Полиспасты: от расчетов до запасовки

Устройство полиспаста и условия его работы

Основная область применения полиспастов – стреловые механизмы кранов. Всё многообразие полиспастов может быть сведено к двум требованиям: либо увеличить силу (силовые полиспасты), либо поднять скорость (скоростные полиспасты). В подъёмных кранах чаще используются первые, а подъёмниках – вторые. Таким образом, схемы скоростных и силовых полиспастов взаимно обратные.

В состав полиспаста входят следующие составляющие:

1. Блоки с неподвижными осями
2. Блоки с подвижными осями.
3. Обводные блоки.
4. Обводочные барабаны.

Все вышеперечисленные элементы располагаются преимущественно в вертикальной компоновке, причём место размещения барабана зависит от наличия обводных блоков: сверху, если такие блоки отсутствуют, и снизу – если присутствуют.

Количество блоков с неподвижными осями всегда на один меньше, чем с подвижными. При этом общее количество блоков определяет (для силовых полиспастов) кратность увеличения суммарного усилия на механизме. Количество обводных блоков определяется размерами узла: с увеличением числа таких блоков усилие также увеличивается.

Силовые полиспасты, назначение и устройство которых характеризуется несколькими параметрами, важнейшим из которых является нагрузка, развиваемая в подъёмном механизме. Она увеличивается с увеличением расчётной грузоподъёмности крана, кратности устройства (количества ветвей каната, на которых подвешен груз) и КПД блока. КПД учитывает потери на трение в осевых опорах, а также потери, определяемые жёсткостью каната или цепи.

Полиспастов может быть несколько, тогда суммарная нагрузка на блок пропорционально уменьшается. Одинарные полиспасты конструктивно проще, но и наименее эффективны. В них один конец неподвижно закрепляется на неподвижном элементе, а второй – на барабане. При этом угол отклонения весьма ограничен из-за опасности схода каната с блока. Наличие обводного блока существенно улучшает условия работы механизма: нагрузка становится симметричной, что снижает износ каната, и увеличивает допустимую скорость вращения блоков. Устойчивость действия полиспаста зависит также от расстояния между обводным и основными блоками. С увеличением этого параметра надёжность полиспаста как функционального узла возрастает, хотя одновременно увеличивается (из-за наличия соединительной оси) и его сложность. Другими схемами полиспастов, применяемых на практике, являются:

• Сдвоенные трёхкратные, когда в схеме присутствует три рабочих блока и два обводных;
• Сдвоенные трёхкратные, снабжённые уравнительной траверсой. Вариант используется в грузоподъёмной технике, которая эксплуатируется в тяжёлых и особо тяжёлых условиях.

Приспособление для подъема тяжестей типа лебедки или полиспаста: как изготовить своими руками п

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.

Разновидности удерживающих механизмов

Для того чтобы транспортируемая деталь крепко держалась на подъемнике, существует несколько типов удерживающих устройств:

• Канатные стропы.
• Специальные захваты.
• Траверсы.
• Строповые устройства с дистанционным управлением.

Сама по себе стропа представляет из себя съемное приспособление для подъема тяжестей, по внешнему облику напоминающее отрезок стального каната с несколькими крепежными элементами на обоих концах. Это могут быть кольца, крюки, карабины или же канатная петля.

Как сделать полезные механизмы и инструменты для стройки своими руками

Неважно – строите вы дом своей мечты или перестаиваете старенький дачный домик, вам не обойтись без надежных инструментов и строительного оборудования. Практически любое приспособление сегодня можно купить в магазине, но не всегда покупки радуют качеством и еще реже – ценами

Практически любое приспособление сегодня можно купить в магазине, но не всегда покупки радуют качеством и еще реже – ценами.

Наши форумчане знают, как снизить нагрузку на семейный бюджет и предлагают рецепты проверенных механизмов и инструментов для стройки, сделанные своими руками.

Ручные барабанные лебедки

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.

Для исключения обратного вращения на ось ставят храповый механизм с подпружиненной собачкой — трещотка. Собрать такую ручную лебедку своими руками можно по чертежу:

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.

