Блоки полиспаста

Полиспаст — это система блоков с цепной или канатной передачей, предназначенная для выигрыша в силе или скорости при осуществлении подъёмно-транспортных работ.

Базовым элементом этой системы является колесо с желобом по окружности, свободно вращающееся вокруг своей оси, называемое роликом.

Если ролик установлен в корпус, его правильно называть блоком. В минимальном исполнении корпусом будет вилка с вставленной между её половинками осью, на которой вращается сам ролик.

Когда ролик по внутреннему отверстию жестко сцеплен с осью, чтобы передавать крутящий момент, то его принято называть шкивом.

В компании «Эл-Кран» серийно или на заказ можно приобрести блоки для полиспаста и тормозные шкивы, изготовленные в строгом соответствии с ГОСТ на станках с ЧПУ (числовым программным управлением). Такое исполнение в разы повышает качество готовой продукции и удлиняет сроки её эксплуатации, значительно превышая гарантийные.

Область применения и конструктивные характеристики полиспастов чрезвычайно разнообразны, но именно крановую технику можно считать основной сферой, где широко задействованы, как силовые, так и скоростные полиспасты. Первые, как правило, используются в талях и стреловых механизмах кранов, а вторые – в подъёмниках.

Полиспаст крановый – это узел грузоподъёмного оборудования, состоящий из подвижных и неподвижных блоков, соединенных между собой гибким элементом (цепью или канатом), который последовательно огибает все их ролики. В зависимости от типа крепления такие блоки помогают стабилизировать движение или поддерживать его направление во время перемещения груза. В терминологии отрасли данное оборудование называют блоками полиспаста (блоки для полиспаста), обводными блоками (полиспаст обводной блок или блок обводной), канатными (блоки полиспаста канатные), канатоведущими (канатоведущие блоки), крановыми (блок полиспаста крана), для лебёдки (блок полиспаста для лебедки) и ещё целым рядом вариантов, отражающих их функциональную принадлежность.

Диапазон размеров применяемых блоков широк: от блоков диаметром 80 мм, применяемых в талях, и до 1800 —2000 мм в кранах большой грузоподъёмности.

Общие принципы устройства полиспастов

На условной схеме ниже изображен простейший полиспаст:

Схема 1). Устройство полиспаста

• 1 – неподвижный блок (необходим для изменения направления прилагаемого усилия, не даёт выигрыша в силе)
• 2 – подвижный блок (всегда движется навстречу грузу или от него и даёт двукратный выигрыш в силе)
• m – груз

В рамках одной схемы полиспаст может быть либо силовой, либо скоростной, так как выигрыш в силе достигается за счет проигрыша в скорости: скорость перемещения груза уменьшается во столько раз, во сколько получен выигрыш в силе.

В силовом полиспасте (или прямом) груз подвешивается к подвижному блоку, а тяговое усилие прикладывается к ветви гибкого элемента, свободно сбегающего с последнего из последовательно огибаемых им блоков.

Перемена области приложения усилия в прямом полиспасте дает скоростной полиспаст, его еще называют обратным. В нём груз подвешен к свободному концу гибкого элемента, а рабочая сила прикладывается к подвижному блоку. Выигрыш в скорости при использовании такого полиспаста получается в результате увеличения высоты подъёма груза.

Основной характеристикой полиспаста является кратность. Условно говоря, кратность - это теоретически рассчитанный коэффициент выигрыша в силе или скорости при использовании полиспаста. Изменение кратности полиспаста происходит путем введения или удаления из системы дополнительных блоков, при этом конец каната или цепи при чётной кратности крепится на неподвижном элементе конструкции, а при нёчетной кратности — на механизме крепления груза. Величина кратности определяется количеством ветвей гибкого элемента, между которыми распределена нагрузка. Если говорят "кратность полиспаста равна 4", то это значит, что данный полиспаст даёт теоретический выигрыш в 4 раза.

Чисто теоретически может показаться, что в схему можно до бесконечности добавлять блоки и таким образом увеличивать необходимое усилие. Однако на практике этому мешает сила трения. Из-за силы трения невозможна чистая передача усилия и за счёт потерь на трение эффективность работы полиспаста может быть существенно ниже теоретически возможной. А увеличение количества блоков имеет определённый предел, за которым возможен и обратный эффект. Именно поэтому наряду с простыми полиспастами (когда все ролики соединены последовательно при помощи одной цепи или каната) нашли широкое применение сложные полиспасты, составленные из нескольких простых.

Сложные системы отличаются высокой производительностью. Выигрыш в силе обеспечивается при меньшем количестве блоков. Например, если объединить 2 полиспаста (из 1-го и из 2-х блоков), то получится выигрыш в силе в 6 раз - простая схема даст выигрыш в 6 раз только при использовании 6-ти блоков.

Также для увеличения эффективности полиспастов в роликах используют подшипники, тщательно подбирают материал и диаметр гибкого элемента, в обязательном порядке пользуются смазкой.

Только расчёт, максимально полно учитывающий все факторы, позволяет подобрать правильный полиспаст в каждом конкретном случае. Ситуации, когда полиспаст приводится в действие каким-либо механизмом, например, электродвигателем на кране, делают эту задачу ещё более ответственной.

