Простыми словами: блок – это колесо, на окружности которого есть желобок. Колесо может вращаться вокруг своей оси, а в желоб можно проложить ремень, или веревку.
Например, велосипедное колесо можно считать блоком, если с него снять резиновую шину и вместо нее проложить в желоб веревку, канат и т. п. К одному концу веревки можно прикрепить груз, а за второй конец – тянуть, то есть, прикладывать к нему силу.
Если вместо веревки желают использовать цепь, то вместо колеса с желобом часто используют колесо с выступающими зубцами. Это исключает проскальзывание цепи и увеличивает сцепление. Такие конструкции называют звездочками. К примеру, велосипед содержит две звезды – одну ведущую, на оси с педалями, вторую – ведомую, на оси заднего колеса.
Блоки применяют в различных механизмах, например, для подъема грузов.
Какой блок называют неподвижным
У неподвижного блока ось вращения не изменяет своего положения в пространстве. Она с помощью специальной обоймы закреплена на балке или на другой опоре (рис. 70). Если на конец веревки, переброшенной через блок, подействовать силой, то другой конец начнет двигаться вверх. Если к этому концу прикрепить груз определенной массы, то он будет подниматься вверх. Если на свободный конец веревки действует сила, направленная вниз, то на груз действует сила, направленная вверх. Измерение этих сил показывает, что они равны.
Что такое рычаг и когда его начали применять?
Вероятно, каждый с детства знаком с этим незамысловатым механизмом. В физике рычагом называется совокупность балки (стержня, доски) и одной опоры. Служит рычаг для поднятия тяжестей либо для сообщения телам скоростей. В зависимости от положения опоры под балкой рычаг может приводить к выигрышу либо в силе, либо в перемещении грузов. Следует сказать, что рычаг не приводит к сокращению работы как физической величины, он лишь позволяет перераспределить ее выполнение удобным образом.
Систему рычагов с давних пор использует человек. Так, существуют свидетельства, что ее использовали древние египтяне при строительстве пирамид. Первое математическое описание эффекта рычага относится к III веку до нашей эры и принадлежит оно Архимеду. Современное объяснение принципа работы этого механизма с привлечением понятия момента силы возникло лишь в XVII веке, во времена становления классической механики Ньютона.
Почему неподвижный блок не дает выигрыша в силе
Неподвижный блок выигрыша в силе не дает, он только изменяет направление действия силы.
Такую особенность можно легко объяснить, учитывая, что неподвижный блок похож на равноплечий рычаг. Для этого перенесем точки действия сил вверх к точкам А к В, где веревка касается блока (рис. 71). Плечи этих сил OA и ОВ будут одинаковыми, как радиусы окружности. Согласно условию равновесия рычага силы F1 и F2 также должны быть одинаковыми. Опыт подтверждает эти выводы.
- Заказать решение задач по физике
Блоки. Золотое правило механики
Блоки. Золотое правило механики
«Мыслящий ум не чувствует себя счастливым,
пока ему не удастся связать воедино разрозненные
факты, им наблюдаемые»
Д. де Хевеши
Данная тема посвящена изучению блоков. А также рассмотрению «Золотого правила механики».
В прошлых темах говорилось о простых механизмах, таких как рычаг. Рычаг
—
это любое твердое тело, которое может поворачиваться относительно неподвижной опоры или оси.
Рычаги бывают двух видов – рычаг первого
и рычаг
второгорода
. Р
ычаг первого рода
— это рычаг, ось вращения которого расположена между точками приложения сил, а сами силы направлены в одну сторону.
Рычаг второго рода
— это рычаг, ось вращения которого расположена по одну сторону от точек приложения сил, а сами силы направлены противоположно друг другу.
Вывели условие равновесия рычага
, согласно которому,
рычаг находится в равновесии при условии, что приложенные к нему силы обратно пропорциональны длинам их плеч.
Рассмотрели момент силы
—
физическую величину, равную произведению модуля силы, вращающей тело, на ее плечо.
И сформулировали условие равновесия рычага через
правило моментов
, согласно которому,
рычаг под действием двух создающих моменты сил находится в равновесии в том случае, если момент силы, вращающей рычаг по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей рычаг против часовой стрелки.
