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:

1. Простые схемы , состоящие из линейной последовательности блоков. Они соединяются между собой и с грузом общим канатом.
2. 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.
3. 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.

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, . 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. 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:

• силовой полиспаст
• скоростной полиспаст

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. 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.

Лекция № 6 ПОЛИСПАСТЫ

План лекции:

6.1 Назначение полиспастов.

6.2 Типы полиспастов.

6.1 Назначение полиспастов.

В грузоподъемных машинах груз может быть подвешен к одному или нескольким ветвям гибкого тягового органа.

В случае подвеса груза к нескольким ветвям гибкий орган огибает систему блоков, соединяемых в неподвижные и подвижные обоймы, образуя полиспасты. В полиспастах все блоки огибаются одним гибким органом, конец которого может крепиться на подвижной или неподвижной обойме. Блоки в обоймах должны вращаться независимо один от другого, так как тяговый орган, проходя неодинаковые расстояния по блокам вращает их с разными скоростями.

6.2 Типы полиспастов.

Наиболее простая схема подвешивания груза изображена на рис.10,а, когда один конец каната закреплен на барабане, а на другом находится груз массой Q.

В канате возникает усилие S. При большой массе груза увеличивается и усилие. Так как оно определяет выбор диаметров каната, блоков и барабана, то растут и их размеры. Поскольку момент на барабане равен произведению усилия в канате на радиус барабана (М б = SR б), то он получится значительным. В целом механизм станет громозким, тяжелым и экономически не выгодным. Поэтому имеет смысл уменьшить усилие в канате. С этой целью подвес грузат осуществляют на двух или четырех канатах или с помощью полиспастов.

Полиспастом называется система нескольких подвижных и неподвижных блоков огибаемых гибким органом (канатом или цепью). Полиспасты применяются для подьема и подтягивания груза. Введение полиспастов в подьемный или стреловой механизмы крана позволяет уменьшить натяжение тягового органа и грузовой момент на барабане. Полиспасты позволяют также уменьшить передаточное отношение механизмов, в которых они устанавливаются, а следовательно, вес и их стоимость.

Как самостоятельное устройство для подьема грузов полиспаст применяется редко ввиду отсутствия самоторможения.

^ Неподвижные направляющие блоки закрепляются на неподвижных осях и служат только для изменения направления тягового органа, не давая выигрыша в силе и скорости.

Вследствии трения в подшипниках блока и дополнительных усилий от преодоления жесткости канатов при перегибе соотношение между необходимым тяговым усилием S и весом Q поднимаемого груза выразится формулой:

^ S = Q/ή блока

Где ή блока - к.п.д. учитывающий потери на трение в подшипниках блока и жесткость тягового органа. При огибании одиночного блока стальным канатом и установке блока на подшипниках скольжения ή блока = 0,95; при установке блока на подшипниках качения ή блока = 0,98.

Подвижные направляющие блоки

Если подвесить груз Q к подвижному блоку и один конец каната закрепить в неподвижной точке, то сила тяги на другом конце каната будет приблизительно в 2 раза меньше веса груза, а скорость движения блока и груза приблизительно в 2 раза меньше скорости тянущего конца.

^ S = Q/2ή блока

В этом случае получается выигрыш в силе и проигрыш в скорости.

Если к подвижному блоку приложить силу тяги S, а груз Q подвесить к тяговому органу, то сила тяги будет приблизительно в 2 раза больше веса груза, а скорость подъема груза – приблизительно в 2 раза больше скорости блока;

^ S = 2Q/ή блока

В этом случае получается проигрыш в силе и выигрыш в скорости подъема груза.

Т.о. в машинах для подьема груза используется полиспасты прямого и обратного действия.

Полиспасты прямого действия служат для выигрыша в силе. В подьемном механизме они предназначены для уменьшения натяжения гибкого органа, конец которого набегает на барабан.

6.3 Кратность и типы полиспастов.

Основным параметром полиспаста является его кратность (передаточное отношение) , под которой понимается отношение скорости ведущего конца гибкого тягового органа к ведомому или числа ветвей каната (цепи), на которой подвешен груз, к числу ветвей каната наматываемых на барабан.

Кратность полиспастов прямого действия равна или больше единицы.

i = V S /V Q

Где V S ,V Q – соответственно скорости ведущего и ведомых концов гибкого органа.

В общем случае полиспасты любой кратности могут образовываться путем введения в схему запасовки гибкого органа дополнительных блоков, причем для полиспастов нечетной кратности конец тягового органа должен закрепляться на подвижной обойме, для полиспастов четной кратности его крепление производится на обойме неподвижных блоков.

П
олиспасты обратного действия обес-

печивают выигрыш в пути и скорости

движущего органа и широко используются в

подъемниках и погрузчиках.

Для полиспастов обратного действия

кратность полиспаста меньше единицы т.к.

V S
Скоростные полиспасты отличаются от

полиспастов силовых тем, что в них рабочее

усилие, обычно развиваемое гидравлическим

или пневматическим приводом, прикладывает-

ся к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната. Следовательно являются как бы обратными по отношению к силовым полиспастам.

