Полиспасты. Назначение и устройство. Блоки и полиспасты. Принцип работы Полиспаст ручной веревочный своими руками

Полиспаст – это подъемная конструкция, которая была изобретена еще во времена великого мыслителя Архимеда. Сейчас нельзя точно установить, кто был тем самым гением, но уже упомянутый философ также прикладывал свою руку к развитию этой конструкции. Иначе еще называют системой блоков, из-за основного назначения и имеющихся в то время противовесов, в виде блоков известняка.

Блоки и полиспасты, назначение и устройство которых сейчас для обычного человека, привыкшего к высоким технологиям, выглядит довольно примитивно. Но стоит учесть тот факт, что именно благодаря этому механизму были построены великие исторические сооружения, такие как пирамиды, Пантеон, Колизей и тому подобные. Но технология не осталась на страницах учебников, а продолжала свое развитие, адаптируясь под появляющуюся технику и нужды людей.

Описание и устройство полиспастов

Сама по себе конструкция представляет устройство для поднятия грузов с использованием специальных блоков соединения и канатами между ними. Используя правило рычага и силу трения конструкция приходит в действие увеличивая силу или скорость подъема объекта . Имеются разные типы полиспастов, которые различаются по количеству блоков, канатных соединений, грузоподъемности и прочим конфигурациям.

Система в свою очередь состоит из подвижных и неподвижных элементов, по которым проведены канаты, создающие натяжение и обеспечивающие транспортировку груза. Неподвижный элемент представляет собой основную конструкцию, которая крепится к технике или статичной планке, а подвижный элемент присоединяется к грузу. Поэтому первый должен быть способен выдержать большое давление, а второй равномерно его распределить.

Нижний или подвижный блок обычно оснащен специальным креплением, в виде крюка, мощного магнита, карабина и так далее. Верхний блок имеет специальные ролики, по которым проводится канат и от количество роликов зависит оказываемое давление на каждый канат в отдельности. А это означает что для подъема больших тяжелых грузов требуется соответствующие количество роликов и рабочих ветвей.

В видео рассказывается и демонстрируется, как работает полиспаст, а также раскрываются его преимущества

Назначение

Учитывая тот факт, что этому изобретение больше двух тысяч лет, оно применялось для выполнения невообразимого количество работ и задач. За частую это строительная сфера, где полиспасты используются в подъемных кранах, лебедках и тому подобное. Также механизму нашли применения на суднах, для спуска и подъема спасательных шлюпок. Некоторое время использовался в первых прототипах лифта, до появления гидравлических и электрических приводов.

Полиспасты, назначение и устройство, кратность их менялось и находило применение в спорте, а именно, в скалолазание и других экстремальных занятиях на больших высотах. Также долгое время спасательные отряд в горных местностях были оснащены устройствами, чтобы вытаскивать пострадавших из труднодоступных мест. Еще часто можно встретить использование блоков в электрических проводках, а точнее для создания натяжения кабельной сети.

Разновидности полиспастов

Все полиспасты можно разделить на две категории:

• силовые;

• скоростные.

Исходя из названия определяется и основе назначение каждого вида. Первый самый распространённый и используется для поднятия грузов, в точности, каким и был изобретен. Скоростной вариант — это видоизменённая конструкция, где большие усилия направлены на увеличение скорости транспортировки. По этому принципу создаются канатные дороги на горнолыжных курортах.

Кроме этого различие заключается в количестве роликов и рабочих ветвей, а также прочими модификациями. К конструкции может быть подключен электрический привод и стоппер. Еще разница заключается в материала каната, ведь он может быть представлен в виде:

• веревки;

• металлического каната;

• железной цепи;

• электрического кабеля.

В строительной технике чаще всего используется второй вариант, из-за прочности материала. Веревочные канаты используются чаще всего в туризме, спасательных операциях и так далее. Использование железной цепи встретить можно очень редко, это узконаправленные разновидности для определенных работ.

Подъемник с в домашних условиях

Порой в быту появляется нужда в поднятии тяжелого груза, но не у всех людей есть возможность подогнать к порогу строительный кран, от чего приходится выкручиваться. И тут на помощь как раз сможет прийти система блоков. Полиспасты, назначение и устройство которых может показаться довольно сложной в конструировании, но при должной подготовки, создание такой конструкции в домашних условиях не составит проблем. Все производится в четыре этапа:

• Расчеты. Они производятся с учетом ваших целей и задач, а именно, параметры рабочего помещение, наличие в нем ограничений, вес груза и расстояние на которое нужно произвести транспортировку. Нужно зафиксировать все эти данный для составления чертежа и выбора конструкции.

