Як спростити ручну працю, маючи під рукою блоки та монтажно-тяговий механізм (МТМ) або лебідку? Для цих цілей вам знадобиться поліспаст – переносна блокова конструкція, яка використовується для підйому/переміщення різних вантажів при проведенні будівельних, монтажних, такелажних, рятувальних робіт. Щоб правильно скласти поліспаст своїми руками, необхідно знати конструктивні особливості системи, варіанти кріплення тягових канатів до вантажопідйомного механізму та технології запасування.
За допомогою поліспастів можна виконувати наступні маніпуляції:
- натягувати електричні кабелі, силові лінії та підвісні конструкції;
- за допомогою лебідки або МТМ витягнути транспорт, що сів у бруд;
- проводити такелажні роботи, розвантаження/навантаження масивних вантажів тощо.
Загальні відомості
Найпростіші поліспасти можуть збиратися з одного блоку та мотузки. У таких поліспастах блок-ролик розташовується над вантажем (стеля, балка, підвісна опора). Перший кінець мотузки пов'язаний з гаком і спускається до вантажу, що піднімається. Людина тягне другий кінець мотузки, піднімаючи важкий об'єкт. Складні пристрої для підйому вантажу включають кілька простих блоків і дають більший виграш у силі.
Принцип дії поліспастів ґрунтується на правилі важеля. Через нерухомий шків перекидається мотузка. Вантаж піднімається на висоту за допомогою докладання зусиль, порівнянних з масою предмета, що піднімається. Довжина канату або мотузки має бути відповідна до висоти, на яку піднімається вантаж. Для зниження кількості зусиль, що витрачаються на підйом, необхідно, щоб рухомий блок здійснював рух паралельно вантажу.
Розрізняють наступні типи поліспастів:
- За призначенням: силові та швидкісні. Силові поліспасти призначені для транспортування важких об'єктів. Вони забезпечують виграш у силі за рахунок втрат на відстані та швидкості. Швидкісні поліспасти дозволяють прискорити процес транспортування легких вантажів за рахунок зменшення зусиль, що прикладаються.
- За складністю схеми. У найпростіших схемах підйому вантажу з допомогою блоків всі ролики з'єднані послідовно. Складні системи вирізняються високою продуктивністю. Виграш у силі забезпечується за меншої кількості блоків.
Схема поліспасту.
Схема простого поліспасту виглядає так:
Велике коло на схемі зображує барабан приводу лебідки/МТМ. Невеликі кола – блоки системи. На лівій схемі запасування троса (мотузки) така: один кінець фіксується на нерухомому елементі, другий - на тяговому механізмі (барабан приводу). Правий варіант передбачає кріплення канату на приводі та до осі рухомого блоку.
У складніших схемах поліспастних систем беруть участь 3, 4 і більше рухомих і нерухомих блок-роликів, послідовно обвитих канатом.
На малюнку схематично представлений здвоєний пристрій. Два його блоки нерухомо зафіксовані до поверхні, два – рухаються. У такому виконанні навантаження на привід, що надає тягове зусилля на трос приблизно в 4 рази нижче, ніж необхідне зусилля для підйому об'єкта безпосередньо. Така різниця умовна, тому що не враховується ККД пристрою, параметр якого зазвичай варіюється в межах 93 - 97%, і залежить від якості блоків, що застосовуються, складності схеми поліспаста.
Як правило, у розрахунках застосовуються наступні значення ККД блокової системи:
- 97% - в елементах використовуються бронзові втулки та підшипники кочення;
- 95% - застосовуються підшипники ковзання;
- 93% і нижче – запилені місця, агресивні умови експлуатації механізму, висока температура.
Розрахунок поліспасту.
Розрахунок потрібно починати з визначення параметрів та сил, що впливають на блок:
Однак слід зазначити, що сучасні пристрої такого типу фактично не мають кутів відхилення. Тому (через відсутність практичного сенсу) ними можна знехтувати, а в подальших розрахунках прийняти синус цього кута за одиницю.
Для блоку рівняння моментів сил виглядає так:
Sс*R = Sн*R + q*Sн*R + N*f*d/2, де:
- тягова сила механізму (Sc);
- сила дії вантажу (Sн);
- α – кут відхилення;
- R – радіус блоку;
- D – діаметр блоку;
- d – діаметр втулки;
- q - коефіцієнт, що визначає жорсткість троса при обгинанні ролика (визначається емпіричним шляхом);
- N – навантаження на вісь блоку;
- f - коефіцієнт, що визначає силу тертя втулки блоку.
Для реального розрахунку параметр "q" не має значення. Точніше, його показник настільки малий порівняно із силою тертя у втулці, що ним можна знехтувати. У такому разі формула набуде вигляду:
Sс*R = Sн*R + N*f*d/2
Знаходимо навантаження N. Воно визначається різницею в навантаженнях на трос з різних боків блоку:
N = 2*Sн*R*sin(α)
А оскільки ми опускаємо кути, формула спрощується:
N = 2*Sн*R
Об'єднавши все, отримуємо формулу визначення ККД підйомного пристрою:
Упустивши малозначущі параметри, формула спрощується до:
ηп = 1/(1+2*f*d/D)
Ця формула показує, що для ККД системи найважливіше значення – якість та матеріал блоків. Чим нижча їхня сила тертя, тим вищий показник ККД.
Тепер розрахунок сил на один блок проводиться на відповідну їх кількість в системі поліспасту.
Запасування поліспастів.
Запасування – процедура зміни розташування шківів та відстані між ними. Метою запасування є регулювання швидкості та висоти підйому вантажів відповідно до певної схеми проходження троса по блоках вантажопідйомного механізму. Існують наступні різновиди запасів:
1. Схема №1. Одноразова. На гаку кріпиться 1 мотузка, яка протягується через усі нерухомі блоки і намотується на барабан лебідки.
2. Схема №2. Дворазова. Перший кінець канату кріплять на головці поворотного елемента крана, другий – на лебідці. Дворазове запасування актуальне на стрілових кранах.
3. Схема №3. Чотириразова. Дві робочі гілки канату пропускають через шківи робочої стріли. Сусідні поліспасти скріплюються між собою за допомогою статичного блоку, що монтується на стійці платформи. Цей метод застосовується для пристроїв із великою вантажопідйомністю.
