Для чего нужен блок для лебедки
Блоки и ролики. Виды и применение. Особенности и отличия
Блоки и ролики – простые механические устройства в виде колеса с центральным желобом по наружной окружности под веревку, канат, трос или цепь. Используются для регулировки силы прикладываемого усилия при работе с такелажем, а также в подъемных конструкциях.
Отличие между блоком и роликом
Это тесно связанные между собою понятия, которые часто в разговорной речи используются как синонимы. На самом деле, между ними имеется разница. Так, ролик это непосредственно само колесо с желобом по окружности. По сути это тот же шкив, что используется для работы с приводным ремнем. Блок же более сложная конструкция. Она представляет собой ролик, установленный в корпус. В минимальном исполнении последний представляет собой вилку с вставленной между ее половинами осью. На ней и вращается сам ролик. Благодаря наличию корпуса блок может подвешиваться, а также перемещаться.
Как работают блоки и ролики
Их можно разделить на 2 типа:
Неподвижные находятся в подвешенном состоянии и при протягивании через них веревки или троса оборачиваются вокруг своей оси, но самим корпусом остаются на месте. Их использование позволяет изменить направление силы воздействия. К примеру, если перекинуть через такой блок, подвешенный на высоте, веревку, привязанную одним концом к грузу, то находясь внизу и подтягивая за нее, можно его поднять. То есть, фактическая сила при натягивании шнура направляется вниз, а тяжесть при этом стремится вверх.
Подвижный отличается тем, что он не имеет жесткого крепления. Он не только оборачивается, но и перемещается вместе с грузом. Он имеет более интересную механику действия. С его помощью можно уравновесить небольшой прикладываемой силой в 2 раза большую силу. То есть, если использовать его для подтягивания или поднятия груза, то он будет фактически в 2 раза легче. Чтобы воспользоваться таким устройством, нужно подцепить его крючком к грузу. Затем через его желоб пропускается веревка, один конец которой следует привязать возле конечной точки доставки тяжести, или за ней. В таких условиях, если тащить за свободный край веревки, то груз будет приближаться при прикладывании усилия в 2 раза меньшего, чем вес перемещаемой тяжести.
На практике часто применяется связка подвижных и неподвижных роликов. Их применение позволяет осуществлять подъем груза, прикладывая усилий в 2 раза меньшее воздействие, и при этом с противоположным направлением. Этим приемом часто пользуются для подъема стройматериалов на стройплощадках, грузов на складах. Он помогает и при демонтаже двигателя с автомобиля.
Полиспаст
Использование подвижных и неподвижных блоков требует наличие базовых знаний механики их действия. Самым интересным и удивительным является их связка полиспаст. Она представляет собой 2 обоймы, в каждой из которых располагается на одной оси по несколько блоков. Одна обойма закреплена неподвижно для изменения направления прикладываемой силы, а вторая крепится к грузу подвижно.
К примеру, пропущенная через эти обоймы веревка, в каждом из которых по 3 ролика, проходит трижды через понижающие силу усилия подвижные ролики. Как результат, в конечном счете выигрыш в прикладываемом усилии составляет 6 раз. То есть, если масса груза 300 кг, то его сможет поднять человек, прикладывая усилие, как при работе с массой 50 кг.
Блоки и ролики могут формировать полиспаст и с большей кратностью. Вся проблема в том, что чем выше выигрыш в силе, тем медленней происходит смещение груза. В связи с этим такие конструкции разделяют на силовые и скоростные. Первые дают небольшой выигрыш, но обеспечивают быстрое перемещение, вторые медленные, но эффективные в плане экономии усилия.
Воспользовавшись полиспастом, можно сравнительно слабым двигателем наматывающим трос вытащить тяжесть, которую он напрямую не потянет. К примеру, если в наличии имеется маломощная лебедка для легкового автомобиля, то она в сочетании с полиспастом и мощными роликами, способна извлечь из заноса даже грузовик.
Применение
Область использования роликов и блоков крайне обширна. Ими пользуются альпинисты, для облегчения подъемов и спусков по отвесным скалам.
