Блокируйте и захватывайте

Система из двух или более блоков и троса или троса.

Блок и таля ^{[1] [2]} или только таля ^[3] — это система из двух или более блоков с продетым между ними канатом или тросом , обычно используемая для подъема тяжелых грузов.

Шкивы собираются в блоки , а затем блоки соединяются в пары так, что один фиксируется, а другой перемещается вместе с нагрузкой. Веревка продета через шкивы, чтобы обеспечить механическое преимущество , которое усиливает силу, приложенную к веревке. ^[4]

Герой Александрийский описал краны, образованные из блоков шкивов в первом веке. Иллюстрированные версии «Механики героя» (книги по поднятию тяжестей) демонстрируют ранние системы блоков и захватов. ^[5]

Обзор

Различные способы оснащения снасти. Все это «приходит в невыгодное положение» ^[6] (см. ниже).

Блок представляет собой набор шкивов или шкивов , закрепленных на единой раме. Сборка блоков с продетой в шкивы веревкой называется такелем. Процесс продевания веревок или тросов через блоки называется « запасовкой », а блок и снасть с резьбой - «запасовкой». ^[7] Система блоков и талей усиливает силу натяжения веревки, позволяя поднимать тяжелые грузы. Они распространены на лодках и парусных судах , где задачи часто выполняются вручную, а также на кранах и буровых установках , где когда-то задачи выполняются тяжелым оборудованием.

На представленной здесь схеме количество отрезков каната показанных снастей следующее:

• Оружейные снасти: 2
• Луфф снасти: 3
• Двойной подкат: 4
• Гинекологический набор: 5
• Тройная покупка: 6

Обратите внимание, что в снастях с пистолетом, двойной снастью и тройной покупкой оба блока имеют одинаковое количество шкивов (один, два и три соответственно), тогда как снасти Luff и Gyn имеют несовпадающие блоки с разным количеством шкивов.

Механическое преимущество

Оружейная снасть имеет один шкив как в неподвижном, так и в подвижном блоках с двумя частями троса ( n ), поддерживающими груз (F _B ) в 100 Н. Механическое преимущество равно 2, поэтому для подъема груза требуется усилие всего 50 Н.

Блок и снасть характеризуются использованием одной непрерывной веревки для передачи силы натяжения вокруг одного или нескольких шкивов для подъема или перемещения груза. Его механическое преимущество заключается в количестве частей каната, действующих на нагрузку. Механическое преимущество снасти определяет, насколько легче буксировать или поднимать груз.

Если пренебречь потерями на трение , механическое преимущество блока и талей будет равно количеству частей в линии, которые либо прикрепляются к движущимся блокам, либо проходят через них, то есть количеству поддерживающих секций каната.

Идеальный блок и снасть с подвижным блоком, поддерживаемым n отрезками каната, имеет механическое преимущество (МА):

$${\displaystyle MA={\frac {F_{B}}{F_{A}}}=n,\!}$$

_AB

Рассмотрим набор шкивов, образующих движущийся блок, и части веревки, поддерживающие этот блок. Если таких частей веревки, поддерживающих груз F _B , n , то баланс сил на подвижном блоке показывает, что натяжение в каждой из частей веревки должно быть F _B /n. Это означает, что действующая на веревку сила равна F _A = ​​F _B /n. Таким образом, блок и подкат уменьшают входную силу в n раз.

Двойная таля имеет два шкива как в неподвижном, так и в подвижном блоках с четырьмя частями троса (n), поддерживающими груз (F _B ) в 100 Н. Механическое преимущество равно 4, и для подъема груза требуется усилие всего 25 Н.

• 
  Разделение шкивов тали показывает баланс сил, который приводит к натяжению веревки W/2.
• 
  Разделение блоков в двойной тали показывает баланс сил, который приводит к натяжению веревки W/4.

Идеальное механическое преимущество напрямую коррелирует с соотношением скоростей . Коэффициент скорости снасти — это отношение скорости буксирного троса к скорости буксируемого груза. Линия с механическим преимуществом 4 имеет соотношение скоростей 4:1. Другими словами, чтобы поднять груз со скоростью 1 метр в секунду, тяговую часть веревки необходимо тянуть со скоростью 4 метра в секунду. Следовательно, механическое преимущество двойной снасти равно 4.

Двигайтесь к (не)выгоде

Механическое преимущество любой снасти можно увеличить, поменяв местами неподвижные и подвижные блоки так, чтобы веревка прикреплялась к подвижному блоку и тянулась в направлении поднятого груза. В этом случае говорят, что блок и подкат «движутся к преимуществу». ^[8]

• «Движение к преимуществу» - когда веревка натягивается в том же направлении, в котором должен перемещаться груз. Тяговая часть вытягивается из подвижного блока. ^[6]
• «Перемещение в невыгодное положение» - когда натяжение веревки происходит в направлении, противоположном тому, в котором должен перемещаться груз. Тяговая часть вытягивается из неподвижного блока. ^[6]

На диаграмме 3 показаны три части веревки, поддерживающие груз W , что означает, что натяжение веревки равно W/3 . Таким образом, механическое преимущество составляет три к одному.

