Как поднять груз с помощью троса и блоков: схема полиспаста, назначение, устройство, виды |

Содержание

Простой механизм «блок» в учебниках физики для 7 класса

Данная статья знакомит читателей с силами, действующими в простом механизме «блок», и содержит анализ этих сил в учебниках физики для 7 класса. Статья написана по материалам публикаций в журнале: «Юный учёный» № 2 (32) / 2020 «Силы, действующие в простом механизме блок» и № 2 (5) /2016 «Современный взгляд на простой механизм «блок», изучаемый по учебникам физики для 7 класса».

Ключевые слова:

неподвижный блок, подвижный блок, сила упругости.

Знакомство с силами, действующими в простом механизме «блок», начнём с анализа рисунков подъёма груза с помощью блоков и тросов.

На рис.1 груз висит на одном из концов троса, в тросе под действием силы тяжести груза возникает сила упругости

F

_упр,
далее трос огибает верхнюю полуокружность блока и за второй конец троса происходит подъём груза рабочим и сила упругости

F

_упр
, с которой рабочий поднимает груз, равна силе тяжести груза

F

_упр
=

F

_тяж
.

На рис.2 двое рабочих за два троса поднимают тот же груз, каждый, за свой трос и сила упругости каждого троса будет в два раза меньше силы тяжести груза, как она распределились поровну между тросами

1

F

_упр

=2

F

_упр

=

F

_тяж

.

Рис. 1.

F

_упр

=

F

_тяж

.

[8, c.110]

Рис. 2.

1

F

_упр

=2

F

_упр

=

F

_тяж
[8, c. 110]

Рис. 3.

F

_упр

=

F

_тяж
[8, c.110]

Рис. 4.

F

_упр

=

F

_тяж
[8, c.110]

Рис. 5.

F

_упр

=

F

_тяж
[8, c.110]

На рис.3 эти же рабочие тот же груз поднимают за оба конца одного тросаисила упругости этого троса будет так же в два раза меньше силы тяжести груза, потому что сила тяжести груза распределится на

две части

этого троса, а сила упругости одинакова по всей длине троса

F

_упр

=

F

тяж

.

На рис.4 на этом же тросе, но один конец троса закреплён, тот же груз поднимает один из рабочих, за второй конец троса и сила упругости, с которой рабочий поднимает этот груз, будет в два раза меньше силы тяжести груза

F

_упр

=

F

тяж

, так как сила тяжести груза распределится на

две части

этого троса, только в месте крепления груза трос будет перегибаться из-за малого диаметра крюка и подъём груза будет происходить в два раза медленнее.

Рис.5. Для устранения перегиба и уменьшения силы трения троса в месте крепления груза поставили блок и сила упругости с которой рабочий поднимает груз осталась прежней, так как сила тяжести груза распределилась на две части троса

F

_упр

=

F

тяж

, а блок назвали

подвижным блоком

.

«Блок представляет собой колесо с жёлобом, укреплённое в обойме. По жёлобу блока пропускают верёвку, трос или цепь»

[5, с.177].

По определению блок имеет

колесо и

трос

. Блоки бывают

неподвижные и подвижные.

Проведём анализ сил, действующих в неподвижном блоке.

На рис.6 груз висит на одном из концов троса, далее трос огибает верхнюю полуокружность блока и за второй конец троса происходит подъём груза.

На рис.7 на груз действует сила притяжения Земли

F

_{тяж г}
, которая направлена вертикально вниз. Под действием силы тяжести груза в тросу возникает сила упругости

F

_{упр т}
, направленная по тросу и одинаковая по всей длине троса, равная силе тяжести груза

F

_{упр т}

=

F

_{тяж г}
.

Рис. 6. [9, c.39]

Рис. 7. [9, c.39]

Рис. 8. [9, c.39]

Рис. 9. [9, c.39]

На рис.8 трос огибает верхнюю полуокружность блока и по всей длине этой полуокружности действуют силы тяжести: груза и троса. При сложении всех этих параллельных сил равнодействующая сила тяжести

F

_{тяж б}

приложена к центру блока и направлена вертикально вниз, одновременно создавая силу упругости обоймы блока

F

_{упр б}

,

направленную по обойме блока вверх.

На рис.9 при подъёме груза, трос движется по верхней полуокружности вращая блок и создавая силу трения скольжения

F

_тр
между тросом и блоком.

На рис.10 для определения силы необходимой для поднятия груза уберём силы

F

_{тяж б}

и

F

_{упр б}
, так как они не влияют на величину силы поднятия груза

.

Остались три силы: сила тяжести груза

F

_{тяж г}
, сила упругости троса

F

_{упр т}

и сила трения

F

_тр
, если

F

_{упр т =}

F

_{тяж г}
, то

F

_п

=

F

_упр

+

F

_тр

.

Это равенство справедливо для поднятия на неподвижном блоке груза

полной

силой

,

а на рис.142 в Элементарном учебнике физики под редакцией академика Л. Г. Ландсберга маляры и альпинисты поднимают себя

половинной силой.

Рис. 10. [9, c.39]

Рис. 11. [7, c.171]

Рис. 12. [9, c.39]

Рис. 13. [9, c.39]

На рис. 11 человек сидит на сидении, которое прикреплено к одному концу троса, за второй конец троса человек руками поднимает себя сам.

На рис.12 на человека действует сила притяжения Земли

F

_тяж
. Человек сидит на сидении, которое прикреплено к первому концу троса и руками поднимает себя за второй конец троса и в этих двух частях троса (до и после блока), под действием силы тяжести человека, возникает сила упругости

F

_упр

,

равная половине силы тяжести человека

F

_упр
₌
F

_тяж

.

На рис. 13 показано как сила тяжести человека делится между двумя частями троса, так как будто человека поднимают за два троса, и сила упругости каждого троса будет в два раза меньше силы тяжести человека

F

_упр

1 =

F

_упр

2 =

F

_тяж

.

