Схема полиспаста с кратностью 6. Блоки, полиспасты. Как мы упрощаем подъем грузов

Полиспаст - грузоподъёмное устройство, состоящее из нескольких групп блоков, собранных в обоймы, последовательно огибаемых канатом. Полиспаст предназначен для увеличения силы, прилагаемой для перемещения груза. Название произошло от греческого Polyspaston, что означает "натягиваемый многими канатами". Принцип действия основан на использовании действия рычага или блока. Выигрываем в силе - проигрываем в расстоянии.

Используется полиспаст во многих случаях, где необходимо используя минимум приспособлений и ограниченное количество силы (как правило, силы собственных рук), поднять или переместить тяжелый груз, обеспечить натяжение веревки и т.п. В ходу подобные устройства у туристов и скалолазов, спасателей, промышленных альпинистов.

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.

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

Улучшение характеристик

Как увеличить качество системы? Прежде всего, надо уменьшать трение. Это достигается за счет выбора качественных веревок и блоков, аккуратного исполнения конструкции, не допускающей лишних перегибов и перехлестов. В случае, если блоков не хватает, и необходимо использовать карабин вместо блока, то имеет смысл поставить два вместе - при этом радиус перегиба будет больше, а это значительно уменьшит трение. Но основной Ваш инструмент - это голова и опыт.

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.

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. Количество роликов.
2. Длина веревки.

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:

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.

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:

1. Однократная: крюк вешают за 1 канат, который затем проводится последовательно через каждый неподвижный блок и наматывается на барабан.
2. Двукратная. Для балочных кранов 1 конец веревки крепят на корне стрелы, а второй конец пускают через обводной барабан, все блоки, после чего крепят к лебедке. Для подъемных кранов канат крепится к лебедке, а неподвижные блоки находятся на головке стрелы.
3. Четырехкратная. Используется сочетание схем, перечисленных выше, для каждого блока крюковой подвески.
4. Переменная. Подвижные ролики дополняются 1 или 2 подвижными обоймами.

Как сделать полиспаст своими руками?

Рассмотрим схему создания двукратного полиспаста.

Понадобится:

• 2 втулки.
• 2 ролика.
• 2 обоймы.
• Подшипники.
• Крюк (чтобы цеплять груз).
• Канат.

Пошаговая конструкция:

1. Втулки, ролики и подшипники соединяются и вставляются в обойму. В результате получается 2 вращающихся блока.
2. Трос пропускают через блок.
3. Обойма с пропущенным канатом крепится к опоре, под которой будет располагаться груз.
4. Второй конец каната пропускается через второй блок.
5. Ко второй обойме крепят крюк.
6. Оставшийся висеть конец каната фиксируют (за него необходимо будет тянуть для подъема груза).

После этого останется только закрепить груз (подцепить его крюком), и можно начинать подъем.

Полиспаст - это грузоподъёмное устройство, состоящее из нескольких подвижных и неподвижных блоков огибаемых веревкой, канатом или тросом, позволяющее поднимать грузы с усилием в несколько раз меньшим, чем вес поднимаемого груза.

Любой полиспаст дает определенный выигрыш в усилии для поднятия груза. В любой подвижной системе состоящей из веревки и блоков неизбежны потери на трение. В этой части для облегчения расчетов неизбежные потери на трение не учитываются и за основу берется Теоретически Возможный Выигрыш в Усилии или сокращенно ТВ теоретический выигрыш).

Примечание: разумеется, в реальной работе с полиспастами трением пренебречь невозможно. Подробнее об этом и об основных способах снижения потерь на трение будет сказано в следующей части «Практические советы по работе с полиспастами»

Основы построения полиспастов

Если закрепить веревку (трос) на грузе, перекинуть её через блок, закрепленный на станции (далее стационарный или неподвижный блок) и потянуть вниз, то для поднятия груза необходимо приложить усилие равное массе груза. Выигрыша в усилии нет Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через блок 1 метр веревки.

Это так называемая схема 1:1

Веревка (трос) закреплена на станции и пропущена через блок на грузе. При такой схеме для поднятия груза необходимо усилие в 2 раза меньше чем его масса. Выигрыш в усилии 2:1. Ролик движется вместе с грузом вверх. Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через ролик 2 метра веревки.

