Поднимать тяжелые грузы на высоту, пусть даже не очень большую – задача для человека очень сложная. Однако придумано достаточно много различных механизмов и приспособлений, облегчающих этот процесс. К числу таких механизмов в обязательном порядке следует отнести полиспаст. В нашей статье подробнее поговорим об этом устройстве, а также расскажем о технологии создания полиспаста дома.
Как можно упростить подъем грузов
Полиспаст представляет собой систему, которая состоит из неподвижных и подвижных блоков, соединенных друг с другом цепными или канатными передачами. Это устройство было изобретено очень давно, ведь еще древние греки и римляне пользовались аналогичными механизмами. За последующие тысячелетия составляющие данного аппарата и его предназначение практически не изменились. На сегодняшний день это устройство используется практически в первозданном виде, лишь с небольшими изменениями.
Схема работы полиспаста
Полиспасты применяются в основном в стреловых механизмах строительных кранов. К полиспастам, несмотря на все их многообразие, предъявляют два основных требования: увеличение скорости (за это отвечают скоростные механизмы) и увеличение силы (так называемые силовые полиспасты). В подъемниках обычно используются первые, тогда как вторые нашли применение в подъемных кранах. Следует отметить и тот важный факт, что схемы силовых и скоростных устройств являются практически полностью взаимно обратными.
Обычный полиспаст представляет собой устройство, основными компонентами которого являются:
- система блоков с подвижными осями;
- блоки с неподвижными осями;
- обводочные барабаны;
- обводные блоки.
За счет эффективного взаимодействия блоков и веревок появляется возможность существенно выиграть в силе. В силе мы выигрываем во столько раз, во сколько раз проигрываем в длине. Это одно из фундаментальных правил механики, благодаря которому обычный человек может с легкостью поднимать тяжелые массы, затрачивая минимум физических усилий.
Гораздо выгоднее приобрести данный прибор или сделать его самостоятельно, нежели брать в аренду подъемные краны или аналогичные механизмы. Особенность устройства заключается в том, что одна из сторон, которую закрепляют на грузе, находится в подвижном состоянии, тогда как вторая сторона, крепящаяся к опоре, является статичной. Именно подвижные блоки обеспечивают такой существенный выигрыш в силе. Статические же блоки требуются для контроля траектории движения веревки и самого груза.
Существуют различные виды полиспастов, которые отличаются по кратности, четности и сложности. Показатель кратности определяет, во сколько раз вы выиграете в силе, используя данное приспособление. Так, покупая механизм с кратностью 6, вы теоретически имеете выигрыш в силе в 6 раз.
Простые и сложные полиспасты – разбираемся в их конструкции
Для начала поговорим о простых механизмах. Получить такое устройство можно, добавив блоки на груз и опору. Четный полиспаст – это устройство, в котором веревка прикрепляется к опоре. Если же требуется нечетный, то веревка устанавливается на подвижной точке поднимаемого предмета. Добавление блока увеличивает кратность прибора на два пункта.
Так, чтобы вручную сделать полиспаст для обычной лебедки, кратность которого составляет 2, достаточно использовать только один подвижный блок, крепящийся к грузу. Веревка же при этом крепится на опоре. В результате мы будем иметь четный полиспаст с кратностью 2. Сложные полиспасты включают несколько простых механизмов. Естественно, такое устройство дает существенно больший выигрыш в силе, который можно рассчитать путем перемножения кратностей каждого из используемых полиспастов. При этом не стоит забывать о силе трения, из-за действия которой происходит небольшая потеря в мощности устройства.
Есть несколько способов уменьшить силу трения веревки. Самый эффективный заключается в том, чтобы использовать ролики как можно большего радиуса. Ведь чем больше радиус, тем сила трения оказывает меньше воздействия на веревку и подъемный механизм в целом.
Как на эффективность работы влияет веревка
Избежать зажатия и перекручивания веревки можно, если использовать дополнительные приспособления, к примеру, монтажные платы, которые позволяют разнести ролики относительно друг друга. Категорически не рекомендуем применять в полиспастах растягивающиеся веревки, поскольку в сравнении с обычными статическими изделиями они очень серьезно проигрывают в эффективности. Собирая блок для подъема грузов, специалисты используют и грузовую, и отдельную веревки, которые прикрепляются к объекту независимо от подъемного приспособления.
Эксплуатация отдельных веревок дает некоторое преимущество. Суть заключается в том, что отдельная веревка предоставляет возможность предварительно или заранее собрать всю конструкцию. К тому же, можно существенно облегчить проход узлов, поскольку используется вся длина веревки. Единственный недостаток – это невозможность фиксировать груз в автоматическом режиме. Грузовые же веревки могут похвастаться именно такой особенностью, поэтому в случае возникновения необходимости в автофиксации груза воспользуйтесь именно грузовой веревкой.
