Полиспаст – это специальное приспособление для подъема грузов, состоящее из двух и более блоков, которые последовательно обвиваются канатом либо цепью. Схема полиспаста может быть рассчитана на выигрыш в подъемной скорости или силе. Интернет-магазин «Ленсталь» представляет большой выбор блоков и готовых многоблочных систем различных параметров. У нас можно купить полиспаст с доставкой по Санкт-Петербургу и области, а также в регионы России.
Изначально полиспастная система возникла для обеспечения подъема и перемещения груза. Именно с появления устройства можно отсчитывать эпоху развития грузоподъемных механизмов. Позже приспособление получило широкое распространение в различных сферах – от парусного такелажа до устройства переправ альпинистами.
Устройство и виды полиспастов
В зависимости от конструкции устройства обеспечивают прирост силы или скорости при подъеме и погрузке тяжелых объектов. Существуют такие виды механизмов:
- силовой;
- скоростной.
В первом груз крепится к подвижной обойме, а тяговое усилие прикладывается к тросу со стороны последнего блока, который последовательно огибается им. Сила, которую необходимо прикладывать для подъема рассчитывается, как частное от деления веса поднимаемого объекта на кратность полиспаста (количество ветвей каната). Увеличение скорости возможно при приложении усилия к подвижной обойме и подвешивании груза к сбегающему канатному концу. Подъем происходит быстрее за счет значительного увеличения его высоты. Ее простой расчет –произведение хода поршня силового привода на кратность механизма.
В кранах и грузоподъемных механизмах применяются:
- одинарные (концы троса крепятся на неподвижной части конструкции и на барабане);
- сдвоенные (концы каната крепятся на барабане, на котором предусмотрена двойная нарезка – влево и вправо).
В зависимости от мощности и применяемого аксессуара для обвития подвижных элементов устройства бывают:
- канатные;
- веревочные.
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:
- Блоки с неподвижными осями
- Блоки с подвижными осями.
- Обводные блоки.
- 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.
Схема полиспаста
Схема простого полиспаста выглядит так:
Большой круг на рисунке изображает барабан привода. Маленькие круги – блоки системы. На левой схеме запасовка троса (веревки) такова: один конец фиксируется на неподвижном элементе, второй – на тяговом механизме (барабане привода). Правый вариант предусматривает крепление каната на приводе и к оси подвижного блока.
В более сложных схемах полиспастных систем участвуют три, четыре и больше подвижных и неподвижных элементов, последовательно обвитых канатом.
На рисунке схематически представлено сдвоенное устройство. Два его блока неподвижно зафиксированы к поверхности, два – движутся. В таком исполнении нагрузка на привод, оказывающий тяговое усилие на трос, приблизительно вчетверо ниже, чем необходимое усилие для подъема объекта напрямую двигателем. Такая разница примерна, так как не учитывает КПД механизма, показатель которого обычно колеблется от 93 до 97% и зависит от качества применяемых блоков и сложности схемы.
Расчет полиспаста
Расчетные операции для определения усилий, действующих на элементы системы в ходе работы, нужно начинать с определения параметров и сил, воздействующих на блок:
- сила воздействия груза (Sн);
- тяговая сила мотора (Sc);
- α – угол отклонения;
- D – диаметр блока (ручья);
- d – диаметр втулки.
Стоит сразу отметить, что современные устройства такого типа фактически не имеют углов отклонения. Поэтому (ввиду отсутствия практического смысла) ими можно пренебречь, а в дальнейших расчетах принять синус этого угла за единицу.
Для блока уравнение моментов сил выглядит так:
Sс*R = Sн*R + q*Sн*R + N*f*d/2
- SнR – это момент силы, с которой на систему воздействует груз;
- q – это коэффициент, определяющий жесткость троса при огибании ролика (определяется экспериментально), он учитывает силы, обусловленные структурой витков самого троса или каната;
- N – нагрузка на ось блока;
- f – коэффициент, определяющий силу трения втулки блока.
Для реального практического расчета показатель q не имеет значения. Точнее, его показатель настолько мал в сравнении с силой трения во втулке, что его можно не учитывать. В таком случае формула выглядит так:
Sс*R = Sн*R + N*f*d/2
Находим нагрузку N. Она определяется разницей в нагрузках на трос с разных сторон блока:
N = 2*Sн*R*sin(α)
А поскольку мы опускаем углы, упрощаем формулу до:
N = 2*Sн*R
Объединив все получим формулу определения КПД подъемного устройства:
Убрав незначительные параметры, формула упрощается до:
ηп = 1/(1+2*f*d/D)
Эта формула показывает, что для КПД системы самое важное значение имеет качество применяемых в ней блоков и их материалов. Чем ниже их сила трения, тем выше показатель КПД.