Трещотка в такой конструкции не нужна, передаточное число, когда гребень червяка проходит по каждому зубу шестерни, равно количеству зубьев шестерни, умноженному на соотношение длины рукояти к радиусу червяка. Но существенным недостатком будет трение между зубцами и гребнем. Требуется постоянная смазка механизма.

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:

Обратите внимание, что стопор в таких устройствах необходим. Такая конструкция применяется при небольшой высоте или длине перемещения груза

Увеличить расстояние перемещения поможет тросоукладчик, равномерно распределяющий трос по длине цилиндра. Проще всего результат получить, применяя подпружиненную пластину или стержень, прижимающие трос к барабану:

Грузовик…из старой четверки

Привезти песок, щебень, доски, транспортировать бетономешалку и старый холодильник…Необходимость доставить материалы и инструменты во время стройки возникает постоянно. Участник FORUMHOUSE g8o8r8

нашел способ, как сэкономить на грузоперевозках: он переделал в грузовик свою старую четверку!

Назначение и применение полиспаста

Грузоподъемные механизмы конструктивно отталкиваются от правила рычага и силы трения, чтобы увеличить силу или скорость подъема объекта. Два ключевых элемента устройства полиспаста составляют основу работы данного механизма:

• Неподвижный шкив является элементом, который прикрепляется к технике или иному крепкому статичному элементу. Он выполняет функцию распределения давления между элементами конструкции.
• Подвижный шкив, присоединяясь к грузу при помощи оснащенного крюка, должен выдержать максимально возможное давление и поддержать работоспособность механизма.

Тросы соединяют элементы конструкции. Неподвижный шкив состоит из роликов, по каждому из которых проводится цепь или канат, что позволяет сократить давление на каждый ролик путем увеличения количества рабочих ветвей, таким образом для подъема тяжелого груза нужно рассчитать и организовать подходящее количество роликов.

• Полиспаст на кране подъемном используется с усиленными силовыми показателями, его также применяют на такелажных приспособлениях, на малых судах. Подвесные конструкции, в которых натягиваются подвесные силовые линии, машины, переправы, перила, подъемные конструкции в спорте уже много лет практикуют использование полиспастов для облегчения работы.
• Полиспасты с усиленными скоростными показателями применяются гидравлических и пневматических системах подъема.
• Когда нужно поднять или спустить тяжелые объекты необходим механизм, который способен поддержать постоянное давление на опорах мостового, козлового и консольного кранов, активно применяется сдвоенный грузоподъемный механизм.

Одной из главных характеристик подобного механизма по праву считается его кратность. Данная характеристика этого устройства рассчитывается следующим образом:

• скорость, с которой движется подвижная ветвь механизма ÷ скорость, с которой поднимается груз;
• число ветвей троса с подвешенным грузом ÷ число ветвей троса, присоединенных к барабану.

При подобном расчете мы определяем мы можем определить коэффициент выигранной силы или скорости по итогу использования данного механизма. Изменить кратность полиспаста можно, добавляя или удаляя дополнительные шкивы системы, соблюдая следующие условия:

• Если дополнительные шкивы суммарно составили нечетное количество, их нужно прикрепить конец троса на неподвижном шкиве.
• Если дополнительные шкива суммарно составили четное количество, их нужно прикрепить конец троса на крюковую обойму.

Как работает простая конструкция блоков?

Рассмотрим для начала простой монтажный полиспаст. Его можно получить при добавлении блоков на опору и груз. Чтобы получить нечётный механизм, необходимо закрепить конец верёвки на подвижной точке груза, а чтобы получить чётный, то крепим веревку на опоре. При добавлении блока получаем +2 к силе, а подвижная точка дает +1, соответственно. Например, чтобы получить полиспаст для лебедки с кратностью 2, необходимо закрепить конец верёвки на опоре и использовать один блок, который крепится на грузе. И у нас будет чётный вид приспособления.

