Полиспасты

ПОЛИСПАСТЫ

В кранах значительной грузоподъемности крюк подвешивают не непосредственно к гибкому органу, а через полиспаст (систему 6локов).

Полиспастом называют систему подвижных и неподвижных блоков,

соединенных гибкой связью (канатом), употребляемую для увеличения силы (силовые) или скорости (cкоростные полиспасты). Наибольшее применение в грузоподъемных машинах находит силовые полиспасты, позволяющие уменьшить натяжение гибкого грузового органа, момент от веса груза на барабане на передаточное число механизма. Скоростные полиспасты, позволяющие получить повышенные скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента, значительно реже, например, в гидравлических и пневматических подъемниках.

При грузоподъемности до 5 тонн (49кН) возможно подвешивание крюка к подвижному блоку, т.е. на двух нитях; при большей грузоподъемности число нитей не должно быть меньше четырех. В этих случаях применяют сдвоенный полиспаст, что обеспечивает вертикальность подъема груза. При сдвоенных полиспастах канат закрепляют на барабане двумя концами, а для запассовки неподвижных концов каната служит уравнительный блок 2 (рис.9). Каждый полиспаст состоит из двух подвижных 1 и одного неподвижного 3 блоков. Передаточное число сдвоенного полиспаста нельзя определять по числу ветвей каната, на которых подвешен крюк, т.к. сдвоенный полиспаст представляет собой два параллельно работающих полиспаста и, следовательно, его передаточное число, или кратность, равна половине ветвей каната.

Рис.9 Полиспасты прямого действия

        Блоки, входящие в полиспаст, подразделяют на подвижные, ось которых перемещается в пространстве. На рис. 9,а показан неподвижный блок, вращающейся по часовой стрелке под действием усилия S_сбег, преодолевающего усилие S_набег. Вращение блока возможно только в том случае, если усилие S_сбег превышает усилие S_набег на величину, достаточную для преодоления сопротивления сил требования в опоре блока и сопротивления жесткости каната или цепи при их сгибании и разгибании.

           Жесткость каната зависит от  его диаметра, конструкции, числа проволок в прядях, и от числа прядей, от типа и конструкций сердечника, от механических свойств металла проволок и от трения между отдельными проволоками и отдельными проволоками и между прядями. Жесткость цепи определяется в основном сопротивлением сил трения в шарнирах пластинчатой цепи или сил трения между звеньями сварной цепи. Так как канаты, применяемые в грузоподъемных машинах, не является абсолютно гибкими телами, а обладают определенной жесткостью, то набегающая ветвь каната не сразу выпрямляется (рис. 10,б).

К.п.д. полиспаста в целом, имеющего кратность а, определяется как отношение полезной работы при подъеме груза Q на высоту h к затраченной при этом работе, равной S_бah, т.е.

При этом максимальное натяжение в системе полиспаста при подъеме груза может быть определено по зависимости:

И при  опускании груза максимальное натяжение  в а-й ветви:

Минимальное натяжение при спуске груза будет в ветви каната, набегающей на барабан,

В одинарных полиспастах (рис.10) один конец каната крепится на барабане, а второй конец закрепляется при четной кратности на неподвижном элементе конструкции (рис.10а), a пpи нечетной кратности — на крюковой обойме. В этих полиспастах при наматывании или сматывании каната с барабана вследствие перемещения каната вдоль оси барабана создается нежелательное изменение нагрузки на опоры барабана. Кроме того, если в одинарном полиспасте нет обводных блоков и канат с блока крюковой обоймы непосредственно переходит на барабан, то при перемещении каната вдоль оси барабана происходит перемещение груза не только по вертикале, но и по горизонтали. Для обеспечения строго вертикального подъема груза и постоянства нагрузок на опоры барабана применяются сдвоенные полиспасты, состоящие из двух одинарных полиспастов (рис.10, б, в, г).

В этом случае на барабане закрепляются оба  конца каната. Для обеспечения  нормального положения крюковой подвески при возможной неравномерной  вытяжке ветвей каната обоих полиспастов применяется установка балансира, или, что чаще, уравнительного блока С (рис.10 б). Преимуществом уравнительного блока является возможность использования целого каната без дополнительных креплений на балансирах. Однако в процессе работы в местах соприкосновения каната с ручьем уравнительного блока имеет место повышенный износ каната. Осмотр и контроль состояния каната на этом блоке вследствие малого его угла поворота затруднительны. Поэтому в кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы является предпочтительным применение уравнительных балансиров А (рис.10 г).

Рис.10 Схема  полиспастов

а – простой  двукратный; б – сдвоенный двукратный; в – сдвоенный трехкратный; г  – сдвоенный двукратный с уравнительной  траверсой А

         Уравнительный блок С при спуске груза не вращается и служит лишь для уравнивания длины ветвей обоих полиспастов при неравномерной вытяжке каната. При четной кратности он располагается среди неподвижных .блоков, а при нечетной—среди подвижных блоков грузовой обоймы. Так как на уравнительном блоке канат перемещается только изредка, то согласно правилам Госгортехнадзора допускается его диаметр  принимать равным 0,8 величины диаметра, определенного по формуле, а у электроталей и стреловых самоходных кранов – равным 0,6 этого диаметра.