Это схема самого простого полиспаста 2:1

Рисунки №№ 1 и 2 иллюстрируют следующие Основные Правила Полиспастов :

Правило №1.

Выигрыш в усилии дают только ДВИЖУЩИЕСЯ ролики, закрепленные непосредственно на грузе или на веревке идущей от груза. СТАЦИОНАРНЫЕ ролики служат лишь для изменения направления движения веревки и ВЫИГРЫША В УСИЛИИ НЕ ДАЮТ.

Правило №2.

Во сколько раз выигрываем в усилии – во столько же раз проигрываем в расстоянии. Например: если в показанном на рис. 2 полиспасте 2:1 на каждый метр подъема груза вверх надо протянуть через систему 2 метра веревки, то в полиспасте 6:1 – соответственно 6 метров. Практический вывод – чем «сильнее» полиспаст – тем медленнее поднимается груз.

Продолжая добавлять стационарные ролики на станцию и подвижные ролики на груз, мы получим так называемые простые полиспасты разных усилий:

Примеры простых полиспастов Рис. 3, 4.

Правило № 3

Расчет теоретического выигрыша в усилии в простых полиспастах. Здесь все достаточно просто и наглядно.

Если необходимо определить ТВ уже готового полиспаста, То нужно посчитать количество прядей веревки, идущих от груза вверх. Если подвижные ролики закреплены не на самом грузе, а на веревке, идущей от груза (как на рис. 6) – то пряди считаются от точки закрепления роликов. Рисунки 5, 6.

Полужирное начертание

Расчет ТВ при сборке простого полиспаста

В простых полиспастах, каждый подвижный ролик (закрепленный на грузе), добавленный в систему добавочно дает двукратный ТВ. Добавочное усилие СКЛАДЫВАЕТСЯ с предыдущим.

Пример: если мы начали с полиспаста 2:1, то, добавив еще один подвижный ролик, мы получим 2:1 + 2:1 = 4:1; Добавив еще один ролик – получим 2:1 + 2:1+2:1= 6:1 и т.д.

Рисунки 7,8.

В зависимости от того, где закреплен конец грузовой веревки (на станции или на грузе) простые полиспасты подразделяются на четные и нечетные.

Если конец веревки закреплен на станции, то все последующие полиспасты будут ЧЕТНЫЕ: 2:1, 4:1, 6:1 и т.д. Рисунок 7.

Если конец грузовой веревки закреплен на грузе, то будут получаться НЕЧЕТНЫЕ полиспасты: 3:1, 5:1 и т.д. Рисунок 8.

Кроме простых полиспастов в спасательных работах также широко применяются так называемые СЛОЖНЫЕ ПОЛИСПАСТЫ.

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.

Комплексные полиспасты

Комплексные полиспасты не являются ни простыми, ни сложными – это отдельный вид.

Отличительная особенность комплексных полиспастов – наличие в системе роликов движущихся навстречу грузу. В этом заключается главное преимущество комплексных полиспастов в тех случаях, когда станция расположена выше спасателей и надо тянуть полиспаст вниз.

На Рис 12. приведены две схемы комплексных полиспастов, применяемых в спасработах. Существуют и другие схемы, но они не находят применения в спасательной практике и в данной статье не рассматриваются.

Грузоподъемные машины призваны помочь человеку поднять что-либо тяжелое на высоту. В основе большинства подъемных механизмов лежит простая система блоков – полиспаст. Он был знаком еще Архимеду, но сейчас об этом гениальном изобретении многие не знают. Вспоминая курс физики, выясните, как работает такой механизм, его строение и область применения. Разобравшись в классификации, можно приступать к расчету. Чтобы все получилось – вашему вниманию инструкция по конструированию простой модели.

Изобретение полиспаста дало огромный толчок развитию цивилизаций. Система блоков помогла построить огромные сооружения, многие из которых сохранились по сей день и вызывают недоумение у современных строителей. Также совершенствовалось судостроение, люди смогли путешествовать на огромные расстояния. Пора разобраться, что это такое – полиспаст и выяснить, где можно найти ему применение сегодня.

Простота и эффективность механизма

Строение грузоподъемного механизма

Классический полиспаст представляет собой механизм, который состоит из двух основных элементов:

• шкив;
• гибкая связь.

