Блоки и полиспасты — простые механизмы, использующиеся для поднимания грузов или с приложением небольших усилий, или с приложением усилий в удобной для пользователя позиции.
Блоки и полиспасты состоят из двух деталей: колеса с окружным желобом (шкивом) и веревки или троса. Блоком, как правило, называют устройство, состоящее из одного шкива в оправе с подвесом и одного троса. Полиспаст — комбинация шкивов и тросов. Принцип его работы похож на работу рычага — выигрыш в силе сказывается на увеличении расстояния при теоретическом равенстве совершаемых работ.
Эти механизмы могут использоваться независимо от других грузоподъемных агрегатов, таких как: лебедки, тали, подъемные краны, а также как их части.
На рисунках показан принцип работы блока и полиспаста :
На рис.1,а груз весом W1 поднимают с помощью одиночного блока усилием P1, равным весу. На рис.1,б груз W2 поднимают простейшим кратным полиспастом, состоящим из двух блоков, усилием P2, равным только половине веса W2. Воздействие этого веса делится поровну между ветвями троса, на которых шкив B2 подвешен к шкиву A2 с помощью крюка C2. Следовательно, для того чтобы поднять груз W2, к ветви троса, проходящей через желоб шкива A2, достаточно приложить силу P2, равную половине веса W2; таким образом, простейший полиспаст дает двойной выигрыш в силе. Рис.1,в поясняет работу полиспаста с двумя шкивами, каждый из которых имеет два желоба. Здесь усилие P3, необходимое для поднятия груза W3, составляет лишь четверть его веса. Это достигается благодаря распределению всего веса W3 между четырьмя тросами подвеса блока B3. Отметим, что кратность выигрыша в силе при подъеме тяжестей всегда равна числу тросов, на которых висит подвижный блок B3.
Рис. 2
В прошлом в качестве троса для блоков и полиспастов использовался гибкий и прочный пеньковый канат. Его сплетали косой из трех прядей, каждая из которых состояла из множества мелких прядей. Полиспасты с такими канатами применялись везде, где необходимо было подниматься грузы: на морских суднах, в сельском хозяйстве, на стройках. Самые сложные из них (рис. 2) часто использовались на парусных судах. Там они были необходимы для работы с парусами, деталями рангоута и другой перемещаемой оснастки.
Со временем на смену пеньковым кантам пришли стальные тросы и тросы из синтетических и минеральных волокон. Они более прочны и износоустойчивы. Полиспасты со стальными тросами и многожелобковыми шкивами являются неотъемлемыми частями грузоподъемных механизмов всего современного грузоподъемного оборудования. Шкивы блоков обычно вращаются на роликовых подшипниках и все их движущиеся поверхности принудительно смазываются.
Вес предметов бывает таким, что одному, а то и впятером, сдвинуть их с места вручную не получается, а надо. В таких случаях пригодится самодельное приспособление для подъема тяжестей или их перемещения. Ручная лебедка — самое востребованное устройство в таком деле. Для гаража ручную лебёдку своими руками сделать совсем нетрудно даже в домашних условиях. Но сначала нужен расчет и чертеж механизма.
Общим у блочка для подъема груза и строительного крана является использование идеи увеличения силы – правила рычага. Для того чтобы уравновесить груз на короткой стороне рычага, нужно приложить к длинной его стороне усилие меньше настолько, насколько короткое плечо меньше длинного. Соотношение сил на концах рычага называется передаточным числом.
Уравновесить и даже поднять тяжесть можно с усилием меньше его веса, но проделанный концом длинного рычага путь будет длиннее, чем у короткого, настолько же, насколько меньше сил для подъема было приложено. Выигрыша в работе (F1*L1=F2*L2) нет, но это и не требуется.
Использование закона Архимеда воплощается в разные подъемные механизмы, а как — зависит от назначения подъемника. Конструкции различаются по передаточному числу, принципу передачи усилия, мобильности, прочности, используемой энергии. Самые востребованные для самостоятельного изготовления виды:
- полиспасты;
- барабанные конструкции;
- рычажный механизм.
Чтобы выбрать вид устройства, необходимого для конкретных работ, стоит ознакомиться с их возможностями и ограничениями.
Проще этого устройства для перемещения тяжелых предметов есть только металлический лом. Главный элемент – колесо с фаской по середине внешней поверхности, ось которого закреплена на потолочной балке. Через него можно перекинуть таль, и подъемник с передаточным числом 1 к 1 готов. Для увеличения рычага пропустим таль еще через одно незакрепленное колесо, ось которого соединена с грузом, а таль закрепим наверху конструкции.