Блоки и ролики являются частью сложных механизмов:
Материалы изготовления
Производство блоков и роликов выполняется из различных материалов. Выбор в пользу одного из них продиктован в первую очередь предельной прочностью, стойкостью к механическому воздействию, температурой использования, а также тем, с чем именно они будут применяться: веревкой, цепью, канатом или металлическим тросом.
Обычно блоки делают из таких материалов:
Стальные отличаются высокой надежностью и стойкостью к истиранию. Они могут работать с любыми веревками, тросами и цепями, конечно, ели диаметра их желоба достаточно. Из стали делают монтажные блоки и ролики, предназначенные для подъема больших тяжестей. Они представлены как небольшими, так и массивными конструкциями, размер которых превышает человеческий рост. Последние можно встретить на карьерных экскаваторах, поднимающих сотни тонн породы за один раз.
Алюминиевые менее прочные, скорее истираются, но они отличаются легкостью и стойкостью к коррозии. Их часто применяют при сборке переносной оснастки, такой как используют альпинисты. Они достаточно прочные для работы с весом человека, при этом не тяжелы, и не пачкают шнур ржавчиной.
Бронзовые применяют на взрывоопасных производствах, где приходится работать в газовой среде. Бронза со стальным тросом не дает искр. Это исключает воспламенение газа. Недостаток этого металла в достаточно быстром истирании, поэтому такие изделия приходится менять чаще, чем стальные. Однако при нечастом использовании и при работе с небольшими нагрузками они служат очень долго.
Пластиковые очень дешевы в производстве. Они не используются для выполнения перемещения тяжелых грузов. Их можно встретить в различных подъемных механизмах, к примеру, стеклоподъемниках и т.д. Нередко корпус блоков делается металлическим, а ролик пластиковым.
Деревянные блоки и ролики традиционно применялись на парусных судах. Сейчас их по-прежнему делают, но только энтузиасты для установки на небольшие яхты. Практическая польза от этого отсутствует, такой выбор продиктован исключительно эстетикой и приверженностью традициям.
Виды блоков
Промышленностью выпускаются десятки разнообразных конструкций блоков, адаптированных под конкретный вид работ или условия использования.
Условно их можно поделить на 2 основные категории:
Большие монтажные блоки оснащаются обычно стальными роликами. Их устанавливают на подъемную технику, работающую с многотонными грузами. Компактные же применяются альпинистами, а также для ручного подъема и перемещения грузов.
Простые одинарные и многороликовые
Одинарный блок имеет один ролик. Он имеет большую сферу применения. Блок подходит для подвижной и неподвижной фиксации. Такие устройства отличаются между собой в первую очередь по наличию подшипника. Он обеспечивает тихое и плавное оборачивание ролика. Без него тот работает с характерным скрипом, вращается тяжелее и изнашивается быстрее.
Одинарные блоки могут оснащаться системой торможения, препятствующей их вращению в противоположную сторону. Это может потребоваться при выполнении ответственного подъема с ручной подтяжкой, так как снижает вероятность откатывания груза обратно в случае скольжения по канату.
Многороликовые блоки имеют на общей оси много роликов. Это дает возможность их использовать для составления полиспаста. В продаже можно встретить устройство на 2, 3, 4 и боле шкива.
Блоки с зажимами
Эта усложненная конструкция блока, так как в ней предусматривается механизм зажима. Он позволяет отказаться от отдельного стопора. Такое устройство может прижать на своем корпусе канат, заблокировав свое дальнейшее продвижение и его выскальзывание. Такая оснастка часто используется альпинистами, особенно промышленными, так как позволяет зависать на одном месте.
С карабином
В таком исполнении корпус ролика выполняет функцию карабина. Это позволяет его быстро надежно цеплять и легко снимать. Недостаток таких систем в мелком ролике, что снижает его КПД. Такие устройства обычно используют для оттяжки. На практике же за неимением другого, они подходят и для сборки полиспаста.
