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.
Для подъема больших грузов человек не очень силен, но он придумал множество механизмов, которые упрощают этот процесс, и в этой статье мы обсудим полиспасты: назначение и устройство таких систем, а также попытаемся сделать простейший вариант такого приспособления своими руками.
Грузовой полиспаст – это система, состоящая из веревок и блоков, благодаря которой можно выиграть в эффективной силе при потере в длине. Принцип довольно прост. В длине мы проигрываем ровно столько, во сколько раз оказался выигрыш в силе. Благодаря этому золотому правилу механики можно большой массы, не прилагая при этом больших усилий. Что в принципе не так критично. Приведем пример. Вот вы выиграли в силе в 8 раз, при этом вам придется вытянуть веревку длиной в 8 метров, чтобы поднять объект на высоту 1 метр.
Применение таких приспособлений обойдется вам дешевле, чем аренда подъемного крана, к тому же, вы можете сами контролировать выигрыш в силе. У полиспаста есть две разные стороны: одна из них неподвижная, которая крепится на опоре, а другая – подвижная, которая цепляется на самом грузе . Выигрыш в силе происходит благодаря подвижным блокам, которые крепятся на подвижной стороне полиспаста. Неподвижная часть служит только для изменения траектории движения самой веревки.
Виды полиспастов выделяют по сложности, четности и кратности. По сложности есть простые и сложные механизмы, а кратность обозначает умножение силы, то есть, если кратность будет равна 4, то теоретически вы выигрываете в силе в 4 раза. Также редко, но все же применяется скоростной полиспаст, такой вид дает выигрыш в скорости перемещения грузов при совсем малой скорости элементов привода.
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.
Теперь узнаем, как работает полиспаст сложного типа. Под этим названием подразумевается механизм, где соединены в одну систему несколько простых вариантов данного грузового устройства, они тянут друг друга. Выигрыш в силе таких конструкций рассчитывается путем перемножения их кратностей. Например, мы тянем один механизм с кратностью 4, а другой с кратностью 2, тогда теоретический выигрыш в силе у нас будет равен 8. Все вышеуказанные расчеты имеют место быть только у идеальных систем, у которых нет силы трения, на практике же дела обстоят иначе.
В каждом из блоков происходит небольшая потеря в мощности из-за трения, так как она еще тратится как раз на преодоление силы трения. Для того чтобы уменьшить трение, необходимо помнить: чем больше у нас радиус перегиба веревки, тем меньше будет сила трения. Лучше всего использовать ролики с большим радиусом там, где это возможно. При использовании карабинов следует делать блок из одинаковых вариантов, но ролики гораздо эффективнее карабинов, так как на них у нас потеря составляет 5-30 %, а вот на карабинах же до 50 %. Также не лишним будет знать, что наиболее эффективный блок необходимо располагать ближе к грузу для получения максимального эффекта.
Как же нам рассчитать реальный выигрыш в силе? Для этого нам необходимо знать КПД применяемых блоков.
КПД выражается числами от 0 до 1, и если мы используем веревку большого диаметра или слишком жесткую, то эффективность от блоков будет значительно ниже, чем указана производителем. А значит, необходимо это учесть и скорректировать КПД блоков. Чтобы рассчитать реальный выигрыш в силе простого типа грузоподъемного механизма, необходимо рассчитать нагрузку на каждую ветвь веревки и сложить их. Для расчета выигрыша в силе сложных типов необходимо перемножить реальные силы простых, из которых он состоит.
Не стоит забывать еще и о трении веревки, так как ветви ее могут перекручиваться между собой, а ролики от больших нагрузок могут сходиться и зажимать веревку. Дабы этого не происходило, следует разнести блоки относительно друг друга, например, можно между ними использовать монтажную плату. Следует также приобретать только статические веревки, не растягивающиеся, так как динамические дают серьёзный проигрыш в силе. Для сбора механизма может использоваться как отдельная, так и грузовая веревка, присоединенная к грузу независимо от подъемного устройства.