В
одинарных полиспастах при нама-

тывании или сматывании каната с барабана,

вследствие перемещения каната

вдоль оси барабана, создается нежелатель-

ное изменение нагрузки на опоры барабана

Кроме того, если в одинарном полиспасте

нет обводных блоков и канат с блока крю-

ковой обоймы непосредственно переходит

на барабан, то при перемещении каната

вдоль оси барабана происходит перемеще-

ние груза не только по вертикали, но и по

горизонтали. Для обеспечения строго

вертикального подъема груза и постоян-

ства нагрузок на опоры барабана приме-

няются сдвоенные полиспасты, состоящие из

двух одинарных полиспастов.

Для обеспечения нормального положения грузовой обоймы при возможной неравномерной вытяжке ветвей каната обоих полиспастов чаще всего применяют уравнительный блок. Этот блок при подъеме и спуске груза не вращается и служит лишь для уравнивания длины ветвей обоих полиспастов при неравномерной вытяжке каната. При четной кратности он расположен среди неподвижных блоков, а при нечетной – среди подвижных блоков грозовой обоймы. Так как на уравнительном блоке канат перемещается только изредка, то допускается его диаметр принимать равным 0,8 величины диаметра блока, а у электроталей и стреловых самоходных кранов равным 0,6 этого диаметра.

Из сравнения одинарных полиспастов со сдвоенными последние обладают некоторыми преимуществами:

Обеспечивают вертикальный подъем груза при отсутствии у барабана направляющего блока;

Груз находится в воздухе в более устойчивом положении т.е. меньше раскачивается, т.к. висит на двух широко раставленных ветвях;

При одинаковом уменьшении усилия в одной ветви каната изнашивание его будет меньше, т.к. он имеет меньше перегибов на блоках. Например, для уменьшения усилия примерно в четыре раза в одинарном четырехкратном полиспасте канат четырежды перегибается на блоках, а у двукратного сдвоенного – дважды, посколькцу изгиб на уравнительном блоке во внимание не принимается. Вместе с тем усилие на барабане возрастает вдвое по сравнению с одинарными полиспастами, т.к. на барабан поступают две ветви каната;

При подъеме одного и того же груза с одинаковой скоростью оказывается, что в сдвоенном полиспасте вследствие подвески груза на вдвое большем числе ветвей, диаметры каната, барабана и блоков меньше и, следовательно, число оборотов барабана больше, а передаточное число редуктора меньше. Однако, вследствие наматывания на барабан вдвое большей длины каната, длина барабана получается значительно больше, чем при одинарном полиспасте.
2 Что такое полиспаст?

3 Что дает полиспаст прямого действия?

4 Что дает полиспаст обратного действия?

5 Что такое кратность полиспаста?

6 Назовите недостатки одинарных полиспастов?

7 Охарактеризуйте сдвоенные полиспасты?

Блоки могут быть классифицированы как по внешнему виду, так и по функциональному содержанию. Кроме того, элементы блока могут быть составляющим более сложного устройства.

По количеству шкивов блоки можно разделить на одинарные, двойные, тройные и т.д. Блоки, имеющие в конструкции механизм блокировки верёвки называются фиксирующими блоками. Блок с последовательно расположенными шкивами называется тандемом и используется на горизонтальных или наклонных линиях. В зависимости от назначения, шкив на блоке может быть установлен на подшипник, латунную или пластиковую втулку. Эта особенность влияет на эффективность системы, где они используются и, само собой, на цену.

Полиспастом можно назвать любую систему или устройство, содержащую верёвку (канат) и использующую блоки для обеспечения выигрыша в силе или в скорости. В промышленном альпинизме и верёвочной технике используются силовые полиспасты для работы с грузами, натяжения линий или спасательных задач. Эффективность полиспаста определяется его кратностью и зависит от конфигурации полиспастной системы и количества ветвей в системе.

Полиспасты часто применяются в качестве элементов системы для организации эвакуационных мероприятий и спасения и позволяют быстро освободить работника от зависания и переместить его в безопасную зону.

Для того, чтобы купить блоки и полиспасты оптом в Москве обратитесь в наш отдел продаж или оформите заказ на сайте для дальнейшего согласования поставки с нашими специалистами.

Полиспаст - система подвижных и неподвижных блоков, соединенных гибкой связью (канатом или цепью), применяемая для увеличения силы - силовой полиспаст или скорости - скоростной полиспаст . Обычно в применяют силовые полиспасты, позволяющие уменьшить натяжение гибкого грузового органа, момент от веса груза на барабане и передаточное число механизма. Скоростные полиспасты, позволяющие получить повышение скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента, применяют значительно реже, например, в гидравлических или пневматических подъемниках. В полиспаст входят подвижные блоки, ось которых перемещается в пространстве, и неподвижные блоки.

