Полиспаст: схема, назначение, виды

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.

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.