Полиспаст. Виды и устройство. Применение и особенности
Полиспаст – механическое устройство, состоящее из подвижных и неподвижных блоков с роликами. Предназначено для перемещения грузов, с использованием цепной или канатной передачи, главная особенность которого выигрыш в силе. Система позволяет с ее помощью выполнять подъем тяжестей, прикладывая для этого меньшее усилие.
Элементы полиспаста
В состав простейшего полиспаста входят:
Неподвижные блоки в системе представляют собой ролик на оси в корпусе, закрепленный в одном положении. При пропуске через него веревки или троса происходит только оборачивание ролика в момент прикладывания тягового усилия. За счет его применения выполняется изменение направления тяги. То есть, если нужно поднять привязанный груз вверх, то пропущенная через неподвижный блок веревка тянется вниз. Нагрузка при этом остается той же.
Подвижные блоки в полиспасте имеют аналогичную конструкцию, что и неподвижные. Единственное их отличие заключается в методе крепления. Груз цепляется непосредственно к подвижному блоку. Если пропустить через последний веревку, и потянуть за нее, то для поднятия прикрепленной тяжести потребуется приложить меньшее усилие в 2 раза, чем ее фактическая масса.
Как устроен полиспаст
Данное устройство является системой из подвижных и неподвижных блоков. Благодаря этому оно корректирует направления тягового усилия на передающую веревку или трос, при этом уменьшает его в определенное количество раз.
Самое простое устройство состоит из одного подвижного и одного неподвижного блока. Для выполнения поднятия груза с его помощью край веревки привязывается к якорю вверху. Затем она пропускается через подвижный блок, к обойме которого крепится предмет для перемещения. Дальше веревка заводится в неподвижный ролик, подвешенный вверху возле якоря. В таком случае если ее тянуть вниз, то груз будет подниматься вверх. Причем для этого нужно будет приложить усилие в 2 раза меньшее.
Если же усложнить систему, и увеличить количество блоков, то ее эффективность повысится. Так, у полиспаста с двумя подвижными и двумя неподвижными роликами выигрыш в силе составит уже в 4 раза. То есть, чтобы поднять определенный вес, нужно будет приложить только четверть усилия.
Представленные примеры имеют эффективность в выигрыше в силе 2 или 4 раза только в теории. На практике же этот показатель немного меньше, так как на продуктивность системы влияют и другие факторы. В целом, теоретически можно использовать полиспасты с огромным количеством блоков, и выигрывать в силе хоть в 100 или 1000 раз, но обычно это нецелесообразно, сложно и дорого.
Главный недостаток полиспаста
Как известно, к каждому воздействию имеется противодействие. Выигрыш в силе на полиспасте имеет и существенный недостаток – проигрыш в расстоянии. То есть, чтобы снизить усилие при подъеме груза в 2 раза используется обычная простейшая схема. Если вертикально перемещается 100 кг, то потянуть за веревку придется с усилием 50 кг. При этом для поднятия груза на 1 м в высоту, придется выбрать 2 м веревки. Когда же используется устройство с пятью подвижными блоками, то придется вытянуть вместо 1 м уже 10 м.
Выигрыш в силе равен проигрышу в расстоянии. Из-за этого и следует, что слишком сложных полиспастов с большим количеством блоков просто не делают. Для них необходимо использовать очень длинные веревки, троса или цепи. Это делает конструкцию дорогой и громоздкой. В реальной жизни обычно применяют полиспаст с выигрышем в силе максимум 8 раз, то есть на 4 подвижных блока.
Почему на практике выигрыш в силе меньше расчетного значения
Применение правила, что один подвижный ролик дает выигрыш в силе в 2 раза на практике не работает. Это значение получается немного меньшим, а иногда и существенно.
Причина этого в прочих условиях:
- Материале троса.
- Типе подшипников.
- Диаметре каната.
- Углу между канатом и средней плоскостью ролика.
Все перечисленные факторы влияют на уровень трения. Ролик блока при оборачивании требует прикладывания дополнительного усилия. Кроме этого значение имеет масса самих блоков и троса. Поднимать нужно не только сам груз, но и элементы системы. Все этого немного, но влияет на конечный выигрыш в силе. Так, на практике чтобы сдвинуть с места массу 100 кг устройством с кратностью 4 раза, приложить придется не 25 кг, а приблизительно 27-31 кг. Если ролики оборачиваются не на подшипниках, а втулках, кроме этого их оси не смазаны, то этот показатель возрастет еще больше.
Трение – это враг полиспаста. Чем оно ниже, тем эффективней система. Если применяются миниатюрные ролики, то выигрыш в силе меньший. Самое высокое КПД устройства на больших блоках.