Простейшая схема: 1 – подвижный блок, 2 – неподвижный, 3– канат

Шкив – это металлическое колесо, которое по внешнему краю имеет специальный желоб для троса. В качестве гибкой связи может применяться обычный трос или канат. Если груз будет достаточно тяжелый, используют тросы из синтетических волокон или стальные канаты и даже цепи. Для того чтобы шкив вращался легко, без скачков и заедания, используют роликовые подшипники. Все элементы, которые движутся, смазывают.

Один шкив называют блоком. Полиспаст – это система блоков для подъема грузов. Блоки в составе подъемного механизма могут быть неподвижными (жестко закрепленными) и подвижными (когда ось в процессе работы меняет положение). Одна часть полиспаста крепится к неподвижной опоре, другая – к грузу. Подвижные ролики располагаются на стороне груза.

Неподвижный блок

Роль неподвижного блока – изменение направления движения каната и действия прикладываемой силы. Роль подвижных – получение выигрыша в силе.

Подвижный блок

Принцип работы – в чем секрет

Принцип работы полиспаста подобен рычагу: усилие, которое необходимо приложить, становится меньше в несколько раз, при этом работа выполняется в том же объеме. Роль рычага играет трос. В работе полиспаста важен выигрыш в силе, поэтому возникающий проигрыш в расстоянии не принимается во внимание.

В зависимости от конструкции полиспаста, выигрыш в силе может быть разным. Простейший механизм из двух шкивов дает примерно двукратный выигрыш, из трех – трехкратный и так далее. По тому же принципу рассчитывается и увеличение расстояния. Для работы простого полиспаста нужен трос в два раза длиннее высоты подъема, а если используют комплекс из четырех блоков – то и длина троса увеличивается прямо пропорционально в четыре раза.

Принцип работы системы блоков

В каких областях применяется система блоков

Полиспаст – верный помощник на складе, на производстве, в транспортной сфере. Его используют везде, где нужно применять силу для перемещения всевозможных грузов. Система широко применяется в строительстве.

Несмотря на то что большую часть тяжелой работы выполняет строительная техника (подъемный кран), полиспасту нашлось место в конструкции грузозахватных механизмов. Система блоков (полиспаст) является составляющей таких подъемных механизмов, как лебедка, таль, строительная техника (краны разных типов, бульдозер, экскаватор).

Помимо строительной отрасли, полиспасты получили широкое применение в организации спасательных работ. Принцип работы остается прежним, но конструкция немного видоизменяется. Спасательное оборудование изготавливается из прочного троса, используются карабины. Для устройств такого назначения важно, чтобы вся система быстро собиралась и не требовала дополнительных механизмов.

Полиспаст в составе крюка подъемного крана

Классификация моделей по разным характеристикам

Существует множество исполнений одной задумки – системы блоков, объединенных канатом. Их дифференцируют в зависимости от способа применения и конструктивных особенностей. Познакомьтесь с разными типами подъемников, выясните, в чем заключается их назначение и чем отличается устройство.

Классификация в зависимости от сложности механизма

В зависимости от сложности механизма выделяют

• простые;
• сложные;
• комплексные полиспасты.

Пример четных моделей

Простой полиспаст представляет собой систему последовательно соединенных роликов. Все подвижные и неподвижные блоки, а также сам груз объединяются одним тросом. Дифференцируют четные и нечетные простые полиспасты.

Четными называют те грузоподъемные механизмы, чей конец троса крепится к неподвижной опоре – станции. Все комбинации в таком случае будут считаться четными. А если конец веревки прикреплен непосредственно к грузу или месту прикладывания усилия, эта конструкция и все производные от нее будут называться нечетными.

Схема нечетного полиспаста

Сложный полиспаст можно называть системой полиспастов. В этом случае последовательно соединяются не отдельные блоки, а целые комбинации, которые вполне могут использоваться сами по себе. Грубо говоря, в этом случае один механизм приводит в движение другой подобный.

Комплексный полиспаст не относится ни к одному, ни к другому виду. Его отличительная черта – ролики, движущиеся навстречу грузу. В состав комплексной модели могут входить как простые, так и сложные полиспасты.

Объединение двукратного и шестикратного простого полиспаста дает сложный шестикратный вариант

Классификация по назначению подъемника

В зависимости от того, что хотят получить при использовании полиспаста, их подразделяют на:

• силовые;
• скоростные.