Принцип работы полиспаста с кратностью 3 выглядит по-другому. Здесь конец веревки крепится на грузе, и используются два ролика, один из них мы крепим на опоре, а другой – на грузе. Такой тип механизма дает выигрыш в силе в 3 раза, это нечётный вариант. Чтобы понять, каков выигрыш в силе получится, можно воспользоваться простым правилом: сколько веревок идет от груза, таков наш выигрыш в силе. Используются обычно полиспасты с крюком, на котором, собственно говоря, и крепится груз, ошибочно думать, что это только блок и веревка.

Эксплуатационные характеристики полиспастов и их выбор

На эффективность, которой обладают полиспасты, на их назначение и устройство в конкретном механизме влияние оказывают следующие факторы:

1. Грузоподъёмность основного механизма, в составе которого работают данные узлы.
2. Количество обводных блоков: с ростом их числа потери на трение возрастают.
3. Углы отклонения канатов от средней плоскости барабана.
4. Диаметры блоков.
5. Диаметр каната/высота цепи.
6. Материал каната.
7. Характер опор (в подшипниках качения или скольжения).
8. Условия смазки всех осей полиспаста.
9. Скорость вращения блоков или перемещения тяговых канатов (в зависимости от назначения устройства).

Наибольшие потери в полиспастах связаны с условиями трения. В частности, КПД рассматриваемых механизмов, которые работают в подшипниках скольжения, в зависимости от условий их эксплуатации, составляет:

• При неудовлетворительной смазке и при повышенных температурах — 0,94…0,54;
• При редкой смазке – 0,95…0,60;
• При периодической смазке — 0,96…0,67;
• При автоматической смазке – 0,97…0,74.

Меньшие значения соответствуют полиспастам с максимально возможной кратностью. Потери на трение для узлов, которые работают в подшипниках качения, гораздо ниже, и составляют:

• При недостаточной смазке и высоких температурах эксплуатации – 0,99…0,83;
• При нормальных рабочих температурах и смазке – 1,0…0,92.

Таким образом, применяя современные антифрикционные покрытия контактной поверхности блоков, можно практически исключать потери на трение. Углы отклонения каната, располагающегося на блоке/блоках полиспаста, определяют не только износ канатов и блоков, но и безопасность производственного персонала грузоподъёмного устройства. Объясняется это тем, что при превышении допустимых показателей сход каната с блока чреват производственной аварией. На данный параметр влияют материал канатов, профиль канавки барабана, а также направление навивки. Материалами канатов чаще всего служат типы ТЛК-О по ГОСТ 3079, ЛК-Р по ГОСТ 2688 и ТК по ГОСТ 3071. Третий тип имеет наименьшую жёсткость (не более 1,7), что положительно сказывается на предельно допустимом угле отклонения каната на полиспасте. Соответственно для канатов двух первых типов жёсткость достигает 2.

Нормальными углами отклонения от оси полиспаста считаются углы 7,5…2,50 (меньшие значения принимаются для максимальных соотношений диаметра блока к диаметру каната). Вообще при проектировании данных устройств это соотношение всегда стараются выбирать в диапазоне значений 12…40. Допустимый угол отклонения канатов из маложёстких материалов меньше: до 6,5…20.

ГОСТ допускает увеличение предельного отклонения, по сравнению с рекомендуемым не более, чем на 10…20% (зависит от режима работы грузоподъёмной техники). На уравнительном блоке допустимые углы отклонения могут увеличиваться, но не более, чем в 1,5 раза.

Для снижения углов отклонения на барабанах полиспастов изготавливают профильные канавки, причём угол их направления зависит от направления навивки. Поэтому барабаны в механизмах современной конструкции всегда выполняют с крестовым профилем, пригодным под оба типа навивки.