Полиспаст на карабинах
Область использования полиспаста обширна. Его схема применяется для поднятия грузов в разных областях. Особенно часто ее используют альпинисты. При ограниченности снаряжения в походе часто выполняется сборка полиспаста без блоков с оборачиваемыми роликами. Вместо них применяются обычные карабины.
Это возможно только в сочетании со шнуром, так как благодаря его наружной оплетки, тот имеет невысокий коэффициент трения. Такая конструкция на карабинах работает, но существенно менее эффективно. Ее практическое применение целесообразно только при установке вместо роликов карабинов в количестве до 4 шт. Если больше, то для преодоления трения на них требуется приложить усилие, которое окажется больше, чем реальная масса перемещаемого груза. В идеале использовать такую систему на 2-3 карабина. Если же их будет существенно больше 4-х, то в определенный момент для поддержания груза на весу будет достаточно просто массы самого шнура, удерживаемого трением.
Виды
Полиспаст может иметь конструкцию различной сложности. В целом такие системы можно разделять на виды по ряду критериев:
- Назначению.
- Количеству блоков.
- Сложности схемы.
По назначению полиспасты разделяют на силовые и скоростные схемы. В первых ставится акцент именно на большой выигрыш в силе. В таком случае для выполнения перемещения груза нужно делать большую выборку веревки или троса. При этом сама тяжесть будет двигаться медленно. Скоростные схемы дают выигрыш в силе 2-4 раза, при этом действуют они сравнительно быстро. Они предназначены для работы с небольшими тяжестями, когда нужно просто слегка уменьшить уровень нагрузки.
Скорость срабатывания полиспаста зависит от используемого в нем типа привода. Если конец веревки тянет человек вручную, то и продуктивность схемы невысокая. Когда же она наматывается на быстро оборачиваемый вал лебедки, то фактическая скорость перемещения груза даже на силовой схеме будет высокой, хотя сравнительно и уменьшенной относительно самой выборки.
Полиспаст может состоять из разного числа блоков. Чем их количество выше, тем естественно больший вес можно поднять, приложив фиксированное усилие. На практике в отдельных случаях можно встретить устройства, схема которых предусматривает десятки роликов в подвижных и неподвижных узлах.
Также полиспасты разделяют на простые и сложные. В первых используется одна веревка, канат или цепь. В сложных системах объединяется несколько полиспастов с отдельными тросами. Это позволяет добиваться в силе большого выигрыша при использовании меньшего количества роликов. К примеру, если соединить вместе полиспасты на 1 и 2 блока, то конечная кратность связки получится 6 раз. При одном канате для такой эффективности нужно будет применять 6 роликов.
Область использования
Полиспаст применяется в разных отраслях для облегчения поднятия тяжестей, а также их перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям.
Устройство используют для:
- Подъема альпинистов и их снаряжения по отвесным скалам.
- Погрузочных работ.
- Подъема стройматериалов.
- Извлечения автомобилей из снежных заносов, грязи.
- Выполнения спасательных операций.
- Натяжки кабеля на ЛЭП и т.д.
Схема полиспаста является элементом механизма подъемного крана, лифта, лебедки и десятков других машин. Ее использование позволяет отказаться от установки мощного привода. Так, к примеру, полиспаст позволяет лебедке со слабым двигателем, питаемым от бортовой сети 12В, вытягивать тяжелый многотонный автомобиль из грязи.
Виды полиспастов в продаже
Можно встретить соединенные блоки с роликами для сборки полиспаста. В них применяется одна ось, что обеспечивает упрощенный монтаж к якорю или к грузу. Такие элементы могут быть как небольшими, предназначенными для использования альпинистами или ручного перемещения стройматериалов на площадке, так и очень массивными. Последние применяют на карьерной и шахтной технике, грузовых лифтах.
Отдельного внимания заслуживают уже собранные системы с готовой распасовкой шнура. Они обычно рассчитаны на применение при эвакуации. Подобные устройства одним блоком цепляются к якорю, а вторым к грузу. Распасованный между роликами шнур необходимо вытягивать сбоку. В результате произойдет сужения между элементами. За счет того, что трос по сути складывается многократно, то в общем подобные системы выдерживают большие нагрузки. Их часто применяют, чтобы вытащить машину из снега или грязи. Если длины такого устройства недостаточно, то его можно подцепить цепью или стропой. Они послужат для передачи тягового усилия.
Похожие темы:
- Шестерни. Виды и применение. Особенности и материал изготовления
- Шарниры. Виды и применение. Принцип работы и особенности
- Редуктор. Виды и устройство. Применение и работа. Особенности
- Доводчик. Типы и работа. Применение и обслуживание. Особенности