Применение полиспастов в грузоподъёмной технике

В грузоподъёмных механизмах полиспасты включают в себя следующие элементы:

• блоки подвижные (подвижный блок полиспаста) и неподвижные (неподвижный блок полиспаста), их в отрасли ещё называют грузовыми (грузоподъёмный блок полиспаста) и отводными (отводной блок полиспаста);
• барабан обводной
• гибкий элемент (канат или цепь - в зависимости от назначения оборудования)

В крановой технике применение нашла в основном канатная передача. Профиль ручья блока выполняется с таким расчётом, чтобы обеспечивать беспрепятственный вход и выход каната, а также наибольшую площадь его соприкосновения с ручьём. При этом свободный конец каната крепится на барабане лебёдки, а другой — на подвижной или неподвижной блочной обойме. Все вышеперечисленные элементы (канаты и блоки полиспаста) располагаются преимущественно в вертикальной компоновке.

Во многих кранах по конструктивным соображениям механизм подъёма груза расположен не над крюковой обоймой. В этом случае появляется необходимость в установке между полиспастом и барабаном неподвижных направляющих блоков.

Уравнительный блок – это ещё один важный элемент в системе полиспастов крана. Он предназначен для выравнивания напряжений и расхождения нагрузок, которые возникают в системах полиспаста с использованием двух и более рабочих канатов. При нормальной работе подъёмной системы в блоке нет вращения, но при изменении нагрузки в ветвях полиспаста блок поворачивается, компенсируя, таким образом, дисбаланс.

Все блоки, как правило, изготавливаются из чугуна, стали или алюминиевых сплавов с помощью литья, штамповки или сварки с последующей механической обработкой (токарной, фрезерной) рабочих поверхностей. После того как блок крановый получен, он подвергается дополнительной термообработке для снижения внутренних напряжений в металле. В готовый, обработанный блок устанавливают (чаще всего впрессовывают) подшипники. В зависимости от назначения будущей конструкции, подшипники используются шариковые или роликовые. Готовый блок проходит лабораторную проверку, так как это одна из ответственных деталей подъёмных механизмов. Блоки для стальных канатов должны соответствовать требованиям ОСТ 24.191.05.

ООО «Эл-Кран» постоянно подтверждает высокую профессиональную репутацию производителя качественных запчастей для грузоподъёмной техники. Каждое наше изделие, как типовое, так и нестандартных параметров, имеет свой заводской паспорт и отвечает самым строгим требованиям.

Выбор каната, типа и кратности полиспаста связан с проблемой общей компоновки механизма и с его параметрами. Нестандартные задачи, экстремальные условия предстоящей работы требуют от проектировщиков уникальных решений. Но наряду с этим, в отрасли успешно применяются хорошо зарекомендовавшие себя типовые конструкции полиспастов.

В грузоподъёмных машинах наибольшее применение находят силовые полиспасты. Именно подъём большого веса с меньшими усилиями является основным назначением этой техники. Обычно полиспаст является частью стреловых механизмов подъёмных кранов, а также механизмов подъёма мостовых, консольных, козловых и других кранов. На такой технике чаще всего встречаются одинарные и сдвоенные силовые полиспасты.

В одинарных силовых полиспастах один конец каната закреплён на барабане (ссылка на статью про Устройство грузового барабана), а другой на неподвижной части конструкции крана или крюковой обойме, барабан имеет нарезку в одну сторону. Одним из недостатков такой системы является нежелательное изменение нагрузки, действующей на опоры барабана при подъёме или опускании груза. Также проблемой может стать высокая кратность полиспаста, для которой потребуется канат слишком большой длины. Для одинарных полиспастов кратность рассчитывается как отношение скорости в ветви каната, набегающей на барабан, к скорости подъёма груза.

Когда постоянство давления на опоры барабана во время подъёма или спуска груза важно для обеспечения равномерной загрузки металлоконструкции моста под обоими рельсами, а также для обеспечения строго вертикального подъема груза, применяют сдвоенные силовые полиспасты. В таких полиспастах оба конца каната закреплены на барабане, который имеет нарезку в правую и левую стороны. Сдвоенный полиспаст можно рассматривать как два одинарных. Он имеет уравнительный блок, предназначенный для выравнивания длины ветвей каната при неравномерном их вытягивании. При чётной кратности уравнительный блок расположен на неподвижной оси, при нечётной кратности — на подвижной оси крюковой обоймы. Мощные краны могут работать одновременно с двумя, и даже четырьмя параллельными тросами.

В силовых полиспастах при увеличении кратности можно использовать канаты уменьшенного диаметра, и, как следствие, уменьшить диаметр барабана и блоков, снизить массу и габариты системы в целом. Увеличение кратности позволяет снизить передаточное число редуктора, но одновременно требует большей длины каната и канатоёмкости барабана. Использование сдвоенных полиспастов позволяет снизить общую кратность механизма.

