Блок и захват

Система из двух или более блоков и каната или троса

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

Блоки собираются в блоки , а затем блоки спариваются так, чтобы один был зафиксирован, а другой двигался вместе с грузом. Канат продевается через блоки, чтобы обеспечить механическое преимущество , которое усиливает силу, приложенную к канату. ^[4]

Герон Александрийский описал краны, образованные из сборок блоков в первом веке. Иллюстрированные версии «Механики» Герона (книги о подъеме тяжестей) показывают ранние системы блоков и полиспаста. ^[5]

Обзор

Различные способы оснастки снасти. Все это «в проигрыш» ^[6] (см. ниже).

Блок представляет собой набор шкивов или блоков , установленных на одной раме. Сборка блоков с продетым через шкивы канатом называется полиспастом. Процесс продевания канатов или тросов через блоки называется « запасовка », а продетый через блок и полиспаст называется «роув». ^[7] Система блоков и полиспастов усиливает силу натяжения каната для подъема тяжелых грузов. Они распространены на лодках и парусных судах , где задачи часто выполняются вручную, а также на кранах и буровых установках , где после роувинга задачи выполняются тяжелым оборудованием.

На представленной здесь схеме количество секций каната полиспастных устройств следующее:

• Тяга для оружия: 2
• Передняя шкаторина: 3
• Двойной захват: 4
• Гинекологический захват: 5
• Тройная покупка: 6

Обратите внимание, что в ружейном, двойном и тройном полиспасте оба блока имеют одинаковое количество шкивов (один, два и три соответственно), тогда как в тали Luff и тали Gyn блоки не совпадают друг с другом и имеют разное количество шкивов.

Механическое преимущество

Оружейная таль имеет один блок как в неподвижном, так и в подвижном блоках с двумя канатными частями ( n ), поддерживающими нагрузку (FB ₎ 100 Н. Механическое преимущество равно 2, требуя силу всего 50 Н для подъема груза.

Блок и полиспаст характеризуются использованием одного непрерывного каната для передачи силы натяжения вокруг одного или нескольких шкивов для подъема или перемещения груза. Его механическое преимущество заключается в количестве частей каната, которые воздействуют на груз. Механическое преимущество полиспаста определяет, насколько легче тянуть или поднимать груз.

Если пренебречь потерями на трение , то механическое преимущество блока и полиспаста равно числу частей в линии, которые либо прикреплены к подвижным блокам, либо проходят через них, — иными словами, числу опорных секций каната.

Идеальный блок и полиспаст с подвижным блоком, поддерживаемым n секциями каната, имеют механическое преимущество (MA), где F _A — тяговое (или входное) усилие, а F _B — нагрузка. $${\displaystyle MA={\frac {F_{B}}{F_{A}}}=n,\!}$$

Рассмотрим набор блоков, которые образуют подвижный блок, и части каната, которые поддерживают этот блок. Если имеется n таких частей каната, поддерживающих груз F _B , то баланс сил на подвижном блоке показывает, что натяжение в каждой из частей каната должно быть F _B /n. Это означает, что входная сила на канате равна F _A = ​​F _B /n. Таким образом, блок и полиспаст уменьшают входную силу в n раз.

Двойной полиспаст имеет два блока как в неподвижном, так и в подвижном блоках с четырьмя канатными частями (n), поддерживающими нагрузку (F _B ) 100 Н. Механический выигрыш составляет 4, требуя силу всего 25 Н для подъема груза.

• 
  Разделение шкивов в орудийном полиспастном устройстве показывает баланс сил, который приводит к натяжению троса W/2.
• 
  Разделение блоков в двойном полиспастном устройстве показывает баланс сил, который приводит к натяжению каната W/4.

Идеальное механическое преимущество напрямую коррелирует с отношением скоростей . Отношение скоростей полиспаста — это отношение скорости тягового каната к скорости буксируемого груза. Канат с механическим преимуществом 4 имеет отношение скоростей 4:1. Другими словами, чтобы поднять груз со скоростью 1 метр в секунду, тяговую часть каната нужно тянуть со скоростью 4 метра в секунду. Следовательно, механическое преимущество двойного полиспаста равно 4.

