Система Поліспаст

Поліспа́ст (грец. πολύσπαστον, πολύσπαστος — натягуваний багатьма мотузками) — таль, вантажопідйомний пристрій, з кількох рухомих блоків, що їх огинає канат (або трос), що призначений для виграшу в силі (силовий поліспаст) або у швидкості (швидкісний поліспаст).
 
 


 Мал. 1. ПРИНЦИП ДІЇ БЛОЧКА І ПОЛІСПАСТА.
а) - одиночний блок (з одним тросом, протягнутим по жолобу єдиного шківа);

 



Мал. 2. ПРИНЦИП ДІЇ БЛОЧКА І ПОЛІСПАСТА.
б) - комбінація з двох одиночних блоків з єдиним тросом, обхватуючим два шківа; 


Мал. 3. ПРИНЦИП ДІЇ БЛОЧКА І ПОЛІСПАСТА.
в) - пара двохжолобкових блочків, по чотирьом спареним жолобам в яких проходить єдиний трос.



Залежно від числа шківів в блоках, через які проходять лопаріт, розрізняють (мал. 1):
а - простий горденія, що проходить через нерухомий блок,
б - подвійний горденія, що проходить через нерухомий і рухомий блоки;
в - прості або двухшківние талі;
г - подвійні або трьохшківні талі;
д - чотирьохшківні талі.

 
Великі талі називаються гінямі або поліспастами. Вони мають п'ять, шість і більше шківів і призначені для підйому важких вантажів. Талі дають різний виграш у силі в залежності від їх конструкції. Звичайні прості талі дають, наприклад, подвійний і потрійний виграш прикладеного зусилля. Якщо талі влаштовані так, як показано на мал. 1, а, то вони дадуть подвійний виграш у силі, але якщо вантаж кріпити до верхнього блоку, то виграш у силі потроїться.



На мал. 2 показані деякі спеціальні талі - складні блоки - поліспасти.
На мал. 2, а показаний блок з горденія, на ходовому кінці якого є рухомий блок. Пристосування дає подвійний виграш у силі. Використовується в бегучего такелаж на вітрильниках для фалів, Брашов, бик-горденія і т. п.
На мал. 2, б показаний так званий простий іспанський поліспаст. На древнешведском мові цей поліспаст називається карнат (karnat) - легкий розвантажувальний поліспаст. Він застосовується повсюдно для підйому і вивантаження солі і зерна в довгих мішках, смоли, а також вантажів у мішках і тюках, вага яких не надто великий. Використання поліспаста дає триразовий виграш у силі за допомогою всього лише двох простих блоків.
На мал. 2, в і г показані так звані подвійні іспанські поліспасти. Вони дають п'ятикратний виграш у силі. Їх використовували всюди при вантажно-розвантажувальних роботах для важких штучних вантажів і насамперед величезних ящиків з цукром в ті далекі часи, коли цукор експортувався до Європи з Вест-Індії. Цей поліспаст називався раніше "цукровим" поліспастом. Іноді він був влаштований трохи інакше. Зверху розміщували два простих або один подвійний блоки, але виграш в силі був завжди п'ятикратним. Поліспаст ставав більш зручним, тертя зменшувалося, якщо поліспаст складався всього з трьох простих блоків, як показано на мал. 2.
 
Для розрахунку талів треба розділити вага вантажу на число шківів, через які він проходить. Але так як на шківах діє сила тертя, то перед початком обчислень необхідно врахувати, що вага вантажу збільшується на 5-10% на кожному шківі, через який проходять лопаріт. Тертя зменшується, якщо талі великоблочні з високоякісними шківами більшого діаметру.

 
Приклад 1 (мал. 10). За допомогою трехшківних талів потрібно підняти вантаж вагою 500 кг. Лопарей проходить через три шківа, сила тертя на кожному складає 10% ваги. В сумі це дає силу тертя, відповідну 150 кг, що додають до ваги нетто (чистому вазі). Весь вантаж тепер має вагу, рівний 650 кг. Вантаж розподіляється на три частини шківа, отже, 650 кг ділять на три, що дає приблизно 217 кг. Обчислення записують таким чином: (500 + 3 * 0,1 * 500): 3 == 217 кг.
 
Приклад 2 (мал. 11). За допомогою четирехшківних талів зі шківами високої якості і лопарей, що проходить через провідний блок, в загальній складності п'яти шківів, потрібно підняти вантаж вагою 2 т. Тут тертя становить 5% ваги вантажу на кожен шків і стає рівним 5 * 0,05 * 2 = 0,5, а весь вантаж - 2,5 т. Навантаження ділиться на чотири частини. 2,5 т ділимо на 4, одержуємо 0,625 т = 625 кг. Обчислення записуються таким чином: (2 + 5 * 0,05 * 2): 4 = 0,625 т.
Коли вантаж опускають за допомогою талів, то сила тертя діє у зворотному напрямку, а отже, при розрахунках слід віднімати 5-10% від ваги вантажу на кожен шків, через який проходить лопарей. Щоб опустити вантаж вагою 500 кг за допомогою трехшківних талів, необхідно прикласти силу 117 кг, тобто (500 - 3 * 50): 3 = 117 кг. Щоб опустити вантаж вагою 2 т за допомогою талів, описаних у другому прикладі, необхідно прикласти силу (2 - 5 * 0,1): 4 = 0,375 т.
Якщо сила тертя перевищує вагу вантажу, то результат в дужках і навіть відповідь буде негативною. Це означає, що вантаж не опуститься під власною вагою, отже, необхідно докласти додаткову силу або переробити талі.
 
