Поліспасти. Призначення і пристрій.

Поліспастами називають систему, утворену рухомими і нерухомими блоками, які з’єднуються між собою канатними (рідше – ланцюговими) передачами. Відомі ще в античні часи, поліспасти і зараз являють собою пристрій, без якого не може функціонувати підйомно-транспортна техніка. По суті, за тисячоліття не дуже змінилися і складові цього механізму. Поліспасти, їх призначення і пристрій – питання, важливі для ефективного використання всіх конструкцій механізмів підйому.

Пристрій поліспаста і умови його роботи

Основна область застосування поліспастів – стрілові механізми кранів. Все різноманіття поліспастів може бути зведено до двом вимогам: або збільшити силу (силові поліспасти), або підняти швидкість (швидкісні поліспасти). У підйомних кранах частіше використовуються перші, а підйомниках – другі. Таким чином, схеми швидкісних і силових поліспастів взаємно зворотні.

До складу поліспаста входять наступні складові:

  1. Блоки з нерухомими осями
  2. Блоки з рухомими осями.
  3. Обвідні блоки.
  4. Обводочные барабани.

Всі перераховані вище елементи розташовуються переважно у вертикальній компонуванні, причому місце розміщення барабана залежить від наявності обвідних блоків: зверху, якщо такі блоки відсутні, і знизу, якщо присутні.

Кількість блоків з нерухомими осями завжди на один менше, ніж з рухомими. При цьому загальна кількість блоків визначає (для силових поліспастів) кратність збільшення сумарного зусилля на механізмі. Кількість обвідних блоків визначається розмірами вузла: зі збільшенням числа таких блоків зусилля також збільшується.

Силові поліспасти, призначення, будова яких характеризується кількома параметрами, найважливішим з яких є навантаження, що розвивається в підйомному механізмі. Вона збільшується зі збільшенням розрахункової вантажопідіймальності крана, кратності пристрою (кількості віток каната, на яких підвішений вантаж) і ККД блоку. ККД враховує втрати на тертя в осьових опорах, а також втрати, обумовлені жорсткістю каната або ланцюга.


Поліспастів може бути кілька, тоді сумарна навантаження на блок пропорційно зменшується. Одинарні поліспасти конструктивно простіше, але і найменш ефективні. У них один кінець нерухомо закріплюється на нерухомому об’єкті, а другий – на барабані. При цьому кут відхилення вельми обмежений через небезпеку сходження каната з блоку. Наявність обвідного блоку істотно покращує умови роботи механізму: навантаження стає симетричною, що знижує знос каната, і збільшує допустиму швидкість обертання блоків. Стійкість дії поліспаста залежить також від відстані між обвідним і основними блоками. Із збільшенням цього параметра надійність поліспаста як функціонального вузла зростає, хоча одночасно збільшується (за наявності сполучної осі) і його складність.
Іншими схемами поліспастів, що застосовуються на практиці, є:

  • Здвоєні триразові, коли в схемі присутні три робочих блоку і два обвідних;
  • Здвоєні триразові, забезпечені зрівняльної траверсою. Варіант використовується в вантажопідйомної техніки, яка експлуатується у важких і особливо важких умовах.

Експлуатаційні характеристики поліспастів і їх вибір

На ефективність, з якою володіють поліспасти, на їх призначення і пристрій в конкретному механізмі вплив надають наступні чинники:

  1. Вантажопідйомність основного механізму, у складі якого працюють дані вузли.
  2. Кількість обвідних блоків: із зростанням їх числа втрати на тертя зростають.
  3. Кути відхилення канатів від середньої площини барабана.
  4. Діаметри блоків.
  5. Діаметр каната/висота ланцюга.
  6. Матеріал каната.
  7. Характер опор (в підшипниках кочення або ковзання).
  8. Умови змащування осей поліспаста.
  9. Швидкість обертання блоків або переміщення тягових канатів (в залежності від призначення пристрою).

Найбільші втрати в поліспастах пов’язані з умовами тертя. Зокрема, ККД розглянутих механізмів, які працюють у підшипниках ковзання, в залежності від умов їх експлуатації, становить:

  • При незадовільною мастилі і при підвищених температурах — 0,94…0,54;
  • При рідкісної мастилі – 0,95…0,60;
  • При періодичній мастилі — 0,96…0,67;
  • При автоматичній мастилі – 0,97…0,74.

Менші значення відповідають полиспастам з максимально можливою кратністю. Втрати на тертя для вузлів, які працюють у підшипниках кочення, набагато нижче, і становлять:

  • При недостатній мастилі і високих температурах експлуатації – 0,99…0,83;
  • При нормальних робочих температурах і змащення – 1,0…0,92.