Преимущества использования отдельной веревки состоит в том, что вы можете быстро собрать или приготовить заранее грузоподъемную конструкцию. Вы также можете использовать всю ее длину, это также облегчает проход узлов. Из минусов можно упомянуть то, что нет возможности автоматической фиксации поднимаемого груза. Преимущества грузовой веревки в том, что возможна автофиксация поднимаемого объекта, и нет необходимости в отдельной веревке. Из минусов важно то, что при работе сложно проходить узлы, а также приходится затрачивать грузовую веревку на сам механизм.
Поговорим об обратном ходе, который неизбежен, так как он может возникнуть при прихватывании веревки, или же в момент снятия груза, или при остановке на отдых. Чтобы обратного хода не возникало, необходимо использовать блоки, которые пропускают веревку только в одну сторону. При этом организовываем конструкцию так, что блокирующий ролик крепится первым от поднимаемого объекта. Благодаря этому, мы не только избегаем обратного хода, но также позволяем закрепить груз на время разгрузки или же просто перестановки блоков.
Если вы используете отдельную веревку, то блокирующий ролик крепится последним от поднимаемого груза, при этом фиксирующий ролик должен обладать высокой эффективностью.
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.
Гордень - одношкивный блок с пропущенным через него тросом; для выигрыша в силе в такелажном деле используют хват-тали и гини (рис. 137).
Рис. 137. Простейшие механизмы для подъема груза:
а - гордень, б - хват-тали, в - гини
Тали - это полиспаст, т. е. система одношкивных блоков (двух и более) с одним тросом, предназначенных для совместной работы. Чаще всего применяют тали в виде двух блоков с одним-тремя шкивами в каждом. Наиболее широко используются хват-тали, имеющие один блок подвижной, а другой (верхний) блок в виде двойных талей.
Гинями называют тали, имеющие два блока с тремя и более шкивами в каждом. Многошкивные блоки (более трех) применяют редко, они имеют особую конструкцию и применяются лишь в специальных устройствах. Гини - самые большие тали, служащие для подъема больших тяжестей; они отличаются от обычных талей большими размерами блоков и толщиной каната-лопыря.
Трос, соединяющий два блока для совместной работы, называют лопарем талей. Конец, с помощью которого лопарь заделывают наглухо в обух верхнего или нижнего блока, называют коренным лопарем, а конец, выходящий из верхнего блока, за который тянут при подъеме груза или травят при его опускании, называют ходовым лопарем; остальные ветви троса талей называют ветвями лопаря, число которых равно числу шкивов обоих блоков.
Тали бывают с двумя одношкивными блоками, с одним одношкивным и одним двушкивным; с двумя двушкивными блоками, с одним двушкивным и одним трехшкивным и, наконец, с двумя трехшкивными блоками (гини). Следовательно, ветвей лопаря может быть от трех до семи.
Для талей применяют растительные канаты и стальные тросы, а также такелажные цепи.
Механические тали - тали, которые называют дифференциальными. Существуют также системы дифференциальных талей с винтовой передачей и тали с зубчатой передачей.
Для подъема грузов на небольшую высоту применяют ручные тали; по грузоподъемности тали выпускаются 1-10 т, их изготовляют зубчатыми с шестеренчатым и червячным приводами.
Ручные тали с червячным приводом состоят из крюка, на котором их подвешивают к конструкциям, верхнего стального неподвижного блока, на ободе которого нарезаны зубья для сцепления с элементами цепной передачи; этот приводной блок связан с червяком. Сварная калиброванная цепь, выполненная замкнутой бесконечной, перекинута через приводной блок, вращающийся от перебирания цепи руками. Во время вращения приводного блока с червяком вращается и червячная шестерня, соединенная со звездочкой. Если вручную перебирать цепь вращения приводного блока, червяк будет вращаться и передавать вращение верхнему блоку вместе с грузовой цепью, расположенной на гнездах звездочки. Через нижний блок (малого диаметра) талей и верхнюю звездочку проходит грузовая цепь. При вращении червячной шестерни со звездочкой грузовая цепь сокращается по длине и поднимает груз. Для подъема груза ручными талями необходимо приложить к цепи тяговое усилие в 33-68 кгс (в зависимости от поднимаемого груза).