Передаточный коэффициент станет равен 2 . Теперь прикрепим к потолку еще одно колесо, а конец тали пропустим через него, закрепив на оси нижнего колеса. Передаточный коэффициент станет равным 3. И так далее, добавляя по одному колесу и меняя место крепления тали, можно увеличивать передаточное значение.
Расположение колес относительно друг друга может быть разным.
Наиболее компактны конструкции с одноосным расположением колес. В конструкции таких устройств две обоймы колес. Изучив чертежи полиспаста, своими руками собрать его не составит труда. Потребуются две обоймы:
Конец тали закрепляется на одной из обойм.
Есть у полиспастов и недостатки. Для увеличения передаточного числа на 1 нужно каждый раз добавлять одно колесо, в результате растет вес механизма. Кроме того, для сгибания троса на каждом колесе тратится сила, снижая КПД устройства. Можно снизить эти потери, увеличив диаметр колес, но одновременно произойдет увеличение веса и габаритов полиспаста. Этих недостатков нет у другого вида подъемников.
Принцип работы лебедок напоминает простейший рычаг, закрепленный в точке опоры. Если короткое плечо рычага будет поверхностью цилиндра, а груз будет прикреплен к нему тросом, получится лебедка с передаточным числом, равным соотношению длины рычага и радиуса цилиндра. Для исключения обратного вращения на ось ставят храповый механизм с подпружиненной собачкой — трещотка. Собрать такую ручную лебедку своими руками можно по чертежу:
Однако, для большого передаточного числа системы потребуется очень длинная рукоять, а это неудобно. Выход найден в двух разновидностях барабанных лебедок, увеличивающих передаточное число при помощи шестеренок или червячной передачи.
Как сделать лебедку своими руками, используя червячную передачу, можно посмотреть на чертеже:
Трещотка в такой конструкции не нужна, передаточное число, когда гребень червяка проходит по каждому зубу шестерни, равно количеству зубьев шестерни, умноженному на соотношение длины рукояти к радиусу червяка. Но существенным недостатком будет трение между зубцами и гребнем. Требуется постоянная смазка механизма.
С гораздо меньшим трением работает редуктор из шестеренок. При использовании принципа передачи силы парой шестеренок разного диаметра ручную барабанную лебедку своими руками проще всего сделать так:
Обратите внимание, что стопор в таких устройствах необходим. Такая конструкция применяется при небольшой высоте или длине перемещения груза. Увеличить расстояние перемещения поможет тросоукладчик, равномерно распределяющий трос по длине цилиндра. Проще всего результат получить, применяя подпружиненную пластину или стержень, прижимающие трос к барабану:
Самое популярное применение рычажных подъемных механизмов — это автомобильный домкрат. В качестве универсального устройства его применяют реже, так как высота подъема невелика и ограничена.
Подъем груза происходит в результате многократных небольших перемещений площадки между фиксированными позициями на рейке. В домашнем хозяйстве редко находит применение. Положительным качеством рычажных систем является надежность и долговечность.
В домашних условиях можно использовать подручные материалы и готовые передаточные узлы. Например, трещетка, используемая в автомобиле КАМАЗ для выравнивания тормозного усилия — это готовый червячный передаточный механизм.
Можно надолго избавиться от ручного поднятия тяжестей, если для работы один раз собрать систему мотолебедки своими руками. Для этого надо поставить на ось привода лебедки шестерню, соединив ее цепью с ведущей звездочкой бензопилы на жесткой конструкции корпуса.
Сочетая блоковые механизмы с барабанными лебедками, можно работать, компенсировав недостатки каждого вида подъемников. Например, в полиспастах не предусматривают фиксатор, исключающий обратное движение тали, а барабанные лебеди устраняют это очень просто. Зато угол между вектором подъемной силы и вектором веса у полиспаста может быть практически любым, чем не могут похвастать лебедки.
Можно использовать в хозяйстве покупные подъемники, но, как правило, лебедки нужны там, где магазины далеко — и всегда срочно. Стоит поискать в гараже какие-нибудь детали для выхода из ситуации.
Для подъема тяжелого груза есть огромное количество различных приспособлений. Довольно распространенным устройством является грузовой механизм, принцип работы которого — подъем груза с помощью работы блоков и веревок.
Называется он полиспаст. Конструкция его состоит из двух частей: одна — неподвижная, крепление которой находится на опоре, подвижная — относится непосредственно к грузу.
Сила устройства зависит от блоков, которые относятся к подвижной части. Что же касается неподвижной части, то она необходима для того, чтобы контролировать траекторию движения.
Есть несколько видов полиспастов, их различают по таким характеристикам:
- сложность (простые или сложные механизмы);
- четность;
- кратность (влияет на силу механизма).