А – силовой вариант, Б — скоростной

Силовой вариант используется чаще. Как следует из названия, его задача – обеспечить выигрыш в силе. Так как для значительного выигрыша нужны столь же значительные потери в расстоянии, неизбежны и потери в скорости. К примеру, для системы 4:1 при поднятии груза на один метр нужно натянуть 4 метра троса, что замедляет работу.

Скоростной полиспаст по своему принципу представляет собой обратную силовому конструкцию. Он не дает выигрыша в силе, его цель – скорость. Применяется для ускорения работы в ущерб прикладываемому усилию.

Кратность – основная характеристика

Основной показатель, на который обращают внимание при организации подъема грузов –кратность полиспаста. Этот параметр условно обозначает, во сколько раз механизм позволяет выиграть в силе. Фактически, кратность показывает, на сколько ветвей каната распределен вес груза.

Кинематическая кратность

Кратность подразделяют на кинематическую (равную количеству перегибов каната) и силовую, которая рассчитывается с учетом преодоления тросом силы трения и неидеальным КПД роликов. В справочниках приведены таблицы, которые отображают зависимость силовой кратности от кинематической при разных КПД блоков.

Как видно из таблицы, силовая кратность существенно отличается от кинематической. При низком КПД ролика (94%) фактический выигрыш в силе полиспаста 7:1 будет меньше выигрыша шестикратного полиспаста с КПД блоков 96%.

Схемы полиспастов разной кратности

Как производить расчеты для полиспаста

Несмотря на то что теоретически конструкция полиспаста предельно простая, на практике не всегда ясно, как поднять груз с помощью блоков. Как понять, какая кратность понадобится, как выяснить КПД подъемника и каждого блока в отдельности. Для того чтобы найти ответы на эти вопросы, нужно выполнить расчеты.

Расчет отдельного блока

Расчет полиспаста нужно выполнять из-за того, что условия работы далеки от идеальных. На механизм действуют силы трения в результате движения троса по шкиву, в результате вращения самого ролика, какие бы подшипники ни применялись.

Кроме того, на стройплощадке и в составе строительной техники редко применяется гибкая и податливая веревка. Стальной канат или цепь обладают гораздо большей жесткостью. Так как для сгибания такого троса при набегании на блок требуется дополнительное усилие, его тоже нужно обязательно учитывать.

Для расчета выводят уравнение моментов для шкива относительно оси:

SсбегR = SнабегR + q SнабегR + Nfr (1)

В формуле 1 показаны моменты таких сил:

• Sсбег – усилие со стороны сбегающего каната;
• Sнабег – усилие со стороны набегающего каната;
• q Sнабег – усилие, для сгибания/разгибания каната с учетом его жесткости q;
• Nf – сила трения в блоке, с учетом коэффициента трения f.

Для определения момента все силы умножаются на плечо – радиус блока R или радиус втулки r.

Сила набегающего и сбегающего троса возникает в результате взаимодействия и трения нитей каната. Поскольку сила для сгибания/разгибания троса существенно меньше остальных, вычисляя воздействие на ось блока, этим значением часто пренебрегают:

N = 2 Sнабег×sinα (2)

В этом уравнении:

• N – воздействие на ось шкива;
• Sнабег – усилие со стороны набегающего каната (принимается примерно равным Sсбег;
• α – угол отклонения от оси.

Блок полиспаста

Расчет полезного действия блока

Как известно, КПД – коэффициент полезного действия, то есть насколько результативна была выполненная работа. Его рассчитывают, как отношение выполненной и затраченной работ. В случае с блоком полиспаста применяется формула:

ηб = Sнабег/ Sсбег = 1/(1 + q + 2fsinα×d/D) (3)

В уравнении:

• 3 ηб – КПД блока;
• d и D – соответственно, диаметр втулки и самого шкива;
• q – коэффициент жесткости гибкой связи (каната);
• f – коэффициент трения;
• α – угол отклонения от оси.

Из этой формулы видно, что на КПД влияет строение блока (посредством коэффициента f), его размер (через отношение d/D) и материал каната (коэф. q). Максимальное значение КПД можно получить, используя втулки из бронзы и подшипники качения (до 98%). Подшипники скольжения дадут до 96% коэффициент полезного действия.

