Блоки и полиспасты

Блоки различных типов широко применяются в качестве эле­ментов оснастки грузоподъемных устройств. Их используют как для изменения направления каната (отводные блоки), так и для изменения величины усилия при перемещениях груза (грузовые блоки).

Блок состоит из одного или нескольких роликов, независимо вращающихся вокруг одной оси на подшипниках качения или скольжения (рис. 2.6). Ось закрепляется жестко между боковыми щеками. Через ролики перебрасывается канат для подъема груза.

В связи с разнообразием масс монтируемого оборудования гру­зоподъемность блоков изменяется в широких пределах от 0, 5 до 630т.

Блоки могут иметь различные приспособления для подвешива­ния и захвата груза (крюк, серьгу и др.). Крюк более удобен для крепления груза, но серьга обеспечивает более надежное крепление стропа. Грузоподъемность блока указывает завод-изготовитель.

В качестве отводных блоков используют обычно одно- и двухрольные (роликовые) блоки, а также блоки специальных конструк­ции с откидной щекой, съемной серьгой или крюком, что дает возможность легко закладывать в них канат. Такие блоки также ис­пользуются и для подъема небольших грузов. Для подъема тяже­лых грузов используются многорольные блоки.

По грузоподъемности блоки можно разделить на четыре группы: легкие — с одним и двумя роликами грузоподъемностью 1, 25 — 15 т, массой 5, 5 — 206 кг; средние — с тремя и четырьмя роликами G = 10 - 32 т, m = 48 - 205 кг; тяжелые — с пятью, шестью и семью роликами, G = 40 - 100 т, m = 580 - 1600 кг; сверхтяжелые — с восьмью или одиннадцатью роликами G > 100 т, m = 2000 - 3200 кг и более.

Конструкция роликов должна обеспечивать спокойное набегание на них канатов и исключать опасность выпадения каната из ручья ролика. Для предотвращения соскальзывания каната с роликов их разделяют перегородками или устанавливают кожух с прорезями для направления каната. Диаметр ролика, профиль и размеры ручья должны соответствовать диаметру каната, огибающего ролик. Диаметр роликов, применяющихся в блоках для такелажных работ, принимается равным 20d каната или больше.

Различают подвижные и неподвижные блоки. Неподвижный блок закрепляется жестко. Один конец каната соединен с лебедкой, а к другому подвешен поднимаемый груз (рис. 2.7, а).

Подвижные блоки могут быть двух видов. Блок, у которого один конец каната закреплен жестко, а свободный конец, переброшен­ный через ролик, служит для подъема и опускания блока вместе с подвешенным грузом (рис. 2.7, 6), дает выигрыш в силе, но проиг­рывает в скорости. Перемещение ветви каната у этого блока в 2 раза больше перемещения груза h. Соответственно, скорость пере­мещения груза в 2 раза меньше скорости движения тягового каната. При движении каната по блоку и вращении блока возникают поте­ри на трение в подшипниках и на преодоление сопротивления при изгибе каната, которые характеризуются к.п.д. блока или величи­ной, обратной к.п.д.

Рис. 2.6. Отводной блок со съемной серьгой

Так как работа силы S, которая необходима для подтягивания каната, на пути перемещения 2 h равна работе, затрачиваемой на перемещение груза G на длине перемещения h, то с учетом к.п.д.

(2.17)

Для выигрыша в скорости перемещения груза применяется блок, У которого один конец каната также закрепляется неподвижно, груз присоединяется ко второму концу каната, а блок поднимается или опускается усилием лебедки (рис. 2.7, в). При перемещении груза на величину h тяговый канат переместится только на расстоя­ние h/2, т. е. скорость подъема груза в 2 раза больше скорости перемещения каната. Усилие S, необходимое для подъема груза, с учетом к.п.д. находится аналогично

Рис. 2.7. Блоки:

а — неподвижный блок; 6 — подвижный блок для выигрыша в силе;

в — подвижный блок для выигрыша в скорости

Таким образом, такой блок, давая увеличение скорости переме­щения в два раза, требует усилия для перемещения груза, с учетом к.п.д. блока более чем в 2 раза силы веса груза.

К.п.д. блока на подшипниках скольжения = 0, 9 - 0, 96, на под­шипниках качения = 0, 95 - 0, 98.

При монтажных работах широко применяются полиспасты. Полиспастом называют систему подвижных и неподвижных блоков, оснащенных одним непрерывным тросом (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Полиспасты:

а – с закреплением каната и сбеганием ходового конца с неподвижного блока;

б — с закреплением каната и сбеганием ходового конца с подвижного блока

Полиспасты могут применяться для увеличения скорости переме­щения груза, однако обычно полиспасты служат для того, чтобы уменьшить величину тягового усилия на ходовом конце каната за счет увеличения числа рабочих ниток (ветвей) полиспаста. Вместе с тем, с увеличением числа рабочих ниток полиспаста уменьшается скорость подъема (перемещения) груза по сравнению со скоростью движения ходового конца каната.

