Система блоков для подъема грузов своими руками

Кратность полиспаста

Следует отметить, что расчет полиспаста играет очень важную роль. Ведь механизм работает далеко не в идеальных условиях. На него воздействуют силы трения, возникающие при перемещении троса по шкиву. Также силы трения возникают при вращении ролика, независимо от того, какие подшипники в нем используются.

Для определения силы натяжения применяемой веревки без учета потерь на трение необходимо вес груза поделить на кратность полиспаста. Под ней следует понимать количество нитей каната, удерживающих груз. Также не следует пренебрегать трением. От него также зависит эффективность функционирования полиспаста.

Снизить его можно, используя блоки и канаты высокого качества, а также посредством качественного исполнения, исключающего ненужные перехлесты и перегибы.

На сегодняшний день схемы полиспастов изучаются даже в школьном курсе физики. С их помощью изготовить эту конструкцию не составит большого труда. Также необходимо приобрести следующие элементы:

• фитинг;
• канат;
• лебедку.

Одинарный полиспаст

Канатные схемы с полиспастами прямого Действия a — сдвоенный шестикратный полиспаст. б — два сдвоенных шестикратных полиспаста.| Канатная схема с полиспастами обратного действия. m — кратность полиспаста.

Одинарные полиспасты удобны для кранов со стрелами вследствие более простой схемы. Имеющееся боковое смещение каната при наматывании на барабан не нарушает вертикальности подъема груза благодаря направляющему блоку на конце стрелы. В лебедках тележек мостовых и козловых кранов и перегружателей применяются только сдвоенные полиспасты, обеспечивающие вертикальность подъема и равномерность нагрузок на опоры барабана.
 

Схемы одинарных полиспастов.

У одинарных полиспастов, показанных на рис. 81, а, 6, тянущий конец каната сходит с блока верхней неподвижной обоймы, а на рис. 81, в, г — с блока нижней подвижной обоймы. Полиспасты первого типа применяются в стреловых кранах, а второго типа — в мостовых и козловых.
 

Схемы полиспастов.

В одинарных полиспастах ( рис. 74, а, б) один конец каната закреплен на барабане, второй конец при четной кратности ( о) — на неподвижном элементе конструкции, а при нечетной кратности ( б) — на крюковой обойме. При наматывании или сматывании каната с барабана, если отсутствуют обводные блоки, т.е. канат с блока крюковой обоймы непосредственно переходит на барабан, происходит перемещение груза не только по вертикали, но и по горизонтали.
 

В одинарных полиспастах один конец каната закрепляют на барабане, а второй — на крюковой подвеске или на неподвижной опоре. При подъеме или опускании груза канат наматывается или сматывается с барабана.
 

Кроме того, в одинарных полиспастах не обеспечивается строго вертикальный подъем груза, имеется большее стремление к закручиванию крюковой подвески.
 

Кроме того, если в одинарном полиспасте отсутствуют обводные блоки и канат с блока крюковой подвески непосредственно направляется на барабан, то при перемещении каната вдоль оси барабана происходит передвижение груза не только по вертикали, но и по горизонтали. Преимуществом применения уравнительного блока является возможность использования целого каната без дополнительного крепления на балансире. Уравнительный блок Г при подъеме и опускании груза не вращается. При четной кратности он расположен в области установки неподвижных блоков, а при нечетной — в области установки подвижных блоков крюковой подвески.
 

Механизм подъема с индивидуальным приводом и с одинарным полиспастом ( рис. 6.1, а) отличается от рассмотренного выше отсутствием вала-вставки, одной из соединительных муфт и уравнительного блока. Канатный барабан в этом случае имеет одностороннюю нарезку. В случае применения гладкого барабана используют специальный ка-натоукладочный механизм, обеспечивающий правильную укладку каната по слоям навивки и вдоль барабана.
 

Схемы сдвоенных полиспастов.

Под кратностью сдвоенного полиспаста подразумевается число ветвей каната одинарного полиспаста, на которых висит груз.
 