Однако, помимо рычагов, нередко для подъема грузов используется и простой блок
или
система блоков
. Особенно часто применяются блоки на стройплощадках, в портах и на складах. Любой
блок представляет собой колесо с жёлобом, укрепленное в обойме
.
По жёлобу блока пропускают веревку, трос или цепь.
А какие бывают блоки? И как они преобразуют силу?
Если ось блока закреплена и при подъеме грузов она не опускается и не поднимается, то блок называется
неподвижным
. Такой блок можно рассматривать как
равноплечный рычаг
, у которого плечи сил равны радиусу колеса. Дает ли такой блок выигрыш в силе? Поставим опыт. Возьмем груз весом 3 Н и подвесим к одному концу перекинутой через блок нити, а к другому прикрепим динамометр. При равномерном подъеме груза динамометр покажет силу, равную весу груза, т.е. 3 Н. Изобразим схематически силы, действующие на блок.
Это сила упругости нити, равная весу груза, сила упругости нити, равная приложенной к динамометру силе, сила тяжести, действующая на блок и сила упругости оси блока. Как видно из рисунка, плечи сил тяжести и упругости блока равны нулю. Значит и их моменты относительно оси равны нулю. Плечи сил упругости нити один и два равны между собой как радиусы блока. В состоянии равновесия блока моменты сил F
1 и
F
2 должны быть равны. А раз равны моменты этих сил, то и сами силы равны между собой. Иными словами, прилагаемая сила равна весу груза. Таким образом,
неподвижный блок не дает выигрыша в силе, а лишь изменяет ее направление
.
Зачем применять неподвижный блок, если выигрыша в силе нет? Ведь с таким же успехом для подъема груза можно было бы использовать любую перекладин
. Можно, но проигрышно, так как придется преодолевать силу трения скольжения веревки по перекладине, которая значительно больше силы трения качения в подшипнике блока.
А может ли все-таки блок дать выигрыш в силе?
Рассмотрим другой вид блока —
подвижный
блок.
Подвижным называется блок, ось вращения которого при подъеме груза движется вместе с грузом.
Подвесим к такому блоку груз весом 6 Н. Один конец перекинутой через блок нити закрепим, а за другой будем равномерно поднимать груз при помощи динамометра. Динамометр показывает, что прилагаемая к концу веревки сила равна 3 Н, т. е. в два раза меньше веса груза. Следовательно, подвижный блок дает выигрыш в силе примерно в 2 раза
.
Почему?
На блок действуют вес груза, силы упругости нити, которые равны между собой, и сила тяжести блока. При этом, чаще всего, силой тяжести блока пренебрегают, так как она, как правило, намного меньше веса груза. При движении груза подвижный блок поворачивается относительно точки D. Следовательно, подвижный блок — это рычаг второго рода.
Запишем условие равновесия для него через правило моментов. Из рисунка видно, что плечо веса груза равно радиусу блока, а плечо второй силы — двум радиусам блока.
С учетом того, что сила F
2 равна силе
F
, прилагаемой к концу веревки, и используя основное свойство пропорции, получим
Таким образом, можно сделать вывод о том, что подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза
.
Теперь можно сделать главный вывод о том, что при использования простых механизмов, мы можем получить выигрыш в силе
.
Встает логичный вопрос: А можно ли с помощью простого механизма получить выигрыш в работе
?
Если прилагаемая сила меньше веса груза, то будет ли совершенная ею работа меньше работы по подъему груза без использования механизма?
Поставим опыт. Будем поднимать равномерно груз на некоторую высоту с помощью подвижного блока (силой тяжести блока и силой трения пренебрегаем).
Работа силы, приложенной к нити, равна произведению приложенной к нити силы и высоты подъема ее точки приложения.
Как видно из рисунка, высота подъема точки приложения силы в два раза больше высоты подъема груза. Работа по подъему груза равна по модулю произведению веса груза и высоты подъема груза.
Теперь сравним две работы. При этом учтем, что сила, приложенная к концу веревки примерно в два раза меньше веса груза.
Принимая этот факт во внимание, получим, что работа по подъему груза равна работе приложенной к нити силы
.
