Początek
Już ponad 2 500 lat temu na budowie używano maszynowych pomocników w postaci dźwigów. Z czasem były one ciągle doskonalone. Aby poruszać duże ładunki bez użycia silników, stosowano wówczas zarówno zasady dźwigni, jak i zwiększenie siły za pomocą kilku lin i krążków. Te proste, lecz genialne podstawowe zasady są stosowane do dziś.
Co to jest układ bloczkowy?
Układ bloczkowy to mieszana struktura składająca się z liny i co najmniej jednego krążka, służąca do podnoszenia ładunków. Dzięki zastosowaniu kilku krążków można stopniowo redukować wymaganą siłę do podniesienia ciężaru. Część krążków ma stałe miejsce, natomiast inne są tzw. krążkami ruchomymi, które przemieszczają się podczas podnoszenia. Wzrost siły musi być skompensowany przez dłuższą drogę ciągu.
Cztery typowe układy bloczkowe
W dalszej części omówiono cztery warianty układu bloczkowego z siłą ciągu skierowaną w dół. W załączonym pliku najpierw przedstawiono możliwie realistyczną konstrukcję, a następnie prostą schematyczną modelację, aby lepiej zrozumieć zachowanie.
W każdej wersji tego przykładu chodzi o podniesienie ciężaru o G = 100 N na wysokość u = 100 mm. W tym przypadku:
| F | wymagana siła do podniesienia ciężaru, odpowiada dolnemu lewemu podporowaniu w modelu RFEM |
| n | liczba odcinków liny nośnej |
| Δl | wymagana droga ciągu, aby podnieść ciężar o u |
W tego typu układach bloczkowych wymagana droga ciągu wynosi Δl = n · u.
Przełożenie 1 : 1 F = G Δl = u
Przełożenie 1 : 2 F = 0,5 · G Δl = 2 · u
Przełożenie 1 : 3 F = 1/3 · G Δl = 3 · u
Przełożenie 1 : 4 F = 1/4 · G Δl = 4 · u
Modelowanie w RFEM
Podczas modelowania lina musi być wprowadzona jako ciągła polilinia z co najmniej trzema węzłami. Dzięki temu program "wie", że jest to element będący całkowitą liną. Następnie tej polilinii można przypisać typ pręta "Lina na krążku". Na co najmniej jednym końcu pręta liny musi być niemożliwe przemieszczenie lub pręt, aby przeniesiona siła ciągu mogła być przekazywana dalej. Ponieważ w "linie na krążku" siła ciągu powinna być stała, elementy do niej dołączone nie wymagają dodatkowej definicji. Sąsiednie elementy lub zakotwienia węzłów otrzymują siły boczne, pod warunkiem że lina na nich zakrzywia się.
Podczas modelowania pręty sztywne zostały tak umieszczone, aby można było odczytać siłę na podporze. Przy ruchomych krążkach umieszczono dodatkowe zakotwienia stabilizujące, aby przeciwdziałać niestabilności.
Wymagana droga ciągu została wprowadzona poprzez deformację wymuszoną węzła.