Таким чином, застосовуючи сучасні антифрикційні покриття контактної поверхні блоків, можна практично виключати втрати на тертя.

Кути відхилення каната, розташованого на блоці/блоки поліспаста, визначають не тільки знос канатів та блоків, але і безпека виробничого персоналу вантажопідйомного пристрою. Пояснюється це тим, що при перевищенні допустимих показників схід каната з блоку загрожує виробничою аварією. На даний параметр впливають матеріал канатів, профіль канавки барабана, а також напрямок навивки.
Матеріалами канатів найчастіше служать типи ТЛК-ПРО по ГОСТ 3079, ЛК-Р по ГОСТ 2688 і ТК за ГОСТ 3071. Третій тип має найменшу твердість (не більше 1,7), що позитивно позначається на гранично допустимому куті відхилення каната на полиспасте. Відповідно для канатів двох перших типів жорсткість досягає 2.

Нормальними кутами відхилення від осі поліспаста вважаються кути 7,5…2,50 (менші значення приймаються для максимальних співвідношень діаметра блоку до діаметра каната). Взагалі при проектуванні даних пристроїв це співвідношення завжди намагаються вибирати в діапазоні значень 12…40. Допустимий кут відхилення канатів з маложестких матеріалів менше: до 6,5…20.

ГОСТ допускає збільшення граничного відхилення, порівняно з рекомендованим не більше, ніж на 10…20% (залежить від режиму роботи вантажопідйомної техніки). На уравнительном блоці допустимі кути відхилення можуть збільшуватися, але не більш, ніж у 1,5 рази.

Для зниження кутів відхилення на барабанах поліспастів виготовляють профільні канавки, причому кут їх напряму залежить від напрямку навивки. Тому барабани в механізмах сучасної конструкції завжди виконують з хрестовим профілем, придатним під обидва типи навивки.

Запасовка поліспастів

Запасовка – технологічна операція зміни розташування основних вантажних блоків поліспаста, а також відстаней між ними. Метою запасовки є зміна швидкості або висоти підйому вантажів шляхом певної схеми проходження канатів по блокам пристрою.

Схеми запасовки визначаються типом вантажопідйомної техніки. Відомо, зокрема, що механізми зміни вильоту стріли різні для ручної або електроталі – з одного боку, і для кранів – з іншого. Тому для лебідок запасовка виробляється зміною розташування осі направляючого блоку, і призначається тільки для зміни довжини вильоту стріли. У вантажних кранах запасовкой виправляють можливу криволінійність переміщення вантажу. Крім вантажних канатів, запасовку застосовують також і для канатних пристроїв переміщення робочої візки.

Розрізняють такі схеми запасовок:

  1. Одноразова, яка застосовується для вантажопідйомних механізмів стрілового типу з гуськом. Гак при цьому підвішується на одній нитці каната, послідовно проводиться через усі нерухомі блоки, після чого намотується на барабан. Такий спосіб запасовки найменш ефективний.
  2. Двократна, яка може бути застосована на кранах, як з підйомною, так і балочною стрілою. У першому випадку нерухомі блоки розташовуються на головці стріли, а протилежний кінець каната закріплюється в вантажної лебідки. У другому випадку один з кінців каната закріплюють на корені стріли, а другий послідовно пропускають через обвідний барабан, блоки крюкової підвіски, стрілові блоки, блоки оголовка вежі і потім підводять до вантажної лебідки.
  3. Чотириразова, використовувана для механізмів великої вантажопідйомності. Тут реалізується одна з схем, описаних вище, але окремо по кожному з блоків крюкової підвіски. Два робочих гілки каната при цьому спрямовуються на блоки робочої стріли. З’єднання суміжних поліспастів проводиться через додатковий нерухомий блок, який встановлюється на стійці платформи повороту крана.
  4. Змінна, суть якої полягає у зміні вантажопідйомності крана. При такому вигляді запасовки (вона може бути й дво-, і чотириразової) можливе відповідне збільшення маси вантажу, що піднімається. Для цього в рухливі блоки додатково встановлюють по одній або дві рухомі обойми. Утримання обойм виробляє сам вантажний канат з-за різниці в зусиллях, які створюються наявністю крюкової підвіски. Зміна кратності запасовки виконується опусканням гакові підвіски на опору при триваючому змотуванні каната.

Двох – і особливо – чотириразова запасовка дозволяє здійснювати безпечний підйом вантажу, який практично вдвічі перевищує тягове зусилля, що розвивається лебідкою. При цьому проворот канатів під навантаженням виключається, що істотно знижує їх знос.