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

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

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

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

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 на каждом шкиве из-за трения наблюдается примерно % потери эффективности, то: ^[9]^[10] $F_{a}$ $L$ $N$ ${\textit {eff}}$ $S$ $x$

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

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] $S$ $x$ $К$

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

Типичные значения составляют 1,04 для роликовых подшипниковых шкивов и 1,09 для подшипниковых шкивов (с тросом). ^[11] $К$

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]

^{[ 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 грузPages displaying short descriptions of redirect targets
Лебедка — механическое устройство, используемое для регулировки натяжения троса.
Z-drag – Метод увеличения тягового усилия на тросе

Примечания

^ 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

^ «Tackle» в этом употреблении может быть / ˈ t eɪ k əl / .
^ ^{[ нерабочая ссылка ‍ ]} "Royal Canadian Sea Cadets - Master Lesson Plan - Level T\\\2" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-03-09 . Получено 2009-12-27 .
^ Руководство по военно-инженерному делу
^ Нед Пелгер, ConstructionKnowledge.net
^ AP Usher, История механических изобретений, Harvard University Press, 1929 (Dover Publications, переработанное издание, 2011, ISBN 978-0486255934 )
^ abc 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.
^ Викисловарь:reeve
^ sccheadquarters.com справочник по мореходству Архивировано 11 ноября 2011 г. на Wayback Machine
^ Заметки о грузовых работах: Kemp and Young. 3-е издание. ISBN 0-85309-040-8 Страница 4
^ ab 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.
^ abc Рекомендуемая практика по уходу за применением и использованию стальных тросов для обслуживания нефтяных месторождений, Двенадцатое издание. Американский институт нефти . 2005-06-01. стр. 33.
^ 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

[12] 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.

[1] «Tackle» в этом употреблении может быть / ˈ t eɪ k əl / .

[2] ^{[ нерабочая 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 )

[advantage-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

[Stage_rigging-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.

[API_RP_9B-11] Рекомендуемая практика по уходу за применением и использованию стальных тросов для обслуживания нефтяных месторождений, Двенадцатое издание. Американский институт нефти . 2005-06-01. стр. 33.

[13] Мэтьюз, Лиза (2016-02-02). "Что такое блок захвата?". Блог US Cargo Control . Архивировано из оригинала 2019-12-19 . Получено 2019-12-19 .