Полиспаст для лебёдки¶
Полиспаст для лебёдки — это система блоков (шкивов) и тросов, соединённых между собой, которая используется для увеличения тягового усилия лебёдки при подъёме или перемещении грузов. Принцип работы полиспаста основан на механическом выигрыше в силе за счёт многократного натяжения троса, что позволяет перемещать грузы, вес которых многократно превышает номинальное усилие лебёдки. Вместе с тем выигрыш в силе сопровождается пропорциональным увеличением длины троса, который необходимо протянуть, и снижением скорости перемещения груза.
¶Физический принцип работы
Работа полиспаста основана на законе сохранения энергии: работа, совершённая при подъёме груза, равна работе, затраченной на протяжку троса (без учёта потерь на трение). Если груз поднимается на высоту h, а трос протягивается на длину L, то выигрыш в силе составляет отношение L/h. В простейшем полиспасте из одного неподвижного блока и одного подвижного трос закрепляется на неподвижном блоке, огибает подвижный блок, снова неподвижный и уходит к лебёдке. В этом случае крюк с грузом подвешен на подвижном блоке, и на него действуют две ветви троса, каждая из которых воспринимает половину нагрузки. Выигрыш в силе равен двум, но трос необходимо протянуть вдвое большую длину.
Количество ветвей троса, воспринимающих нагрузку (так называемое «число смычков»), определяет теоретический выигрыш в силе. Чем больше ветвей, тем меньшее усилие требуется от лебёдки, однако тем длиннее должен быть трос и тем ниже скорость подъёма. Практический выигрыш всегда несколько меньше теоретического из-за потерь на трение в осевых подшипниках блоков и при огибании тросом шкивов; коэффициент полезного действия типичного полиспаста составляет 0,85–0,95 в зависимости от качества блоков и смазки.
¶Устройство полиспаста
Основные элементы полиспаста:
- Неподвижные блоки — закрепляются на неподвижной опоре (мачте, раме, крюке крана) и направляют трос.
- Подвижные блоки — перемещаются вместе с грузом, к ним крепится грузозахватное устройство (крюк, стропа).
- Трос (канат) — стальной канат или синтетический шнур, огибающий шкивы блоков.
- Удерживающая (захватывающая) система — предотвращает самопроизвольное опускание груза при обрыве троса или отказе лебёдки.
В реальных конструкциях подвижный и неподвижный блоки могут быть составными — содержать несколько шкивов, расположенных на одной оси или на параллельных осях. Такие блоки называют тали. Полиспаст с двумя смычками (выигрыш 2) состоит из одного неподвижного и одного подвижного блока; с четырьмя смычками (выигрыш 4) — из двух неподвижных и двух подвижных шкивов и так далее.
¶Схемы обводки троса
Существует несколько типовых схем обводки троса в полиспасте:
- Схема с закреплением троса на подвижном блоке — выигрыш в силе равен числу ветвей, идущих к подвижному блоку. Наиболее распространена в грузоподъёмных механизмах.
- Схема с закреплением троса на неподвижном блоке — выигрыш в силе на единицу меньше числа ветвей, однако позволяет направить трос к лебёдке в удобном направлении.
- Схема с двойной обводкой — применяется для получения больших выигрышей (6, 8 и более) при ограниченном числе шкивов.
Выбор схемы определяется конструкцией лебёдки, направлением подачи троса и требуемым выигрышем.
¶Применение
Полиспасты с лебёдками широко применяются:
- в буксировочных лебёдках внедорожных автомобилей и специальной техники — для самовытаскивания и помощи другим транспортным средствам;
- в грузоподъёмных кранах — полиспаст является основным элементом грузового механизма;
- в судовых и причальных лебёдках — для швартовки и подъёма якорей;
- в горном деле и спелеологии — для подъёма грузов из шахт и пещер;
- в аварийно-спасательных работах — для извлечения пострадавших и техники.
В автомобильных лебёдках полиспаст обычно собирают на месте: трос выводят на неподвижный блок, закреплённый на дереве или другом упоре, возвращают к лебёдке через подвижный блок с крюком и закрепляют на точке крепления. Такая схема позволяет увеличить усилие вдвое при одновременном снижении скорости подтягивания.
¶Выбор полиспаста
При подборе полиспаста учитывают:
- Номинальное усилие лебёдки — определяет допустимое число смычков с учётом прочности троса и блоков.
- Диаметр троса — должен соответствовать диаметру шкивов блоков (обычно не менее 18–20 диаметров троса).
- Запас прочности — для грузоподъёмных работ обычно принимают не менее 5 по отношению к разрывному усилию троса.
- Углы отклонения троса — косой натяг снижает допустимую нагрузку на блоки.
Некорректный подбор полиспаста — например, использование слишком малого числа смычков для тяжёлого груза или применение троса, не рассчитанного на суммарное усилие ветвей, — является частой причиной обрывов и аварий при работе с лебёдками.
¶Ограничения
Полиспаст не является «усилителем» в буквальном смысле: он не создаёт энергию, а лишь перераспределяет её. Увеличение выигрыша в силе неизбежно ведёт к пропорциональному росту длины протягиваемого троса и снижению скорости подъёма. Дополнительные потери на трение уменьшают практическую эффективность, поэтому чрезмерное усложнение схемы (более 6–8 смычков) редко бывает оправдано — потери и габариты блоков начинают перевешивать выигрыш в силе.
Источники:
- Справочник по грузоподъёмным машинам / под ред. И. И. Белкина. — М.: Машиностроение.
- ГОСТ 25575-2018. Блоки грузоподъёмные. Общие технические условия.
- Курс строительной механики / Б. Г. Чекмарёв. — М.: Высшая школа.
- Руководство по эксплуатации автомобильных лебёдок. — М.: За рулём.