Подведём итог по силам, действующим на неподвижном блоке:

Сила необходимая для подъёма груза на неподвижном блоке равна сумме силы упругости троса и силы трения

F

_п

=

F

_упр

+

F

_тр

.
Величина силы упругости троса зависит от способа крепления поднимаемого груза. Если груз закреплён за один из концов троса (за одну ветвь троса), то сила упругости равна силе тяжести груза

F

_упр

=

F

тяж г

, а если груз закреплён за оба конца троса, то величина силы упругости равна половине силы тяжести груза

F

_упр
=

F

тяж г

.

Выигрыш в силе в 2 раза при подъёме груза

половинной силой

с помощью неподвижного блокадаёт силаупругости троса,ане сам неподвижныйблок.

Рассмотрим силы, действующие на подвижный блок.

На рис. 14 груз висит на подвижном блоке, который своей нижней полуокружностью висит на тросе, один конец этого троса закреплён, а подъём подвижного блока с грузом происходит за второй конец троса.

Рис. 14. [9, c.40]

Рис. 15. [9, c.40]

Рис. 16. [9, c.40]

Рис. 17. [9, c.40]

На рис. 14 обозначим действующие силы на подвижный блок: Земля притягивает груз висящий на подвижном блоке и поэтому в центре подвижного блока действует сила тяжести груза, а на концах троса сила упругости

F

_упр
, которая в 2 раза меньше силы тяжести груза

F

_упр
=

F

тяж

из-за того, что сила тяжести груза распределилась поровну между концами (ветвями) троса.

На рис.15 показано распределение силы тяжести груза на две части троса рис.13, как будто груз висит на двух отдельных тросах

1

F

_упр

=2

F

_упр

=

F

_тяж

.

Рис. 16 показывает, что при подъёме груза блок будет вращаться и создавать силу трения скольжения между подвижным блоком и тросом

F

_тр.

Сила необходимая для подъёма груза на подвижном блоке за один конец троса равна сумме сил упругости троса

F

_упр
и

силе трения

F

_тр,

F

_п

=

F

_упр

+

F

_тр

.

Выигрыш в

силе при подъёме груза на подвижном блоке даёт сила упругости троса.

Это можно проверить с помощью рис.18 из учебника А. В. Пёрышкина, на котором нарисован неподвижный блок, (который не даёт выигрыша в силе) и подвижный блок — дающий выигрыш в силе 2 раза.

Рис. 18. Выигрыш в силе 2 раза [5, c.178]

Рис. 19. (изменённый рис.18) Выигрыш в силе 3 раза [9, c.41]

Если в рис.18 добавить еще один неподвижный блок и закрепить конец троса (который был закреплён на подвесе) за груз рис.19, то выигрыш в силе данной комбинации блоков будет равен

трём

, потому что сила тяжести груза разделится на три части, так как груз висит на трёх частях (ветвях) троса.

Проведём анализ изложения материала о подъёме груза с помощью блока в шести учебниках физики для 7 класса.

Для начала сравним подъём груза неподвижным блоком в трёх учебниках.

В учебнике физики для 7 класса автора А. В. Пёрышкина на рис. 20 нарисован подъём груза, закреплённого на тросу, с помощью простого механизма неподвижный блок и на рис. 21, (физической модели неподвижного блока) изображены силы

F

₁
и

F

₂
действующие на блок в точках

А

и

В

, а в учебнике О. Ф. Кабардина на рис. 22 нарисован тоже неподвижный блок, но с тросом, где сила

F

действует на трос, а сила тяжести

mg

действует на груз.

Рис. 20. Неподвижный блок [5, с.177]

Рис. 21. Неподвижный блок как равноплечий рычаг [5, с.178]

Рис. 22. [4, с. 97]

Отсюда следует вывод:

Места приложения сил, действующих на неподвижном блоке в

учебниках физики для 7 класса нарисованы или на блоке или на тросу, а

силы действуют и

на блоке, и

на тросу одновременно.

Сравним рисунки физических моделей в учебниках физики для 7 класса при подъёме груза на подвижном блоке. На рис.24.4а изображён подвижный блок из учебника Л. Э. Генденштейна. Подвижный блок отличается от неподвижного тем, что ось подвижного блока поднимается и опускается вместе с грузом, а у неподвижного блока ось закреплена и при подъёме грузов не опускается и не поднимается.

Рисунки физических моделей шести подвижных блоков расположены в два ряда: первые четыре рисунка — физические модели подвижных блоков без тросов, пятый и шестой рисунки — подвижные блоки с тросами.

Рис. 23. Уч. Л. Э. Генденштейна [2, c.75]

Рис. 24. Уч. А. В. Грачёва [3, c.224]

Рис. 25. Уч. А. В. Пёрышкина [5, c.178]

Рис. 26. Уч. В. В. Белаги [1, c.125]

Рис. 27. Уч. Н. С. Пурышевой. [6, c.116]

Рис. 28. Уч. О. Ф. Кабардина [4, c.97]

Не надо быть физиком, чтобы увидеть, что силы на рисунках первых четырёх физических моделей действуют на блоке, а силы на пятом рисунке действуют на блоке и грузе, а на шестом — на тросе и грузе. Из анализа рисунков физических моделей следует вывод:

у

авторов учебников физики для 7 класса нет единой физической модели для мест приложения сил на подвижном блоке при подъёме на нём груза, а

силы действуют на блоке и

на тросе одновременно.

Проведём анализ текста учебника А. В. Грачёва, где подвижный блок представлен как рычаг второго рода рис.30, но сначала вспомним что такое рычаг второго рода рис.29.

Рис. 29. [3, c.222]

Рис. 30. [3, c.224]

Текст под рис.29 гласит, что «

В рычагах второго рода точкиприложения сил находятсяпо одну сторону

от оси вращения рычага»

[3, c.222].