Как правило, в расчетах применяются такие уровни коэффициэнта полезного действия блочной системы:
- 97% – принимаемое среднее, если в элементах используются бронзовые втулки и подшипники качения;
- 95% – применяются подшипники скольжения;
- 93% и ниже – запыленные места, агрессивные природные условия работы механизма, высокая температура.
Теперь расчет сил на один блок нужно применить на соответствующее их количество в системе.
S1 = S0* ηп
S2 = S1*ηп = S0* ηп * ηп = S0*( ηп)2
Sn = S0*( ηп)n
Сумма усилий с формулой преобразования геометрической прогрессии позволит получить показатель S0 в прямой зависимости от веса поднимаемого груза (Р).
S0 = P*(1 — ηп)/(1 — (ηп)n+1
Кроме того, в зависимости от конструкции системы вероятно придется учитывать нагрузки на остальные обводные ролики, КПД работы каких также стоит учитывать при расчете.
Назначение и применение полиспаста
Одним из наиболее частых применений подъемного механизма из последовательно соединенных блоков выступает использование в качестве составной части механизмов подъема и вылета стрелы кранов, такелажных приспособлений. Система применяется самостоятельно для подъема и перемещения небольших грузов, например, на малых судах. Кроме того, устройства активно применяются в разных сферах:
- сдвоенные часто выступают деталью мостовых, козловых или консольных кранов, где нужно поддерживать постоянное давление на опоры при подъеме и опускании тяжелых объектов;
- натяжение подвесных силовых линий и кабелей связи, несущих тросов при организации подвесных конструкций;
- вытаскивание застрявшего в грязи автомобиля, перемещение тяжелых предметов;
- в альпинизме и горном туризме для натяжения переправ, перил, подъема пострадавших.
В каталоге интернет-магазина «Ленсталь» представлен большой выбор блочных систем. Выбирайте самостоятельно или обратитесь за помощью к нашим менеджерам. Они подберут оптимальное оборудование с учетом ваших целей, необходимых параметров, стоимости и производителя.
Блоки, полиспасты, тали и тельферы
Блок состоит из ролика с осью, установленной в корпусе с ухом для подвешивания блока – неподвижный блок (рис. 13.1, а). Ролик имеет желобок для каната, троса или цепи. Груз подвешивают к крюку, закрепленному на конце каната или цепи.
Рис. 13.1. Блоки и полиспасты
Для увеличения грузоподъемности применяют систему из двух блоков: неподвижного и подвижного (рис. 13.1, б). В этом случае груз подвешивают к крюку подвижного блока. Вес поднимаемого груза распределяется на две ветви каната, и требуемая подъемная сила, а, следовательно, и натяжение каната, равны половине веса груза.
Полиспаст. Система блоков, имеющая несколько роликов в каждом корпусе, называется полиспаст. Полиспаст, представленный на рис. 13.1, в), состоит из неподвижного блока с двумя роликами и подвижного блока также с двумя роликами. В таком полиспасте с четырьмя ветвями канатов требуемая подъемная сила N уменьшается в 4 раза. Т. е., кратность полиспаста в данном случае равна количеству роликов в обоих блоках или количеству ветвей между подвижным и неподвижным блоками.
Блоки и полиспасты для подъема небольших грузов приводятся в действие вручную. Для больших грузов они могут использоваться как составная часть многих грузоподъемных машин.
Таль – состоит из цепного полиспаста и тягового механизма. Ручная таль имеет червячную передачу (рис. 13.2) или цилиндрические зубчатые передачи.
На червячный вал 1 насаживается приводная звездочка 2, на которую накинута бесконечная тяговая цепь 3. Верхний крюк 4 служит для подвешивания тали. Поднимаемый груз подвешивается к грузовому крюку 5 подвижного блока.
Червячные тали имеют самотормозящую червячную передачу, что предотвращает самопроизвольное опускание груза. Их выпускают грузоподъемностью от 1,5 до 12,5 тс при усилии на тяговой цепи 35-70 кгс.
1 — червячный вал; 2 — приводная звездочка; 3 — бесконечная тяговая цепь; 4 — верхний крюк; 5-грузовой крюк
Рис. 13.2. Таль
Шестеренчатые тали выпускают грузоподъемностью от 250 кгс до 8 тс при усилии на тяговой цепи до 50 кгс.
Ручные тали служат для подъема грузов на высоту до 3 м. Они могут быть смонтированы на монорельсе, что позволяет перемещать грузы как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.
Электротельферы представляют собой грузоподъемные машины с приводом от электродвигателя и служат для подъема и перемещения груза (рис.13.3). Вращение от электродвигателя 1 через систему зубчатых колес передается барабану 2, на который навит трос. К тросу подвешен блок с крюком 3. С помощью второго двигателя 4 тельфер передвигается по кран-балке 5. Тельфер управляется с пола через кнопочное пусковое устройство 6.