Расчет сдвоенного полиспаста ведут аналогично приведенному выше расчету для одинарного полиспаста, причем каждый полиспаст рассматривают отдельно при действии на него половины общей нагрузки. Если h — высота подъема груза ( см. рис. 73 и 74), то длина каната одинарного полиспаста, наматываемого на барабан, L — a / i, где а — кратность полиспаста. Кратность сдвоенного полиспаста равна кратности одинарных полиспастов, составляющих его. Для сдвоенного полиспаста значения L соответствуют длине каната, наматываемого на одну половину барабана.
 

Расчет сдвоенного полиспаста ведут аналогично приведенному выше, причем каждый одинарный полиспаст рассматривают отдельно при действии на nei о половины общей нагрузки. Кратность сдвоенного полиспаста определяется кратностью одинарных полиспастов, составляющих сдвоенный полиспаст.
 

В лебедках, тельферах и других простейших подъемных устройствах применяют в основном одинарные полиспасты. В отличие от них в мостовых и козловых кранах применяют полиспасты сдвоенные. В этом случае груз подвешен на двух канатах, которые огибают систему блоков и наматываются на один барабан.
 

Более сложные

Очевидно, что линейное увеличение количества блоков достаточно быстро приведет к ситуации, когда при добавлении очередного блока полученное усилие не увеличивается, а уменьшается. Есть способ несколько отдалить этот момент. Решение вы поймете, внимательно посмотрев на такую конструкцию:

Здесь мы последним блоком (ближайшим к тянущему) нагружаем не груз, а веревку, уже прошедшую через блок. То есть фактически, последовательно соединяем два полиспаста 2:1 и 3:1. При этом получаем устройство с теоретическим усилием в 6 раз, собранное всего из трех блоков. Фактический выигрыш составит 6*0.9*0.9*0.9=4.3 Применив некоторую фантазию, вы придумаете, как добавив еще всего один блок получить полиспаст 9:1

Общие сведения

Шлюпбалка с полиспастом для спуска на воду и подъёма шлюпок на борт

Определение сопротивлений в неподвижных блоках.

Скорость каната при огибании неподвижного блока не меняется. При движении каната неподвижный блок приводится во вращение силами трения, возникающими между канатами и ручьём (канавкой) блока.
При этом натяжение S₂ сбегающей ветви каната будет больше натяжения S₁ набегающей ветви на сопротивление жёсткости каната и сопротивление трения в подшипниках блока:

S₂ = S₁ + W_ж + W_оп,

где:

• W_ж — сопротивление жёсткости каната, приведённое к ободу блока;
• W_оп — сопротивление в подшипниках блока, приведённое к ободу блока.

В этой формуле не учтено дополнительное сопротивление трения каната о реборду блока в момент набегания и сбегания каната, возникающее при отклонении каната от плоскости блока.
Вследствие жёсткости канат при набегании на блок не сразу входит в его ручей, а при сбегании не сразу приобретает прямолинейное положение.

Сложный полиспаст

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.

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.

На рисунке 9 показаны практически все основные виды полиспастов, используемые в спасательных работах.
Как показывает практика в большинстве случае этих конструкций вполне достаточно для выполнения любых задач.
Далее в тексте будут показаны еще несколько вариантов.

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).
Очень рекомендую всем тем, кто собирается работать с настоящими полиспастами. На своем опыте и опыте моих учеников знаю, что после такой отработки гораздо меньше ошибок и путаницы в реальных условиях.

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.

Cinema 4D для анимации

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:

История

Применение

Обычно полиспаст является частью механизмов подъёма и изменения вылета стрелы подъёмных кранов и такелажных приспособлений

Самостоятельно полиспаст применяется для подъёма (опускания) небольших грузов (например, шлюпок на судах).
Сдвоенные полиспасты имеют широкое применение в механизмах подъёма многих кранов — мостовых, консольных, козловых и других, где постоянство давлений на опоры барабана во время подъёма или спуска груза важно для обеспечения равномерной загрузки металлоконструкции моста под обоими рельсами.
Полиспаст в альпинизме. В горном туризме и альпинизме полиспаст применяется для натяжения перил и переправ, для подъёма пострадавшего (например, провалившегося в трещину)