Подъем груза с помощью механических талей с шестеренчатым приводом происходит так же, как и подъем груза талями с червячным приводом. Однако в первом случае подъем груза осуществляется в параллельной плоскости, в которой вращается приводной блок, а при червячной передаче во взаимно перпендикулярных плоскостях. Для уменьшения усилий подъема делают две шестеренчатые передачи (рис. 138).
Рис. 138. Дифференциальные (механические) тали
Ручные механические тали имеют ограниченный радиус действия, они могут поднимать груз только в месте закрепления.
Для расширения радиуса действия талей, их подвешивают к тележке, которая передвигается по путям, выполненным из двутавровых балок, подвешенных к перекрытиям цеха.
Более совершенным грузоподъемным приспособлением является тельфер - электрическая таль с тележкой, передвигающейся по монорельсу. Подъемным механизмом у тельфера служит электромотор, соединенный с барабаном, заменяющим верхний блок талей. Подъемом и перемещением тельфера управляют через пульт с кнопками на гибком проводе. Тельферы могут перемещаться и на значительные расстояния с помощью троллея - токонесущего провода, расположенного сбоку монорельсов или над ними.
В судостроении и судоремонте используют также шпили и лебедки. Они бывают ручные и электрические.
Ручная лебедка имеет прочное и массивное основание, станину, основной барабан (с горизонтальной осью), валы с шестернями для изменения скоростей, тормоз и рукоятки для приложения мускульной силы. Ручные лебедки изготовляют грузоподъемностью 0,5; 1,0; 3,0; 5 т. При работе с такими лебедками применяют канифос-блоки и тали. Канифос-блоки служат для отвода троса, идущего на барабан, а тали - для получения большего выигрыша в силе.
Шпиль, в отличие от лебедки, имеет вертикальную ось вращения. Шпили и лебедки работают обычно на малой скорости с большими тяговыми усилиями. При подъеме легких грузов пользуются одной ветвью троса (шкентелем), а при подъеме тяжелых грузов применяют тали.
Электрические шпили (рис. 139) и лебедки работают на берегу от электростанции или подстанции завода, а на судне - от генератора. Вал с барабаном на них приводится во вращение электродвигателем. Для управления ими применяют контроллеры и пусковые реостаты. Поворачивая рычаг пускового реостата в ту или другую сторону, механизмам сообщают нужный ход.
Рис. 139. Шпили и лебедки:
а - схема работы шпиля, б - схема работы лебедки, в - ручная такелажная лебедка; 1 - барабан, 2 - рукоятка, 3 - переставной вал рукоятки, 4, 5 - цилиндрическая зубчатая передача, ведущее колесо которой может быть включено и разобщено, 6, 7 - барабанная передача, 8 - запорный механизм для остановки вала, 9 - храповой тормоз, 10 - щиты из листовой стали, 11 - распорные болты
Перед подъемом грузов необходимо проверить правильность вращения лебедки (или шпиля), определить пригодность ее для данной работы. Особое внимание следует обратить на исправность стопора. При неисправности стопора и тормоза лебедка работать не может.
Для подъема тяжелых машин и агрегатов на небольшую высоту и передвижения их на незначительные расстояния, а также выполнения различных такелажных работ применяют домкраты. Их преимущества: малая масса, большая грузоподъемность, простота конструкции, легкость устройства торможения и удобство обращения.
Домкраты бывают: винтовые, гидравлические, воздушные и с зубчатой рейкой; их общим недостатком является сравнительно низкий к. п. д. Грузоподъемность домкратов достигает 20-25 т. Средняя высота подъема грузов 400 мм, масса реечных и винтовых домкратов колеблется в пределах от 5 до 120 кг.
В эксплуатации механизмов широко применяют канатно-веревочные изделия и такелажные цепи.