Технология изготовления
Для создания полиспаста в домашних условиях не потребуется большое количество материала.
Достаточно взять:
- 3 вешалки (желательно пластиковые);
- пластилин в небольшом количестве (используется как груз);
- шнурок (можно использовать крепкую нить);
- ножницы;
- стаканы из бумаги.
Вначале необходимо изготовить корзину, которая будет использоваться для груза. Необходимо взять бумажный стакан и веревку (нить). Далее, необходимо собрать сам полиспаст из вышеперечисленных вешалок. Необходимо зафиксировать один конец веревки или крепкой нити на верхней части вешалки и обернуть нить или веревку на перекладинах.
Сделанную корзинку необходимо подвесить за крючок на нижней вешалке. Конструкция готова, но теперь ее нужно правильно использовать. Необходимо потянуть за конец веревки, который является свободным, после чего вешалки должны соединиться. После этого можно поднимать груз.
Есть еще один метод создания полиспаста. Он немного сложнее, чем предыдущий, но не уступает эффективностью.
Для создания полиспаста понадобится резьбовая шпилька, блоки и тросы, крючок, шестеренка и несколько подшипников. Первым делом нужно закрепить подшипники на шпильке. Для того, чтобы не тратить большую часть силы, необходимо закрепить гайку от резьбовой шпильки. Далее, на конец шпильки крепят шестеренку, механизм будет более удобный в использовании.
И в конце трос необходимо перекинуть через трос и прикрепить его к опоре, а на другой конец устроить крюк, который и будет служить подъемником для груза. Устройство готово, можно приступать к работе.
Изготовление полиспаста своими руками смотрим в видео:
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:
- Количество роликов.
- 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:
- По назначению. Бывают силовые, а бывают скоростные схемы. Силовые позволяют поднимать больше груза, но медленнее. Скоростные позволяют поднимать тяжесть быстрее, но «осилят» меньший вес.
- 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.
- 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:
- Узлами, связанными из репшнуров. Количество оборотов - 3-5.
- 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:
- Однократная: крюк вешают за 1 канат, который затем проводится последовательно через каждый неподвижный блок и наматывается на барабан.
- 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.
- Четырехкратная. Используется сочетание схем, перечисленных выше, для каждого блока крюковой подвески.
- 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:
- Втулки, ролики и подшипники соединяются и вставляются в обойму. В результате получается 2 вращающихся блока.
- Трос пропускают через блок.
- Обойма с пропущенным канатом крепится к опоре, под которой будет располагаться груз.
- Второй конец каната пропускается через второй блок.
- Ко второй обойме крепят крюк.
- 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.
Гордень - одношкивный блок с пропущенным через него тросом; для выигрыша в силе в такелажном деле используют хват-тали и гини (рис. 137).
Рис. 137. Простейшие механизмы для подъема груза:
а - гордень, б - хват-тали, в - гини
Тали - это полиспаст, т. е. система одношкивных блоков (двух и более) с одним тросом, предназначенных для совместной работы. Чаще всего применяют тали в виде двух блоков с одним-тремя шкивами в каждом. Наиболее широко используются хват-тали, имеющие один блок подвижной, а другой (верхний) блок в виде двойных талей.
Гинями называют тали, имеющие два блока с тремя и более шкивами в каждом. Многошкивные блоки (более трех) применяют редко, они имеют особую конструкцию и применяются лишь в специальных устройствах. Гини - самые большие тали, служащие для подъема больших тяжестей; они отличаются от обычных талей большими размерами блоков и толщиной каната-лопыря.
Трос, соединяющий два блока для совместной работы, называют лопарем талей. Конец, с помощью которого лопарь заделывают наглухо в обух верхнего или нижнего блока, называют коренным лопарем, а конец, выходящий из верхнего блока, за который тянут при подъеме груза или травят при его опускании, называют ходовым лопарем; остальные ветви троса талей называют ветвями лопаря, число которых равно числу шкивов обоих блоков.
Тали бывают с двумя одношкивными блоками, с одним одношкивным и одним двушкивным; с двумя двушкивными блоками, с одним двушкивным и одним трехшкивным и, наконец, с двумя трехшкивными блоками (гини). Следовательно, ветвей лопаря может быть от трех до семи.
Для талей применяют растительные канаты и стальные тросы, а также такелажные цепи.
Механические тали - тали, которые называют дифференциальными. Существуют также системы дифференциальных талей с винтовой передачей и тали с зубчатой передачей.
Для подъема грузов на небольшую высоту применяют ручные тали; по грузоподъемности тали выпускаются 1-10 т, их изготовляют зубчатыми с шестеренчатым и червячным приводами.