Общие сведения о полиспастах

Полиспаст состоит из 2-х и более шкивов (блоков), связанных при помощи веревочных канатов или цепей:

1. Неподвижный шкив. Этот блок крепится к крепким статичным элементам или спецтехнике. Он включает в себя несколько роликов. По каждому из них проводятся веревки, металлические канаты или железные цепи. Неподвижный шкив распределяет давление между элементами конструкции. Величина давления на каждый канат определяется числом роликов.
2. Подвижный шкив. Этот блок прикрепляется к грузу и используется для поддержания работоспособности грузоподъемного механизма. Он оборудован крюком, карабином и магнитом. Подвижный шкив, прикрепляясь к грузу, способен выиграть в усилиях.

Простые полиспасты могут состоять из 1 шкива и веревки. В них ролик располагается над грузом: на потолке, балке или опоре. 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, соразмерных с весом поднимаемого объекта. Длина каната или цепи должна быть сопоставима с высотой, на которую поднимается груз. Для снижения количества затрачиваемых усилий необходимо, чтобы подвижный блок осуществлял движение параллельно грузу.

Существуют следующие разновидности полиспастов:

1. По предназначению: силовые и скоростные. Силовые механизмы 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.
2. По сложности схемы. В простых схемах подъема груза при помощи блоков все ролики соединены последовательно при помощи 1 цепи или каната. Сложные системы отличаются высокой производительностью. Выигрыш в силе обеспечивается при меньшем количестве блоков.

Полиспасты используются для следующих операций:

1. Для натяжения кабелей, силовых линий и подвесных конструкций.
2. Совместно с лебедкой для вытаскивания автомобиля или иного вида транспорта, застрявшего в грязи или грунте.
3. Для проведения такелажных работ при транспортировке тяжелых конструкций.

Полиспастами оснащаются различные виды кранов, гидравлические и электрические приводы. Они также применялись в старых прототипах лифтов.

https://youtube.com/watch?v=WEo1QAl0JKo

Кинематика мальтийского механизма

Прежде чем проводить расчеты следует уделить внимание кинематическим особенностям устройства. В качестве основы применяется треугольник с несколькими вершинами, а также цевки, которая формируется при входе в паз и выходе из него. Используя кинематику можно провести следующие расчеты:

Используя кинематику можно провести следующие расчеты:

Найти углы поворота на первой и второй фазе

Углы и стороны треугольника также считаются важной информацией. Угловую скорость и угловое ускорение

При анализе вращения диска уделяется внимание теореме сложения скоростей и ускорения центра цевки при вращении с равномерной скоростью. Алгоритм расчетов предусматривает применение специальных таблиц

Способы крепления веревки к грузоподъемному механизму

Теперь немного о креплении грузоподъемного механизма к грузовой веревке. Редко, когда у нас под рукой находится веревка нужной длины, чтобы закрепить подвижную часть блока. Вот несколько видов крепления механизма. Первый способ – с помощью схватывающих узлов, которые вяжутся из репшнуров диаметром 7-8 мм, в 3-5 оборотов. Данный способ, как показала практика, является наиболее эффективным, так как схватывающий узел из 8 мм шнура на веревке диаметром 11 мм начинает сползать только при нагрузке 10-13 кН. При этом вначале он не деформирует веревку, а спустя какое-то время, оплавляет оплетку и прикипает к ней, начиная играть роль предохранителя.

Другой способ заключается в использовании зажима общего назначения. Время показало, что его можно использовать на обледенелых и мокрых веревках. Он начинает ползти только при нагрузке в 6-7 кН и несильно травмирует веревку. Еще один способ заключается в использовании персонального зажима, но он является не рекомендуемым, так как он начинает ползти при усилии уже в 4 кН и при этом рвет оплетку, или даже может перекусить веревку. Это все промышленные образцы и их применение, мы же попробуем создать самодельный полиспаст.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Полиспастами называют систему, образуемую подвижными и неподвижными блоками, которые соединяются между собой канатными (реже – цепными) передачами. Известные ещё в античные времена, полиспасты и сейчас являют собой устройство, без которого не может функционировать подъёмно-транспортная техника. По сути, за тысячелетия не очень изменились и составляющие этого механизма. Полиспасты, их назначение и устройство – вопросы, важные для эффективного использования всех конструкций механизмов подъёма.