При добавлении шкива к неподвижному блоку ружейной снасти направление тяговой силы меняется на противоположное, хотя механическое преимущество остается прежним, диаграмма 3а. Это пример подката Лаффа.

• 
  Схема 3: В снасти для ружья «движение к преимуществу» веревка прикреплена к движущемуся шкиву. Натяжение веревки составляет W/3 , что дает преимущество в три.
• 
  Диаграмма 3а: Снасть Luff добавляет фиксированный блок, который «уходит в невыгодное положение». Натяжение веревки остается W/3, что дает преимущество в три.

Решение о том, какой из них использовать, зависит от прагматических соображений общей эргономики работы в конкретной ситуации. Получение выгоды – это наиболее эффективное использование оборудования и ресурсов. Например, если груз необходимо буксировать параллельно земле, выгодная запасовка позволяет направлять тяговую силу в направлении движения груза, что позволяет легче преодолевать препятствия.

Недостаточная запасовка добавляет дополнительный шкив для изменения направления тянущей линии на потенциально более эргономичное направление, что увеличивает потери на трение без улучшения передаточного отношения. Ситуации, в которых запасовка может быть более желательной, включают подъем с фиксированной точки над головой - дополнительный блок позволяет тянуть вниз, а не вверх, так что вес подъемника может компенсировать вес груза, или позволяет тянуть вбок, позволяя многократно лифтеры для объединения усилий.

Трение

Деревянный блок на парусном корабле.

Формула, используемая для нахождения усилия, необходимого для поднятия заданного веса с помощью блока и падения:

$${\displaystyle F_{a}={\frac {L}{N}}{\frac {1}{\textit {eff}}}}$$

где – сила , приложенная к тяговой части троса (входная сила), – вес груза (выходная сила), – идеальное механическое преимущество системы (которое равно числу отрезков троса). от движущегося блока), а — механический КПД системы (равный единице для идеальной системы без трения; на долю меньше единицы для реальных систем с потерями энергии из-за трения и других причин). Если это количество шкивов в покупке, и на каждом шкиве наблюдается примерно % потери эффективности из-за трения, то: ^{[9] [10]} ${\displaystyle F_{a}}$ ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle {\textit {eff}}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle x}$

$${\displaystyle {\frac {1}{\textit {eff}}}\approx 1+S{\frac {x}{100}}.}$$

Это приближение более точно для меньших значений и . ^[10] Более точную оценку эффективности можно получить, используя коэффициент трения шкива (который можно получить у производителя или в опубликованных таблицах ^[11] ). Соответствующее уравнение: ^[11] ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle K}$

$${\displaystyle {\textit {eff}}={\frac {K^{N}-1}{K^{S}N(K-1)}}.}$$

Типичные значения составляют 1,04 для шкивов с роликовыми подшипниками и 1,09 для шкивов с подшипниками скольжения (с тросом). ^[11] ${\displaystyle K}$

Увеличение силы, создаваемой снастью, компенсируется как увеличением необходимой длины веревки, так и трением в системе. Чтобы поднять блок и снасть с механическим преимуществом 6 на расстояние 1 метр, необходимо протянуть через блоки 6 метров веревки. Потери на трение также означают, что существует практический момент, в котором выгода от добавления дополнительного шкива компенсируется постепенным увеличением трения, что потребует приложения дополнительной силы для подъема груза. Слишком большое трение может привести к тому, что снасть не позволит легко освободить груз ^{[примечание 1]} или к тому, что уменьшение силы, необходимой для перемещения груза, будет сочтено недостаточным, поскольку необходимо также преодолеть чрезмерное трение.

Прикрепление средней линии

При установке блока на существующую линию часто бывает неудобно продевать веревку через добавляемый блок.

• Открытые блоки имеют достаточно широкое пространство между неподвижными щеками, чтобы можно было надевать шкив на веревку. Они могут быть чрезвычайно маленькими и легкими, сохраняя при этом значительную прочность из-за отсутствия движущихся частей.

• Блок с поворотной щекой - это особый вид блока, который можно открыть для зацепления с крючком без необходимости продеть веревку через блок или снять нагрузку с конца веревки. Блок-фиксатор также является шкивом для подъема груза в определенных конфигурациях, например, во время использования в операции по эвакуации. ^[12]

Три блока рывка, показывающие «рывок» в закрытом, открытом и надежно наведенном состоянии.