Текст под рис.30, «

Подвижный блок, у которого

ось вращения

перемещается вместе с грузом, можно рассматривать как рычаг второго рода. Такой блок даёт выигрыш в силе в два раза»

[3, c.222]. Подвижный блок имеет

ось

вращения в

точке А,

который перемещается вместе с грузом и является центром блока, вокруг которого он вращается, а также рычаг второго рода, который находится на блоке и имеет

ось вращения в

точке О.

Совмещая эти два рисунка, приходим к пониманию, что у подвижного блока на рис.144,

две оси вращения, первая

— ось вращения самого блока находится в

токе А

и вторая

— ось вращения рычага второго рода которая находится в

точке О.

Рычагов второго рода с

двумя осями вращения не бывает.

Продолжая анализ подвижного блока в учебнике А. В. Грачева, обратим внимание на полиспасты рис.146, которые дают выигрыш в силе, при подъёме груза, во столько раз, сколько в нём блоков.

Изображённые полиспасты на рис. 31 имеют по

6 блоков и

дают шестикратный выигрыш в

силе

.

Рис. 31 [3, c.225]

Рис. 32 [2, c.81].

На рис. 32 учебника Л. Э. Генденштейна нарисован полиспаст

с 4 блоками

, который

даёт выигрыш в

силе в

восемь раз

, при подъёме на нём груза.

Проведём анализ текста в учебнике физики автора О. Ф. Кабардина.

Рис. 33. [4, c.97]

«При подъёме груза с помощью подвижного блока один конец троса закрепляется вверху, а подъём груза осуществляется под действием силы, приложенной к другому концу троса. Действие силы тяжести

mg

уравновешивается действием двух одинаковых сил упругости со стороны двух тросов, поэтому для подъёма груза достаточно приложить к одному тросусилу

F

, равную половине веса груза»…

[4, c.97].

Анализ текста: в начале абзаца на рис.22.4

один трос

с двумя концами

(

один конец троса

закреплён, а подъём осуществляется за другой конец троса

)

, а вот действиесилы тяжести уравновешивается действием

двух

одинаковых сил

упругости

со стороны

двух тросов

. Откуда взялся второй трос и вторая сила упругости? На рисунке 33 один трос с двумя концами и одна сила упругости

F

_упр
. В тросе под действием силы тяжести груза, за счет деформации, возникает

одна сила упругости

F

_упр
, одинаковая по всей длине троса.

Общий вывод:

В

шести учебниках физики для 7 класса нет единого рисунка физической модели подвижного блока для мест приложения сил и

получения ими выигрыша в

силе при подъёме груза.

Так же не верны доказательства: где подвижный блок рассмотрен как рычаг или как трос, так как нет рычага второго рода с

двумя осями вращения и

нет двух сил упругости на одном тросе.

Выигрыш в

силе при подъёме груза на простом механизме блок даёт сила упругости троса (верёвки, цепи), величина которой равна частному от деления силы тяжести на количество частей (ветвей) троса, на которых висит груз.

F

_упр

=

,

где n — количество частей троса, на которых висит груз.

Литература:

Белага, В. В. Физика. 7 класс: учеб. для общеобразоват. организации / В. В. Белага, И. А. Ломаченков, Ю. А. Панебратцев; — 6-е изд. М.; Просвешение, 2018, — 143 с.; ил. ISBN 978–5–09–022267–9 –(Сферы).
Генденштейн, Л. Э. Физика 7 класс. (в 2 частях). Учебник. Ч.2. / Л. Э. Генденштейн, А. А. Булатова и др.; под ред. В. А. Орлова. — М,: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2019, — 128 с.: ил. ISBN 978–5–996–3055–3 (Ч.2.).
Грачёв, А. В. Физика 7 класс; учебник для учащихся общеобразовательных организаций / А. В. Грачёв, В. А. Погожев, А. В. Селивёрстов, — 3–е изд., перераб. — М.; Вентана-Граф, 2014, — 288 с.: ил. ISBN 978–5–360–04901–2.
Кабардин О. Ф. Физика. 7 класс: учеб. для общеобразоват. организаций / О. Ф. Кабардин, — 6-е изд. — М.: Просвещение, 2018, — 174 с.: ил. — ISBN 978–5–09–060739–1.
Пёрышкин А. В. Физика 7 кл.; учебник / А. В. Пёрышкин, — 9-е изд., пер. — М.: Дрофа, 2019, — 224 с.: ил. ISВN 978–5–358–09796–4.
Пурышева, Н. С. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская. — 2-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2013. — 222 с. ил. ISВN 978–5–358–11968–0
Ландсберг Г. С.(ред). Элементарный учебник физики, том 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. М. Наука 1985 г.
Шумейко, А. В. Современный взгляд на простой механизм «блок», изучаемый по учебникам физики для 7 класса. Журнал «Юный учёный» № 2 (5) /2016 г.
Шумейко А. В. Силы, действующие в простом механизме блок. Журнал «Юный учёный» № 2 (32) / 2020 г.

Подъем грузов лебедкой

Лебедка – это один из наиболее распространенных грузоподъемных инструментов. Подобное оборудование широко используют в различных сферах, включая и строительство. В то же время, эффективность и безопасность работ зависит от соблюдения правил по эксплуатации устройства. Об основных нюансах использования лебедок на строительстве мы и поговорим сейчас.

Главные преимущества лебедок

Среди причин, почему он получили столь широкую популярность, можно выделить:

простоту в эксплуатации. Механизмы отличаются достаточно простой конструкцией, в силу чего они хорошо переносят механические и любые другие воздействия, а также подлежат ремонту;

долговечность. При должной эксплуатации, модели будут отлично служить на протяжении достаточно долгого периода;

неплохие показатели грузоподъемности. Модели отличаются разным тяговым усилием (у нас представлено оборудование, способное поднимать объекты весом от 200 кг до 5 т), таким образом, не составит труда подобрать для себя подходящий вариант;

компактный размер. Устройства занимают достаточно мало места, при этом вес большинства моделей находится в районе 100 кг, так что установить их можно без особых проблем.

