Полиспасты Назначение и устройство

Полиспастами называют систему, образуемую подвижными и неподвижными блоками, которые соединяются между собой канатными (реже – цепными) передачами. Известные ещё в античные времена, полиспасты и сейчас являют собой устройство, без которого не может функционировать подъёмно-транспортная техника. По сути, за тысячелетия не очень изменились и составляющие этого механизма. Полиспасты, их назначение и устройство – вопросы, важные для эффективного использования всех конструкций механизмов подъёма.

Устройство полиспаста и условия его работы

Основная область применения полиспастов – стреловые механизмы кранов. Всё многообразие полиспастов может быть сведено к двум требованиям: либо увеличить силу (силовые полиспасты), либо поднять скорость (скоростные полиспасты). В подъёмных кранах чаще используются первые, а подъёмниках – вторые. Таким образом, схемы скоростных и силовых полиспастов взаимно обратные.

В состав полиспаста входят следующие составляющие:

Блоки с неподвижными осями

Блоки с подвижными осями.

Обводные блоки.

Обводочные барабаны.

Все вышеперечисленные элементы располагаются преимущественно в вертикальной компоновке, причём место размещения барабана зависит от наличия обводных блоков: сверху, если такие блоки отсутствуют, и снизу – если присутствуют.

Количество блоков с неподвижными осями всегда на один меньше, чем с подвижными. При этом общее количество блоков определяет (для силовых полиспастов) кратность увеличения суммарного усилия на механизме. Количество обводных блоков определяется размерами узла: с увеличением числа таких блоков усилие также увеличивается.

Силовые полиспасты, назначение и устройство которых характеризуется несколькими параметрами, важнейшим из которых является нагрузка, развиваемая в подъёмном механизме. Она увеличивается с увеличением расчётной грузоподъёмности крана, кратности устройства (количества ветвей каната, на которых подвешен груз) и КПД блока. КПД учитывает потери на трение в осевых опорах, а также потери, определяемые жёсткостью каната или цепи.

Полиспастов может быть несколько, тогда суммарная нагрузка на блок пропорционально уменьшается. Одинарные полиспасты конструктивно проще, но и наименее эффективны. В них один конец неподвижно закрепляется на неподвижном элементе, а второй – на барабане. При этом угол отклонения весьма ограничен из-за опасности схода каната с блока. Наличие обводного блока существенно улучшает условия работы механизма: нагрузка становится симметричной, что снижает износ каната, и увеличивает допустимую скорость вращения блоков. Устойчивость действия полиспаста зависит также от расстояния между обводным и основными блоками. С увеличением этого параметра надёжность полиспаста как функционального узла возрастает, хотя одновременно увеличивается (из-за наличия соединительной оси) и его сложность. Другими схемами полиспастов, применяемых на практике, являются:

Сдвоенные трёхкратные, когда в схеме присутствует три рабочих блока и два обводных;
Сдвоенные трёхкратные, снабжённые уравнительной траверсой. Вариант используется в грузоподъёмной технике, которая эксплуатируется в тяжёлых и особо тяжёлых условиях.

Эксплуатационные характеристики полиспастов и их выбор

На эффективность, которой обладают полиспасты, на их назначение и устройство в конкретном механизме влияние оказывают следующие факторы:

Грузоподъёмность основного механизма, в составе которого работают данные узлы.

Количество обводных блоков: с ростом их числа потери на трение возрастают.

Углы отклонения канатов от средней плоскости барабана.

Диаметры блоков.

Диаметр каната/высота цепи.

Материал каната.

Характер опор (в подшипниках качения или скольжения).

Условия смазки всех осей полиспаста.

Скорость вращения блоков или перемещения тяговых канатов (в зависимости от назначения устройства).

Наибольшие потери в полиспастах связаны с условиями трения. В частности, КПД рассматриваемых механизмов, которые работают в подшипниках скольжения, в зависимости от условий их эксплуатации, составляет:

При неудовлетворительной смазке и при повышенных температурах — 0,94…0,54;
При редкой смазке – 0,95…0,60;
При периодической смазке — 0,96…0,67;
При автоматической смазке – 0,97…0,74.

Меньшие значения соответствуют полиспастам с максимально возможной кратностью. Потери на трение для узлов, которые работают в подшипниках качения, гораздо ниже, и составляют:

При недостаточной смазке и высоких температурах эксплуатации – 0,99…0,83;
При нормальных рабочих температурах и смазке – 1,0…0,92.

Таким образом, применяя современные антифрикционные покрытия контактной поверхности блоков, можно практически исключать потери на трение.

Углы отклонения каната, располагающегося на блоке/блоках полиспаста, определяют не только износ канатов и блоков, но и безопасность производственного персонала грузоподъёмного устройства. Объясняется это тем, что при превышении допустимых показателей сход каната с блока чреват производственной аварией. На данный параметр влияют материал канатов, профиль канавки барабана, а также направление навивки. Материалами канатов чаще всего служат типы ТЛК-О по ГОСТ 3079, ЛК-Р по ГОСТ 2688 и ТК по ГОСТ 3071. Третий тип имеет наименьшую жёсткость (не более 1,7), что положительно сказывается на предельно допустимом угле отклонения каната на полиспасте. Соответственно для канатов двух первых типов жёсткость достигает 2.

Нормальными углами отклонения от оси полиспаста считаются углы 7,5…2,50 (меньшие значения принимаются для максимальных соотношений диаметра блока к диаметру каната). Вообще при проектировании данных устройств это соотношение всегда стараются выбирать в диапазоне значений 12…40. Допустимый угол отклонения канатов из маложёстких материалов меньше: до 6,5…20.

ГОСТ допускает увеличение предельного отклонения, по сравнению с рекомендуемым не более, чем на 10…20% (зависит от режима работы грузоподъёмной техники). На уравнительном блоке допустимые углы отклонения могут увеличиваться, но не более, чем в 1,5 раза.

Для снижения углов отклонения на барабанах полиспастов изготавливают профильные канавки, причём угол их направления зависит от направления навивки. Поэтому барабаны в механизмах современной конструкции всегда выполняют с крестовым профилем, пригодным под оба типа навивки.

Запасовка полиспастов

Запасовка – технологическая операция изменения расположения основных грузовых блоков полиспаста, а также расстояний между ними. Целью запасовки является изменение скорости или высоты подъёма грузов путём определённой схемы прохождения канатов по блокам устройства.

Схемы запасовки определяются типом грузоподъёмной техники. Известно, в частности, что механизмы изменения вылета стрелы различны для ручной или электротали – с одной стороны, и для кранов – с другой. 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.

Различают следующие схемы запасовок:

Однократная, которая применяется для грузоподъёмных механизмов стрелового типа с гуськом. Крюк при этом подвешивается на одной нитке каната, последовательно проводится через все неподвижные блоки, после чего наматывается на барабан. Такой способ запасовки наименее эффективен.

Двухкратная, которая 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 в 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.

Четырёхкратная, используемая 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 которой 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 одной или две подвижных обоймы. Удержание обойм 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.

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