^{[ нужна цитата ]}

Поворотные щечные блоки можно условно разделить на две категории:

• Шкивы с поворотной щекой: используются для легких нагрузок или перенаправления усилий, обычно с одним шкивом (хотя нередки несколько шкивов/щек) и точкой крепления (или несколькими) для карабина или ремня. Щеки не зафиксированы и не зафиксированы в положении, кроме устройства, используемого для их крепления к грузу или точке крепления.

Примеры использования (в лесоводческих условиях) включают: уход за хвостом, а также установку точки крепления на дереве над спилом - положительная ситуация с оснащением.

• Рычажные или ударные блоки: используются для более тяжелых нагрузок и более динамичной оснастки, щеки этих блоков фиксируются на месте с помощью штифта, который фиксируется в противоположной щеке. Этот штифт может составлять часть оси второго шкива, который крепится к грузу или точке крепления с помощью мягкой стропы, а не твердого устройства, такого как скоба. Это позволяет более равномерно распределить силы по сторонам, к которым они будут прилагаться, в отличие от карабина или дужки, где силы сильнее прикладываются к углам и краям, что увеличивает риск деформации или повреждения.

Примеры использования (опять же, в отношении ухода за деревьями) могут включать установку блока ниже текущего среза, что приводит к «негативной» ситуации с оснасткой, в которой ударные нагрузки могут быть значительными, особенно при удалении больших участков вертикального ствола.

Литература

• М. Оппольцер, Т. Уолс: Мне нравится перемещать это. Flaschenzüge in der Seiltechnik. Гамбург, 2019 г., ISBN  978-3-9820618-0-1 .
• Техник-спасатель: оперативная готовность спасателей. Сент-Луис, Миссури, 1998, ISBN 0-8151-8390-9 . 

Смотрите также

• Кран (машина)  – Тип машины
• Deadeye  - компонент снаряжения традиционных парусных кораблей.Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта
• Дифференциальный шкив  – Самобалансирующаяся механическая подъемная таль
• Штатив  – портативная трехногая рама или подставка.
• Сцепное устройство дальнобойщика  - Тип узла
• Два шесть подъемов  - фраза, используемая для координации командной тяги.
• Лебедка  – механическое устройство, которое используется для регулировки натяжения троса.
• Z-drag  - метод увеличения натяжения веревки.

Примечания

1. Трение может означать, что веревка в снасти «скручивается» и застревает при отпускании силы, если снасть имеет слишком большое трение, чтобы нагрузка могла сбалансироваться, или что снасть не «опускает» груз.

Рекомендации

1. «Снасть» в этом использовании может быть / ˈ t eɪ k əl / .
2. ^{[ мертвая ссылка ]} «Королевские канадские морские кадеты — мастер-план урока — уровень T\\\2» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2013 г. Проверено 27 декабря 2009 г.
3. Руководство по военной инженерии
4. Нед Пелгер, ConstructionKnowledge.net
5. А. П. Ашер, История механических изобретений, издательство Гарвардского университета, 1929 (Dover Publications, исправленное издание, 2011, ISBN 978-0486255934 ) 
6. Макдональд, Джозеф А. (14 января 2009 г.). Справочник по такелажу: для строительства и промышленных работ . МакГроу-Хилл Профессионал. п. 376. ИСБН 978-0-07-149301-7. Снасть может быть смонтирована с выгодой - когда натяжение веревки происходит в том же направлении, что и направление, в котором должен перемещаться груз; или он может быть настроен неправильно - когда натяжение веревки происходит в направлении, противоположном тому, в котором должен перемещаться груз.
7. викисловарь: Рив
8. Справочник по морскому делу sccheadquarters.com. Архивировано 11 ноября 2011 г., в Wayback Machine.
9. Заметки о грузовых работах: Кемп и Янг. 3-е издание. ISBN 0-85309-040-8 Страница 4 
10. Глерум, Джей О. (3 апреля 2007 г.). Справочник по монтажу сцены (3-е изд.). Издательство Университета Южного Иллинойса . стр. 52–54 (всего 320 страниц). ISBN 978-0-8093-2741-6.
11. Рекомендуемая практика по уходу за применением и использованию троса для обслуживания нефтяных месторождений, двенадцатое издание. Американский институт нефти . 01.06.2005. п. 33.
12. Мэтьюз, Лиза (2 февраля 2016 г.). «Что такое рывковый блок?». Блог по контролю грузов в США . Архивировано из оригинала 19 декабря 2019 г. Проверено 19 декабря 2019 г.

Внешние ссылки

• Система шкивов (модель и демонстрация) HTML5-приложение от Walter Fendt
• Анимация парусных снастей, номенклатура и таблица механических преимуществ на Smack Dock Soundings 16.