Таким образом, использование подвижного блока не дает выигрыша в работе
. Так как, имеется выигрыш в 2 раза в силе и проигрыш в 2 раза в пути.
Аналогично можно подойти к рассмотрению рычага. Для этого на рычаге уравновешиваются 2 разные по модулю силы, и рычаг приводится в движение.
Если измерить расстояния, пройденные большей и меньшей силами, и модули этих сил, то получим, что пути, пройденные точками приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам
.
Таким образом, как и в случае с подвижным блоком, можем заключить, что действуя на длинное плечо рычага, выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути.
Так как произведение силы на путь есть работа, то и в этом случае,
выигрыш в работе не получается.
Как показала многовековая практика, ни один механизм не дает выигрыша в работе
. Это утверждение получило название
«Золотое правило механики». Если с помощью какого-либо простого механизма выигрываем в силе, то во столько же раз проигрываем в пути.
Можно ли при сравнении работ ставить между ними строгое равенство? Ведь делая тот или иной вывод, вводилось условие о том, что силой тяжести, действующей на блок, и силой трения в блоке можно пренебречь?
Однако трение существует. Оно присутствует во всех механизмах. И сила тяжести, которая действует на сам блок, пусть даже и небольшая, тоже есть. Даже если не происходит подъема простого механизма или его частей (как в случае неподвижного блока), необходимо прилагать дополнительную силу на приведение его в движение, т. е. на преодоление инертности механизма. Поэтому
прилагаемая к механизму сила должна реально совершать большую работу, чем полезная работа по подъему груза.
Работа силы, приложенной к механизму, называется затраченной
или
полной работой
. А
полезной
является работа по поднятию только самого груза.
Если рассмотреть любой механизм, то полезная работа всегда составляет лишь некоторую часть полной работы
. Обозначим полезную работу как
A
П, а затраченную —
A
3.
Отношение полезной работы, к работе затраченной, называется коэффициентом полезного действия механизма
(сокращенно КПД).
Коэффициент полезного действия обозначается маленькой греческой буквой h (эта) и, чаще всего, выражается в процентах. Так как полезная работа
всегдаменьше совершенной
, то коэффициент полезного действия механизма всегда меньше 100%.
Упражнения.
Задача 1.
Какую минимальную силу нужно приложить к концу веревки для подъема мешка цемента массой 50 кг с помощью подвижного блока? На какую высоту будет поднят мешок при совершении этой силой работы в 2500 Дж?
Задача 2.
Плита массой 120 кг была равномерно поднята с помощью подвижного блока на высоту 16 м за промежуток времени, равный 40 с. Считая коэффициент полезного действия равным 80%, а массу блока — 10 кг, определите полную работу и развиваемую мощность.
Основные выводы:
– Блок
— это одна из разновидностей рычага, который представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. Различают подвижный и неподвижный блоки.
– Неподвижный блок
— это блок, ось вращения которого закреплена и при подъеме грузов она не поднимается и не опускается.
– Подвижный блок
— это блок, ось вращения которого поднимается и опускается вместе с грузом.
– Неподвижный блок
не дает выигрыша в силе, а лишь меняет ее направление.
– Подвижный блок
, если пренебречь трением и весом самого блока,
дает выигрыш в силе
в два раза.
– «Золотое правило механики»
, согласно которому во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в пути.
– Коэффициента полезного действия
механизма показывает, какую часть от совершенной прилагаемой силой работы составляет полезная работа.
– Полезная работа
всегда
меньше совершенной
.
Коэффициент полезного действия любого механизма меньше 100%.
Какой блок называют подвижным
Подвижным называют блок, ось которого перемещается в пространстве. При использовании такого блока обычно один конец веревки или троса закрепляют на опоре, а груз — на обойме, в которой блок закреплен. На рисунке 72 показан опыт с таким блоком. К оси легкого подвижного блока подвешен груз массой 102 г. Итак, на ось блока действует сила 1 Н. Стрелка динамометра, присоединенного к свободному концу веревки, показывает примерно 0,5 Н. Некоторые небольшие различия связаны с тем, что блок сам имеет вес и на него действует сила трения.