Необхідно брати до уваги не тільки вага вантажу і прикладене зусилля, але і навантаження на блок і скобу. Щоб підняти вантаж вагою 2 т на простому сталевому тросі, необхідно (без урахування тертя) закріпити вантаж вагою 2 т на іншому кінці троса. Результат виходить такий же, як якщо б на кожному кінці сталевого троса прикріпити вантаж вагою 2 т, а навантаження на підйомному блоці зробити рівною 4 т. Щоб підняти ті ж 2 т за допомогою четирехшківних талів, необхідно всього лише підвісити вантаж вагою 0,5 т до ходовому кінцю, все навантаження на підйомний блок і скобу стане рівною 2,5 т. З цього випливає, що використання талів розвантажує лебідку і дає можливість піднімати на ноке стріли більш важкі вантажі, при обліку загальної міцності вантажного пристрою.
Мал. 3. Сили тертя на талях і сили, необхідні для підйому і опускання вантажу.
На мал. 3 показані сили тертя. Цифри, написані уздовж лопаря, показують подоланні сили тертя при підйомі і опусканні вантажу. Величина А показує силу на блоці при підйомі, величина В - при опусканні вантажу. З наведених даних ясно, що більший виграш при підйомі виходить, якщо лопаріт проходять через більше число шківів. Дані наведено без урахування ваги самих талів. Системи блоків, лопаріт і стропи мають значну вагу, які в дійсності слід додавати до величин А і В.
Каніфас-блоки і металеві блоки вимірюють по діаметру шківа. Дерев'яні блоки підбирають з урахуванням величини лопаря. Ширина дерев'яного блоку повинна бути в три рази більше довжини кола лопаря, тобто для лопаря з довжиною кола 50,8 мм необхідний блок шириною 152,4 мм, для лопаря з довжиною кола 76,2 мм - блок шириною 228,6 мм .

В альпінізмі поліспаст широко використовується для натягування мотузок при переправі, підйому вантажу або постраждалої людини, і т. ін. Позаяк джерелом тягнучого зусилля є людські руки, а замість блоків використовуються альпіністські карабіни з більш вискою, ніж у блоків, силою тертя, більш ніж подвійні-потрійні поліспасти в альпінізмі використовуються рідко
Звичайно поліспаст є частиною механізмів підйому та зміни вильоту стріли підйомних кранів та такелажних пристроїв. У разі потреби поліспаст об’єднують з лебідками.
Самостійно поліспаст використовується для підйому або опускання невеликих вантажів (наприклад, шлюпок на судах). В силовому поліспасті вантаж підвішують до рухомої обойми, а тягове зусилля прикладають до гілки канату, що збігає з останнього з блоків, що їх цей канат огинає (див. малюнок). Сила натягу каната (без урахування втрат на тертя) визначається як частка від поділу маси вантажу на кратність поліспасту (під кратністю розуміють число гілок канату, на котрі розподіляється вантаж).
Швидкісний поліспаст — наразі, обернений силовий поліспаст, тобто такий, де зусилля (звичайно від гідравлічного або пневматичного тягового циліндру) прикладається до рухомої обойми, а вантаж підвішують до збігаючого кінця каната. Виграш у швидкості у цьому випадку досягається завдяки збільшенню висоти підйому вантажу, котра дорівнює добутку ходу поршня силового циліндру на кратність поліспасту.
Блок - простий механічний пристрій, що використовується здебільшого для підйому вантажів, колесо з жолобом, що обертається навколо закріпленої осі. Жолоб призначений для мотузки, канату, ланцюга, ременя. Блок може бути нерухомим, коли його вісь жорстко закріплена на опорі, або рухомим. Нерухомий блок вживається для підйому невеликих вантажів або для зміни напрямку сили.
Умова рівноваги блоку:,
де F - зовнішнє зусилля, m - маса вантажу, g - прискорення вільного падіння, f - коефіцієнт опору в блоці (для ланцюгів приблизно 1.05, а для мотузок - 1.1). При відсутності тертя для підйому потрібна сила, рівна вазі вантажу( ).
Рухомий блок має вільну вісь і призначений для зміни величини прикладених зусиль. Якщо кінці мотузки, що охоплює блок, складають з горизонтом рівні між собою кути, то сила, що діє на вантаж, відноситься до його ваги, як радіус блоку до хорди дуги, обхопленної канатом; звідси, якщо мотузки паралельні (тобто коли дуга, охоплена мотузкою, дорівнює напівколу), то для підйому вантажу сили буде потрібно вдвічі менше, ніж вага вантажу, тобто
При цьому вантаж пройде відстань, удвічі меншу від пройденої точкою прикладання сили F, відповідно, виграш у силі рухомого блоку дорівнює 2.
Фактично, будь-який блок є важелем, у випадку нерухомого блоку - рівноплечним, у разі рухомого - зі співвідношенням плечей 1 до 2. Як і для будь-якого іншого важеля, для блоку справедливе правило: у скільки разів виграємо в зусиллі, в стільки ж разів програємо у відстані. Іншими словами, що здійснюються під час переміщення вантажу на яке-небудь відстань без використання блоку робота дорівнює роботі, затрачуваної під час переміщення вантажу на те ж саме відстань із застосуванням блоку за умови відсутності тертя. У реальному блоці завжди присутні деякі втрати.
Також використовується система, що складається з комбінації декількох рухомих і нерухомих блоків. Така система називається Поліспаст. Найпростіша така система зображена на малюнку і дає виграш у силі в 2 рази.
На відміну від шківа, блок обертається на осі вільно і забезпечує виключно зміна напрямку руху ременя або каната, не передаючи зусилля з осі на ремінь або з ременя на вісь при f=1.