На схеме изображены все силы S на разных ветвях каната

Как высчитать КПД всей системы

Подъемный механизм состоит из нескольких блоков. Суммарный КПД полиспаста не равен арифметической сумме всех отдельных составляющих. Для вычисления используют куда более сложную формулу, а точнее – систему уравнений, где все силы выражаются через значение первичной S0 и КПД механизма:

• S1=ηп S0;
• S2=(ηп)2 S0; (4)
• S3=(ηп)3 S0;

• Sn=(ηп)n S0.

КПД полиспаста при разной кратности

Поскольку значение КПД всегда меньше 1, с каждым новым блоком и уравнением в системе значение Sn будет стремительно уменьшаться. Суммарный КПД полиспаста будет зависеть не только от ηб, но и от количества этих блоков – кратности системы. По таблице можно найти ηп для систем с разным количеством блоков при разных значениях КПД каждого.

Как сделать подъемник своими руками

В строительстве во время проведения монтажных работ далеко не всегда есть возможность подогнать подъемный кран. Тогда возникает вопрос, как поднять груз веревкой. И здесь находит свое применение простой полиспаст. Для его изготовления и полноценной работы нужно сделать расчеты, чертежи, правильно подобрать веревку и блоки.

Разные схемы простых и сложных подъемников

Подготовка базы – схема и чертеж

Прежде чем приступать к сооружению полиспаста своими руками, нужно внимательно изучить чертежи и подобрать подходящую для себя схему. Опираться следует на то, как вам будет удобнее разместить конструкцию, какие блоки и трос имеются.

Случается, что грузоподъемности блоков полиспаста недостаточно, а сооружать сложный многократный подъемный механизм нет времени и возможности. Тогда применяют сдвоенные полиспасты, представляющие собой комбинацию из двух одинарных. Этим устройством также можно поднимать груз таким образом, чтобы он двигался строго вертикально, без перекосов.

Чертежи сдвоенной модели в разных вариациях

Как подобрать веревку и блок

Важнейшую роль в построении полиспаста своими руками играет веревка. Важно, чтобы она не растягивалась. Такие канаты называют статическими. Растяжение и деформация гибкой связи дает серьезные потери эффективности работы. Для самодельного механизма подойдет синтетический трос, толщина зависит от веса груза.

Материал и качество блоков – показатели, которые обеспечат самодельным подъемным устройствам расчетную грузоподъемность. В зависимости от подшипников, которые установлены в блоке, меняется его КПД и это уже учтено в расчетах.

Но как поднять груз на высоту своими руками и не уронить его? Чтобы обезопасить груз от возможного обратного хода, можно установить специальный фиксирующий блок, который позволяет веревке двигаться только в одном – нужном направлении.

Ролик, по которому движется канат

Пошаговая инструкция для подъема груза через блок

Когда веревка и блоки готовы, схема выбрана, а расчет произведен, можно приступать к сборке. Для простого двукратного полиспаста понадобятся:

• ролик – 2 шт.;
• подшипники;
• втулка – 2 шт.;
• обойма для блока – 2 шт.;
• веревка;
• крюк для подвеса груза;
• стропы – если они нужны для монтажа.

Для быстрого соединения используют карабины

Пошагово подъем груза на высоту осуществляется так:

1. Соединяют ролики, втулку и подшипники. Объединяют все это в обойму. Получают блок.
2. Веревку запускают в первый блок;
3. Обойма с этим блоком жестко крепится к неподвижной опоре (железобетонная балка, столб, стена, специально смонтированный вынос и пр.);
4. Затем конец веревки пропускают через второй блок (подвижный).
5. К обойме крепят крюк.
6. Свободный конец веревки фиксируют.
7. Стропят поднимаемый груз и соединяют его с полиспастом.

Самодельный подъемный механизм готов к использованию и обеспечит двойной выигрыш в силе. Теперь, чтобы поднять груз на высоту, достаточно потянуть за конец веревки. Огибая оба ролика, веревка поднимет груз без особых усилий.

Можно ли объединить полиспаст и лебедку

Если к самодельному механизму, который вы построите по этой инструкции, присоединить электрическую лебедку, получится самый настоящий подъемный кран, выполненный своими руками. Теперь для подъема груза не придется напрягаться совсем, лебедка все сделает за вас.