Большое значение имеет обратный ход. Данный эффект является неизбежным, поскольку в момент снятия, а также при перехватывании веревки или остановке на отдых груз непременно двигается в обратную сторону. От качества используемых блоков, а также всего устройства в целом зависит то, насколько сильно груз уйдет обратно. Можно предотвратить возникновение данного явления, если приобрести специальные ролики, обеспечивающие пропуск веревки исключительно в одном направлении.
Расскажем немного о том, как правильно крепить грузовую веревку к подъемному механизму. Далеко не всегда даже самый предусмотрительный мастер обладает веревкой необходимой длины, которая требуется для крепления динамической части блока. Поэтому разработано несколько способов крепления механизма:
- При помощи схватывающих узлов. Эти узлы завязываются в пять оборотов из репшнуров, сечение которых не превышает 8 мм. Использование подобных узлов является самым эффективным и, соответственно, распространенным. По словам специалистов, узлы являются очень прочными и надежными. Лишь нагрузка свыше 13 кН способна привести к сползанию такого узла. Важно то, что даже при сползании узел никоим образом не деформирует веревку, оставляя ее в целости и сохранности.
- Применение зажимов общего назначения. Данные приспособления можно использовать даже в сложных климатических условиях, к примеру, на мокрых или обледенелых веревках. Нагрузка в 7 кН способна привести к сползанию зажима, что приводит к повреждению веревки, хотя и не очень сильному.
- Персональные зажимы. Они применяются только при небольших работах, поскольку нагрузка свыше 4 кН приводит к сползанию зажима и последующему обрыву веревки.
Запасовка – изучаем самые популярные схемы
Данная технологическая операция предназначена для изменения расстояния между блоками, а также для изменения положения указанных блоков. Необходимость запасовки обусловлена изменением высоты или скорости подъема предметов посредством установки конкретной схемы прохождения веревки по блокам и роликам механизма.
Используемая схема во многом зависит от типа грузоподъемного прибора. Запасовка для лебедок проводится только с целью изменения длины вылета стрелы. Выполняется же она путем изменения взаимного расположения направляющих блоков. Очень часто такую операцию проводят в грузовых кранах, где она требуется для предотвращения такого эффекта, как криволинейность перемещения тяжестей.
Запасовки, в зависимости от используемых схем, подразделяются на следующие категории:
- Однократная. Такой тип нашел применение в грузоподъемных кранах стрелкового типа, где крюк необходимо подвести на одной веревке каната. После этого требуется последовательно проводить статические блоки. В финальной стадии крюк наматывается на барабан. Как показывает практика, данный тип запасовки является самым неэффективным.
- Двухкратная. Этот тип применяется в кранах, которые оборудованы балочной и подъемной стрелой. В этом случае требуется неподвижные блоки установить на головке стрелы, тогда как на грузовой лебедке крепится другой конец веревки.
- Четырехкратная. Востребована среди полиспастов, которые используются для поднятия предметов огромной массы. Обычно применяют одну из схем запасовки, которые были описаны ранее, с той лишь разницей, что они используются отдельно для каждого блока крюковой подвески.
Делаем полиспаст из бумажных стаканов и шестеренок
Устройства, используемые в строительстве, отличаются большой сложностью, что и логично, ведь здесь требуется поднимать большие грузы на достаточно большую высоту. Разобраться в их конструктивных особенностях бывает весьма проблематично. Чего нельзя сказать о домашних полиспастах, которые применяются в быту. Они настолько просты и понятны, что соорудить полиспаст своими руками сможет любой человек. Для этого нам потребуются следующие приспособления:
- 1. несколько стаканов из бумаги;
- 2. ножницы;
- 3. шнурок или крепкая нить, выступающая в качестве веревки;
- 4. пластилин;
- 5. пластиковые вешалки.
В первую очередь потребуется сделать корзину, в которой будет перемещаться груз. Для этих целей будем использовать бумажные стаканы, через которые продеваем веревку. Сам же полиспаст собираем из вешалок. Веревку или нить фиксируем на верхней части вешалки, после чего несколько раз наматываем на перекладину. Полученную из стаканов корзинку следует подвесить на нижней вешалке за крючок. В принципе, на этом сбор полиспаста можно считать оконченным. Для поднятия грузов достаточно лишь правильно пользоваться механизмом. Для этого понадобится тянуть за свободный конец нитки, что приведет к соединению вешалок. Теперь можно попробовать поднять тяжелые предметы на высоту.
