Начало
Уже более 2500 лет назад на стройплощадках использовались вспомогательные механизмы в качестве грузоподъемников. Со временем они получили дальнейшее развитие. Для перемещения больших грузов без двигателей применялись как законы рычага, так и увеличение силы с помощью несколько канатов и блоков. Эти простые, но гениальные основные принципы применяются до сегодняшнего дня.
Что такое полиспаст?
Полиспаст представляет собой смешанную конструкцию, состоящую из каната и, по крайней мере, одного блока, которая используется для подъема груза. При применении нескольких блоков затем можно силу, необходимую для подъема веса, уменьшить еще больше. Некоторые из блоков имеют фиксированное положение, в то время как другие представляют собой так называемые свободно закрепленные блоки, которые перемещаются в процессе подъема. Однако преимущество увеличения подъемной силы нужно всегда компенсировать увеличением расстояния между блоками.
Четыре типичных полиспаста
Далее приведем четыре варианта полиспастов с силой натяжения, направленной вниз. В файле модели, который можно скачать в конце нашей статьи, была создана максимально реалистичная конструкция, включая простое схематическое моделирование, для того, чтобы лучше понять данные свойства.
В нашем примере для каждого варианта речь идет о подъеме груза весом G = 100 Н на высоту u = 100 мм. При этом:
| F | сила, необходимая для подъема веса, соответствует левой нижней опоре в модели RFEM |
| n | количество несущих ветвей каната |
| Δl | требуемое расстояние натяжения для поднятия веса на высоту u |
Для данного типа полиспаста требуемое расстояние натяжения определяется через Δl = n · u.
Реализация 1: 1
F = G
Δl = u
Umsetzung 1 : 2
F = 0,5 · G
Δl = 2 · u
Umsetzung 1 : 3
F = 1/3 · G
Δl = 3 · u
Umsetzung 1 : 4
F = 1/4 · G
Δl = 4 · u
Моделирование в программе RFEM
При моделировании необходимо задать канат в виде непрерывной полилинии хотя бы с тремя узлами. Таким образом программа «распознает», что элемент представляет собой целый канат. Затем можно присвоить данной полилинии тип стержня «канат на блоках». По крайней мере на одном конец каната должна быть расположена неподвижная опора или стержень для передачи приложенной нагрузки растяжения. Поскольку в «канате на блоках» растягивающая сила должна быть постоянной, то последовательно присоединяемые элементы не нуждаются в дальнейшей спецификации. На смежные элементы или узловые опоры действуют прогибающие силы при наличии на канате продольного изгиба.
Жесткие стержни были при моделировании заданы так, чтобы силу, необходимую для поднятия груза можно было легко определить с помощью лишь одной опоры. На свободных блоках были размещены дополнительные стабилизирующие опоры для противодействия потере устойчивости.
Требуемое расстояние натяжения учитывается посредством вынужденной деформации узла.