Ручные тали с червячным приводом состоят из крюка, на котором их подвешивают к конструкциям, верхнего стального неподвижного блока, на ободе которого нарезаны зубья для сцепления с элементами цепной передачи; этот приводной блок связан с червяком. Сварная калиброванная цепь, выполненная замкнутой бесконечной, перекинута через приводной блок, вращающийся от перебирания цепи руками. Во время вращения приводного блока с червяком вращается и червячная шестерня, соединенная со звездочкой. Если вручную перебирать цепь вращения приводного блока, червяк будет вращаться и передавать вращение верхнему блоку вместе с грузовой цепью, расположенной на гнездах звездочки. Через нижний блок (малого диаметра) талей и верхнюю звездочку проходит грузовая цепь. При вращении червячной шестерни со звездочкой грузовая цепь сокращается по длине и поднимает груз. Для подъема груза ручными талями необходимо приложить к цепи тяговое усилие в 33-68 кгс (в зависимости от поднимаемого груза).
Подъем груза с помощью механических талей с шестеренчатым приводом происходит так же, как и подъем груза талями с червячным приводом. Однако в первом случае подъем груза осуществляется в параллельной плоскости, в которой вращается приводной блок, а при червячной передаче во взаимно перпендикулярных плоскостях. Для уменьшения усилий подъема делают две шестеренчатые передачи (рис. 138).
Рис. 138. Дифференциальные (механические) тали
Ручные механические тали имеют ограниченный радиус действия, они могут поднимать груз только в месте закрепления.
Для расширения радиуса действия талей, их подвешивают к тележке, которая передвигается по путям, выполненным из двутавровых балок, подвешенных к перекрытиям цеха.
Более совершенным грузоподъемным приспособлением является тельфер - электрическая таль с тележкой, передвигающейся по монорельсу. Подъемным механизмом у тельфера служит электромотор, соединенный с барабаном, заменяющим верхний блок талей. Подъемом и перемещением тельфера управляют через пульт с кнопками на гибком проводе. Тельферы могут перемещаться и на значительные расстояния с помощью троллея - токонесущего провода, расположенного сбоку монорельсов или над ними.
В судостроении и судоремонте используют также шпили и лебедки. Они бывают ручные и электрические.
Ручная лебедка имеет прочное и массивное основание, станину, основной барабан (с горизонтальной осью), валы с шестернями для изменения скоростей, тормоз и рукоятки для приложения мускульной силы. Ручные лебедки изготовляют грузоподъемностью 0,5; 1,0; 3,0; 5 т. При работе с такими лебедками применяют канифос-блоки и тали. Канифос-блоки служат для отвода троса, идущего на барабан, а тали - для получения большего выигрыша в силе.
Шпиль, в отличие от лебедки, имеет вертикальную ось вращения. Шпили и лебедки работают обычно на малой скорости с большими тяговыми усилиями. При подъеме легких грузов пользуются одной ветвью троса (шкентелем), а при подъеме тяжелых грузов применяют тали.
Электрические шпили (рис. 139) и лебедки работают на берегу от электростанции или подстанции завода, а на судне - от генератора. Вал с барабаном на них приводится во вращение электродвигателем. Для управления ими применяют контроллеры и пусковые реостаты. Поворачивая рычаг пускового реостата в ту или другую сторону, механизмам сообщают нужный ход.
Рис. 139. Шпили и лебедки:
а - схема работы шпиля, б - схема работы лебедки, в - ручная такелажная лебедка; 1 - барабан, 2 - рукоятка, 3 - переставной вал рукоятки, 4, 5 - цилиндрическая зубчатая передача, ведущее колесо которой может быть включено и разобщено, 6, 7 - барабанная передача, 8 - запорный механизм для остановки вала, 9 - храповой тормоз, 10 - щиты из листовой стали, 11 - распорные болты
Перед подъемом грузов необходимо проверить правильность вращения лебедки (или шпиля), определить пригодность ее для данной работы. Особое внимание следует обратить на исправность стопора. При неисправности стопора и тормоза лебедка работать не может.
Для подъема тяжелых машин и агрегатов на небольшую высоту и передвижения их на незначительные расстояния, а также выполнения различных такелажных работ применяют домкраты. Их преимущества: малая масса, большая грузоподъемность, простота конструкции, легкость устройства торможения и удобство обращения.
Домкраты бывают: винтовые, гидравлические, воздушные и с зубчатой рейкой; их общим недостатком является сравнительно низкий к. п. д. Грузоподъемность домкратов достигает 20-25 т. Средняя высота подъема грузов 400 мм, масса реечных и винтовых домкратов колеблется в пределах от 5 до 120 кг.
В эксплуатации механизмов широко применяют канатно-веревочные изделия и такелажные цепи.