Даже ручная лебедка сделает подъем груза комфортнее – не нужно стирать руки о канат и переживать, чтобы веревка не выскользнула из рук. В любом случае, крутить ручку лебедки куда проще.

Полиспаст для лебедки

В принципе, даже вне стройплощадки умение в походных условиях с минимумом инструментов и материалов соорудить элементарный полиспаст для лебедки – очень полезный навык. Особенно оценят его автомобилисты, которым посчастливилось застрять на машине где-нибудь в непроходимом месте. Сделанный на скорую руку полиспаст значительно увеличит производительность лебедки.

Переоценить значение полиспаста в развитии современного строительства и машиностроения сложно. Понимать принцип действия и визуально представлять себе его конструкцию должен каждый. Теперь вам не страшны ситуации, когда нужно поднять груз, а специальной техники нет. Несколько шкивов, веревка и смекалка позволят обойтись без привлечения крана.

В основу статьи легла работа «Полиспасты для спасательных работ» Федора Фарберова. Основной акцент в этой статье – подъём и перемещение грузов, массой до 100 кг. Свыше этой массы необходимо пользоваться другой специальной техникой и другим оборудованием и системами. В статье задействованы технические материалы фирмы PETZL.
Материал не является исчерпывающим и не претендует на роль истины в единой инстанции. Это всего лишь практические рекомендации по использованию систем полиспастов при выполнении различных работ на высоте.

ТЕРМИНОЛОГИЯ
Полиспаст – это система, состоящая из нескольких подвижных и неподвижных блоков соединённых веревкой или тросом, позволяющая проигрывая в расстоянии, получить значительный выигрыш в прикладываемом усилии, в несколько раз меньшим, чем вес груза. Предназначен для поднятия, опускания, перемещения груза, а также для организации анкерных линий. Полиспаст – от греческого “поли”, что означает “много”, а “спао” – “тяну”)
Теоретически выигрыш – теоретическая величина возможного усилия, развиваемая полиспастом без учёта потери от трения о различные части системы. Берётся за основу для простоты расчёта величины полиспаста.
Фактический выигрыш – величина усилия, развиваемая системой полиспаста при вычете всех препятствующих сил, влияющих на её эффективность.
Комплексный (обратный) полиспаст – система последовательно расположенных блоков либо их комбинация (простой и сложный). Характеризуется обязательным наличием блока, двигающегося к грузу.
Простой полиспаст – система с последовательным расположением подвижных и неподвижных блоков.
Сложный полиспаст – это система, в которой один простой полиспаст, тянет за другой простой полиспаст.

Анкер – место прикрепления начала полиспаста и неподвижных блоков.
– блок, расположенный на грузе либо встроен в систему полиспаста, но всегда двигается навстречу или от груза. Всегда даёт двукратный выигрыш в силе.
– блок, закреплённый неподвижно в анкерной точке, необходим для изменения направления прилагаемого усилия. Не даёт выигрыша в усилие.
Рабочая длина полиспаста – расстояние от анкера до ближайшего к грузу элемента (схватывающего узла, ). Чем длиннее эта величина, тем большее расстояние может пройти груз за один рабочий ход полиспаста.
Рабочий ход полиспаста – расстояние которое проходят все элементы системы до любого соприкосновения с другими элементами. Рабочий ход зависит от вида полиспаста, от его рабочий длинны и оттого, насколько плотно полиспаст «складывается» – то есть насколько близко первый к грузу элемент подтягивается к анкеру при полностью выбранной веревке.
Перестановка системы – необходимые манипуляции для возвращения полиспаста на его рабочую длину после того как он «сложился». Это может быть перестановка схватывающих узлов (зажимов) и другие действия.

ВИДЫ ПОЛИСПАСТОВ
Простые полиспасты
Основа полиспаста: если закрепить верёвку на анкерной точке и пропустить через блок на грузе, то для поднятия груза необходимо усилие в 2 раза меньше чем его масса. Ролик движется вместе с грузом вверх. Для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через ролик 2 метра веревки. то схема самого простого полиспаста 2:1.