Почему подвижный блок дает выигрыш в силе
Такую особенность подвижного блока можно объяснить, учитывая свойства рычага (рис. 73). Диск блока можно считать рычагом длиной 2R (где R — радиус колеса). Ось вращения такого рычага проходит через точку А на ободе колеса, а точками приложения сил являются точки О и В. Так как то Описанные выше свойства блоков используют во время решения практических задач.
Условия для вывода формул
Упростим задачу получения формул для блоков. Будем считать блок идеальным.
Пусть для этого выполняются некоторые условия:
- считаем, блок невесомым, то есть, у него нет массы,
- считаем, что блок абсолютно жесткий, то есть, нет его деформации,
- при вращении блока трение отсутствует.
Пояснения к условиям
Эти три условия нужны для того, чтобы наши усилия затрачивались только на перемещение полезного груза, и не затрачивались на вращение блока. Груз мы прикрепляем к одному концу веревки, в то время, как тянем за другой ее конец.
Более строгим языком: условия должны выполняться, чтобы приложенная сила совершала лишь работу по перемещению полезного груза, а энергия на вращение блока не затрачивалась.
Честно говоря, в реальности ничего идеального не существует и все эти условия полностью соблюсти нельзя. Блоки изготавливают из прочных металлов, а они обладают массой. Трение можно только лишь уменьшить, но совсем избавиться от него не получится. Но, так как масса блока мала, по сравнению с поднимаемым грузом и трение значительно уменьшено, будем в этой статье считать блок идеальным.
Рассмотрим такие идеальные блоки.
Отличие между блоком и роликом
Это тесно связанные между собою понятия, которые часто в разговорной речи используются как синонимы. На самом деле, между ними имеется разница. Так, ролик это непосредственно само колесо с желобом по окружности. По сути это тот же шкив, что используется для работы с приводным ремнем. Блок же более сложная конструкция. Она представляет собой ролик, установленный в корпус. В минимальном исполнении последний представляет собой вилку с вставленной между ее половинами осью. На ней и вращается сам ролик. Благодаря наличию корпуса блок может подвешиваться, а также перемещаться.
Примеры использования систем простых механизмов
По сути, любые машины, которые нас окружают, представляют собой системы рычагов и блоков. Приведем самые известные примеры:
- печатная машинка;
- пианино;
- грузоподъемный кран;
- раскладные строительные леса;
- регулируемые кровати и столы;
- совокупность костей, суставов и мышц человека.
Если известно входное усилие в каждой из этих систем, то выходная сила может быть рассчитана с помощью последовательного применения правила рычага к каждому элементу системы.
Блоки. КПД подвижного и не подвижного блоков
Блоки −− простые механические устройства, позволяющие регулировать силу. Любой блок представляет собой колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Если ось является неподвижной, то блок называется неподвижным
. Если ось является подвижной, то блок называется
подвижным
. Желоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п.
Неподвижный блок.
- Действие неподвижного блока аналогично действию рычага с равными плечами l1=l2=r
. Приложенная сила
F1
равна нагрузке
F2
, и условие равновесия имеет вид: - F1 = F2.
- Неподвижный блок применяют, когда нужно изменить направление силы, не меняя ее величину.
- Подвижный блок.
Подвижный блок действует аналогично рычагу, плечи которого составляют: l2 = l1 /2 = r
. При этом условие равновесия имеет вид:
где F1
— приложенная сила,
F2
— нагрузка. Применение подвижного блока дает выигрыш в силе в два раза.
- Расчет колодочного тормоза с приводом от электрогидравлического толкателя.
- Расчетная схема колодочного тормоза ТКТ с пружинным замыканием
- Рис. 1
- Максимально допустимый установочный зазор между колодкой и шкивом:
- где hм — ход якоря электромагнита; k1 — коэффициент возможного использования хода якоря.
- Из условия равновесия верхнего рычага, соединяющего правый рычаг с замыкающей пружиной и со штоком толкателя, определяется необходимая сила сжатия пружины:
При размыкании тормоза сила толкателя Р преодолевает силу сжатия пружины Рп; при этом Рт = Рпc/e.