Самодельный полиспаст
Полиспаст как известно очень полезная вещь. Принцип действия ещё в школе изучали. Система подвижных и не подвижных блоков. Проигрываем в расстоянии выигрываем в силе. Решил и я приобрести себе в хозяйство. Купил на 200 кг, китайский, с капроновым канатом. Оказалось не совсем то, что я ожидал - веревки путаются, 200 кг мало. Решил сделать сам. Сперва стал смотреть в интернете как делают другие люди. Но как оказалось найти нормальный пример не просто - в основном поиск указывал на говносайты, которые воруют друг у друга текст и картинки.
Решил разобраться с некоторыми тонкостями конструкции. То что задумал продают в районе 60000 тыс. руб. Для меня дороговато. Решил сделать полиспаст своими руками.
Вот какие тонкости нужно учитывать при самостоятельном изготовлении полиспаста:
Сначала схема:
Теперь перейдем к конструкции полиспаста.
Запланировал сделать полиспаст из двух блоков по три ролика в каждом, примерно на 6 тонн.
Начнем с грузоподъемности которая зависит от толщины троса - тут просто грузоподъемность зависит от толщины троса. Примерно и очень грубо можно грузоподъемность разделить на коэффициент, множитель запланированного мной полиспаста, можно посмотреть на вышеприведенной схеме. Скажем потребный полиспаст нужен на 6 тонн, тогда 6000 кг. делим на 6 и получаем для троса ровно тонну. На тонну подойдет трос 10 мм.
В магазинах все лебедки, блоки использующие стальной трос сделаны совершенно не правильно. Диаметр ролика должен выбираться с учетом диаметра стального троса и должен быть равен минимум 16 диаметрам троса, а лучше 24 диаметрам. В магазинных поделках это не соблюдается. Диаметр шкива ролика катастрофически мал, диаметр троса абсолютно не соответствует допустимым нагрузкам. Ролик в лучшем случае на однорядном радиальном подшипнике или вовсе без подшипника, что тоже не очень хорошо. Канавка на шкиве чаще всего слишком большая. Материал вообще из самой дешевой стали и не имеет ни какого запаса прочности. Детали щек из тонкой листовой стали. Доходит до смешного продается ручная лебедка с заявленными характеристиками грузоподъемности в 1,5 тонны имеет трос диаметром 3 мм.
А ведь в интернете легко находится таблица грузоподъемности стальных тросов
Диаметр троса |
||
1 кН примерно равен 100 кг.
Канавка на шкиве или ролике должна соответствовать по размеру тросу и быть чуть больше диаметра троса. Грубо говоря, размер канавки должен быть такой, что бы трос не плющился и в то же время свободно размещался в канавке.
Взяв за прототип полиспаст крана я все посчитал, почертил и получилась следующая конструкция. Каждый шкив на двух подшипниках по соответствующей нагрузки, ось из прочной стали. Есть ещё тонкость - шпильки для укладки троса не дают тросу лишней свободы. Количество деталей блоков на удивление велико для простого полиспаста. Ну все остальное думаю будет ясно из фотографий.
Полиспаст получился тяжелый но очень удобный в работе.
Вес одного блока 15 кг. Трос диаметром 10мм и длиной 30 м.
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:
- Количество роликов.
- 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:
- По назначению. Бывают силовые, а бывают скоростные схемы. Силовые позволяют поднимать больше груза, но медленнее. Скоростные позволяют поднимать тяжесть быстрее, но «осилят» меньший вес.
- 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.
- 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:
- Узлами, связанными из репшнуров. Количество оборотов - 3-5.
- 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:
- Однократная: крюк вешают за 1 канат, который затем проводится последовательно через каждый неподвижный блок и наматывается на барабан.
- 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.
- Четырехкратная. Используется сочетание схем, перечисленных выше, для каждого блока крюковой подвески.
- 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:
- Втулки, ролики и подшипники соединяются и вставляются в обойму. В результате получается 2 вращающихся блока.
- Трос пропускают через блок.
- Обойма с пропущенным канатом крепится к опоре, под которой будет располагаться груз.
- Второй конец каната пропускается через второй блок.
- Ко второй обойме крепят крюк.
- 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.
