Система блоков для лебедки как работает

Блоки и ролики. Виды и применение. Особенности и отличия

Блоки и ролики – простые механические устройства в виде колеса с центральным желобом по наружной окружности под веревку, канат, трос или цепь. Используются для регулировки силы прикладываемого усилия при работе с такелажем, а также в подъемных конструкциях.

Отличие между блоком и роликом

Это тесно связанные между собою понятия, которые часто в разговорной речи используются как синонимы. На самом деле, между ними имеется разница. Так, ролик это непосредственно само колесо с желобом по окружности. По сути это тот же шкив, что используется для работы с приводным ремнем. Блок же более сложная конструкция. Она представляет собой ролик, установленный в корпус. В минимальном исполнении последний представляет собой вилку с вставленной между ее половинами осью. На ней и вращается сам ролик. Благодаря наличию корпуса блок может подвешиваться, а также перемещаться.

Как работают блоки и ролики

Их можно разделить на 2 типа:

Неподвижные находятся в подвешенном состоянии и при протягивании через них веревки или троса оборачиваются вокруг своей оси, но самим корпусом остаются на месте. Их использование позволяет изменить направление силы воздействия. К примеру, если перекинуть через такой блок, подвешенный на высоте, веревку, привязанную одним концом к грузу, то находясь внизу и подтягивая за нее, можно его поднять. То есть, фактическая сила при натягивании шнура направляется вниз, а тяжесть при этом стремится вверх.

Подвижный отличается тем, что он не имеет жесткого крепления. Он не только оборачивается, но и перемещается вместе с грузом. Он имеет более интересную механику действия. С его помощью можно уравновесить небольшой прикладываемой силой в 2 раза большую силу. То есть, если использовать его для подтягивания или поднятия груза, то он будет фактически в 2 раза легче. Чтобы воспользоваться таким устройством, нужно подцепить его крючком к грузу. Затем через его желоб пропускается веревка, один конец которой следует привязать возле конечной точки доставки тяжести, или за ней. В таких условиях, если тащить за свободный край веревки, то груз будет приближаться при прикладывании усилия в 2 раза меньшего, чем вес перемещаемой тяжести.

На практике часто применяется связка подвижных и неподвижных роликов. Их применение позволяет осуществлять подъем груза, прикладывая усилий в 2 раза меньшее воздействие, и при этом с противоположным направлением. Этим приемом часто пользуются для подъема стройматериалов на стройплощадках, грузов на складах. Он помогает и при демонтаже двигателя с автомобиля.

Полиспаст

Использование подвижных и неподвижных блоков требует наличие базовых знаний механики их действия. Самым интересным и удивительным является их связка полиспаст. Она представляет собой 2 обоймы, в каждой из которых располагается на одной оси по несколько блоков. Одна обойма закреплена неподвижно для изменения направления прикладываемой силы, а вторая крепится к грузу подвижно.

К примеру, пропущенная через эти обоймы веревка, в каждом из которых по 3 ролика, проходит трижды через понижающие силу усилия подвижные ролики. Как результат, в конечном счете выигрыш в прикладываемом усилии составляет 6 раз. То есть, если масса груза 300 кг, то его сможет поднять человек, прикладывая усилие, как при работе с массой 50 кг.

Блоки и ролики могут формировать полиспаст и с большей кратностью. Вся проблема в том, что чем выше выигрыш в силе, тем медленней происходит смещение груза. В связи с этим такие конструкции разделяют на силовые и скоростные. Первые дают небольшой выигрыш, но обеспечивают быстрое перемещение, вторые медленные, но эффективные в плане экономии усилия.

Воспользовавшись полиспастом, можно сравнительно слабым двигателем наматывающим трос вытащить тяжесть, которую он напрямую не потянет. К примеру, если в наличии имеется маломощная лебедка для легкового автомобиля, то она в сочетании с полиспастом и мощными роликами, способна извлечь из заноса даже грузовик.

Применение

Область использования роликов и блоков крайне обширна. Ими пользуются альпинисты, для облегчения подъемов и спусков по отвесным скалам.

Блоки и ролики являются частью сложных механизмов:

• Стрелы подъемного крана.
• Лифта.
• Блочного лука.
• Лебедки.
• Подвесного конвейера.
• Шахтного оборудования.
• Такелажа на яхтах.
• Якоря судов и т.д.

Материалы изготовления

Производство блоков и роликов выполняется из различных материалов. Выбор в пользу одного из них продиктован в первую очередь предельной прочностью, стойкостью к механическому воздействию, температурой использования, а также тем, с чем именно они будут применяться: веревкой, цепью, канатом или металлическим тросом.