Если закрепить веревку на грузе, перекинуть её через блок, закрепленный на анкерной точке и потянуть вниз, то для поднятия груза необходимо приложить усилие равное массе груза, а для того чтобы поднять груз на 1 метр необходимо протянуть через блок 1 метр веревки.
Во сколько раз выигрываем в усилии – во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Расчёт усилия в простом полиспасте
Для простоты расчёта теоретического выигрыша полиспаста, принято пользоваться «Т – методом» (от англ. Tension – натяжение).

Теоретический выигрыш в простом полиспасте равен количеству прядей, идущих от груза вверх. Если подвижные блоки закреплены не на самом грузе, а на веревке, идущей от груза, то пряди считаются от точки закрепления блоков.
В простых полиспастах, каждый подвижный ролик (закрепленный на грузе), добавленный в систему дает двукратный теоретический выигрыш. Добавочное усилие складывается с предыдущим.

Виды простых полиспастов
Продолжая добавлять подвижные и неподвижные блоки, мы получим так называемые простые полиспасты разных усилий. В зависимости от того, где закреплен конец рабочей веревки (на анкере или на грузе) простые полиспасты подразделяются на четные и нечетные.

• • Если конец веревки закреплен на анкерной точке, то все последующие полиспасты будут чётные: 2:1, 4:1 и т.д.
  • Если конец грузовой веревки закреплен на грузе, то будут получаться нечётные полиспасты: 3:1, 5:1 и т.д.

Нецелесообразно из-за трения, в простом полиспасте применять схемы больше чем 5:1.

Полиспасты сделанные из дополнительной веревки.
На практике чаще всего бывает ситуация когда к рабочей верёвке прикрепляется полиспаст, сделанный из отдельной верёвки. В первую очередь это связанно с экономией снаряжения. В такой схеме требуется фиксация обратного хода. Прикрепляется полиспаст к рабочей веревке схватывающим узлом или зажимом.

Сложные полиспасты
При создании сложного полиспаста могут быть соединены 2, 3 и более простых полиспастов. Для расчета теоретического выигрыша в усилии при использовании сложного полиспаста необходимо умножить значения простых полиспастов, из которых он состоит.

Расчёт усилия в сложных полиспастах
Расчет усилия каждого из простых полиспастов, входящих в состав сложного производиться по правилу простых полиспастов. Схема 6:1 складывается так 2:1 тянет за 3:1 получается 6:1. А 3:1 тянет за 3:1 и получается 9:1.

Практические советы по работе со сложными полиспастами:
Для того чтобы сложный полиспаст более полно складывался при каждом рабочем ходе, и требовалось меньше перестановок, необходимо разнести станции простых полиспастов, входящих в состав сложного.

Комплексные полиспасты
Во всех приведенных выше конструкциях полиспастов веревку необходимо тянуть в сторону анкерной точки. На практике всегда удобнее тянуть от анкерной точки, потому что можно воспользоваться противовесом. Для того чтобы тянуть вниз встёгивают дополнительный неподвижный блок. Но он не даёт выигрыша в силе, и потери на трение в такой схеме, могут свести на нет все преимущества оттяги вниз. Отличительная особенность комплексных полиспастов – наличие в системе роликов движущихся навстречу грузу. Комплексные полиспасты также бывают простыми и сложными.
Недостатки такие же как и у основных сложных полиспастов:

• • Полиспасты не складываются полностью,
  • Имеют малый рабочий ход и требуют много перестановок.

Расчёт усилия в комплексных полиспастах
Расчёт теоретического выигрыша в комплексных полиспастах отличается от основных. 3:1(простой)= 1Т+2Т
5:1(сложный)= 1Т+1Т+ЗТ (или как ещё принято считать 5:1= 2Т*ЗТ-1Т)
7:1(сложный)= 2Т*ЗТ+1Т

Составные полиспасты
В тех случаях, когда усилия собранного полиспаста недостаточно, а длины тянущей веревки не хватает для сборки более мощной схемы, может помочь дополнительный полиспаст 2:1, присоединенный к грузовой веревке схватывающим узлом или зажимом.
Добавив схему 2:1 к любому полиспасту вы автоматически получите 2-х кратный теоретический выигрыш в усилии.

Расчёт теоретического выигрыша у них производится по принципу сложных или комплексных, в зависимости от конструкции полиспаста.

Продолжение следует…