Используется система из двух схватывающих узлов или механических зажимов, например жумаров. В промышленном альпинизме этот же принцип используется в такелажных работах при подъёме конструкций. Оригинальным решением специфического альпинистского полиспаста является так называемый полиспаст Мунтера.
Степенной полиспаст применяется при электрификации железных дорог для натяжения проводов контактной сети.
Небольшие полиспасты используются для натяжения подвесных кабелей связи и силовых кабелей, а также несущих тросов при строительстве подвесных линий по столбам и по крышам домов: мускульная сила человека обычно не позволяет натянуть большой пролёт кабеля достаточно сильно.
Полиспаст может использоваться для вытягивания застрявшего в грунте автомобиля, если нет лебёдки.

Виды полиспастов

Полиспасты делятся по нескольким признакам:

1. По назначению. Бывают силовые, а бывают скоростные схемы. Силовые позволяют поднимать больше груза, но медленнее. Скоростные позволяют поднимать тяжесть быстрее, но «осилят» меньший вес.
2. По количеству блоков. Самый простой вариант — 1 ролик. Но их может быть и 2, и 3, и 4, и больше. Чем больше их — тем больший вес получится поднять.
3. По сложности схемы. Бывают простые схемы (когда ролики объединены последовательно 1 канатом) и сложные (когда используется 2 или больше отдельных полиспастов). Сложные системы более производительны, дают больше результата при меньшем количестве блоков. К примеру, если объединить 2 полиспаста (из 1 и из 2 блоков) — получится выигрыш в силе в 6 раз. Тогда как простая схема даст выигрыш в 6 раз только при использовании 6 роликов.

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:

• количество блоков;
• материал троса;
• тип подшипников;
• качество смазки всех осей;
• диаметр и длина каната;
• угол между канатом и средней плоскостью ролика.

Как крепится веревка к механизму?

Закрепить грузоподъемный механизм к тросу можно следующими способами:

1. Узлами, связанными из репшнуров. Количество оборотов — 3-5.
2. Зажимом общего назначения.

Виды полиспастов

Полиспасты делятся по нескольким признакам:

1. По назначению.
   Бывают силовые, а бывают скоростные схемы. Силовые позволяют поднимать больше груза, но медленнее. Скоростные позволяют поднимать тяжесть быстрее, но «осилят» меньший вес.
2. По количеству блоков.
   Самый простой вариант — 1 ролик. Но их может быть и 2, и 3, и 4, и больше. Чем больше их — тем больший вес получится поднять.
3. По сложности схемы.
   Бывают простые схемы (когда ролики объединены последовательно 1 канатом) и сложные (когда используется 2 или больше отдельных полиспастов). Сложные системы более производительны, дают больше результата при меньшем количестве блоков. К примеру, если объединить 2 полиспаста (из 1 и из 2 блоков) — получится выигрыш в силе в 6 раз. Тогда как простая схема даст выигрыш в 6 раз только при использовании 6 роликов.

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:

• количество блоков;
• материал троса;
• тип подшипников;
• качество смазки всех осей;
• диаметр и длина каната;
• угол между канатом и средней плоскостью ролика.

Как крепится веревка к механизму?

Закрепить грузоподъемный механизм к тросу можно следующими способами:

1. Узлами, связанными из репшнуров. Количество оборотов — 3-5.
2. Зажимом общего назначения.

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.

Простые модели

Простейший полиспаст можно соорудить из единственного блока.

Исходя из школьного курса физики, мы знаем, что при подъеме груза таким образом необходимое усилие, требуемое приложить к свободному концу веревки будет в два раза меньше веса груза. При этом длина веревки, выбранной во время подъема окажется в два раза длиннее, чем высота, на которую поднимется груз. Такое простейшее устройство для подъема в принципе уже можно назвать полиспастом 2:1, т.е. устройством, в два раза увеличивающим прилагаемое усилие. Поднимая таким способом груз, можно обойтись вообще без блока, использовав вместо него обычный карабин.