Существует еще один способ изготовления полиспаста своими руками, который несколько сложнее, но отличается большей эффективностью и надежностью конструкции. Здесь нам потребуются подшипники, шестеренка, крючок, тросы с блоками, а также резьбовая шпилька. Сначала на шпильке закрепляем подшипники, после чего устанавливаем шестеренку на конец шпильки, чтобы было удобнее и проще пользоваться самодельным полиспастом. Остается только перекинуть трос через шестеренки и закрепить его, свободный же конец будет оборудован крюком, который необходим для подъема предметов.
Напоследок напомним, что при работе с любыми полиспастами, купленными в магазине или сделанными дома, обязательно следует помнить о технике безопасности. Необходимо тщательно проверить конструкцию на прочность и целостность. Сами же грузы следует поднимать плавно и осторожно, не располагаясь в этом время под подвешенным предметом.
На крышу или верхние этажи, и без специальных приспособлений это весьма затруднительно. Мы опишем процесс сборки своими руками простого и надежного строительного подъемника, которым в одиночку можно поднять до 300 кг.
Устройство, собранное по приведенной схеме, является абсолютно мобильным и может быть без проблем привезено на строительный объект даже легковым автомобилем с верхним багажником.
Для сборки потребуется:
- брус клееный 60х40 мм — 10 м;
- брус 40х40 — 9 м;
- доска 25х80 — 16 м;
- блок такелажный с подшипником — 2 шт.;
- ролик на подшипнике с осью — 4 шт.;
- капроновый трос — 12 м;
- фанера 15 мм — менее 1 м 2 .
Сборка направляющих
Подъемник представляет собой тележку, скользящую на роликах между двумя тавровыми направляющими. Чтобы их изготовить, потребуется лес хорошего качества влажностью не более 12%: брус 60х40 и доска 25х80. Нежелательны какие-либо искривления, дерево не должно иметь пороков.
Брус в направляющей играет роль дистанционной прокладки, задающей расстояние между полками тавра. Оно должно быть больше диаметра роликов на 2-3 мм, при необходимости строгайте брус по узкому торцу и доводите до нужной толщины.
Для сборки направляющей нужно вложить брус между досками и выровнять их по одному краю. Чтобы конструкция была полностью монолитной, рекомендуется перед сборкой промазать соприкасающиеся грани клеем ПВА.
Сложите детали, выровняйте их под угольник и зафиксируйте струбцинами. Затем скрепите доски и брус белыми анодированными саморезами длиной 55 мм, вкручивайте их в шахматном порядке с шагом в каждом ряду 30-35 см. Крепить саморезами нужно обе доски, так направляющие будут меньше подвержены короблению.
Если вы хотите сделать направляющие длиной, больше имеющихся пиломатериалов, укладывайте брусья и доски с перехлестом в половину длины. При правильном сращивании конструкция получится исключительно крепкой, останется лишь вывести внутренние стыки досок в ноль для плавного движения роликов.
После сборки обеих направляющих покройте их двумя слоями олифы. Проверьте ширину зазора под ролики, при необходимости доведите наждачной шкуркой. На расстоянии в 30 мм от торца по центру бруска в тавре проделайте сквозное отверстие диаметром 14 мм. Используйте его для болтового соединения направляющих с поперечинами, под гайку и головку болта подложите широкие шайбы. Чтобы избежать смещения диагоналей, сделайте соединение с подрубкой в полдерева.
Конструкция тележки
Начните со сборки рамки: вставьте между 130 см отрезками бруса 40х40 мм три перекладины длиной по 75 см. Среднюю перекладину устанавливайте в 40-45 см от нижнего края. Скрепите места соединений саморезами, а лучше — соберите рамку на шиповых соединениях.
Прикрепите к нижнему брусу перпендикулярно рамке два отрезка бруса по 80 см, между их концами вставьте перекладину длиной 75 см и скрепите конструкцию. Для усиления поддона изготовьте из бруса или доски две наклонные косынки длиной по 60 см, срежьте края под угол 45°. Крепите косынку к поддону на расстоянии в 40 см от угла.
Вырежьте лист фанеры размерами 83х84 см и просверлите отверстия в 20 мм от каждого края с шагом в 7 см. Через проделанные отверстия прикрутите саморезами длиной 45 мм дно поддона к рамке.
Если вы планируете увеличить грузоподъемность вашей тележки, места соединения рамки поддона и косынок необходимо укрепить накладными пластинами и уголками, а фанеру на дне — металлическими скобами. К верхним углам рамки прикрепите петли для навесного замка с длиной хвоста не меньше 70 мм. Вставьте в отверстия болт M14 и накрутите на него самоконтрящуюся гайку. Под болты нужно пропустить отрезок троса длиной около 2 метров и завязать его в петлю, к которой через карабин или коуш будет прицеплен тяговый канат.