• Создание чертежа. Если в этом деле нет опыта, то лучше обратится к человеку с опытом и инженерным образованием, который сможет сократить время на создание модели на бумаге. Если помощи взять неоткуда, то лучше обратится в интернет и посмотреть рабочие чертежи базовых конструкций. Каждая из типов будет эффективна в определённых условиях, замеры которых вы сделаете ранее.

• Подбор материалов. Подбор стоит начинать уже на первых этапах, а именно отталкиваться от уже имеющих вещей и тех, что можно приобрести. От вашего чертежа и расчетов зависит, какие детали будут нужны и какой материал лучше использовать. Покупайте в силу своего бюджета и с заделом на дальнейшее использование. Сильно экономить не стоит, иначе конструкция может подвести в самый ответственный момент.

• Конструирование. Этот шаг самый простой из всех, потому что здесь нужно лишь соблюдать план и делать на совесть.

При определённой сноровке и подготовленности может получится очень добротная рабочая модель, которая не будет уступать строительным аналогам. Но если задачи не слишком амбициозные, то сильных затрат это не потребует. Для надежности можно в создании использовать уже готовый части из строительных полиспастов.

Заключение

Полиспасты просты в устройстве, но их назначение важно, потому что благодаря им можно изводить сложнейшие грузоподъемные манипуляции. Строительство зданий, проведение линий электрических кабелей, установка фуникулера или спасательная операция, в любой из этих ситуациях надежность исполнения может гарантировать система блоков.

Древние египтяне и Архимед, не задаваясь вопросом о том, полиспаст ― что это такое, уже пользовались им для перемещения тяжестей. Он и поныне широко применяется во всех подъёмных механизмах, в спорте, в быту, а также используется спасателями. С тех пор схема этого устройства претерпела значительные изменения, но принцип действия не изменился.

Вконтакте

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.

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.

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.

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.

Привод грузоподъемного крана имеет свой предел. Вернее стоимость двигателя растет гораздо быстрее, чем вес груза, который он может поднять. Конечно, вам ничего не мешает поставить очень дорогой двигатель, но есть способ лучше — использование полиспаста.

По сути именно с полиспаста началось развитие ГПМ как сложных механизмов. В своей схеме полиспаст использует более древние изобретения, такие как блок и гибкое сочленение. Веревку вместо рычага начали использовать далеко не сразу.

В дальнейшем полиспаст начали использовать повсеместно. Ни одно парусное судно не обходится без такого простого, но незаменимого такелажа. Конечно, современная конструкция полиспаста сильно видоизменилась, но суть осталась та же.

Схема полиспаста

Вот простейшая схема полиспаста.

Кружки это блоки. Большой круг привод, а вернее барабан, . Конец троса закреплен не на крюке крана, а на неподвижной относительно крана поверхности. Такой поверхностью может быть стрела крана или, если говорить про башенные краны, каретка. Нижний блок никак не закреплен на кране и является подвижным относительно него. Это две простейшие схемы устройства полиспаста.

Какие же нагрузки возникают в этом случае?

Расчет полиспаста

Вернее будет спросить, как изменится нагрузка на двигатель и на сам канат. В нашем случае она уменьшится в два раза. Конечно, можно приводить формулы и школьные примеры известные еще со времен Архимеда, но можете поверить на слово. Но это относительно простой пример. более сложного я расскажу в другой статье. А теперь рассмотрим какие-же бывают полиспасты.

Устройство и виды полиспастов

Для начала стоит отметить, что все полиспасты делятся на два вида:

• силовой полиспаст
• скоростной полиспаст

Конечно, нам как практикам более интересен силовой полиспаст, но стоит понять устройство и другого вида полиспаста.

В примере выше представлено устройство именно силового полиспаста. В нем усилие сокращается в два раза, но и присутствует существенный недостаток. Внимательно посмотрите на рисунок. Скорость изменения положения груза будет в два раза ниже, чем скорость «намота» троса на бобину двигателя.

Скоростной полиспаст представляет собой обратную картину. Просто представьте, что двигатель и крюк поменяли местами. Скорость относительно базового безблочного варианта возрастет в два раза. Но усилие необходимое чтобы поднять груз тоже вырастет.

Кратность полиспаста

Усложняем схему. Никто нам не мешает использовать не два блока, а три, четыре и более.

