Тема 2 Простейшие грузоподъемные механизмы и устройства

2.1. Полиспаст

2.2. Лебедка

2.3. Таль

2.4. Домкрат

2.5. Цепи и канаты

2.6. Звездочки барабаны

2.1. Полиспаст

Полиспа́ст (др.-греч. πολύσπαστον от πολύσπαστος) — натягиваемый многими верёвками или канатами) грузоподъёмное устройство, состоящее из собранных в подвижную и неподвижную обоймы блоков, последовательно огибаемых канатом или цепью, и предназначенное для выигрыша в силе (силовой полиспаст) или в скорости (скоростной полиспаст).

В основе работы полиспаста лежит правило механики, которое говорит о том, что за выигрыш в силе приходится платить проигрышем в перемещении. В соответствии с ним полиспасты разделяют на силовые (прямого действия) и скоростные (обратного действия) (рис.2.1).

а)

б )

Рис.2.1. Схемы полиспастов:

а) силового: 1,2 - соответственно подвижные и неподвижные блоки; 3 - канат; 4 – барабан.

б) скоростного: 1 - подвижные блоки; 2 – неподвижные блоки; 3 - канат; 4 – барабан; 5- гидро (пневмо) цилиндр с поршнем.

Основной характеристикой полиспаста является кратность - отношение скорости движения подвижной ветви гибкого тягового органа к скорости подъема груза или отношение (без учета потерь) веса поднимаемого груза к усилию в тяговой ветви каната , или отношение числа ветвей каната, на которые подвешен груз , к числу ветвей каната, навиваемых на барабан . Кратность полиспаста, по сути дела, является его передаточным числом и характеризует выигрыш в силе или скорости:

(2.1)

В полиспасте прямого действия (рис.2.1. а) вес поднимаемого груза распределяется на количество ветвей гибкого органа и усилие в свободной ветви полиспаста (без учета потерь) , скорость этой ветви определится из выражения .

В рассматриваемом полиспасте очевиден выигрыш в силе и проигрыш в скорости и пути.

Применение силовых полиспастов:

• грузовые – в механизмах подъема грузоподъемных машин (лебедка);

• стреловые – для изменения вылета стрелы путем ее наклона;

• тяговые – для горизонтального или наклонного перемещения грузов;

• замыкающие – в грейферах для замыкания челюстей.

Полиспаст обратного действия (рис.2.1.б) предназначен для выигрыша в скорости и пути, при этом проигрывается в силе. Свое название полиспаст получил из-за того, что поднимаемый груз подвешивается на его свободную ветвь (в отличии от полиспаста прямого действия, в котором эта ветвь является тяговой), а тяговое усилие приложено к подвижной обойме блоков (в случае полиспаста прямого действия эта обойма служит крюковой подвеской для грузов).

Применение скоростных полиспастов: в сочетании с гидравлическими или пневматическими подъемниками в авто- и электропогрузчиках, где необходимо обеспечить небольшой ход поршня гидро- или пневмоцилиндра.

При работе полиспаста возникают потери, связанные с упругими деформациями в проволоке и прядях каната, а также с трением в опорах блока и между отдельными проволоками и прядями, которые оценивают КПД (коэффициентом полезного действия ). Значение зависит от типа каната, угла охвата им блока, диаметра блока и его оси, типа подшипника, количества блоков и др. Для блоков на подшипниках качения на подшипниках скольжения . В связи с потерями на блоках усилия в ветвях каната отличаются друг от друга.

Максимальное усилие при подъеме груза будет в ветви каната, набегающей на барабан, а минимальное - в последней ветви. Максимальное натяжение высчитывается по формуле:

(2.2)

По исполнению различают одинарные (простые) и сдвоенные полиспасты.

В одинарном полиспасте (рис. 2.2. а) один конец каната крепится к барабану, а другой конец к неподвижной части крана или к крюковой подвеске. Недостатком этой конструкции полиспаста является неравномерное распределение нагрузки на опоры барабана при подъеме и опускании груза, что приводит к неравномерному износу подшипников и горизонтальному смещению барабана. Устранить эти недостатки позволяют сдвоенные полиспасты.

Рис.2.2. Схемы полиспастов: а) одинарного; б) сдвоенного:

1 - барабан; 2 – канат; 3 – неподвижная часть конструкции; 4 – уравнительный блок; 5 – крюковая подвеска; 6 – подвижные блоки.

В сдвоенном полиспасте (рис.2.2. б) оба конца каната крепятся к барабану и огибают уравнительный блок, который служит для выравнивания натяжения и длины ветвей каната. Это обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на опоры барабана и уменьшает величину его горизонтального смещения.

Уравнительный блок в процессе работы полиспаста не вращается, а только поворачивается в моменты разницы усилий на ветвях каната, поэтому, принимая уравнительный блок за точку крепления каната, сдвоенный полиспаст можно рассматривать как два независимых одинарных полиспаста с нагрузкой в каждом из них, равной половине веса поднимаемого груза.

Сравнение одинарных и сдвоенных полиспастов показывает, что у последних, при одинаковом числе канатов, на которых подвешен груз, меньший выигрыш в силе, больший крутящий момент на барабане и меньшая кратность. Однако за счет сокращения перегибов канатов на блоках увеличивается его долговечность. Кроме того, сдвоенные полиспасты обеспечивают равномерную загрузку металлоконструкций кранов (в особенности мостовых и козловых) при подъеме и опускании груза.

Максимальное натяжение каната высчитывается по формуле:

(2.3)

Применение сдвоенных полиспастов: в механизмах подъёма многих кранов — мостовых, консольных, козловых и других, где постоянство давлений на опоры барабана во время подъёма или спуска груза важно для обеспечения равномерной загрузки металлоконструкции моста под обоими рельсам.