Кронштейны для блоков
На верхней и нижней перекладинах между направляющими стойками нужно закрепить по одному такелажному блоку. Крепление возможно только посредством болтового соединения с обязательной установкой под гайки широких шайб, а лучше — металлических пластин.
Рекомендуется приобрести альпинистские блок-ролики с подшипником или такелажные шкивы с канавкой. Большинство изделий имеют сплошной корпус с плотно прилегающими щечками, следовательно, сброс троса со шкива невозможен.
Если вы пытаетесь приспособить имеющиеся у вас ролики, снабдите их ушком-успокоителем. Сверните стальную проволоку толщиной 6 мм до образования петли, а затем отогните края конструкции на нужном расстоянии для крепления под гайку к оси блока. Если оснастите блок-ролик вертлюгом, поднимать груз будет удобнее и трос прослужит дольше.
Ролики и их крепление
Для гладкого скольжения тележки ее следует оснастить четырьмя роликовыми колесами, установленными по бокам в 20-25 см от углов. Приобретайте ролики с необслуживаемым подшипником и односторонней стальной осью длиной не менее 20 мм. Вместо стандартных роликов могут быть использованы шариковые подшипники с закрытым сепаратором и шириной обоймы не менее 25 мм либо колеса от старых роликовых коньков.
Ось ролика нужно извлечь и просверлить под ее диаметр отверстие в центре пластины 40х80 мм. Вставив ось в отверстие, установите ее строго перпендикулярно пластине и приварите, затем проделайте в углах четыре отверстия под болт М8.
Как усовершенствовать подъемник
Очень полезным дополнением, существенно повышающим безопасность использования, будет устройство посадочных карманов для фиксации передних колес тележки в поднятом положении. Это не только очень удобно при разгрузке, но и дает возможность использовать подъемник самому.
Для устройства карманов необходимо вырезать часть тыльной доски направляющей, на которую опираются ролики тележки. При подъеме колесо проскочит в образованный проем и остановится о П-образную колодку, собранную из трех брусьев. Чтобы предотвратить случайное выскакивание колеса, оставляйте на доске небольшой выступ. После разгрузки тележку можно легко извлечь из посадочных карманов и спустить вниз, придерживая за трос.
Чтобы поднимать за один раз больше груза, вы можете укрепить вертикальную раму тележки и установить на ней подвижный блок, но при этом длина веревки увеличится в 1,5 раза. Тяговый канат, в таком случае, крепится к одному из углов между направляющей и соединительной перекладиной, пропускается в подвижный блок на тележке, затем укладывается в неподвижные верхний и нижний шкивы.
Также возможна установка ворота как на колодце для удобной намотки тягового каната. Изготовить его можно из отреза бруса 100х100 мм, доведенного рубанком до шестигранника. Для установки ворота понадобятся дополнительные Г-образные стойки и замена болтов крепления нижней перекладины на шпильки соответствующей длины. Освободившиеся болты нужно использовать для косого сопряжения стоек с направляющими.
Использование ворота подразумевает повышенную опасность, ведь человек находится все время у подъемника. Чтобы исключить обрыв и падение тележки, рекомендуется рядом с верхним блоком установить самый простой жумар из альпинистского снаряжения.
Грузоподъемные машины призваны помочь человеку поднять что-либо тяжелое на высоту. В основе большинства подъемных механизмов лежит простая система блоков – полиспаст. Он был знаком еще Архимеду, но сейчас об этом гениальном изобретении многие не знают. Вспоминая курс физики, выясните, как работает такой механизм, его строение и область применения. Разобравшись в классификации, можно приступать к расчету. Чтобы все получилось – вашему вниманию инструкция по конструированию простой модели.
Изобретение полиспаста дало огромный толчок развитию цивилизаций. Система блоков помогла построить огромные сооружения, многие из которых сохранились по сей день и вызывают недоумение у современных строителей. Также совершенствовалось судостроение, люди смогли путешествовать на огромные расстояния. Пора разобраться, что это такое – полиспаст и выяснить, где можно найти ему применение сегодня.
Простота и эффективность механизма
Строение грузоподъемного механизма
Классический полиспаст представляет собой механизм, который состоит из двух основных элементов:
- шкив;
- гибкая связь.
Простейшая схема: 1 – подвижный блок, 2 – неподвижный, 3– канат
Шкив – это металлическое колесо, которое по внешнему краю имеет специальный желоб для троса. В качестве гибкой связи может применяться обычный трос или канат. Если груз будет достаточно тяжелый, используют тросы из синтетических волокон или стальные канаты и даже цепи. Для того чтобы шкив вращался легко, без скачков и заедания, используют роликовые подшипники. Все элементы, которые движутся, смазывают.
