Канатный блок своими руками

Полиспасты: от расчетов до запасовки

Полиспаст – переносная блочная система, предназначенная для подъема и перемещения грузов разной степени тяжести. Это устройство применяется в строительной сфере, логистике, альпинизме и во время спасательных работ. Чтобы изготовить полиспаст своими руками, нужно знать конструктивные особенности этого приспособления, способы крепления канатов к грузоподъемнику и технологию проведения запасовки.

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.

Расчет полиспаста

Перед изготовлением полиспаста требуется рассчитать основные технические характеристики грузоподъемной конструкции. Расчеты требуется для составления чертежей и производятся согласно параметрам рабочего помещениями и весом груза.

Для определения нагрузок, влияющих на блочную систему в ходе эксплуатации, нужно рассчитать параметры, действующие на отдельные блоки:

1. Силу воздействия поднимаемого груза (S_C).
2. Тяговую силу двигателя (S_M).
3. Угол отклонения (α). При расчете параметров полиспаста этой характеристикой можно пренебречь, потому что у современных устройств угол отклонения отсутствует.
4. Диаметр блока (D).
5. Диаметр втулки (d).

Уравнение, использующееся для нахождения моментов силы, имеет следующий вид: S_M * R = S_C*R + l*S_C*R + N* g*d/2, где:

1. S_M * R – момент силы, с которой груз оказывает влияние на блочную систему.
2. l – коэффициент, характеризующий жесткость ручного веревочного каната при огибании ролика. Он зависит от структуры витков троса и определяется экспериментальным методом.
3. Нагрузка на ось шкива. Она определяется по формуле: 2*S_C*R.
4. g – коэффициент, характеризующий силу трения втулки шкивов.

Коэффициент полезного действия полиспаста определяется по следующей формуле: η = S_C/S_M. На этот параметр влияют качество изготовления блоков и сложность схемы. Существует следующие уровни КПД блочной системы:

1. 97% — используется в качестве среднего значения, если в элементах грузоподъемного устройства присутствуют подшипники качения и втулки из бронзы.
2. 95% — используются подшипники скольжения.
3. 93% и ниже – при работе грузоподъемного механизма в суровых природных условиях или в помещениях с высокой температурой.

При расчете также рекомендуется определить КПД остальных обводных роликов, в зависимости от конструктивных особенностей грузоподъемного механизма.

Способы крепления веревки к грузоподъемному механизму

Грузовая веревка позволяет автоматически фиксировать поднимаемый груз, что сказывается на проходе узлов. Ее нужно заправить так, чтобы исключалась возможность перетирания из-за частых контактов с остальными частями грузоподъемной конструкции. Выделяют 3 основных метода крепления веревки к полиспасту:

1. С помощью схватывающих узлов, изготавливающихся из репшнуров диаметром до 8 мм. Они обладают высокой прочностью и начинают сползать с веревки только при нагрузке 10 – 13 кН. Схватывающие узлы не подвергает канат деформации. При длительной эксплуатации они оплавляют оплетку и прилипают к веревке, становясь предохранителями.
2. С помощью зажима общего направления. Его рекомендуется применять на влажных и обледенелых веревках. Зажим начинает сползать без возникновения деформаций при нагрузке 6-7 кН.
3. При помощи личного зажима. Он сползает при нагрузках от 4 кН, разрывая оплетку.

Для фиксации канатов кранов требуется закрепить 1 конец веревки запреткой или тросовым зажимом. На лебедках трос фиксируется на специальных креплениях при помощи клина и прижимной планки.

Простейший подъемный механизм своими руками

В домашних мастерских можно изготовить простой полиспаст из подручных материалов. Он способен поднимать легкие грузы и может использоваться только для разовых работ. Чтобы сделать полиспаст своими руками, нужно приобрести следующие комплектующие:

1. Шпильки с резьбой, изготовленные из металлических материалов.
2. 2 ролика.
3. Подшипники.
4. Веревка или трос.
5. Крюк.

На стальную шпильку устанавливают подшипник, накручивают гайку и стопорят. К шпильке присоединяется крюк для снижения усилий, требующихся для прокручивания самодельного вала. Первый конец веревки располагается на статичной платформе. Для поднятия груза требуется потянуть второй конец троса вверх. Для удобства работы рекомендуется сделать дополнительный блок и пропустить через него веревку. Это позволит соединить канат с лебедкой и фиксировать транспортируемый объект в промежуточном положении.

Запасовка полиспастов

Запасовка – процедуру изменения местоположения шкивов и дистанции между ними. Целью этой операции является регулирование скорости и высоты подъема грузов в соответствии с определенной схемой прохождения троса по блокам грузоподъемного механизма. Существуют следующие разновидности запасовки:

1. Однократная. На крюке закрепляется 1 веревка, которая проводится через все неподвижные блоки и наматывается на барабан.
2. Двукратная. Первый конец каната крепят на головке поворотного элемента крана, второй – на лебедке. Этот способ запасовки может применяться на кранах стрелового типа.
3. Четырехкратная. 2 рабочих ветви троса проводятся через шкивы рабочей стрелы. Соседние полиспасты скрепляются между собой при помощи статичного блока, устанавливаемого на стойке платформы. Этот метод запасовки используется для устройств с большой грузоподъемностью.