1, 4 – электродвигатели; 2 – редуктор; 3 – подвижный блок с крюком; 5 – кран-балка; 6 – кнопочный пульт управления
Рис. 13.3. Электротельфер
Грузоподъемность электро-тельфера от 250 кгс до 5 тс.
Домкраты и лебедки
Домкраты представляют собой переносные грузоподъемные устройства небольших размеров и веса. Они применяются для подъема груза на небольшую высоту, установки и выверки оборудования на фундаменте, а также для горизонтального перемещения оборудования на небольшие расстояния.
Домкраты бывают винтовые, реечные, клиновые, гидравлические и др. типов.
Винтовой домкрат (рис. 13.4) выполняется в стальном или в чугунном корпусе 1, в верхней части которого заделана гайка 2. В гайку ввернут грузовой винт 3, имеющий храповое колесо 4 и свободно насаженную опорную головку 5. Груз поднимается или опускается при вращении винта через храповое колесо. Самопроизвольное опускание груза исключается тем, что угол подъема резьбы ходового винта меньше угла трения. Грузоподъемность от 2,5 до 20 тс. Высота подъема груза от 100 до 350 мм.
1 – корпус; 2 – гайка; 3 – грузовой винт; 4 – храповое колесо; 5 – опорная головка
Рис. 13.4. Винтовой домкрат
Реечный домкрат состоит из корпуса, внутри которого помещена стальная зубчатая рейка. Сверху на рейке установлена поворачивающаяся опорная головка, а снизу – опорная лапа.
Зубчатая рейка находится в зацеплении с зубчатым колесом, приводимым во вращение от другого зубчатого колеса при помощи рукоятки. Применяются для поднятия грузов до 5 тс.
Клиновые домкраты служат для регулирования горизонтального и вертикального положения оборудования при его установке. В корпусе клинового домкрата установлена опора 1. С корпусом двумя тягами связана гайка. В нее ввернут винт 2, который при вращении перемещает клин 3. Перемещением клина достигается подъем и опускание груза через опору 1. Грузоподъемность клиновых домкратов 3, 5 и 10 тс. Высота подъема груза 10 – 15 мм.
Гидравлические домкраты применяются для подъема больших грузов от 5 до 200 тс на высоту от 50 до 150 мм. Подъем груза осуществляется за счет давления жидкости (масла) на поршень домкрата. Давление в рабочем цилиндре создается с помощью ручного или приводного насоса. После окончания подъема груза и установки его на подкладки поршень домкрата опускают путем открытия клапана, соединяющего полость рабочего цилиндра с камерой для жидкости.
Домкраты можно применять только для подъема грузов, вес которых не превышает грузоподъемность, указанную на прикрепленной к нему заводом-изготовителем табличке. Не реже одного раза в год домкраты, находящиеся в эксплуатации, подвергают техническому освидетельствованию и испытанию под нагрузкой, превышающей предельную паспортную грузоподъемность не менее, чем на 10 %.
Лебедки – это грузоподъемные машины, в которых канат или цепь навивается на барабан, приводимый во вращение вручную или от привода.
Ручные лебедки применяются для перемещения груза в горизонтальном и наклонном направлениях и как вспомогательные механизмы для оттяжки груза при подъеме. Грузоподъемность ручных лебедок составляет 1,5 и 3 тс. Для повышения их грузоподъемности применяются полиспасты.
Лебедки с машинным приводом имеют грузоподъемность от 0,5 до 15 тс.
Лебедка состоит из двух жестко связанных траверсами 1 стальных пластин 2, между которыми установлен барабан 3 и приводные шестерни 4 (рис. 13.5).
1 – траверсы; 2 – стальные пластины; 3 – барабан; 4 – приводные шестерни; 5 — канат
Рис. 13.5. Кинематическая схема лебедки
Для правильной навивки каната 5 на барабан необходимо, чтобы канат наматывался снизу барабана.
Стреловые краны, мачтовые подъемники и др. описаны в монографии [2].
Канаты, цепи и стропы
Для проведения такелажных операций используются стальные, пеньковые канаты и цепные стропы.
Стальные проволочные канаты используются в качестве грузовых канатов полиспастов, а также для изготовления стропов, расчалок и оттяжек.
Коэффициенты запаса прочности для стальных канатов:
Р
табл.
= К · Q
,
где К
= 4,5 – с ручным приводом;
К
= 5 – с ма
ш
инным приводом;
К
= 8 – для строп;
К
= 3,5 – для растяжек.
Пеньковые канаты используются для вспомогательных работ (для оттяжек).
Отдельные виды подъемных механизмов, типы канатов и строп, применяемых при такелажных работах, рассматриваются в лабораторной работе № 5.