Правила эксплуатации

Если вам нужно осуществить подъем грузов на крышу лебедкой, а также выполнить любое другое действие с помощью подобного грузоподъемного оборудования, необходимо придерживаться ряда правил, о которых мы поговорим сейчас более подробно.

Защитный инвентарь

Для оператора, работающего с лебедкой, следует подготовить спецодежду. При этом к ней выдвигают следующие требования:

необходимо, чтобы одежда не была чересчур свободной, иначе края могут зацепить за движущие элементы механизма;

обязательно наличие кожаных перчаток, работать в изделиях из ткани и голыми руками недопустимо;

обувь должна быть с нескользкой подошвой;

важно предупредить попадание волос под трос (необходимо повязать голову платком или использовать шапку).

Место

Следует подготовить место к выполнению работы. В том числе:

в радиусе 1,5 м от груза не допускается присутствие никого из посторонних людей;

нельзя находиться под тросом в момент выполнения работ;

желательно убрать из площадки посторонние предметы (в случае обрыва груза они могут быть повреждены).

Требования к оснастке

Прежде всего, нужно следить за состоянием троса. Тут следует придерживаться следующих нюансов:

нежелательно разматывать трос рывками;

до начала любых операций внимательно осмотрите трос на момент наличия ржавчины и других видимых дефектов. При обнаружении повреждений трос необходимо заменить;

хранить канат следует в прохладном месте, нежелательно попадание масла и загрязнений, не допускается контакт с острыми предметами при намотке троса. В случае необходимости, следует использовать специальные защитные средства во время подъема груза с острыми краями;

пользуйтесь только качественной оснасткой от проверенных поставщиков. Обязательно проверяйте сертификаты на стропы, крюки и другое оборудование;

придерживайтесь правил безопасной эксплуатации строп.

Проведение испытаний до начала работ

До того, как приступить к эксплуатации лебедки, необходимо провести испытание устройства. Как правило, в случае подобного оборудования прибегают к статическим испытаниям. Для этого груз, который превышает номинальный на 25 процентов (в случае если лебедки используются для подъема людей, берут груз весом в 150 процентов), поднимают на высоту в 10 сантиметров. В подобном положении устройство должно пребывать 10 минут. Испытание считается пройденным, если груз остался подвешенным и не опустился самопроизвольно.

Особенности сматывания троса

Тут также существует несколько особенностей:

перед тем, как приступить к сматыванию, обязательно нужно надеть толстые перчатки из кожи;

для того чтобы укладка троса произошла правильно, следует слегка натянуть его;

во время сматывания одна рука должна придерживать трос, а вторая выполнять операции с помощью пульта дистанционного управления;

нельзя, чтобы трос прикасался к руке выше ладони;

нельзя подходить к вращающимся элементам в ходе их работы ближе, чем на 1 метр;

витки нужно укладывать впритык друг к другу, чтобы не было зазоров. В случае пересечения витков, нужно отключить устройство, вытянуть трос вручную, после чего опять приступить к сматыванию;

сматывание прекращается, когда остаток троса имеет в длину 1 м. Далее сматывание происходит вручную.

Меры предосторожности

Кроме того, в ходе выполнения работ, необходимо придерживаться ряда правил:

хранить пульт дистанционного управления нужно в труднодоступном месте;

нельзя закреплять грузы удавкой (крюк крепится за сам трос), это приводит к износу троса, а также ненадежной фиксации объекта. Также нельзя цеплять крюк за отдельные узлы лебедки;

чтобы увеличить тяговое усилие, можно использовать специальные блоки;

нельзя, чтобы трос наматывался на боковые элементы устройства;

важно, чтобы при размотке троса на барабане оставалось минимум 5 витков каната;

никогда не оставляйте работающую лебедку без присмотра;

важно надежно закрепить груз, чтобы предотвратить его самопроизвольное перемещение.

Придерживаясь этих правил, вы сможете гарантировать безопасную и эффективную работу грузоподъемного оборудования.

Основные отличия талей от лебедок

Достаточно часто при строительстве различных объектов используются и другие грузоподъемные инструменты – электрические и ручные тали. Многие считают, что такие устройства являются идентичными, в то же время, некоторые отличия есть. Если тщательно ознакомиться с типами и устройством талей, можно выделить следующие из них:

грузоподъемность. Лебедки предназначены для работы с достаточно легкими грузами, которые весят 1-5 т, в то же время, тельферы (еще одно название электроталей) могут поднимать более тяжеловесные объекты. К примеру, таль электрическая канатная CD1 предназначена для подъема грузов весом до 10 т. Есть также модели с еще большим тяговым усилием;

компактность. В основном, тали фиксируют на монорельсе, они достаточно большие и тяжелые. Лебедки – это более компактное устройство, которое постоянно перемещают в ходе выполнения работ. При этом устройства подходят для транспортировки даже в одиночку;

функционал. Тали способны поднимать груз в вертикальной плоскости, а также перемещать объекты по горизонтали (лишь в некоторых случаях). Функционал лебедок несколько более широкий (к примеру, с их помощью можно выкорчевывать пни, освобождать транспортные средства из сугробов и т. д.).

Таким образом, электрические тали подходят для выполнения высокоинтенсивных однотипных работ с достаточно тяжеловесными грузами, тогда как лебедки являются более универсальными устройствами с меньшей производительностью.

В любом случае, важно покупать модели у проверенного поставщика, который имеет все необходимые сертификаты соответствия на грузоподъемное оборудование. Сотрудничество с надежным продавцом станет гарантией эффективной и долговечной работы талей и лебедок.