Необходимый ход штока толкателя hт определяется из уравнения:
- На рисунке 2 размер hт — полный ход штока, указанный в паспорте, размер h — установочный рабочий ход штока.
- Колодочный тормоз с электрогидравлическим приводом
- Рис. 2
- Значения минимальных радиальных установочных зазоров между колодкой и шкивом принимают по следующим рекомендациям:
- Табл. 1
Жесткость рычажной системы необходимо проверять расчетом. Суммарная деформация рычажной системы независимо от вида привода не должна быть более 10% нормального хода штока.
Расчет тормозных рычагов на прочность ведется по изгибающему моменту М от силы Р в опасном сечении рычага:
где W — момент сопротивления изгибу рассчитываемого сечения рычага; kд — динамический коэффициент, учитывающий характер изменения приложенной силы при замыкании тормоза, и в зависимости от типа привода колодочного тормоза (см. остановы и тормоза) имеет следующие значения:
Грузовые барабаны ГПМ. Расчет габаритов барабана при многочисленной навивке каната.
Барабаны
– это элементы грузоподъемных машин, служащие для наматывания гибкого органа и преобразования вращательного движения привода в поступательное движение груза. Барабаны разделяются на
цепные и канатные для одинарных и сдвоенных полиспастов.
Канатные барабаны по форме внешней поверхности разделяют на цилиндрические, конические
и
коноидальные.
Наибольшее распространение получили цилиндрические барабаны. Они бывают гладкие и нарезные.
Гладкие барабаны применяют для многослойной навивки каната при большой высоте подъема груза и необходимости уменьшения длины барабана по условиям компоновки.
Однако у канатов, наматываемых на гладкие барабаны, появляются большие контактные напряжения в местах касания и происходит сплющивание каната при намотке в несколько слоев, что значительно снижает срок их службы.
Барабаны изготавливают отливкой или сваркой.
Толщину стенки барабанапринимают по эмпирической зависимости: d = 0,02 D + (6 10) мм – для чугунных барабанов и d = 0,01 D + 3 мм – для стальных, где D – диаметр барабана по дну канавки, мм
РАСЧЕТ
При той же длине каната многослойная навивка позволяет применять барабаны меньшей длины, чем при однослойной навивке, однако условия работы каната в этом случае резко ухудшаются, уменьшается срок его службы, не обеспечивается равномерность хода груза; скорость перемещения груза получается различной при навивании первого и каждого из последующих слоев. Барабаны для многослойной навивки делают с гладкой поверхностью и бортами, предотвращающими сход каната. Высота бортов ho :
- h0=(m+2)dК
- где h0—высота бортов барабана; dк—диаметр каната;
- При заданной канатоемкости LК
, диаметре каната
dК
, диаметре барабана
DБ
, шаге навивки, равном
dК
, числе навиваемых слоев
m
,
Длина барабана с гладкой поверхностью :
- LБ=LКdК/
π
m(mdК+DБ) - Канатоёмкость барабана зависит от длины и диаметра барабана LБ
и
DБ
, количества слоёв навивки каната на барабане
m
и диаметр каната
dк
, которые выбираются из паспорта.
Канатоёмкостьопределяют, м - LК=(πzm( DБ dК)-2π DБ )/1000
- где z
— число витков каната на рабочей длине барабана,
z
=
LБ
/
t
;
t
— шаг навивки каната,
t
=
d
.
Источник: https://infopedia.su/1x1b6.html
Система блоков – теория ↑
Изобретение полиспаста дало огромный толчок развитию цивилизаций. Система блоков помогла построить огромные сооружения, многие из которых сохранились по сей день и вызывают недоумение у современных строителей. Также совершенствовалось судостроение, люди смогли путешествовать на огромные расстояния. Пора разобраться, что это такое – полиспаст и выяснить, где можно найти ему применение сегодня.
Строение грузоподъемного механизма ↑
Классический полиспаст представляет собой механизм, который состоит из двух основных элементов:
Шкив – это металлическое колесо, которое по внешнему краю имеет специальный желоб для троса. В качестве гибкой связи может применяться обычный трос или канат. Если груз будет достаточно тяжелый, используют тросы из синтетических волокон или стальные канаты и даже цепи. Для того чтобы шкив вращался легко, без скачков и заедания, используют роликовые подшипники. Все элементы, которые движутся, смазывают.