Расчет  сдвоенного полиспаста ведут аналогично приведенному выше расчету для одинарного полиспаста, причем каждый полиспаст рассматривают отдельно при действии на него половины общей нагрузки. Если h – высота подъема груза (см. рис. 10), то длина каната одинарного полиспаста, наматываемого на барабан,

L = ah,

Где а — кратность полиспаста.

Развернутая схема обводки каната по блокам одинарного (простого) силового полиспаста приведена  на рис. 8

                 При отсутствий сопротивлений в полиспасте, т.е. когда система неподвижной, усилие в любой точке каната полиспаста:

Где G_гр – вес груза; а – число перерезов каната, на которых подвешен груз (см. сечение К – К на рис.11 – для одинарного полиспаста это число называют кратностью полиспаста).

рис.11 Развернутая  схема полиспаста

                При подъеме или опускании  груза вследствие действия сил  сопротивлений в блоках (от жесткости  каната и от сил трения в  опорах  блоков) натяжение отдельных  ветвей каната различно.

                Обозначим через S₁ натяжение ветви каната, идущей на обводной блок А₁; следующей ветви – S₂ и т.д. В общем случае при кратности полиспаста а натяжение последней, неподвижно закрепленной ветви каната равно S_а. Сумма проекций всех натяжений на направление действия силы тяжести груза дает равенство:

Соотношение между отдельными натяжениями каната при подъеме груза:

Где η –  к.п.д. блока.

Используя эти  соотношения, получаем,

Определив сумму  геометрической прогрессии (выражение  в скобках), определяем соотношение  между весом груза и натяжением S₁:

Натяжение S_б каната, подводимого к барабану Б, больше натяжения S₁ вследствие необходимости преодоления сопротивления в обводных блоках А. При количестве обводных блоков, равном t, максимальное натяжение каната при подъеме груза:

При спуске груза  максимальное натяжение будет в  ветви S_а и равно:

 

Для сдвоенного полиспаста под длиной L следует понимать длину каната, наматываемого на одну половину барабана от одной половины сдвоенного полиспаста.                                                         

Скорость  подъема груза v_rp и скорость каната, навиваемого на барабан, связаны между собой соотношением

v= а·v_rp,

где 

Здесь D² – диаметр барабана, измеренный по центру каната.

Необходимая частота вращения барабана для получения  скорости v

Применение  силовых полиспастов в грузоподъемных машинах позволяет использовать канаты меньшего размера и, следовательно, уменьшить диаметры барабана и блоков, снизить массу и габариты машины. Увеличение кратности полиспаста приводит к уменьшению передаточного числа редуктора, но одновременно требует увеличения длины каната и канатоемкости барабана. Увеличение числа блоков при повышении кратности полиспаста вызывает увеличение потерь и некоторое возрастание мощности, затрачиваемой на подъем груза, а также увеличивает число перегибов каната, что вызывает некоторое снижение срока службы каната.

Выбор каната, типа и кратности полиспаста является взаимосвязанным процессом  с общей компоновкой механизма  и с его параметрами, так как  кратность полиспаста  и диаметр  барабана влияют на передаточное число механизма, его габариты и массу, что в свою очередь оказывает влияние на размеры всей грузоподъемной машины, а следовательно, и на размеры здания, где эта машина устанавливается.

              Если для подъема груза одного  и того же веса G_rp c одинаковой заданной скоростью подъема v_rp применить полиспаст различной кратности, то механизмы подъема будут иметь различные характеристики. Статистическая мощность этих механизмов, необходимая для подъема груза , будет отличаться только вследствие различия в значениях к.п.д., при кратностях, отличающихся незначительно (например, механизмы с кратностью два и четыре), потребная мощность двигателя практически будет одинакова.

                Так как максимальные усилия  в канатах полиспастов изменяются практически обратно пропорционально кратности полиспаста, то с увеличением кратности уменьшается усилие в канате и его диаметр, а также и диаметр барабана. Скорость наматывания каната на барабан изменяется прямо пропорционально кратности и в полиспасте с большей кратностью имеет большее значение. Тогда при одинаковой заданной скорости груза и одинаковой скорости вращения ротора двигателя передаточное число редуктора, соединяющего двигатель с барабаном, меньше при полиспасте большей кратности как за счет увеличения скорости навивки каната на барабан, так и за счет уменьшенного диаметра барабана.

Скоростные  полиспасты (рис.12) отличаются от полиспастов силовых тем, что в них рабочее усилие Р, обычно развиваемое гидравлическим или пневматическим приводом, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната. Следовательно, они являются как бы обратными по отношению к силовым полиспастам.

рис.12 Схема скоростного полиспаста

               Расчет скоростных полиспастов принципиально не отличается от приведенного выше расчета силового полиспаста. При перемещении обоймы полиспаста (точка А) на величину h груз перемещается на величину H=ah, где а – кратность скоростного полиспаста и, следовательно, скорость перемещения груза,

,

Где v_A – скорость перемещения обоймы полиспаста.

Усилие  Р, необходимое для подъема груза весом G_rp, определяется аналогично предыдущему по зависимости