На рисунке представлен сдвоенный полиспаст. Нагрузка на двигатель снижена примерно в четыре раза. «Примерно» потому что часть усилия мы теряем на трение каната о блок. КПД блока обычно составляет 0,97.

Кратностью полиспаста называется как раз отношение усилий троса на барабане и около груза. В примере выше кратность полиспаста равна четырем.

Назначение и применение полиспаста

В современном строительстве полиспасты применяются очень широко. сложной конструкции со щеками сразу рассчитаны на них.

Конструкция полиспаста может быть заблокирована, если в ней нет необходимости. Применение полиспаста как самостоятельного ГПМ ограничено только одним фактором — отсутствие тормоза, жизненно необходимого в грузоподъемных машинах.

Множество специализированных фирм занимается продажей полиспастов. Прежде чем купить полиспаст убедитесь в правильности подобранных характеристик под ваши нужды и если возникают сомнения — обратитесь к профессионалам.

Самодельный полиспаст

Полиспаст как известно очень полезная вещь. Принцип действия ещё в школе изучали. Система подвижных и не подвижных блоков. Проигрываем в расстоянии выигрываем в силе. Решил и я приобрести себе в хозяйство. Купил на 200 кг, китайский, с капроновым канатом. Оказалось не совсем то, что я ожидал - веревки путаются, 200 кг мало. Решил сделать сам. Сперва стал смотреть в интернете как делают другие люди. Но как оказалось найти нормальный пример не просто - в основном поиск указывал на говносайты, которые воруют друг у друга текст и картинки.
Решил разобраться с некоторыми тонкостями конструкции. То что задумал продают в районе 60000 тыс. руб. Для меня дороговато. Решил сделать полиспаст своими руками.
Вот какие тонкости нужно учитывать при самостоятельном изготовлении полиспаста:
Сначала схема:

Теперь перейдем к конструкции полиспаста.
Запланировал сделать полиспаст из двух блоков по три ролика в каждом, примерно на 6 тонн.
Начнем с грузоподъемности которая зависит от толщины троса - тут просто грузоподъемность зависит от толщины троса. Примерно и очень грубо можно грузоподъемность разделить на коэффициент, множитель запланированного мной полиспаста, можно посмотреть на вышеприведенной схеме. Скажем потребный полиспаст нужен на 6 тонн, тогда 6000 кг. делим на 6 и получаем для троса ровно тонну. На тонну подойдет трос 10 мм.
В магазинах все лебедки, блоки использующие стальной трос сделаны совершенно не правильно. Диаметр ролика должен выбираться с учетом диаметра стального троса и должен быть равен минимум 16 диаметрам троса, а лучше 24 диаметрам. В магазинных поделках это не соблюдается. Диаметр шкива ролика катастрофически мал, диаметр троса абсолютно не соответствует допустимым нагрузкам. Ролик в лучшем случае на однорядном радиальном подшипнике или вовсе без подшипника, что тоже не очень хорошо. Канавка на шкиве чаще всего слишком большая. Материал вообще из самой дешевой стали и не имеет ни какого запаса прочности. Детали щек из тонкой листовой стали. Доходит до смешного продается ручная лебедка с заявленными характеристиками грузоподъемности в 1,5 тонны имеет трос диаметром 3 мм.
А ведь в интернете легко находится таблица грузоподъемности стальных тросов

1 кН примерно равен 100 кг.
Канавка на шкиве или ролике должна соответствовать по размеру тросу и быть чуть больше диаметра троса. Грубо говоря, размер канавки должен быть такой, что бы трос не плющился и в то же время свободно размещался в канавке.
Взяв за прототип полиспаст крана я все посчитал, почертил и получилась следующая конструкция. Каждый шкив на двух подшипниках по соответствующей нагрузки, ось из прочной стали. Есть ещё тонкость - шпильки для укладки троса не дают тросу лишней свободы. Количество деталей блоков на удивление велико для простого полиспаста. Ну все остальное думаю будет ясно из фотографий.

Полиспаст получился тяжелый но очень удобный в работе.
Вес одного блока 15 кг. Трос диаметром 10мм и длиной 30 м.

Подъем тяжелого груза даже на небольшую высоту без применения специальных инструментов возможен не всегда. Речь идет не только про подъемные краны, автокраны и погрузчики - есть и другие приспособления для решения этой задачи.

Одним из механизмов для подъема грузов является полиспаст.

Полиспаст - блочная система с цепной или канатной передачей. Ее задача - упростить и ускорить подъем любого тяжелого груза, используя человеческую силу. Такие схемы (или их близкие аналоги) использовались еще до нашей эры - при строительстве египетских пирамид и Великой Китайской стены.