Блуждать в (не)выгоду

Механическое преимущество любого полиспаста может быть увеличено путем замены неподвижных и подвижных блоков так, чтобы трос был прикреплен к подвижному блоку и тянулся в направлении поднимаемого груза. В этом случае говорят, что блок и полиспаст «перемещаются в сторону преимущества». ^[8]

• «Rove to advantage» – когда тяга на канате происходит в том же направлении, в котором должен быть перемещен груз. Тяговая часть тянется от движущегося блока. ^[6]
• «Перемещение в невыгодном положении» – когда тяга на канате осуществляется в направлении, противоположном направлению перемещения груза. Тяговая часть тянется от неподвижного блока. ^[6]

На схеме 3 показаны три части каната, поддерживающие нагрузку W , что означает, что натяжение каната равно W/3 . Таким образом, механическое преимущество составляет три к одному.

При добавлении шкива к неподвижному блоку орудийного тали направление тяговой силы меняется на противоположное, хотя механическое преимущество остается прежним, Диаграмма 3а. Это пример тали Luff.

• 
  Схема 3: Оружейная таль "rove to advantage" имеет трос, прикрепленный к подвижному шкиву. Натяжение троса составляет W/3 , что дает преимущество в три.
• 
  Схема 3а: Таль Luff добавляет фиксированный блок «в невыгодном положении». Натяжение троса остается W/3, что дает преимущество в три раза.

Решение о том, какой из них использовать, зависит от прагматических соображений для общей эргономики работы с конкретной ситуацией. Армирование в пользу — это наиболее эффективное использование оборудования и ресурсов. Например, если груз нужно тянуть параллельно земле, армирование в пользу позволяет направить тяговое усилие в направлении движения груза, что позволяет легче преодолевать препятствия.

Запасовка в невыгодном положении добавляет дополнительный шкив для изменения направления тяговой линии на потенциально более эргономичное направление, что увеличивает потери на трение без улучшения соотношения скоростей. Ситуации, в которых запасовка в невыгодном положении может быть более желательной, включают подъем из фиксированной точки над головой — дополнительный шкив позволяет тянуть вниз, а не вверх, так что вес подъемника может компенсировать вес груза, или позволяет тянуть вбок, позволяя нескольким подъемникам объединять усилия.

Трение

Деревянный брусок на парусном судне.

Формула, используемая для определения 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 линии (входная сила), - вес груза (выходная сила), - идеальное механическое преимущество системы (которое совпадает с числом сегментов линии, простирающихся от подвижного блока), и - механический КПД системы (равный единице для идеальной системы без трения; доля меньше единицы для реальных систем с потерями энергии из-за трения и других причин). Если - число шкивов в покупке, и есть примерно % потери эффективности на каждом шкиве 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 точная оценка эффективности возможна с использованием коэффициента трения шкива (который можно получить от производителя или из опубликованных таблиц ^[11] ). Соответствующее уравнение имеет вид: ^[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 роликовых подшипниковых шкивов и 1,09 для подшипниковых шкивов (с тросом). ^[11] ${\displaystyle K}$

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

Крепление по средней линии

При установке блока на существующей линии зачастую бывает в лучшем случае неудобно продевать трос через добавляемый блок.

• Открытые блоки имеют достаточно большое пространство между неподвижными щеками, чтобы можно было скользить шкивом по канату. Они могут быть очень маленькими и легкими, сохраняя при этом значительную прочность из-за отсутствия подвижных частей.

• Блок с поворотной щекой — это особый вид блока, который можно открыть для соединения с клювом , без необходимости продевать веревку через блок или снимать груз с конца веревки. Блок с оттяжкой также является грузоподъемным шкивом в определенных конструкциях, например, во время использования в операции по восстановлению. ^[12]

Три блока захвата, демонстрирующие «захват» в закрытом, открытом и надежно зафиксированном положении мыши

^{[ необходима ссылка ]}

Блоки для качающихся щек можно условно разделить на две категории:

• Блоки с качающимися щеками: используются для легких нагрузок или перенаправления сил, обычно с одним шкивом (хотя несколько шкивов/щек не редкость) и точкой крепления (или несколькими) для карабина или стропы. Щеки не фиксируются и не блокируются в положении, за исключением устройства, используемого для их крепления к грузу или точке крепления.