С двумя блоками мы можем увеличить свою силу в 3 раза. В данной конструкции с использованием двух схватывающих узлов, которые затягиваются при рывке веревки мы дополнительно обеспечиваем страховку груза от падения, в случае если выбирающий неожиданно отпустит веревку.

Добавив пару блоков к первой конструкции мы получим теоретический выигрыш в прилагаемой к грузу силе в 4 раза, столько же потеряв в длине веревки. Это уже полиспаст 4:1. Откуда берется дополнительная сила? При данной схеме подвеса груза, 3/4 его веса приходится на опору, и только 1/4 нагружает свободный конец веревки. «Дайте мне точку опоры, и я переверну землю» — рассуждал Архимед на тему рычагов и блоков. Казалось бы, увеличивя по аналогии число используемых блоков мы теоретически можем увеличивать свои возможности в поднимании груза до бесконечности. Однако, практика оказывается более жестокой, ибо на свете есть еще трение. Самые лучшие блоки, используемые на практике, забирают на трение не менее 10%. Таким образом, приложив усилие достаточное для подъема груза в 1 кг. по первой схеме мы сможем одолеть груз в 2*0.9=1.8 кг, а при использовании полиспаста 4:1 не 4 кг, как ожидается, а 4*0.9*0.9*0.9=2.91, т.е выигрыш окажется менее чем в 3 раза, при потерях веревки в 4! При использовании же вместо блоков карабинов, трение намного больше. Полиспаст 5:1

Дает реальное усиление чуть больше чем в три раза.

Разновидности подъемных устройств

Общим у блочка для подъема груза и строительного крана является использование идеи увеличения силы – правила рычага. Для того чтобы уравновесить груз на короткой стороне рычага, нужно приложить к длинной его стороне усилие меньше настолько, насколько короткое плечо меньше длинного. Соотношение сил на концах рычага называется передаточным числом.

Уравновесить и даже поднять тяжесть можно с усилием меньше его веса, но проделанный концом длинного рычага путь будет длиннее, чем у короткого, настолько же, насколько меньше сил для подъема было приложено. Выигрыша в работе (F1*L1=F2*L2) нет, но это и не требуется.

Использование закона Архимеда воплощается в разные подъемные механизмы, а как — зависит от назначения подъемника. Конструкции различаются по передаточному числу, принципу передачи усилия, мобильности, прочности, используемой энергии. Самые востребованные для самостоятельного изготовления виды:

• полиспасты;
• барабанные конструкции;
• рычажный механизм.

Как сделать ручную лебедку из подручного материала

Вес предметов бывает таким, что одному, а то и впятером, сдвинуть их с места вручную не получается, а надо. В таких случаях пригодится самодельное приспособление для подъема тяжестей или их перемещения. Ручная лебедка — самое востребованное устройство в таком деле. Для гаража ручную лебёдку своими руками сделать совсем нетрудно даже в домашних условиях. Но сначала нужен расчет и чертеж механизма.

Общим у блочка для подъема груза и строительного крана является использование идеи увеличения силы – правила рычага. Для того чтобы уравновесить груз на короткой стороне рычага, нужно приложить к длинной его стороне усилие меньше настолько, насколько короткое плечо меньше длинного. Соотношение сил на концах рычага называется передаточным числом.

Использование закона Архимеда воплощается в разные подъемные механизмы, а как — зависит от назначения подъемника. Конструкции различаются по передаточному числу, принципу передачи усилия, мобильности, прочности, используемой энергии. Самые востребованные для самостоятельного изготовления виды:

• полиспасты;
• барабанные конструкции;
• рычажный механизм.

Чтобы выбрать вид устройства, необходимого для конкретных работ, стоит ознакомиться с их возможностями и ограничениями.

Проще этого устройства для перемещения тяжелых предметов есть только металлический лом. Главный элемент – колесо с фаской по середине внешней поверхности, ось которого закреплена на потолочной балке.

Через него можно перекинуть таль, и подъемник с передаточным числом 1 к 1 готов.

Для увеличения рычага пропустим таль еще через одно незакрепленное колесо, ось которого соединена с грузом, а таль закрепим наверху конструкции.