Один шкив называют блоком. Полиспаст – это система блоков для подъема грузов. Блоки в составе подъемного механизма могут быть неподвижными (жестко закрепленными) и подвижными (когда ось в процессе работы меняет положение). Одна часть полиспаста крепится к неподвижной опоре, другая – к грузу. Подвижные ролики располагаются на стороне груза.
Неподвижный блок
Роль неподвижного блока – изменение направления движения каната и действия прикладываемой силы. Роль подвижных – получение выигрыша в силе.
Подвижный блок
Принцип работы – в чем секрет
Принцип работы полиспаста подобен рычагу: усилие, которое необходимо приложить, становится меньше в несколько раз, при этом работа выполняется в том же объеме. Роль рычага играет трос. В работе полиспаста важен выигрыш в силе, поэтому возникающий проигрыш в расстоянии не принимается во внимание.
В зависимости от конструкции полиспаста, выигрыш в силе может быть разным. Простейший механизм из двух шкивов дает примерно двукратный выигрыш, из трех – трехкратный и так далее. По тому же принципу рассчитывается и увеличение расстояния. Для работы простого полиспаста нужен трос в два раза длиннее высоты подъема, а если используют комплекс из четырех блоков – то и длина троса увеличивается прямо пропорционально в четыре раза.
Принцип работы системы блоков
В каких областях применяется система блоков
Полиспаст – верный помощник на складе, на производстве, в транспортной сфере. Его используют везде, где нужно применять силу для перемещения всевозможных грузов. Система широко применяется в строительстве.
Несмотря на то что большую часть тяжелой работы выполняет строительная техника (подъемный кран), полиспасту нашлось место в конструкции грузозахватных механизмов. Система блоков (полиспаст) является составляющей таких подъемных механизмов, как лебедка, таль, строительная техника (краны разных типов, бульдозер, экскаватор).
Помимо строительной отрасли, полиспасты получили широкое применение в организации спасательных работ. Принцип работы остается прежним, но конструкция немного видоизменяется. Спасательное оборудование изготавливается из прочного троса, используются карабины. Для устройств такого назначения важно, чтобы вся система быстро собиралась и не требовала дополнительных механизмов.
Полиспаст в составе крюка подъемного крана
Классификация моделей по разным характеристикам
Существует множество исполнений одной задумки – системы блоков, объединенных канатом. Их дифференцируют в зависимости от способа применения и конструктивных особенностей. Познакомьтесь с разными типами подъемников, выясните, в чем заключается их назначение и чем отличается устройство.
Классификация в зависимости от сложности механизма
В зависимости от сложности механизма выделяют
- простые;
- сложные;
- комплексные полиспасты.
Пример четных моделей
Простой полиспаст представляет собой систему последовательно соединенных роликов. Все подвижные и неподвижные блоки, а также сам груз объединяются одним тросом. Дифференцируют четные и нечетные простые полиспасты.
Четными называют те грузоподъемные механизмы, чей конец троса крепится к неподвижной опоре – станции. Все комбинации в таком случае будут считаться четными. А если конец веревки прикреплен непосредственно к грузу или месту прикладывания усилия, эта конструкция и все производные от нее будут называться нечетными.
Схема нечетного полиспаста
Сложный полиспаст можно называть системой полиспастов. В этом случае последовательно соединяются не отдельные блоки, а целые комбинации, которые вполне могут использоваться сами по себе. Грубо говоря, в этом случае один механизм приводит в движение другой подобный.
Комплексный полиспаст не относится ни к одному, ни к другому виду. Его отличительная черта – ролики, движущиеся навстречу грузу. В состав комплексной модели могут входить как простые, так и сложные полиспасты.
Объединение двукратного и шестикратного простого полиспаста дает сложный шестикратный вариант
Классификация по назначению подъемника
В зависимости от того, что хотят получить при использовании полиспаста, их подразделяют на:
- силовые;
- скоростные.
А – силовой вариант, Б — скоростной
Силовой вариант используется чаще. Как следует из названия, его задача – обеспечить выигрыш в силе. Так как для значительного выигрыша нужны столь же значительные потери в расстоянии, неизбежны и потери в скорости. К примеру, для системы 4:1 при поднятии груза на один метр нужно натянуть 4 метра троса, что замедляет работу.
Скоростной полиспаст по своему принципу представляет собой обратную силовому конструкцию. Он не дает выигрыша в силе, его цель – скорость. Применяется для ускорения работы в ущерб прикладываемому усилию.
Кратность – основная характеристика
Основной показатель, на который обращают внимание при организации подъема грузов –кратность полиспаста. Этот параметр условно обозначает, во сколько раз механизм позволяет выиграть в силе. Фактически, кратность показывает, на сколько ветвей каната распределен вес груза.