Транспортные
Такие блоки и ролики используются для работы с грузами. Они подходят для веревок и тросов. Данные устройства отличаются высокой устойчивостью, так как имеют 2 ролика установленных в одну линию, что исключает раскачивание. На их корпусе обычно имеется 2 отверстия для ввода веревки, троса, цепи, а также установки карабина. Они могут применяться подвижно и неподвижно.
Специализированные
Также встречаются блоки и ролики других типов, для узких задач. К примеру, конструкции для перекатывания по наклонному тросу. Они устанавливаются на него, и позволяют скатиться, не прикладывая усилий. Данные блоки используют спасатели при эвакуации людей с высоты. Также именно такая оснастка применяется на троллеи для катания по натянутому канату.
Полиспасты и блоки для лебедки. Принцип работы устройства
Лебедка – популярное подъемное устройство, функциональность которого направлена на то, чтобы поднимать в целости и сохранности грузы по горизонтальной плоскости и вертикали. Так как, физические возможности человека ограничены, лебедка поможет решить задачу с переносом груза с места на место быстро, при этом сохранит силы и время.
Востребованность грузоподъемного устройства всегда актуально, их широко применяют в строительных и бытовых дачных работах; при перемещении, выгрузке и погрузке товара в складах; в сдвигании автомобиля на непроходимой местности, где он застрял. По этому, на сегодняшний день на рынке много разновидностей грузоподъёмных механизмов, но чаще всего применяемыми являются монтажные блоки, разного вида домкраты и конечно, лебедки.
Полиспаст – как блок для усиления лебедки
Использование блоков устройства полиспаста – отличный вариант для того чтобы усилить вдвое тяговую способность лебедки. А если скомбинировать несколько блоков сразу, это увеличит более чем в три раза лебедочную мощность.
Чтобы усилить лебедку, сделайте такие шаги:
В конце выходит простой полиспаст, с помощью которого, автомобиль выкарабкается из любых неприятных ситуаций.
Принцип работы системы полиспаст
Полиспаст работает на подобии рычага. Рабочая норма выполняется точно в таком же объеме, затрачивая, при этом меньше усилий.
Как и говорилось, при работе устройства многозначителен фактор выигрыша в силе. Он может быть разнообразным, зависимо от конструкции. Два шкива в простом механизме дают выиграть вдвое в силе, три – втрое, и тому подобное. На такой же основе считают увеличение расстояния. Для того чтобы обычный полиспаст работал, берут трос длиной вдвое больше, чем высота подъема, в случае использования четырех блочного комплекса, увеличение длины троса, соответственно, будет равна четырем.
Как использовать полиспаст:
Запаситесь, на всякий случай, удлинителем для троса, его может не хватить до ближайшей опоры, так как длина уменьшиться до двух раз.
Помимо помощи лебедке в спасательной операции автомобиля, блоки полиспаста разгружают тяговое устройство. У лебедок, как и у всех других электромеханизмов, одинаковый разрушительный фактор – перегруз. Поэтому так важно, во избежание этого, использовать блоки, чтобы максимально обезопасить механизм от гибели. Применение полиспаста, даже когда нет ситуаций, в которых требуется усиливать лебедку, ее можно укрепить, что обеспечит ей еще долгую службу.
Подъем грузов без спецтехники – как рассчитать и сделать полиспаст своими руками
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.
Система блоков – теория
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.
Объединение двукратного и шестикратного простого полиспаста дает сложный шестикратный вариант
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.
Классификация по назначению подъемника
В зависимости от того, что хотят получить при использовании полиспаста, их подразделяют на:
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 – 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)
– 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:
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:
– 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:
1. Соединяют ролики, втулку и подшипники. Объединяют все это в обойму. Получают блок.
2. Веревку запускают в первый блок;
3. Обойма с этим блоком жестко крепится к неподвижной опоре (железобетонная балка, столб, стена, специально смонтированный вынос и пр.);
4. Затем конец веревки пропускают через второй блок (подвижный).
5. К обойме крепят крюк.
6. Свободный конец веревки фиксируют.
7. 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.