Как использовать систему с одинарным и двойным шкивом

Обновлено 3 января 2018 г.

Автор Bryan Trandem

Когда вам нужно поднять тяжелый вес, шкив может облегчить эту работу. Шкив — это одна из шести простых немоторизованных физических машин — в данном случае та, которая уменьшает либо усилие, необходимое для подъема груза, либо направление, в котором сила должна быть приложена для перемещения груза, — или сделайте обе вещи: уменьшите необходимую силу, а также направление.

Шкивы работают с помощью колеса с канавками, которое вращается вокруг оси. Когда шкив закреплен на твердом анкере и через канавки на колесе шкива продета веревка, ее можно использовать для подъема тяжестей гораздо легче, чем делать это с помощью грубой силы. И вы можете удвоить эффективность системы шкивов, увеличив количество шкивов в установке. Существует множество способов комбинировать несколько шкивов в подъемной установке. Любое подъемное устройство, в котором используется только один шкив, известно как 9.0009 простая система или с одним шкивом , в то время как любая система, объединяющая два или более шкива, известна как составной шкив .

Простая система шкивов с одним колесом не уменьшает величину силы, но изменяет направление, необходимое для перемещения груза. Составная система, с другой стороны, фактически уменьшает количество силы, необходимой для перемещения объекта. Составные системы могут усложняться. Например, вы можете смонтировать систему, используя две ступицы шкивов, каждая из которых имеет по два колеса, и при протягивании подъемных канатов через все четыре колеса и две ступицы подъемная сила может быть очень существенной. Наиболее известная форма составного шкива — это хорошо известный блок-таль, но системы шкивов могут быть очень сложными в сложном оборудовании с использованием нескольких ступиц, каждая с двумя или более колесами. Например, парусный такелаж на больших парусных лодках может иметь очень сложные системы шкивов.

В этой статье, тем не менее, будет описано, как соорудить довольно простую систему шкивов для обычного домашнего использования, чтобы облегчить подъем тяжестей.

••• Wikicommons

Однако важно знать, что шкив никак не уменьшает общий вес поднимаемого объекта, и что какую бы точку вы ни выбрали для закрепления неподвижного шкива, она должна соответствовать задаче выдерживает весь вес груза. Например, если вы поднимаете в воздух самоходную газонокосилку для работы с ходовой частью или поднимаете мотоцикл для работы с шинами, шкив необходимо закрепить таким образом, чтобы он мог безопасно выдержать весь вес. Несоблюдение этого требования может привести к серьезной аварии.

Предупреждения

Всегда следуйте инструкциям и указаниям, прилагаемым к вашим шкивам. Для поисково-спасательных работ обязательно используйте шкивы, веревки и якоря, предназначенные для этой цели.

Как использовать простую систему шкивов

Простая система шкивов не снижает силы, необходимой для подъема объекта, но позволяет прикладывать силу в другом направлении. Если, например, вы хотите поднять 100-фунтовый вес, для простой системы шкивов по-прежнему потребуется 100-фунтовая сила, но вы сможете применить ее в более удобном направлении вниз или вбок, а не поднимать прямо вверх. .

Определите вес груза, который вам нужно поднять. Установите верхнюю опорную точку как можно ближе к весу, который вы хотите поднять. Если весовую нагрузку можно перемещать в боковом направлении, это может означать ее перекатывание или скольжение в точку непосредственно под подходящей точкой крепления. Помните, однако, что точка, в которой ваша система шкивов закреплена над головой, должна соответствовать задаче поддержки нагрузки.

См. информацию производителя шкивов, чтобы определить, какой вес могут поднимать шкивы. Используйте один шкив, если его вес достаточен для подъема вашего груза. Если шкива недостаточно, перейдите ко второму набору инструкций по использованию составного шкива.

Закрепите неподвижный шкив в точке крепления. Например, в гараже это может означать крепление неподвижного шкива к цепи, обернутой вокруг прочной потолочной балки. Не ожидайте, что шуруп с проушиной, вставленный в потолочную балку, выдержит очень большой вес, так как он вполне может вырваться, если вес значителен. Всегда лучше обмотать якорную цепь или трос вокруг элемента подвесного каркаса. Крепкая ветка дерева также может служить хорошей точкой крепления для неподвижного шкива.

Выберите подъемный канат, рассчитанный на вес, который вы хотите поднять, и с диаметром, соответствующим канавкам на вашем шкиве. Проденьте один конец веревки через ступицу верхнего шкива так, чтобы он попал в канавку колеса, затем прикрепите конец веревки к объекту, который хотите поднять.

Продолжайте поднимать груз, применяя направленную вниз или боковую силу к другому концу веревки. Если вы планируете удерживать груз в фиксированном положении, выберите точку крепления для другого конца веревки, достаточную для безопасного удержания груза на месте.

Как использовать базовую систему составных шкивов

В этой простейшей форме установки составных шкивов вам понадобится один фиксированный шкив, который будет закреплен над головой, и еще один шкив, который будет прикреплен непосредственно к грузу и который будет двигаться, когда вы поднимаете груз. Преимущество составной системы в том, что она действительно снижает усилие, необходимое для подъема. Если вес слишком тяжелый, чтобы поднять его вручную, установка составного шкива позволит вам выполнить работу.

Прикрепите фиксированный шкив к верхней точке крепления, как описано в шагах 1–3 выше. Затем прикрепите подвижный нижний шкив непосредственно к грузу. Убедитесь, что обе точки крепления достаточно крепкие, чтобы выдержать нагрузку, которая будет на них помещена. Когда системы шкивов выходят из строя, это почти всегда происходит в одной из этих двух опорных точек.