Основной характеристикой полиспаста является его кратность, т. е. отношение скорости тянущего каната (ходового конца) V_x к скорости подъема груза V_г

(2.19)

Краткость полиспаста равна числу рабочих ниток полиспаста, т. е. числу ветвей, на которых подвешен подвижный блок. Чтобы определить число рабочих ветвей (ниток) в полиспасте, надо мысленно перерезать все ветви каната, отбросить неподвижный блок и подсчитать число ветвей, на которых остался висеть подвижный блок с грузом. При сбегании ходового конца каната с неподвижного блока полиспаста (рис. 2.8, а)

(2.20)

а с подвижного блока (рис. 2.8, 6)

(2.21)

где n — число роликов в подвижном блоке полиспаста. Расчет полиспаста

Определим усилия в ходовом конце каната S_x и усилия S_i в любой ветви полиспаста, имеющего а рабочих ветвей и нагруженного силой Q_n. Номер рабочей ветви i = 1, 2, 3,.. а, (закрепленная ветвь считается первой).

Можно записать следующую систему равенств:

, ,

,

,

т. е. усилие в любой ветви полиспаста:

. (2.22)

Усилие в ходовом конце каната полиспаста, сбегающего с неподвижного блока, получили при i=a+1 (ходовой конец не является рабочей ветвью) из (2.22)

. (2.23)

Так как для этого случая число рабочих ветвей (кратность поли­спаста) а = 2n, то

(2.24)

Усилие в ходовом конце каната полиспаста, сбегающего с по­движного блока полиспаста, получим при i = а (ходовой конец яв­ляется рабочей ветвью)

(2.25)

Так как для этого случая число рабочих ветвей (кратность поли­спаста) a=2n+1 то

(2.26)

При подъеме груза эти усилия будут наибольшей расчетной на­грузкой на канат. Она необходима для выбора каната и расчета ле­бедки.

Определение нагрузок, на отдельные элемен­ты полиспаста

В грузовых полиспастах расчетные нагрузки определяют для каждого элемента полиспаста раздельно. Расчетная нагрузка, дей­ствующая на нижний блок полиспаста,

(2.27)

где Q_C — суммарная расчетная нагрузка на строповые устройства;

q_c — сила тяжести строповых приспособлений. Расчетную нагрузку на канаты полиспаста Q_n определяют из вы­ражения

(2.28)

где q_{H. Б.} — сила тяжести нижнего блока полиспаста;

q_ТР — сила тяжести тросовой оснастки полиспаста.

Нагрузку на верхний блок полиспаста О_в.б. определяют по урав­нению

(2.29)

Усилие в ходовой нитке S_x находят из уравнений (2.25), (2.23). Знак плюс берут, когда ходовой конец сбегает с неподвижного блока, а минус — с подвижного блока. Очевидно, что Q_в.б. > Q_{н.б .}. Поэтому грузоподъемность верхнего блока должна быть больше нижнего. При равной грузоподъемности обоих блоков нижний блок будет иметь небольшой запас грузоподъемности. Нагрузку на креп­ление полиспаста Q_K определяют из выражения

(2.30)

где q_в.б — сила тяжести верхнего блока.

Для выбора каната полиспаста при наличии отводных блоков необходимо определить усилие в канате S_б при набегании на барабан лебедки

(2.31)

где t — число отводных роликов в системе;

— к. п. д. ролика отводного блока.

Длину троса для оснастки полиспаста следует рассчитывать при максимально возможном расстоянии между блоками полиспаста из выражения:

(2.32)

где L — длина каната для оснастки полиспаста;

n — число роликов в полиспасте;

h — максимальное расчетное расстояние между блоками;

R — радиус ролика полиспаста;

l — максимальное расстояние от ролика полиспаста, с которого

сбегает ходовой конец каната, до барабана лебедки;

А — запас длины каната (А = 10-15м).

Если длина каната полиспаста слишком большая и он не поме­щается на барабане одной лебедки, применяют запасовку полиспас­та на две лебедки. Лебедки могут работать поочередно или одно­временно. В последнем случае скорость подъема возрастает вдвое. Важной характеристикой полиспаста является его длина в стяну­том состоянии

(2.33)

где l_{н.б .} и l_{в.б .} — строительные длины соответственно нижнего и верхнего блоков;

l₀ — расстояние в свету между верхним и нижним блоками.

Обычно 1₀ = 0, 5 - 0, 8 м, причем большие величины соответству­ют большей грузоподъемности.

Для выполнения правильной оснастки полиспаста следует пред­варительно составить схему оснастки, обычно запасовку полиспастов производят в горизонтальном положении. Блоки полиспаста за­крепляют на расстоянии 5—10 м и через них согласно схеме ос­настки пропускают канат. Затем блоки полиспаста растягивают при помощи трактора на необходимое расстояние.

Длина полиспастов в стянутом состоянии зависит от грузоподъ­емности и конструкции блоков и достигает несколько метров. Чем меньше эта длина, тем больше подкрановое пространство.