Стационарно подъемники применяются на складах и в производственных помещениях, в которых необходимо поднимать разные тяжести. Переносные блочные системы используются в строительстве, логистике, для спасательных работ.

Устройство и принцип работы

Полиспаст позволяет поднимать тяжесть, используя меньшее усилие человека. Принцип похож на действие рычага для подъема груза, только вместо рычага используется трос.

Конструктивно, самый простой полиспаст являет собой 1 блок и веревку. Ролик закрепляется над грузом (на потолке, балке, или перемещаемой специальной опоре). Один конец веревки с крюком спускается к грузу. Второй конец веревки человек держит в руках и тянет за него, поднимая тяжесть.

На выигрыш в силе влияют такие факторы:

1. Количество роликов.
2. Длина веревки.

1 блок увеличивает силу примерно в 2 раза (примерно - потому что какие-то потери спишутся из-за силы трения). То есть если человек без подъемника сможет поднять 30 кг на высоту 1 метр, то с полиспастом - это будут уже 60 кг. Если роликов будет больше - то и вес можно будет поднимать больший.

Что касается длины веревки: чем она длиннее, тем больше вес сможет поднять человек, но и тем больше времени на это придется тратить.

Виды полиспастов

Полиспасты делятся по нескольким признакам:

1. По назначению. Бывают силовые, а бывают скоростные схемы. Силовые позволяют поднимать больше груза, но медленнее. Скоростные позволяют поднимать тяжесть быстрее, но «осилят» меньший вес.
2. По количеству блоков. Самый простой вариант - 1 ролик. Но их может быть и 2, и 3, и 4, и больше. Чем больше их - тем больший вес получится поднять.
3. По сложности схемы. Бывают простые схемы (когда ролики объединены последовательно 1 канатом) и сложные (когда используется 2 или больше отдельных полиспастов). Сложные системы более производительны, дают больше результата при меньшем количестве блоков. К примеру, если объединить 2 полиспаста (из 1 и из 2 блоков) - получится выигрыш в силе в 6 раз. Тогда как простая схема даст выигрыш в 6 раз только при использовании 6 роликов.

Что влияет на эффективность подъемника?

Выше упоминалась кратность (выигрыш в силе) очень приблизительная, округленная в большую сторону. На практике она меньше.

На эффективность подъемника (на то, какой точный выигрыш в силе он даст) влияют такие факторы:

• количество блоков;
• материал троса;
• тип подшипников;
• качество смазки всех осей;
• диаметр и длина каната;
• угол между канатом и средней плоскостью ролика.

Как крепится веревка к механизму?

Закрепить грузоподъемный механизм к тросу можно следующими способами:

1. Узлами, связанными из репшнуров. Количество оборотов - 3-5.
2. Зажимом общего назначения.

Что такое запасовка, как она делается и какой бывает?

Запасовкой называют изменение положения блоков и расстояния между ними. Ее проводят, чтобы изменить скорость или высоту подъема тяжести.

Схемы запасовки бывают:

1. Однократная: крюк вешают за 1 канат, который затем проводится последовательно через каждый неподвижный блок и наматывается на барабан.
2. Двукратная. Для балочных кранов 1 конец веревки крепят на корне стрелы, а второй конец пускают через обводной барабан, все блоки, после чего крепят к лебедке. Для подъемных кранов канат крепится к лебедке, а неподвижные блоки находятся на головке стрелы.
3. Четырехкратная. Используется сочетание схем, перечисленных выше, для каждого блока крюковой подвески.
4. Переменная. Подвижные ролики дополняются 1 или 2 подвижными обоймами.

Как сделать полиспаст своими руками?

Рассмотрим схему создания двукратного полиспаста.

Понадобится:

• 2 втулки.
• 2 ролика.
• 2 обоймы.
• Подшипники.
• Крюк (чтобы цеплять груз).
• Канат.

Пошаговая конструкция:

1. Втулки, ролики и подшипники соединяются и вставляются в обойму. В результате получается 2 вращающихся блока.
2. Трос пропускают через блок.
3. Обойма с пропущенным канатом крепится к опоре, под которой будет располагаться груз.
4. Второй конец каната пропускается через второй блок.
5. Ко второй обойме крепят крюк.
6. Оставшийся висеть конец каната фиксируют (за него необходимо будет тянуть для подъема груза).

После этого останется только закрепить груз (подцепить его крюком), и можно начинать подъем.