••• Welkinridge, Wikicommons

Сначала прикрепите веревку к нижней части верхнего неподвижного шкива, затем проденьте веревку через колесо на подвижном нижнем шкиве. Теперь протяните веревку обратно через верхний фиксированный шкив. Убедитесь, что трос полностью вошел в канавки на шкивах.

Продолжайте поднимать груз, нажимая на веревку сверху вниз или сбоку. При подвешивании груза закрепите свободный конец веревки в точке крепления, способной удерживать груз.

Подходит для привязки: как использовать веревку для безопасного перемещения передачи

В этой статье

Важные основы
Момент физики
Оборудование необходимо
. Управление бомб. Резюме

Окажетесь ли вы в отдаленной местности в походе, работаете над домашним проектом или стоите после стихийного бедствия, вы можете столкнуться с необходимостью переместить что-то более тяжелое, чем вы можете безопасно переместить самостоятельно. В таких ситуациях вы можете применить несколько легких и относительно недорогих приспособлений, чтобы снять часть нагрузки.

Вспомнив немного школьной науки, есть шесть типов простых механизмов: рычаг, клин, винт, наклонная плоскость, колесо и ось и шкив. Из этого списка вы можете использовать шкив в вышеупомянутых сценариях, чтобы облегчить свою рабочую нагрузку вдвое или более за счет использования механического преимущества. Проще говоря, механическое преимущество веревки заключается в использовании веревок и шкивов для увеличения силы.

Тяговая система — это использование веревки и нескольких основных компонентов для создания механического преимущества для подъема или перемещения кого-либо или чего-либо. Вам не нужно быть экспертом по веревкам, чтобы построить тяговую систему. Вы можете использовать высокотехнологичную физическую концепцию и сделать ее низкотехнологичной, легкой и полезной.

Использование веревок для облегчения сложной работы имеет множество применений, от обычных до важных. Механическое преимущество веревки можно увидеть в использовании ландшафтными дизайнерами и грузчиками мебели. Его можно использовать для вертикального подъема туристического снаряжения на большую высоту. Спасательные команды постоянно используют тяговые системы для перемещения пациентов как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Веревки и шкивы также часто можно увидеть в условиях после стихийных бедствий, когда необходимо убрать большие части конструкции с людей или убрать деревья с дороги. Механическое преимущество используется несколькими способами для достижения того, чего мы не можем сделать сами.

Важные основы

Прежде чем приступить к построению системы транспортировки, необходимо обсудить некоторые основные понятия и терминологию. Для тех, кто знаком с использованием веревки и альпинистского снаряжения, это может быть знакомой территорией, но для тех, кто не знаком, давайте обсудим несколько тем:

килоньютонов: поскольку очень мало вещей может быть универсально простым, когда вы говорите о веревке, веревочное снаряжение и механическое преимущество, связанное с веревкой, все оборудование оценивается в килоньютонах (кН), а не в фунтах. Как и фунты, килоньютон является мерой силы. Цель использования килоньютонов, а не фунтов, кажется более исторической и географической, чем что-либо еще. История изготовления и использования веревки уходит корнями в глубь веков, но современное веревочное ремесло, а также широкое знание и признание концепций механических преимуществ восходят к европейским морским истокам.

В Великобритании для обозначения валюты используются фунты, поэтому не имеет смысла измерять оборудование в фунтах, так же как американцы не используют доллары для обозначения чего-либо, кроме денег. Итак, рейтинг в килоньютонах стал нормой. Американцы крепко держатся за наши антиметрические корни и в значительной степени игнорируют всемирно принятую Международную систему единиц. К счастью, преобразование несложно: 1 килоньютон равен 225 фунтам (224,8, если вы хотите быть точным). Хотя многие компании начинают указывать для своего снаряжения как фунты, так и килоньютоны, вы должны ожидать много кН.

Момент физики

Поскольку подавляющее большинство из нас не изучает физику, я склонен все упрощать. Когда вы привязываете веревку к чему-либо и тянете, вы прилагаете силу в 1 фунт, чтобы переместить 1 фунт массы. На самом деле, это смещение еще больше из-за трения, так что вам придется тянуть сильнее, чем 1:1. Чем тяжелее человек или объект, тем большую силу необходимо будет приложить. Как только вы учитываете неровный ландшафт или связанную с ним силу тяжести, которая влияет на крутые подъемы или спуски, это становится практически невозможным и / или опасным. Просто добавив несколько карабинов, петель Прусика и шкивов, мы можем значительно уменьшить нашу рабочую нагрузку, которая может означать разницу между жизнью и смертью в экстремальных обстоятельствах.

Вверху: Система транспортировки 3:1 может значительно снизить вашу рабочую нагрузку, когда ресурсы ограничены.

В этой статье мы обсудим, как изменить преимущество в свою пользу, научившись создавать механическое преимущество 2:1 и 3:1. В таких ситуациях вы прилагаете либо 1 фунт силы на каждые 2 фунта массы, либо, что еще лучше, 1 фунт силы на каждые 3 фунта массы соответственно.

Необходимое оборудование

Любое снаряжение для действий на открытом воздухе или для подготовки к стихийным бедствиям должно включать в себя несколько основных элементов оборудования, которые можно использовать для создания механического преимущества. Большинство людей носят с собой какую-либо веревку, что всегда является хорошей идеей. Добавление двух шкивов, нескольких шнуров Prusik и нескольких карабинов, и у вас есть возможность уменьшить рабочую нагрузку на треть.

Вверху: Простое добавление двух карабинов, двух шкивов и двух петель Прусика к вашим запасам открывает множество возможностей для подъема и опускания людей и оборудования.

Веревка: Выбор веревки зависит исключительно от ваших личных предпочтений и уровня комфорта. В то время как веревка диаметром 11 мм или 12 мм (примерно ½ дюйма) довольно универсально используется в приложениях безопасности жизни, она может быть тяжелой и занимать много места в вашем рюкзаке. Я всегда рекомендую иметь 100 или 200 футов 11-миллиметровой или 12-миллиметровой веревки дома или в доступном месте, но это нецелесообразно носить с собой, если вы не носите исключительно веревку и веревочное снаряжение для лазания или систему подъема.