Кинематическая кратность
Кратность подразделяют на кинематическую (равную количеству перегибов каната) и силовую, которая рассчитывается с учетом преодоления тросом силы трения и неидеальным КПД роликов. В справочниках приведены таблицы, которые отображают зависимость силовой кратности от кинематической при разных КПД блоков.
Как видно из таблицы, силовая кратность существенно отличается от кинематической. При низком КПД ролика (94%) фактический выигрыш в силе полиспаста 7:1 будет меньше выигрыша шестикратного полиспаста с КПД блоков 96%.
Схемы полиспастов разной кратности
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.
Блок полиспаста
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)
В уравнении:
- 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:
- S1=ηп S0;
- S2=(ηп)2 S0; (4)
- S3=(ηп)3 S0;
- Sn=(ηп)n S0.
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.
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.
Разные схемы простых и сложных подъемников
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.
Чертежи сдвоенной модели в разных вариациях
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.
Ролик, по которому движется канат
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.
Для быстрого соединения используют карабины
Пошагово подъем груза на высоту осуществляется так:
- Соединяют ролики, втулку и подшипники. Объединяют все это в обойму. Получают блок.
- Веревку запускают в первый блок;
- Обойма с этим блоком жестко крепится к неподвижной опоре (железобетонная балка, столб, стена, специально смонтированный вынос и пр.);
- Затем конец веревки пропускают через второй блок (подвижный).
- К обойме крепят крюк.
- Свободный конец веревки фиксируют.
- 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.
Полиспаст для лебедки
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.
Чем выше растут стены строящегося дома, тем сложнее доставлять к месту стройматериалы. Аренда подъемного крана - дело дорогое, как же быть? Проблемы решает приобретение простейших грузоподъемных механизмов .
В арсенале складов и масштабных стоек чего только нет: конвейеры, эскалаторы, гравитационные установки, погрузчики, краны.
В частном строительстве обычно используются устройства попроще: блоки, тали, лебедки и домкраты. Одни средства способны перемещать груз только вертикально, другие, если надо, подтянут и вверх, и по горизонтали, и даже по диагонали.
Выигрыш при подъеме равен проигрышу
Первый помощник на стройке - блок, колесо с пущенным по канавке или желобу обода канатом. Приспособление позволяет поднимать и опускать груз с меньшими усилиями. Закрепил повыше ось блока, и тяни канат, поднимай на площадку кирпичи, раствор и прочее, действуя мышцами и налегая всем своим весом.
Однако таким образом 100 кг уже тяжеловато подтянуть. Тут на помощь и приходит полиспаст - устройство, состоящее из несколько блоков.
Полиспаст дает выигрыш в силе за счет проигрыша в расстоянии. То есть, когда тяжелый груз требуется поднять на веревке на уровень второго этажа посредством полиспаста, сил будет затрачено столько же, сколько при подъеме половины этого груза, но на уровень третьего этажа. Когда речь идет о больших тяжестях, порядка центнера и выше, полиспаст, он же силовой блок, становится незаменим.
Конструкция полиспаста
Простейший полиспаст состоит из двух блоков, соединенных одной веревкой. Один ее конец закреплен на верхней балке, далее веревка идет через желоб нижнего подвижного блока, затем верхнего неподвижного блока. Неподвижный блок, прикрепленный к балке, позволяет удобно тянуть за свободный конец веревки.
Нижний подвижный блок держит груз, как на качелях, на двух веревках. Для подъема требуется приложить вдвое меньшее усилие, чем поднимаемый вес. Эффект получается за счет двойного увеличения длины веревки, которую придется вытянуть.
Полиспаст, состоящий из двух подвижных и двух неподвижных блоков, объединенных попарно, дает уже четверной выигрыш в силе и т.д. Существуют и иные способы соединения блоков. Например, последовательное соединение нескольких подвижных блоков с одним неподвижным дает более существенный выигрыш в силе. Нет необходимости собственноручно мастерить подобные грузоподъемные устройства, они имеются в продаже.
Выбираем таль
Ручная цепная таль , малогабаритное грузоподъемное устройство, позволяет поднимать грузы весом до 5 тонн, используя лишь мускульную силу. При выборе, прежде всего, стоит ориентироваться на грузоподъемность. Кстати, бывают тали со встроенным силовым блоком - полиспастом - и без него.
Разумеется, выбирая таль, надо учитывать стоящие задачи. В механических моделях длины цепей составляют от 1,5 до 12 м, так что имеет значение высота подъема. Также, конечно, важен вес самой тали, который определяет не только возможность ее монтажа на балке, но и удобство транспортировки. Легкие рычажные ручные тали весят до 20 кг. А приобретение каретки для тали дает возможность в некотором маневре. Каретка подвешивается на двутавровую балку и перемещает по ней таль вместе с грузом в горизонтальной плоскости.
