Источник
Уже более 2500 лет назад в строительстве использовались машинные помощники в виде кранов. Со временем они постоянно развивались. Чтобы перемещать большие грузы без двигателей, тогда применялись как законы рычагов, так и увеличение силы с помощью нескольких тросов и роликов. Эти простые, но гениальные основные принципы применяются и по сей день.
Что такое факторная блок-система?
Факторная блок-система представляет собой конструкцию, состоящую из троса и, как минимум, одного ролика, предназначенную для поднятия грузов. Использование нескольких роликов может значительно снизить необходимую силу для подъема груза. При этом часть роликов имеют фиксированное положение, другие же так называемые свободные ролики, которые передвигаются во время подъема. Преимущество увеличения силы должно компенсироваться более длинным путем тяги.
Четыре типичных блок-системы
Ниже рассматриваются четыре варианта блок-систем с направленной вниз силой тяги. В приложенном файле была изначально создана максимально реалистичная структура, а ниже простая схематическая модель, чтобы лучше понимать поведение.
В каждом варианте в этом примере рассматривается подъем груза G = 100 N на высоту u = 100 мм. При этом:
| F | необходимая сила для подъема груза, соответствует нижней левой опоре в модели RFEM |
| n | число несущих участков троса |
| Δl | необходимый путь тяги для подъема груза на u |
Для этого типа блок-систем необходимый путь тяги определяется как Δl = n · u.
Реализация 1 : 1 F = G Δl = u
Реализация 1 : 2 F = 0,5 · G Δl = 2 · u
Реализация 1 : 3 F = 1/3 · G Δl = 3 · u
Реализация 1 : 4 F = 1/4 · G Δl = 4 · u
Моделирование в RFEM
При моделировании трос должен быть введен как сплошная полилиния с минимум тремя узлами. Это позволяет программе "понимать", что речь идет о элементе как цельном тросе. Затем этой полилинии можно присвоить тип стержня "Трос на ролике". На одном из концов стержня троса должна быть закрепленная опора или стержень, чтобы приложенная тяговая нагрузка могла быть передана дальше. Так как в "Трос на ролике" тяга должна оставаться постоянной, подключенные по ходу элементы не требуют дополнительного определения. Соседние элементы или узловые опоры получают опрокидывающие силы, если трос на них изгибается.
При моделировании жесткие стержни были размещены таким образом, чтобы напорная сила могла считываться на одной из опор. На свободных роликах были размещены дополнительные стабилизирующие опоры для предотвращения нестабильности.
Необходимый путь тяги был задан с помощью принудительного деформирования узлов.