Скоростные полиспасты отличаются от силовых тем, что в них рабочая сила, обычно развиваемая гидравлическим или пневматическим цилиндром, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу гибкого элемента. Выигрыш в скорости при использовании такого полиспаста получается в результате увеличения высоты подъёма груза. Скоростные полиспасты позволяют получить выигрыш в скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента. Они применяются значительно реже и используются в гидравлических или пневматических подъемниках, погрузчиках, механизмах выдвижения телескопических стрел кранов.

Всё вышесказанное про силовые и скоростные полиспасты можно увидеть на схеме ниже:

Схема 2). Cиловые и скоростные полиспасты

Условные обозначения:

• Вариант а – пример силового полиспаста
• Вариант б — пример скоростного полиспаста
• 1 – гибкий элемент
• 2 – барабан
• 3 – неподвижный блок
  
• 4 – нарезка на барабане
  
• а – кратность полиспаста
  
• S - тяговое усилие на каждой из ветвей
  
• Grp - груз

В силовом полиспасте скорость изменения положения груза будет в два раза ниже, чем скорость «намота» троса на барабан. На скоростном полиспасте обратная картина. Скорость относительно базового безблочного варианта возрастет в два раза. Но усилие необходимое, чтобы поднять груз, тоже вырастет.

Сдвоенные полиспасты применяют в двухбалочных мостовых и козловых кранах, у которых грузоподъёмный механизм установлен на грузовой тележке, а грузовой канат от крюковой подвески сразу наматывается на барабан, минуя направляющие блоки. Одинарные же полиспасты используют на однобалочных мостовых и козловых кранах грузоподъемностью до 10 тонн, оборудованных электрической талью, а также на стреловых настенных или на колонне, на большей части башенных, на стреловых самоходных кранах.

Корректировать параметры уже готовых полиспастных систем помогает такой приём как запасовка.

Запасовкой называют изменение положения блоков и расстояния между ними. Целью запасовки является изменение скорости или высоты подъёма грузов путём определённой схемы прохождения канатов по блокам устройства.

Схемы запасовки бывают:

• Однократная. Применяется для грузоподъёмных механизмов стрелового типа. Крюк при этом подвешивается на одной нитке каната, последовательно проводится через все неподвижные блоки, после чего наматывается на барабан. Такой способ запасовки наименее эффективен.
• Двукратная. Может быть применена на кранах, как с подъёмной, так и балочной стрелой. В первом случае неподвижные блоки располагаются на головке стрелы, а противоположный конец каната закрепляется на грузовой лебёдке. Во втором случае один из концов каната закрепляют на корне стрелы, а второй последовательно пропускают через обводной барабан, блоки крюковой подвески, стреловые блоки, блоки оголовка башни и затем подводят к грузовой лебёдке.
• Четырехкратная. Используется для механизмов большой грузоподъёмности. Здесь реализуется одна из схем, описанных выше, но отдельно по каждому из блоков крюковой подвески. Две рабочих ветви каната при этом направляются на блоки рабочей стрелы. Соединение смежных полиспастов производится через дополнительный неподвижный блок, который устанавливается на стойке платформы поворота крана.
• Переменная. Суть переменной схемы состоит в изменении грузоподъёмности крана. При таком виде запасовки (она может быть и двух-, и четырёхкратной) возможно соответствующее увеличение массы поднимаемого груза. Для этого в подвижные блоки дополнительно устанавливают по одному или два подвижных блока. Удержание блоков производит сам грузовой канат из-за разницы в усилиях, которые создаются наличием крюковой подвески. Изменение кратности запасовки выполняется опусканием крюковой подвески на опору при продолжающемся сматывании каната.

Выбор конкретной схемы запасовки определяется типом грузоподъёмной техники. Поэтому для лебёдок запасовка производится изменением расположения оси направляющего блока и предназначается только для изменения длины вылета стрелы. В грузовых кранах запасовкой исправляют возможную криволинейность перемещения груза. Кроме грузовых канатов, запасовку применяют также и для канатных устройств перемещения рабочей тележки.

Двух- и особенно четырёхкратная запасовка позволяет производить безопасный подъём груза, который практически вдвое превышает тяговое усилие, развиваемое полиспастом. При этом проворот канатов под нагрузкой исключается, что существенно снижает их износ.

Для предотвращения аварийных ситуаций к блокам полиспаста (https://el-kran.ru/obvodnye-bloki-bloki-polispasta/) должно быть пристальное внимание и все профилактические мероприятия должны ответственно выполняться.

Каждый крановый блок должен быть установлен в строгом соответствии с заводским клеймом, на котором указывается его грузоподъёмность. В ходе эксплуатации необходимо контролировать его износ, так как блок постоянно подвергается трению, находясь в непосредственном контакте с канатом. Эффективным методом сохранения длительной целостности контактной поверхности блоков является применение современных антифрикционных покрытий, которые практически исключают потери на трение.

Техническое освидетельствование блоков необходимо производить не реже одного раза в год. Согласно требованиям техники безопасности при поломке блока, его обязательно заменяют новым - ремонт в данном случае не предусмотрен.

Какие признаки могут просигналить о необходимости замены комплектующей?

• Трещины любой величины
• Износ ручья от 40 % размера первоначального русла

Для исключения простоя техники все запчасти должны подлежать своевременной замене.