  Виды абразивной наждачки по зернистости и обозначению

Наиболее компактны конструкции с одноосным расположением колес. В конструкции таких устройств две обоймы колес. Изучив чертежи полиспаста, своими руками собрать его не составит труда. Потребуются две обоймы:

1. траверса;
2. скоба для переноски;
3. щека для монтажа деталей;
4. колесо (блок);
5. упор;
6. подшипник;
7. втулка;
8. ось;
9. держатель оси;
10. масленка для подшипников;
11. ограничитель тали;
12. гайка;
13. подшипник;
14. щека.

Конец тали закрепляется на одной из обойм.

Кроме того, для сгибания троса на каждом колесе тратится сила, снижая КПД устройства. Можно снизить эти потери, увеличив диаметр колес, но одновременно произойдет увеличение веса и габаритов полиспаста.

Этих недостатков нет у другого вида подъемников.

  Какой термопистолет выбрать для домашнего использования

Принцип работы лебедок напоминает простейший рычаг, закрепленный в точке опоры.

Если короткое плечо рычага будет поверхностью цилиндра, а груз будет прикреплен к нему тросом, получится лебедка с передаточным числом, равным соотношению длины рычага и радиуса цилиндра.

Однако, для большого передаточного числа системы потребуется очень длинная рукоять, а это неудобно. Выход найден в двух разновидностях барабанных лебедок, увеличивающих передаточное число при помощи шестеренок или червячной передачи.

1. С гораздо меньшим трением работает редуктор из шестеренок. При использовании принципа передачи силы парой шестеренок разного диаметра ручную барабанную лебедку своими руками проще всего сделать так:

  Как своими руками сделать коптильню горячего копчения

Рычажные подъемники

Самое популярное применение рычажных подъемных механизмов — это автомобильный домкрат. В качестве универсального устройства его применяют реже, так как высота подъема невелика и ограничена.

В домашних условиях можно использовать подручные материалы и готовые передаточные узлы. Например, трещетка, используемая в автомобиле КАМАЗ для выравнивания тормозного усилия — это готовый червячный передаточный механизм.

Можно надолго избавиться от ручного поднятия тяжестей, если для работы один раз собрать систему мотолебедки своими руками. Для этого надо поставить на ось привода лебедки шестерню, соединив ее цепью с ведущей звездочкой бензопилы на жесткой конструкции корпуса.

Сочетая блоковые механизмы с барабанными лебедками, можно работать, компенсировав недостатки каждого вида подъемников. Например, в полиспастах не предусматривают фиксатор, исключающий обратное движение тали, а барабанные лебеди устраняют это очень просто. Зато угол между вектором подъемной силы и вектором веса у полиспаста может быть практически любым, чем не могут похвастать лебедки.

Расчет блока полиспаста

Рисунок 1

• Sн — сила, с которой груз воздействует на блок полиспаста;
• Sс — сила, с которой мотор крана воздействует на блок полиспаста;
• а (альфа) — потенциальный угол отклонения от оси;
• d — диаметр втулки блока полиспаста;
• D — диаметр ручья блока полиспаста.

На основе данной схемы полиспаста составим уравнение моментов сил.

• Sн*R -момент силы воздействия груза;
• q*Sн*R — момент силы необходимой на сгибание и разгибание троса;
• N — нагрузка на ось блока полиспаста;
• f — коэффициент трения втулки полиспаста о блок.

Коэффициент q определяется экспериментально и означает жесткость данного троса при огибании данного ролика полиспаста. Силы, возникающие при набегании и сбегании троса, обусловлены структурой самого троса, а точнее силами трения ниток внутри троса.

Как вы сами понимаете по сравнению с силами трения втулки блока полиспаста необходимое усилие на сгибание и разгибание троса крайне мало. Поэтому рекомендую пока об этом коэффициенте сильно не задумываться.

Теперь найдем нагрузку на ось блока полиспаста. Разницей в нагрузках на набегающей и сбегающей ветках мы пренебрегаем.

Собрав все это воедино, получаем: