Кратко о полиспастах
Полиспаст (от греч. polyspastos — натягиваемый многими верёвками) — это грузоподъёмное устройство, работающее по принципу рычага, и предназначенное для перемещения различных грузов, как по вертикали, так и по горизонтали, или для натягивания тетивы, например, переправы.
Любой полиспаст даёт определённый выигрыш в усилии для поднятия груза.
Степень увеличения прикладываемого тягового усилия в полиспасте называется передаточным числом или кратностью полиспаста и обозначается латинской буквой «I».
Конструктивно полиспаст состоит из двух типов блоков:
- неподвижных, прикреплённых к анкерной станции (балке, мачте, треноге и т. п.);
- и подвижных, которые крепятся к поднимаемому грузу.
Блоки соединяются между собой верёвкой (канатом, тросом, цепью и т. д.), которая, последовательно огибая все ролики блоков, одним концом обычно крепится к неподвижному блоку (при подъёме грузов — верхнему), а другой его конец (тяговый) через отводные блоки направлен к месту приложения силы (физической или механической).
Ролик неподвижного блока, с которого сбегает конец каната, считается отводным. Нижний блок полиспаста, как правило, имеет грузовой крюк (или соединительный элемент: карабин, шакл и т. п.), к которому подвешивают поднимаемый груз. А верхний — за который подвешивают сам полиспаст (см. рис. 1).
Рис. 1. Полиспаст в общем виде (а), в стянутом состоянии с крюком на блоках (б) и в стянутом состоянии с серьгами на блоках (в)
Условные обозначения:
1 — блок подвижный;
2 — канат;
3 — блок неподвижный;
4 — тяговый канат;
5 — серьга;
6 — крюк.
Основное достоинство полиспаста заключается в том, что он позволяет получить значительный выигрыш в силе. Поэтому использование полиспастов целесообразно в тех случаях, когда тяговое усилие имеющихся тяговых средств меньше усилия, необходимого для подъёма или перемещения объекта.
Что касается выигрыша в усилии, то его дают только подвижные блоки, закреплённые непосредственно на грузе или на верёвке, идущей от груза. Неподвижные (стационарные) блоки служат лишь для изменения направления движения верёвки и выигрыша в усилии не дают.
Например, полиспасты 3:1 и 4:1 можно получить такими вариантами (см. рис. 2):
Рис. 2. Схемы полиспастов
Скорость и путь, пройденный перемещаемым объектом, уменьшаются (по отношению к скорости и пройденному пути тягового конца троса) прямо пропорционально увеличению силы, т. е. во сколько раз выиграешь в усилии, во столько же раз проигрываешь в расстоянии, и чем «сильнее» полиспаст — тем он «медленнее».
Исходя из этого полиспасты подразделяются на силовые (прямые) и скоростные (обратные). Первые являются наиболее часто используемыми, поэтому далее речь будет идти о них.
Что до конструктивных особенностей, то полиспаст может конфигурироваться в самых различных сочетаниях из соответствующих составных элементов (подвижных и неподвижных блоков, канатов, анкеров, фиксаторов, вспомогательных зажимов, тормозов для плавного снятия нагруженных систем). Вследствие данной особенности полиспасты по конструктивному устройству дифференцируются на простые и сложные:
- в простом полиспасте все блоки огибаются одним тросом;
- в сложном — несколько простых полиспастов последовательно соединены между собой, т. е. один простой полиспаст тянет за другой простой полиспаст и т. д. В них последний блок нагружает не поднимаемый груз, а проходящий через блок канат. Т. е. происходит последовательное соединение полиспастов (например, соединение полиспастов 2:1 и 3:1 — теоретически обеспечивает повышение усилия в 6 раз).
В зависимости от того, где закреплён конец грузовой верёвки (на станции или на грузе), простые полиспасты подразделяются на чётные и нечётные. Если конец верёвки закреплён на станции, то все последующие полиспасты будут чётные (2:1, 4:1, 6:1 и т. д.). Если же конец грузовой верёвки закреплён на грузе, то будут получаться нечётные полиспасты (3:1, 5:1 и т. д.).
В отдельный вид выделены комплексные полиспасты, которые не являются ни простыми, ни сложными. Отличительной их особенностью есть наличие в системе блок-роликов, движущихся навстречу грузу. В этом заключается главное преимущество комплексных полиспастов в тех случаях, когда станция расположена выше и надо тянуть полиспаст вниз. Существуют и другие схемы.
Процесс расчёта теоретического выигрыша в усилии в полиспастах достаточно прост и строится на следующих правилах, согласно которым:
- каждый подвижный ролик (закреплённый на грузе), добавленный в систему, даёт двукратный теоретический выигрыш в силе;
- при простом полиспасте добавочное усилие складывается с предыдущим;
- при использовании сложного полиспаста необходимо умножать значения простых полиспастов, из которых он состоит.
При этом расчёт усилия каждого из простых полиспастов, входящих в состав сложного, производится по правилу простых полиспастов. Количество прядей считается от точки крепления полиспаста к грузу или грузовой верёвке, выходящей из другого полиспаста.
Рассмотрим наиболее часто используемые системы полиспастов, подчёркивая, что существуют и другие, более сложные, системы полиспастов, но редко применяемые.
Ниже на рисунке изображены самые популярные схемы простых и сложных полиспастов, приведённые в натуральном и схематичном виде (см. рис. 3, 4 и 5).
Рис. 3. Схемы простых полиспастов различной конфигурации
Рис. 4. Схемы сложных полиспастов различной конфигурации
Рис. 5. Условные схемы простых и сложных полиспастов различной конфигурации
Процесс подбора полиспаста имеет определённые особенности. Изначально схема полиспаста выбирается исходя из параметров объекта перемещения (в основном, его силы тяжести) и тяговых возможностей субъекта данного процесса (физических возможностей человека или параметров используемого оборудования).
В любой подвижной системе, состоящей из верёвки и блоков, неизбежны потери на трение. Теоретически можно до бесконечности добавлять стационарные блоки на станцию и подвижные блоки на груз с целью получения простых полиспастов различных усилий. Однако на практике этому мешает сила трения. Из-за силы трения невозможна чистая передача усилия и за счёт потерь на трение эффективность работы полиспаста может быть существенно ниже теоретически возможной. А увеличение количества блоков имеет определённый предел, за которым возможен и обратный эффект. Таким образом из вышесказанного можно сделать вывод, что основной проблемой полиспаста является преодоление силы трения. Основным решением проблемы трения является использование качественных блок-роликов на шарикрподшипниках с большими диаметрами ручьёв и мягких канатов. Известно, что КПД для блоков с опорой на подшипниках скольжения η=0,95÷0,96; для блоков на подшипниках качения η=0,97÷0,98.
А при использовании конструкции полиспаста без роликов, например, поставить рядом два карабина вместо одного. Благодаря этому увеличивается радиус перегиба верёвки и уменьшается сила трения.
ТМ «КРОК»,
август 2015 г.
← Как легализовать ТАЙПАРК или ТРОЛЛЕЙ
Протекторы для верёвок — в промальпе и не только →