Существует также переменная запасовка. Она бывает как двукратной, так и четырехкратной. Подвижные ролики устанавливаются на нескольких подвижным обоймах, удерживаемых при помощи каната. Кратность запасовки изменяется посредством опускания подвески крюка на опору при сматывании веревки.

Источник

Система блоков для подъема грузов своими руками

Устройство

Простой полиспаст состоит из двух шкивов, связанных верёвкой, тросом, цепью. Шкив изготовляется в виде металлического колеса, вращающегося на оси. По внешнему краю сделан жёлоб для укладки троса. Шкивы, входящие в состав конструкции, называются блоками. Одни из них крепятся неподвижно, другие меняют положение по мере движения груза. Подвижные блоки размещаются со стороны тяжести. Неподвижный блок изменяет направление движения троса и вектор приложения усилия, а подвижные увеличивают усилие, прилагаемое к грузу. Перемещение груза происходит за счёт того, что он через систему блоков подтягивается канатом к закреплённой части полиспаста.

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.

Принцип работы полиспаста

По сути, полиспаст является системой рычагов, роль которых выполняют части каната, находящиеся между блоками. Как известно, закон рычага гласит что, выигрывая в силе, проигрываешь в расстоянии, а значит, и в скорости, и наоборот. Значит, для перемещения груза на 1 метр механизмом с двойным выигрышем придётся выбрать 2 метра каната, то есть потратить в 2 раза больше времени. Прилагаемое усилие будет в 2 раза меньше массы груза, однако, количество затраченной энергии не изменится.

Точно так же подсчитывается выигрыш по расстоянию, если точки крепления полиспаста и груза поменять местами.

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.

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)

• 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:

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.

Кратность

Это основная характеристика, показывающая, во сколько раз полиспаст теоретически увеличивает усилие или скорость. Величина кратности определяется количеством ветвей троса, между которыми распределена нагрузка и может быть чётной или нечётной. В первом случае свободный конец троса закрепляется на неподвижной части грузоподъёмного механизма, а во втором прицепляется к обойме крюка.

Может показаться, что увеличивая число блоков можно бесконечно умножать усилие.

Однако никто не отменял трение, на преодоление которого даже в лучших моделях шкивов тратится не менее 10% усилий. Поэтому если подсчитать реальный выигрыш с учётом трения для полиспаста кратностью 5:1 (5*0,9*0,9*0,9*0,9 = 3,28), результат окажется более скромным. А если вместо блоков использовать карабины (например, в альпинизме), у которых потери на трение значительно больше выигрыш будет ещё скромнее.

Подъемный блок своими руками

РазноеПолиспаст своими руками

≡ 5 Апрель 2020 · Рубрика: Интересно знать

Для подъема больших грузов человек не очень силен, но он придумал очень много механизмов, которые облегчают данный процесс, и в данной статье мы обговорим полиспасты: направление и устройство систем такого типа, а еще попытаемся выполнить самый простой вариант подобного устройства собственными руками.

1 Как мы упрощаем подъем грузов?

Грузовой полиспаст – это система, которая состоит из канатов и блоков, благодаря которой можно выиграть в эффектной силе при потере в длине. Принцип очень простой. В длине мы проигрываем именно столько, во сколько раз оказался выигрыш в силе.

За счёт этого золотому правилу механики можно приподнимать грузы большой массы, не прилагая при этом немалых усилий. Что как правило не очень критично. Приведем пример.

Вот вы выиграли в силе в 8 раз, при этом вам потребуется вынуть веревку длиной в 8 метров, чтобы поднять объект на высоту 1 метр.

Использование подобных устройств для Вас обойдется доступнее, чем аренда крана для подъемных работ, более того, вы можете сами контролировать выигрыш в силе.

Классификация

Полиспасты, назначение и устройство которых не изменилось за прошедшие века, могут быть силовыми и скоростными. Первые применяются на грузоподъёмных механизмах, а вторыми оборудуются подъёмники. По исполнению они изготовляются:

1. Простые схемы, состоящие из линейной последовательности блоков. Они соединяются между собой и с грузом общим канатом.
2. Сложные. Это система, в которой последовательно соединены не отдельные блоки, а несколько самостоятельных механизмов. Такое решение позволяет создавать схемы полиспастов с большой кратностью при малом количестве блоков. Например, соединение полиспастов, обладающих кратностью 2:1 и 3:1, даст выигрыш в 6 раз при использовании всего трёх блоков. За счёт меньших потерь на трении реальный результат будет более высоким, нежели у простой конструкции с аналогичными параметрами.
3. Комплексные полиспасты занимают отдельное место. Это система полиспастов из простых и сложных механизмов, соединённых таким образом, что блоки при подъёме движутся навстречу нагрузке.

