Система блоков

Какие бывают блоки

Блоки и системы блоков были известны человечеству с античных времен. Они служили для подъема грузов на высоту или перемещения грузов. Блоки выполняют важную задачу — изменяют направление действия силы и дают выигрыш в силе.

Блок — это простой механизм, который используют для преобразования силы.

Различают подвижный и неподвижный блоки.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Неподвижный блок представляет собой диск, который вращается вокруг своей оси, и имеет желоб по окружности. Желоб предназначен для скольжения в нем цепи, ремня, каната и т.д. У неподвижного блока ось закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается. 

Неподвижный блок можно представить в виде равноплечего рычага, у которого плечи сил равны радиусу колеса. Поэтому неподвижный блок не дает выигрыша в силе, а лишь позволяет менять направление действия силы.

Неподвижный блок

Подвижный блок представляет собой диск, ось которого перемещается вместе с грузом. Можно представить в виде рычага с плечами разной длины. Подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза и проигрыш в расстоянии так же в два раза. При использовании подвижного блока, нужно приложить в два раза меньше силы для подъема груза, но нить, к которой подвешен груз, должна быть в два раза длиннее. 

Подвижный блок

Для увеличения эффективности используют системы блоков.

Примечание

Объединив подвижные и неподвижные блоки в систему можно получить выигрыш в силе в несколько раз, а также изменить направление прикладываемой силы.

Устройство и принцип работы полиспаста

Полиспаст — это система блоков, в которой неподвижные и подвижные блоки соединены попарно и огибаются общей нитью (тросом, веревкой, цепью).

Полиспаст

Полиспаст состоит из двух элементов:

  1. Шкив — это блок, металлическое колесо, которое по внешнему краю имеет желоб для нити. Для легкого вращения шкива используют роликовые подшипники.
  2. Гибкая связь — это нить (трос, цепь), которая огибает шкивы.

Как работает простая конструкция блоков

Принцип действия полиспаста основан на правиле рычага.

Неподвижный блок в полиспасте крепится к опоре и изменяет направление приложения силы, подвижный блок находится на стороне груза и дает выигрыш в силе. Массу груза поднимают, прилагая силу к нити, длина которой прямо пропорциональна выигрышу в силе. 

Виды полиспастов

По предназначению полиспасты делятся на: 

  1. Силовые полиспасты — дают максимальный выигрыш в силе. Но выигрыш в силе дает проигрыш в расстоянии. Например, чтобы поднять груз и выиграть в силе в 6 раз, на каждый метр поднятия груза, нужно натянуть 6 метров веревки. Это замедляет действие системы, потеря в скорости также будет в 6 раз.
  2. Скоростные полиспасты — инвертируемые силовые. Груз крепится к неподвижному блоку, а силу прилагают к подвижному. Затрачивается больше силы, и пропорционально увеличивается скорость поднятия груза.

На рисунке а) силовой полиспаст, б) скоростной.

На рисунке а) силовой полиспаст, б) скоростной.

В зависимости от сложности механизма, различаются:

  1. Простой полиспаст — представляет собой систему последовательно соединенных роликов. Все подвижные и неподвижные блоки, а также сам груз объединяются одной нитью.
  2. Сложный полиспаст — является системой полиспастов. Последовательно соединяются не отдельные блоки, а целые комбинации, которые вполне могут использоваться сами по себе. В этом случае один механизм приводит в движение другой подобный поочередно.
  3. Отличительная черта комплексного полиспаста — независимые ролики, движущиеся навстречу грузу. В состав комплексной модели могут входить как простые, так и сложные полиспасты.
 Комплексные полиспасты

Что влияет на эффективность подъемника

Главной характеристикой эффективности полиспаста считается его кратность.

Кратность показывает на сколько ветвей нити распределена тяжесть груза, и указывает какой выигрыш в силе дает полиспаст.

Кратность делится на: 

  1. Силовую — рассчитывается с учетом преодоления нитью силы трения и не идеальным КПД роликов.
  2. Кинетическую — равна количеству перегибов нити.
Кратность

На эффективность полиспаста влияет:

  • количество блоков;
  • материал и вес нити;
  • диаметр и длина нити;
  • угол между канатом и средней плоскостью ролика;
  • тип подшипников;
  • отсутствие дефектов нити;
  • скольжение всех элементов.

Как можно увеличить КПД, формула в физике

Расчет полиспаста

Примечание

При расчете полиспаста нужно учитывать, что на механизм действуют силы трения, а нить не является идеальной, и имеет жесткость.

Для расчета выводят уравнение моментов для блока относительно оси:

\(Sсбег\;R\;=\;Sнабег\;R\;+\;q\;Sнабег\;R\;+\;Nfr\)

Где:

  • Sсбег — усилие со стороны сбегающей нити;
  • Sнабег — усилие со стороны набегающей нити;
  • q Sнабег — усилие для сгибания нити с учетом жесткости q;
  • Nf — сила трения в блоке, с учетом коэффициента трения f.

Для определения момента все силы умножаются на плече (R или r):

  • R — радиус блока;
  • r — радиус втулки.

Вычисляя воздействие на ось блока, часто пренебрегают силой разгибания блока. Формула получает вид:

\(N\;=\;2\;Sнабег\;\times\;\sin\;\alpha\)

Где:

  • N — воздействие на ось блока;
  • α — угол отклонения от оси.

Подставив это соотношение в вышеприведенное определение моментов получим:

 \(S_{сбег}\;=\;S_{набег}\;(1\;+\;q\;+\;2f\frac dD\;\sin ɑ)\)

Где:

  • D — диаметр блока;
  • d — диаметр оси блока.
Расчет полиспаста
 

Вычисление КПД полиспаста

Коэффициент полезного действия блока (КПД блока) — это отношение полезной работы к полной работе с учетом потерь на трение и жесткости нити.

Формула для расчета КПД блока (ηб):\(\eta б\;=\;\frac{S_{набег}}{S_{сбег}}\;=\;\frac1{1\;+\;q\;+\;2f\;\sin\;ɑ\;\times\;{\displaystyle\frac dD}} \)Где:

  • D — диаметр блока;
  • d — диаметр оси блока;
  • q — коэффициент жесткости нити;
  • f — коэффициент трения;
  • α — угол отклонения от оси.

 КПД полиспаста определяется по формуле:\(\eta б\;=\;\frac{1\;+\;\eta\;+\;\eta^2\;+\;\eta^{a-1}}a\times\eta^t \)Где:

  • a — кратность полиспаста;
  • t — число отклоняющих блоков.
Примечание

КПД полиспаста, как и КПД блока, всегда меньше 1.

В таблице представлены КПД полиспаста, при разной кратности и КПД блока.

КПД полиспаста

Как сделать полиспаст своими руками

 Для изготовления простого двукратного полиспаста потребуются:

  • 2 ролика;
  • подшипники;
  • 2 втулки;
  • нить;
  • 2 обоймы для блоков;
  • крюк для подвеса груза.

 Этапы работы:

  1. Соединить ролики, втулку и подшипники в обойму, таким образом получить два блока.
  2. Пропустить нить в первый блок.
  3. Прикрепить первый блок к неподвижной опоре.
  4. Пропустить нить через второй блок.
  5. Прикрепить ко второму блоку крюк.
  6. Зафиксировать свободный конец нити.
  7. Прикрепить груз к крюку.

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 5.00 (Голосов: 1)

Заметили ошибку?

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»