Возможно, потребуется несколько визитов в местный магазин снаряжения для активного отдыха и бесед с опытными альпинистами, но определите отрезок веревки, который будет соответствовать вашим конкретным потребностям. Помните и о количестве. Обычно для создания тяговой системы требуется много веревки. У вас должно быть больше, чем вы думаете, что вам нужно. Даже завязывание одного узла может занять несколько футов веревки, и мало что может быть более разочаровывающим, чем потребность в еще 1 или 2 футах веревки и ее нехватка.

Когда дело доходит до веревки, ваша жизнь может буквально висеть на ней, поэтому не покупайте дешевую веревку в хозяйственном магазине. Веревка изготавливается по-разному, и, хотя качественная веревка немного дороже, это тот случай, когда тратить деньги на 100% правильно. Делай свою домашнюю работу!

Шкивы: Наличие нескольких шкивов — это первый шаг (и необходимый) к созданию механического преимущества. Минимум нести один шкив, но рекомендуется как минимум два шкива. Прежде всего, иметь резервную копию — это хороший план. Особенно, если вы придерживаетесь теории «два — это один, а один — ничего». Во-вторых, чем больше у вас шкивов, тем большее механическое преимущество вы можете создать.

Вверху: шкивы Prusik могут быть небольшим, легким и универсальным дополнением к любым расходным материалам.

Шкивы можно приобрести практически везде, где продаются инструменты или оборудование для активного отдыха. Они бывают разной прочности, размера и цвета. Прочтите мелкий шрифт на шкивах и найдите рейтинг кН. Шкивы, которые я выбрал для этой статьи, рассчитаны на 20 кН. Помните преобразование: 1 кН = 225 фунтов, поэтому 20 х 225 = 4500 фунтов. Это более 2 тонн! Можно было бы подумать, что вы можете значительно понизить класс и получить более дешевое оборудование с меньшим весом. Номинальные значения канатного оборудования даны для статических нагрузок, но важным фактором в динамике каната является ударная нагрузка на канат (внезапный рывок с весом) и раскачивание каната. Сила взвешивания существенно меняется, поэтому чем мощнее оборудование, тем лучше. Однако большинство согласится с тем, что 20 кН — довольно хорошая отправная точка для базового механического преимущества.

Вверху: шкив Prusik имеет закругленные боковые пластины, в то время как традиционный шкив имеет закругленные боковые пластины. Боковые пластины на прочность не влияют, но заточенные под углом края препятствуют втягиванию прусиков в шкив.

При использовании шкивов для создания тяговых систем рекомендуется использовать шкивы «Prusik minding». У них будут угловые боковые пластины, а не закругленные (см. Рисунок ниже), что позволяет притягивать прусик к шкиву, не втягивая его в шкив.

Прусик(-и): «Прусик-шнур» или «Прусик-петля» представляет собой небольшой кусок веревки с петлей, завязанный между собой двойным рыбацким узлом, используемый в качестве фрикционной сцепки. Их часто покупают готовыми с завернутым в термоусадочную пленку концом разной длины. Ваши варианты прусиков заключаются в диаметре, длине и цвете. Подавляющее большинство канатов Prusik, которые вы найдете, имеют толщину от 3 до 8 мм. Как правило, вам следует использовать веревку диаметром от 60 до 80 процентов от диаметра вашей стоячей веревки. Если вы используете слишком тонкую веревку прусика, она легко натянется на веревке и станет помехой. Если ваша веревка слишком толстая, она может не создавать достаточного трения, чтобы ее можно было натянуть, когда вам это нужно.

Другим важным фактором, если предположить, что цвет для вас не имеет значения, является длина ваших прусиков. Для построения системы транспортировки с механическим преимуществом длина не является существенным фактором. Как правило, чем компактнее, тем лучше. Но некоторые энтузиасты веревки предпочитают более длинные прусики из-за возможностей, которые они предоставляют в других областях веревочного ремесла. В этой демонстрации используются 12-дюймовые 6-мм прусики.

Как и в случае со стоячей веревкой, качество имеет значение. Даже высококачественные прусики стоят недорого, поэтому убедитесь, что вы покупаете качественные прусики с высоким рейтингом из надежного источника. Вот как это работает.

Использование прусиков позволяет не только построить систему подъема для перемещения тяжелых предметов, но и дает возможность подниматься или спускаться по веревке! В этом конкретном случае необходимы более длинные прусики (как показано). Просто обернув прусики вокруг своей основной лески, вы можете скользить ими вверх или вниз и буквально карабкаться по веревке. Для спуска по веревке только на прусиках:

Снаряжение: два прусика и одна веревка.
Держите прусик перпендикулярно основной веревке.
Оберните прусик вокруг основной веревки, а затем проденьте один конец через другой.
Оберните еще два раза и туго затяните.
Таким же образом прикрепите второй прусик к основной веревке.
Шаг в Прусики.
Нижний нижний прусик.
Перенесите вес на нижнюю ногу, а затем опустите верхний прусик.
Переместите свой вес на верхний прусик.
Повторите 7–9.

Карабин(ы): Карабины можно найти где угодно, от элитных магазинов до пластиковых контейнеров на кассе в Walmart. Простой поиск в Интернете может быть ошеломляющим. Карабины — полезный игрок в мире активного отдыха/выживания. Они используются для множества приложений и часто встречаются в больших количествах в рюкзаках выживальщиков, туристов, велосипедистов и кафе.