Обычно блоки делают из таких материалов:

• Сталь.
• Алюминий.
• Бронза.
• Пластик.
• Дерево.

Стальные отличаются высокой надежностью и стойкостью к истиранию. Они могут работать с любыми веревками, тросами и цепями, конечно, ели диаметра их желоба достаточно. Из стали делают монтажные блоки и ролики, предназначенные для подъема больших тяжестей. Они представлены как небольшими, так и массивными конструкциями, размер которых превышает человеческий рост. Последние можно встретить на карьерных экскаваторах, поднимающих сотни тонн породы за один раз.

Алюминиевые менее прочные, скорее истираются, но они отличаются легкостью и стойкостью к коррозии. Их часто применяют при сборке переносной оснастки, такой как используют альпинисты. Они достаточно прочные для работы с весом человека, при этом не тяжелы, и не пачкают шнур ржавчиной.

Бронзовые применяют на взрывоопасных производствах, где приходится работать в газовой среде. Бронза со стальным тросом не дает искр. Это исключает воспламенение газа. Недостаток этого металла в достаточно быстром истирании, поэтому такие изделия приходится менять чаще, чем стальные. Однако при нечастом использовании и при работе с небольшими нагрузками они служат очень долго.

Пластиковые очень дешевы в производстве. Они не используются для выполнения перемещения тяжелых грузов. Их можно встретить в различных подъемных механизмах, к примеру, стеклоподъемниках и т.д. Нередко корпус блоков делается металлическим, а ролик пластиковым.

Деревянные блоки и ролики традиционно применялись на парусных судах. Сейчас их по-прежнему делают, но только энтузиасты для установки на небольшие яхты. Практическая польза от этого отсутствует, такой выбор продиктован исключительно эстетикой и приверженностью традициям.

Виды блоков

Промышленностью выпускаются десятки разнообразных конструкций блоков, адаптированных под конкретный вид работ или условия использования.

Условно их можно поделить на 2 основные категории:

Большие монтажные блоки оснащаются обычно стальными роликами. Их устанавливают на подъемную технику, работающую с многотонными грузами. Компактные же применяются альпинистами, а также для ручного подъема и перемещения грузов.

Простые одинарные и многороликовые

Одинарный блок имеет один ролик. Он имеет большую сферу применения. Блок подходит для подвижной и неподвижной фиксации. Такие устройства отличаются между собой в первую очередь по наличию подшипника. Он обеспечивает тихое и плавное оборачивание ролика. Без него тот работает с характерным скрипом, вращается тяжелее и изнашивается быстрее.

Одинарные блоки могут оснащаться системой торможения, препятствующей их вращению в противоположную сторону. Это может потребоваться при выполнении ответственного подъема с ручной подтяжкой, так как снижает вероятность откатывания груза обратно в случае скольжения по канату.

Многороликовые блоки имеют на общей оси много роликов. Это дает возможность их использовать для составления полиспаста. В продаже можно встретить устройство на 2, 3, 4 и боле шкива.

Блоки с зажимами

Эта усложненная конструкция блока, так как в ней предусматривается механизм зажима. Он позволяет отказаться от отдельного стопора. Такое устройство может прижать на своем корпусе канат, заблокировав свое дальнейшее продвижение и его выскальзывание. Такая оснастка часто используется альпинистами, особенно промышленными, так как позволяет зависать на одном месте.

С карабином

В таком исполнении корпус ролика выполняет функцию карабина. Это позволяет его быстро надежно цеплять и легко снимать. Недостаток таких систем в мелком ролике, что снижает его КПД. Такие устройства обычно используют для оттяжки. На практике же за неимением другого, они подходят и для сборки полиспаста.

Транспортные

Такие блоки и ролики используются для работы с грузами. Они подходят для веревок и тросов. Данные устройства отличаются высокой устойчивостью, так как имеют 2 ролика установленных в одну линию, что исключает раскачивание. На их корпусе обычно имеется 2 отверстия для ввода веревки, троса, цепи, а также установки карабина. Они могут применяться подвижно и неподвижно.

Специализированные

Также встречаются блоки и ролики других типов, для узких задач. К примеру, конструкции для перекатывания по наклонному тросу. Они устанавливаются на него, и позволяют скатиться, не прикладывая усилий. Данные блоки используют спасатели при эвакуации людей с высоты. Также именно такая оснастка применяется на троллеи для катания по натянутому канату.

Источник

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