Раскачивать или тянуть
Ручная таль имеет скромные габариты, состоит из барабана с намотанным тросом, передаточного механизма и привода.
По типу передаточного механизма тали подразделяются на червячные и шестеренчатые . Стоит отметить, что червячный механизм дает больший выигрыш в силе, но из-за трений деталей чаще ломается. Шестеренный механизм показал себя более надежным.
По типу приводного механизма различают тали рычажные и цепные . В случае рычажного привода подъем происходит за счет колебательных движений приводного рычага, осуществляемых вручную. Цепная таль имеет две цепи, тяговую и грузовую. Устройство подвешивается на балку, стропы крепятся на крюке, а рабочий тянет тяговую цепь до тех пор, пока груз не будет поднят на нужную высоту. Особенностью современных конструкций является новый запатентованный механизм, который позволяет находиться рабочему в стороне от поднимаемого груза.
Электрическая тяга
В наше время, в грузоподъемном оборудовании наряду с мышечной силой широко применяется и электротяга, она позволяет экономить физические силы для иных работ. Скорость транспортировки с применением электрического грузоподъемного оборудования значительно выше, чем при ручном труде, что приводит к существенному сокращению сроков строительства. Однако при малых объемах работ стоимость грузоподъемных приспособлений, работающих от сети, бывает не адекватна получаемому выигрышу. Да и не всегда на стройплощадке имеется электричество, по крайней мере, с избытком по мощности.
Сила лебедки
Так называемое «лебежение» (перемещение груза волоком) дало название одноименному приспособлению. Но подвесив современную лебедку, ее можно использовать и для подъема грузов.
В продаже вы найдете сразу несколько вариантов ручных лебедок - барабанная, рычажная, с монтажно-тяговым механизмом… Какой бы тяговый механизм ни был в основе устройства ручной лебедки, критерии выбора всегда одни и те же - грузоподъемность и длина троса. Иногда лебедки продаются без троса, тогда в характеристиках указывают такой параметр, как канатоемкость. Важным параметром является и тяговое усилие, показывающее возможности приспособления по горизонтальному перемещению грузов. Как правило, тяговое усилие оказывается больше грузоподъемности.
Ручная барабанная лебедка
Простейший вариант конструкции лебедки состоит из корпуса, двух подшипников скольжения, барабана с тросом и рукоятки привода. Выигрыш в силе происходит за счет использования неравноплечного рычага, ворота. Если обычный рычаг поднимает груз на ход плеча, то ворот поднимает груз на имеющуюся длину троса. Плечо силы такой лебедки - расстояние от оси до рукоятки, плечо груза - расстояние от оси до окружности наматывания троса. Одно плечо может быть длиннее другого в 2-3 раза, соответственно таким и будет выигрыш в силе. По типу передачи барабанные лебедки подразделяют на зубчатые и червячные. Особенностью использования является необходимость их крепления к твердой основе.
Ручная рычажная лебедка
У рычажной лебедки тоже есть барабан, на который наматывается трос, правда барабан этот меньшего диаметра. Но главное отличие не в этом. Привод намотки троса на барабан здесь осуществляется посредством храпового механизма (или трещетки), то есть при совершении качательных движений ручкой-рычагом.
Данные устройства компактны, удобны для работы в труднодоступных местах. Еще один их «плюс» - не требуется жесткая фиксация корпуса. Но есть и «минус» у рычажных лебедок - по длине троса они значительно уступают иным моделям.
Лебедка с монтажно-тяговым механизмом (МТМ)
Лебедка с МТМ не имеет барабана. Трос пропускается через весь ее корпус, и оба его конца выходят наружу. Внутри же находятся специальные кулачки, которые передвигают трос и создают необходимое усилие при раскачивании рычажной рукоятки.
Такая штука интересна своей универсальностью. Зацепив крюком корпус лебедки за какую-либо стационарную конструкцию, с помощью такого устройства можно перемещать грузы волоком по горизонтальной или наклонной плоскости Для подъема тяжестей лебедку с МТМ крепят к балке. А еще устройство подходит для проведения демонтажных работ (например, сноса конструкций) или даже выкорчевывания пней. Недостаток лебедок МТМ - повышенная чувствительность к абразивному износу, потому загрязнение механизма приводит к его быстрому выходу из строя.
Два слова о домкрате
В строительстве для подъема и опускания грузов на небольшую высоту применяют домкраты разного типа. Так, монтажные реечные домкраты могут иметь несколько ступеней передач и отличаются большой грузоподъемностью. Кроме того, благодаря узкому захвату или клыку умеют поднимать прямо с поверхности земли.
