки;
q – коэффициент, определяющий жесткость троса при огибании ролика (определяется эмпирическим путем);
N – нагрузка на ось блока;
f – коэффициент, определяющий силу трения втулки блока.

Для реального расчета параметр «q» не имеет значения. Точнее, его показатель настолько мал в сравнение с силой трения во втулке, что его можно не учитывать. В таком случае формула примет вид:

Sс*R = Sн*R + N*f*d/2

Находим нагрузку N. Она определяется разницей в нагрузках на трос с разных сторон блока:

N = 2*Sн*R*sin(α)

А поскольку мы опускаем углы, формула упрощается:

N = 2*Sн*R

Объединив все, получаем формулу определения КПД подъемного устройства:

Упустив малозначимые параметры, формула упрощается до:

ηп = 1/(1+2*f*d/D)

Эта формула показывает, что для КПД системы важнейшее значение — качество и материал блоков. Чем ниже их сила трения, тем выше показатель КПД.

Теперь расчет сил на один блок производится на соответствующее их количество в системе полиспаста.

Запасовка полиспастов

Запасовка – процедура изменения местоположения шкивов и расстояния между ними. Целью запасовки является регулирование скорости и высоты подъема грузов в соответствии с определенной схемой прохождения троса по блокам грузоподъемного механизма. Существуют следующие разновидности запасовки:

Схема №1. Однократная. На крюке крепится 1 веревка, которая проводится через все неподвижные блоки и наматывается на барабан лебедки.
Схема №2. Двукратная. Первый конец каната крепят на головке поворотного элемента крана, второй – на лебедке. Двукратная запасовка актуальна на стреловых кранах.
Схема №3. Четырехкратная. Две рабочие ветви каната проводятся через шкивы рабочей стрелы. Соседние полиспасты скрепляются между собой при помощи статичного блока, монтируемого на стойке платформы. Этот метод применяется для устройств с большой грузоподъемностью.