Примеры использования (в лесоводстве): присмотр/уход за хвостом, а также установка точки крепления на дереве выше места среза — положительная ситуация крепления.

• Рывковые или ударные блоки: используются для более тяжелых грузов и более динамичной оснастки, щеки этих блоков фиксируются на месте штифтом, который защелкивается в противоположной щеке. Этот штифт может быть частью оси для второго шкива, который крепится к грузу или точке оснастки с помощью мягкой стропы, а не жесткого устройства, такого как скоба. Это позволяет более равномерно распределять силы по граням, к которым будут приложены силы, в отличие от карабина или скобы, где силы сильнее прикладываются к углам и краям, что увеличивает риск деформации или повреждения.

Примерами использования (опять же, в отношении ухода за деревьями) могут быть установка блока ниже текущего среза, что приводит к «отрицательной» такелажной ситуации, при 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 .
• Спасатель: Оперативная готовность спасателей. Сент-Луис, Миссури, 1998, ISBN 0-8151-8390-9 . 

Смотрите также

• Кран (машина)  – Тип машины
• Южный глаз  – компонент такелажа традиционных парусных судов.Страницы, отображающие описания викиданных в качестве резерва
• Дифференциальный шкив  – Самобалансирующаяся механическая подъемная лебедка
• Штатив  – переносная трехногая рама или подставка.
• Сцепка дальнобойщика  – Тип узла
• Два-шесть-поднимать  – Фраза, используемая для координации команды, тянущей груз
• Лебедка  — механическое устройство, используемое для регулировки натяжения троса.
• Z-drag  – Метод увеличения тягового усилия на тросе

Примечания

1. Трение может означать, что канат в тали «скручивается» и застревает при ослаблении усилия, если тали имеют слишком большое трение для уравновешивания груза, или что тали не «опускают» груз.

Ссылки

1. «Tackle» в этом употреблении может быть / ˈ t eɪ k əl / .
2. ^{[ мертвая ссылка ]} "Royal Canadian Sea Cadets - Master Lesson Plan - Level T\\\2" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-03-09 . Получено 2009-12-27 .
3. Руководство по военно-инженерному делу
4. Нед Пелгер, ConstructionKnowledge.net
5. AP Usher, История механических изобретений, Harvard University Press, 1929 (Dover Publications, переработанное издание, 2011, ISBN 978-0486255934 ) 
6. MacDonald, Joseph A (14 января 2009 г.). Справочник по такелажу: для строительства и промышленных операций . McGraw-Hill Professional. стр. 376. ISBN 978-0-07-149301-7. Снасть может быть установлена ​​с выгодой — когда натяжение троса происходит в том же направлении, в котором должен перемещаться груз; или она может быть установлена ​​с невыгодой — когда натяжение троса происходит в противоположном направлении от того, в котором должен перемещаться груз.
7. Викисловарь:reeve
8. sccheadquarters.com справочник по мореходству Архивировано 11 ноября 2011 г. на Wayback Machine
9. Заметки о грузовых работах: Kemp and Young. 3-е издание. ISBN 0-85309-040-8 Страница 4 
10. Glerum, Jay O. (2007-04-03). Stage rigging handbook (3-е изд.). Southern Illinois University Press . стр. 52–54 (всего 320 страниц). ISBN 978-0-8093-2741-6.
11. Рекомендуемая практика по уходу за применением и использованию стальных канатов для обслуживания нефтяных месторождений, Двенадцатое издание. Американский институт нефти . 2005-06-01. стр. 33.
12. Мэтьюз, Лиза (2016-02-02). "Что такое блок захвата?". Блог US Cargo Control . Архивировано из оригинала 2019-12-19 . Получено 2019-12-19 .

Внешние ссылки

• Система шкивов (модель и демонстрация) HTML5-приложение от Вальтера Фендта
• Анимация парусных снастей, номенклатура и таблица механических преимуществ Архивировано 04.03.2016 в Wayback Machine в Smack Dock Soundings 16