Полиспласт как выглядит, фото

Как сделать полиспаст самостоятельно

В домашнем хозяйстве нет необходимости ежедневно поднимать тяжести, поэтому для разовых работ можно сделать подъёмное устройство своими руками. Всё, что потребуется для этого найдётся в мастерской запасливого хозяина:

• стальные шпильки с резьбой;
• подшипники;
• ролики;
• верёвка;
• крюк.

Подшипник вставляют в ролик и насаживают на шпильку. Накручивают гайку и стопорят её, чтобы не тратить зря усилий на прокручивание получившегося вала. К шпильке крепится крюк или стропы. Один конец верёвки, пропущенной через сделанный блок, закрепляют на неподвижной опоре, а за другой тянут вверх при подъёме груза. Получился простейший полиспаст кратностью 2:1.

Поскольку работать с таким механизмом неудобно следует сделать ещё один блок и, закрепив, пропустить через него верёвку. Теперь её можно будет тянуть вниз и даже соединить с лебёдкой. Кроме улучшения условий работы, это обеспечит возможность, при необходимости, фиксации груза в любом промежуточном положении.

Для полиспаста, сделанного своими руками, лучше использовать верёвку, а не стальной трос. Её преимуществом является то, что она позволяет быстро собрать или разобрать конструкцию. Выбирать следует статические виды, которые не растягиваются. Динамические типы «съедают» часть выигрыша в силе.

Система блоков — полиспаст

Полиспаст — система подвижных и неподвижных блоков, соединенных гибкой связью (канаты, цепи) используемая для увеличения силы или скорости подъема грузов. Используется полиспаст в случаях, если необходимо прилагая минимальные усилия поднять или переместить тяжелый груз, обеспечить натяжение и т.п. Простейших полиспаст состоит всего из одного блока и каната, при этом позволяет в два раза снизить тяговое усилие, необходимое для подъема груза.

Обычно в грузоподъемных механизмах применяют силовые полиспасты, позволяющие уменьшить натяжение каната, момент от веса груза на барабане и передаточное число механизма (тали, лебедки). Скоростные полиспасты, позволяющие получить выигрыш в скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента. Они применяются значительно реже и используются в гидравлических или пневматических подъемниках, погрузчиках, механизмах выдвижения телескопических стрел кранов.

Основной характеристикой полиспаста является кратность. Это отношение числа ветвей гибкого органа, на котором подвешен груз, к числу ветвей наматываемых на барабан (для силовых полиспастов), либо отношение скорости ведущего конца гибкого органа к ведомому (для скоростных полиспастов). Условно говоря, кратность это теоретически рассчитанный коэффициент выигрыша в силе или скорости при использовании полиспаста. Изменение кратности полиспаста происходит путем введения или удаления из системы дополнительных блоков, при этом конец каната при четной кратности крепится на неподвижном элементе конструкции, а при нечетной кратности — на крюковой обойме.

В зависимости от количества ветвей каната, закрепленных на барабане грузоподъемного механизма, можно выделить одинарные (простые) и сдвоенные полиспасты. В одинарных полиспастах, при наматывании или сматывании гибкого элемента вследствие его перемещения вдоль оси барабана, создается нежелательное изменение нагрузки на опоры барабана. Также в случае отсутствия в системе свободных блоков (канат с блока крюковой подвески непосредственно переходит на барабан) происходит перемещение груза не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости.

Для обеспечения строго вертикального подъема груза применяют сдвоенные полиспасты, (состоящие из двух одинарных), в этом случае на барабане закрепляются оба конца каната. Для обеспечения нормального положения крюковой подвески при неравномерной вытяжке гибкого элемента обоих полиспастов применяют балансир или уравнительные блоки. Такие полиспасты применяют в основном в мостовых и козловых кранах, а также в тяжелых башенных кранах для того, чтобы можно было использовать две стандартные грузовые лебедки вместо одной крупногабаритной большой мощности, а также для получения двух или трех скоростей подъема груза.

В силовых полиспастах при увеличении кратности можно использовать канаты уменьшенного диаметра, и как следствие уменьшить диаметр барабана и блоков, снизить массу и габариты системы в целом. Увеличение кратности позволяет снизить передаточное число редуктора, но одновременно требует большей длины каната и канатоемкости барабана.

Скоростные полиспасты отличаются от силовых тем, что в них рабочая сила, обычно развиваемая гидравлическим или пневматическим цилиндром, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната или цепи. Выигрыш в скорости при использовании такого полиспаста получается в результате увеличения высоты подъёма груза.

При использовании полиспастов следует учитывать, что используемые в системе элементы не являются абсолютно гибкими телами, а имеют определенную жесткость, поэтому набегающая ветвь не сразу ложится в ручей блока, а сбегающая ветвь не сразу выпрямляется. Это наиболее заметно при использовании стальных канатов.

Источник