Винтовые домкраты обладают наименьшими возможностями по удерживанию грузов, но большой высотой подъема. Одна из разновидностей винтового домкрата - компенсатор усадки - применяется для регулирования правильности усадки рубленого дома.
В гидравлическом домкрате поднятие груза происходит за счет давления жидкости, оказываемой на поршень. Давление создается насосом, благодаря чему требуется меньшего приложения мышечных усилий, а скорость подъема оказывается плавной.
Оригинальный Xiaomi Mijia доктор Bay зубные Foss портативный выбирает зубы…
Многие люди интересуются, как изготовить конструкцию подъемного крана своими руками. Такое устройство может помочь при постройке дома, подсобных помещений, необходимых в хозяйстве, зернохранилища и склада для кормов.
Составление проекта
Для строительства дома необходим подъемный кран. Рассмотрим, как самостоятельно сделать конструкцию миниатюрного крана для подъема строительных грузов на высоту. Необходимо изготовить передвижное разборное устройство.
Сначала составляют и рассчитывают проект по изготовлению аппарата:
- Основную часть конструкции представляет опорная рама. Ее устанавливают на колеса или стационарно.
- На ходовую раму фиксируют узел вращения агрегата.
- Стрела может поворачиваться благодаря созданию электрического или ручного управления.
- Агрегат можно разбирать на части для удобства транспортировки.
- Кран будет устойчивым благодаря созданию блока противовесов и стальных тросовых оттяжек.
- Груз будет подниматься при помощи блока и лебедки.
- Нужно собрать подъемный кран своими руками.
Чертежи
Чтобы сделать кран, прежде всего составляют схему проекта и чертежи основных узлов. Рассмотрим изготовление конструкции подъемного крана с ручным управлением. Можно было бы сделать аппарат на электричестве, дающем возможность передвигать груз при помощи устройства на длинном тросе, как это происходит в заводских конструкциях. Но тогда сложность изготовления узлов увеличивается, это повлечет удорожание готового изделия и увеличение времени на его создание. Поэтому остановимся на изготовлении ручной модели.
Сварка
Все соединения узлов и деталей выполняют при помощи сварки. Для этого нужен сварочный аппарат. Его можно взять на время работы над выполнением крана напрокат или купить в специализированном салоне.
Сборка конструкции
Подготовьте:
- канат;
- шайбы;
- уголки и швеллеры;
- трубу;
- болгарку;
- сварочный аппарат.
Раму следует выполнить из стального уголка 63х63х5 мм. Стрелу длиной 5 м выполняют из трубы, имеющей диаметр 55 мм. Чтобы усилить агрегат, применяют уголки размерами 30х30х3 мм.
Смотрите » ТОП-2 гусеничных крана МКГС грузоподъемностью 100 и 32 тонны
Грузоподъемность такого самодельного крана будет около 150 кг. Если необходимо поднимать панели с большей массой, то надо увеличить кратность полиспастов, которые являются устройством для поднятия груза. Полиспаст изготавливают из блоков, соединяют их друг с другом тросом. Этот трос должен обматывать блоки по кругу. Полиспаст позволяет поднять панели, прилагая при этом меньшую силу, чем вес груза.
Полиспаст выигрывает в силе в 3-4 раза. При этом учитывают потери на трение, которые составляют 10%. Чем больше будет выигрыш в силе, тем меньше расстояние, на которое инструмент может перенести панели.
Подготовить и сделать все детали можно за 7-10 дней.
Еще 2 дня нужны на сборку механизма. Схема подъема выполнена в виде 2-кратного полиспаста. Узел поворота стрелы представляет собой 6-кратный полиспаст. Поворотную платформу изготавливают путем крепления 2 шайб. Ось заменяет болт на 30 мм.
Для уменьшения величины противовесов опорные ноги делают длиной 2 м. При радиусе поворота шайбы в 200 мм и расстоянии 2 м до противовеса в 100 кг на болт будет действовать нагрузка 1 т. Это учитывают при расчете конструкции инструмента. Выполняют расчет на устойчивость.
Принимают конструкцию за единую систему на одной опоре. Она является наименьшим расстоянием от оси вращения. На систему действуют: вес груза, противовеса и крана. Подъемный барабан создают из трубы сечением 100 мм. Его нельзя устанавливать близко к блокам. Его фиксируют ближе к шайбам.
Блоки изготавливают из 3 шайб. Они должны огибаться шнуром, диаметр блоков должен быть большим, чтобы канаты не вылетели из шайб. Блоки фиксируют без подшипников.
Нужен гибкий трос сечением 5 мм. Его рабочая нагрузка равна 150 кг, а разрывающая — 850 кг. Полиспаст функционирует по принципу рычага. Для полиспаста основным показателем является его кратность (отношение всех ветвей троса к отходящим от барабана).