Какие карабины вы покупаете, зависит от вашего применения и имеет огромное значение в результате ваших усилий. Не думайте, что все одинаковы и имеют одинаковый весовой рейтинг. Некоторые четко скажут сбоку «не для лазания». Если вы хотите пристегнуть ключи от машины к петле ремня, недорогой универсальный карабин подойдет как нельзя лучше. Если вы скалолаз и вам нужен карабин, достаточно легкий, чтобы нести многие из них, не утяжеляя вас, но достаточно прочный, чтобы выдержать вес вашего тела, вы делаете шаг вперед по цене и качеству. Для приложений, которые включают подвешивание тяжелых предметов или людей, например, в сценариях спасения жизни, используются прочные стальные карабины. Для этого применения высокопрочные алюминиевые карабины кажутся оптимальными, поскольку они имеют относительно высокий рейтинг прочности, оставаясь при этом легкими.

И, наконец, важна система запирания. У карабинов теперь есть множество способов закрепить ворота, которые не позволяют им открываться и могут привести к катастрофическим последствиям. Среди прочего вы найдете поворотные замки, винтовые замки, проволочные замки и шариковые замки. Все они служат своей цели, и это действительно сводится к личным предпочтениям. Перед покупкой примерьте их и посмотрите, какие из них лучше всего подходят для вас (с разбивкой по типам замков можно ознакомиться здесь: www.petzl.com/LU/en/Sport/Carabiner-locking-systems).

Противоударный анкер

Противоударный анкер является основой системы тяги и должен быть достаточно прочным. Лестничные перила с болтовым креплением — плохое место для закрепления вашей системы. Бетонная несущая опора, большое взрослое дерево или транспортное средство могут считаться «бомбоустойчивым» анкером.

Разбивка затрат

Учитывая возможность создания простого механического преимущества, были сделаны два предположения: что у вас уже есть качественная веревка приемлемой длины, и что у вас также есть стропа или вторая веревка, которая позволит вам прикрепить вашу систему к якорю. Имея их под рукой, вам просто нужно немного укрепить свое снаряжение, чтобы включить возможность создавать механическое преимущество 2: 1 и 3: 1. Минимальное снаряжение, которое вам нужно добавить, это:

Два шкива
Два прусика
Два карабина

Для этой статьи я купил комплект из двух шкивов на 20 кН (13 долл. США), комплект из трех 12-дюймовых 6-мм прусиков (16 долл. США) и два -комплект карабинов на 25кН ($17). Все они были приобретены на Amazon Prime, и каждый из них имеет высокие оценки с адекватными рейтингами прочности. Общая сумма за все оборудование с учетом налогов составила около 61 доллара. Есть бесчисленное множество вариантов, когда дело доходит до покупки этого оборудования, и было бы легко потратить значительно больше денег, но это пример того, что вы можете ожидать в качестве отправной точки для покупки безопасного, качественного оборудования для создания на веревке. механическое преимущество.

Полезные сценарии

1:1, 2:1 и 3:1 Механическое преимущество

При обсуждении механического преимущества сначала мы должны определить, что не является механическим преимуществом. Как упоминалось ранее, привязывание веревки к объекту и тяга не дает механических преимуществ. Протягивание веревки через закрепленный шкив и вытягивание с другой стороны, несмотря на то, что некоторые могут подумать, не дает никакого механического преимущества. Этот сценарий буквально такой же, как и первый, с добавленной функцией шкива, известной как «изменение направления». Механическое преимущество начинается с систем 2:1 и 3:1. Их красота заключается как в простоте, так и в эффективности.

Чтобы получить механическое преимущество, вам нужно сконструировать тяговую систему с подвижным шкивом. Это начинается с механического преимущества 2:1. В системе тяги 2:1 человек должен приложить примерно половину силы, равной весу объекта.

Веревка заканчивается узлом на «бомбостойком» якоре (см. врезку).
Присоедините шкив к грузу.
Протяните трос через шкив.
Перетаскивание с другой стороны.
Примечание. Для изменения направления можно добавить дополнительный шкив. Он не дает никаких механических преимуществ, но в некоторых местах улучшает ваше поле для подъема.

Механическое преимущество 3:1 можно легко создать, используя всего несколько дополнительных деталей, и это может значительно снизить рабочую нагрузку. Оснастку 3:1 обычно называют «Z-установкой» из-за ее общей формы в собранном виде. Чтобы построить систему транспортировки 3:1:

Канат заканчивается у груза.
Шкив крепится к «бомбостойкому» анкеру.
Протяните трос от груза через шкив.
Добавьте второй шкив.
Прикрепите к веревке прусик (не менее двух витков).
Прикрепите второй шкив и прусик с помощью карабина.

Чтобы сделать еще один шаг вперед, если вы используете установку Z для вертикального подъема груза, ваша тяговая система должна пройти «тест на свисток». Это означает, что если в какой-то момент во время перетаскивания кто-то даст свисток, вы сможете отпустить веревку без катастрофического отказа. Добавив прусик к 3:1 в качестве «устройства захвата прогресса», вы предотвратите падение груза, если во время подъема на вас спустится рой пчел, и вы отпустите веревку и с криком убежите. Прусик добавлен к нагрузочной стороне шкива Прусика, что позволит вам свободно тянуть с любой скоростью, которую вы выберете, но дает вам возможность отдохнуть или отпустить веревку. Прогресс фиксируется по мере того, как вес груза идет прямо вверх по веревке, к прусику и к вашему взрывобезопасному якорю.

Резюме

Создание механического преимущества — одна из тех тем, которые могут показаться сложными, но как только вы возьмете в руки части и построите несколько раз 2:1 и 3:1, это станет довольно легко и даст значительные преимущества, когда возникает потребность. Есть много других вариантов, когда дело доходит до систем тяги, но они обеспечивают прочную основу для вашего набега на веревочное ремесло. Приобретение подходящего оборудования может быть недорогим и является отличным способом укрепить свои запасы, чтобы убедиться, что вы готовы помочь себе или другому нуждающемуся.