Схемы полиспастов

Рис. 1: а – одинарный двухкратный; б – одинарный трехкратный; в, д – сдвоенные двухкратные; г – сдвоенный трехкратный

В одинарных полиспастах (рис. 1, а, б) один конец закреплен на барабане, а второй конец закрепляется при четной кратности (а) на неподвижном элементе конструкции, а при нечетной кратности (б) - на крюковой обойме. При наматывании или сматывании каната с барабана, если отсутствуют обводные блоки, то есть канат с блока крюковой обоймы непосредственно переходит на барабан, происходит перемещение груза не только по вертикали, но и по горизонтали.

Для обеспечения строго вертикального подъема груза применяют сдвоенные полиспасты (рис. 1, в-д), состоящие из двух одинарных полиспастов. В этом случае на барабане закрепляют оба конца каната. Для обеспечения нормального положения при неравномерной вытяжке ветвей каната обоих полиспастов применяют установку балансира или, что чаще, уравнительного блока C (рис. 1, в). При установке уравнительного блока можно использовать целый канат без дополнительных креплений на балансирах. Однако осмотр и контроль состояния каната на этом блоке вследствие малого угла поворота затруднительны. Поэтому в кранах с тяжелым и весьма тяжелым режимом работы предпочтительно применять уравнительные балансиры А (рис. 73, д).

Уравнительный блок C при подъеме и спуске груза обычно не вращается и служит лишь для уравнивания длины ветвей обоих полиспастов при неравномерной вытяжке каната, поэтому согласно правилам Госгортехнадзора допускается его диаметр принимать равным 0,8 диаметра, определенного по формуле, а у электроталей и стреловых самоходных кранов - равным 0,6 этого диаметра. При четной кратности полиспаста он располагается среди неподвижных блоков, а при нечетной - среди подвижных блоков крюковой подвески.

Расчет сдвоенного полиспаста ведут аналогично , причем каждый полиспаст рассматривают отдельно при действии на него половины общей нагрузки. Если h - высота подъема груза, то длина каната одинарного полиспаста, наматываемого на барабан, L = ah, где a - кратность полиспаста. Кратность сдвоенного полиспаста равна кратности одинарных полиспастов, составляющих его. Для сдвоенного полиспаста величина L соответствует длине каната, наматываемого на одну половину барабана.

Скорость подъема груза υ гр и скорость каната, навиваемого на барабан связаны между собой соотношением υ = aυ гр, где υ = πD 2 n бар /60, м/с; D 2 - диаметр барабана, измеренный по центру каната; n бар - частота вращения барабана, об/мин.

Силовой полиспаст

В силовых полиспастах грузоподъемных машин можно использовать канаты небольшого диаметра и, следовательно, уменьшить диаметры барабана и блоков, снизить массу и габариты . Увеличение кратности полиспаста позволяет снизить передаточное число редуктора, но одновременно требует большей длины каната и канатоемкости барабана. Увеличение числа блоков при повышении кратности полиспаста вызывает увеличение потерь и возрастание мощности, затрачиваемой на подъем груза, а также увеличивает число перегибов каната, что вызывает некоторое снижение его срока службы. В то же время, как уже указывалось, канат при большой кратности полиспаста имеет небольшой диаметр и, следовательно, большую гибкость, что способствует увеличению долговечности. Выбор каната, типа и кратности полиспаста связан с проблемой общей компоновки механизма и с его параметрами, в частности с передаточным числом механизма, габаритами и массой, что в свою очередь влияет на размеры всей грузоподъемной машины и на размеры здания, где эта машина устанавливается.

Так, если для подъема груза одного и того же веса G гр с одинаковой заданной скоростью подъема υ гр применять полиспасты различной кратности, то параметры механизмов подъема будут различными. Статическая мощность этих механизмов N ст = G гр υ гр /1000η п, необходимая для подъема груза, будет другой только из-за различия в значениях КПД, и при кратностях, отличающихся незначительно (например, механизмы с кратностью два и четыре), потребную мощность двигателя можно считать одинаковой. Так как максимальные силы в канатах полиспастов изменяются практически обратно пропорционально кратности полиспаста, то с увеличением кратности уменьшаются нагрузка в канате и его диаметр, а также и диаметр барабана. Скорость наматывания каната на барабан изменяется прямо пропорционально кратности, и в полиспасте с большей кратностью она имеет большее значение. Тогда при одинаковой заданной скорости подъема и одинаковой частоте вращения ротора передаточное число редуктора, соединяющего двигатель с барабаном, оказывается меньше при полиспасте большей кратности благодаря большей скорости навивки каната на барабан и меньшему его диаметру.

Скоростной полиспаст

Скоростной полиспаст (рис. 2) отличается от силового полиспаста тем, что в нем рабочая сила F, обычно развиваемая гидравлическим или пневматическим цилиндром, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната.

Схема скоростного полиспаста

Рис. 2

Расчет скоростных полиспастов принципиально не отличается от расчета силового полиспаста. При перемещении обоймы полиспаста (точки А на рис. 2) на расстояние h груз проходит путь H = ah, где a - кратность скоростного полиспаста и, следовательно, скорость перемещения груза υгр = aυА, где υА - скорость перемещения обоймы полиспаста.

Сила F, необходимая для подъема груза весом Gгр, определяется по формуле.