Один шкив называют блоком. Полиспаст – это система блоков для подъема грузов. Блоки в составе подъемного механизма могут быть неподвижными (жестко закрепленными) и подвижными (когда ось в процессе работы меняет положение). Одна часть полиспаста крепится к неподвижной опоре, другая – к грузу. Подвижные ролики располагаются на стороне груза.
Роль неподвижного блока – изменение направления движения каната и действия прикладываемой силы. Роль подвижных – получение выигрыша в силе.
Принцип работы – в чем секрет ↑
Принцип работы полиспаста подобен рычагу: усилие, которое необходимо приложить, становится меньше в несколько раз, при этом работа выполняется в том же объеме. Роль рычага играет трос. В работе полиспаста важен выигрыш в силе, поэтому возникающий проигрыш в расстоянии не принимается во внимание.
В зависимости от конструкции полиспаста, выигрыш в силе может быть разным. Простейший механизм из двух шкивов дает примерно двукратный выигрыш, из трех – трехкратный и так далее. По тому же принципу рассчитывается и увеличение расстояния. Для работы простого полиспаста нужен трос в два раза длиннее высоты подъема, а если используют комплекс из четырех блоков – то и длина троса увеличивается прямо пропорционально в четыре раза.
В каких областях применяется система блоков ↑
Полиспаст – верный помощник на складе, на производстве, в транспортной сфере. Его используют везде, где нужно применять силу для перемещения всевозможных грузов. Система широко применяется в строительстве.
Несмотря на то что большую часть тяжелой работы выполняет строительная техника (подъемный кран), полиспасту нашлось место в конструкции грузозахватных механизмов. Система блоков (полиспаст) является составляющей таких подъемных механизмов, как лебедка, таль, строительная техника (краны разных типов, бульдозер, экскаватор).
Помимо строительной отрасли, полиспасты получили широкое применение в организации спасательных работ. Принцип работы остается прежним, но конструкция немного видоизменяется. Спасательное оборудование изготавливается из прочного троса, используются карабины. Для устройств такого назначения важно, чтобы вся система быстро собиралась и не требовала дополнительных механизмов.
Система рычагов и блоков
Как уже упоминалось в предыдущих пунктах, рычаг может применяться для выигрыша в пути или силе, блок же позволяет выиграть в силе и изменить направление ее действия. Эти свойства рассматриваемых простых механизмов применяются в системах рычагов и блоков. В этих системах каждый элемент принимает некоторое усилие и передает его другим элементам так, что на выходе мы получаем первоначальное усилие.
Простота работы рычага и блока и гибкость их конструкционного использования позволяют из такой совокупности составлять сложные механизмы.
Как сделать подъемник своими руками ↑
В строительстве во время проведения монтажных работ далеко не всегда есть возможность подогнать подъемный кран. Тогда возникает вопрос, как поднять груз веревкой. И здесь находит свое применение простой полиспаст. Для его изготовления и полноценной работы нужно сделать расчеты, чертежи, правильно подобрать веревку и блоки.
Подготовка базы – схема и чертеж ↑
Прежде чем приступать к сооружению полиспаста своими руками, нужно внимательно изучить чертежи и подобрать подходящую для себя схему. Опираться следует на то, как вам будет удобнее разместить конструкцию, какие блоки и трос имеются.
Случается, что грузоподъемности блоков полиспаста недостаточно, а сооружать сложный многократный подъемный механизм нет времени и возможности. Тогда применяют сдвоенные полиспасты, представляющие собой комбинацию из двух одинарных. Этим устройством также можно поднимать груз таким образом, чтобы он двигался строго вертикально, без перекосов.
Как подобрать веревку и блок ↑
Важнейшую роль в построении полиспаста своими руками играет веревка. Важно, чтобы она не растягивалась. Такие канаты называют статическими. Растяжение и деформация гибкой связи дает серьезные потери эффективности работы. Для самодельного механизма подойдет синтетический трос, толщина зависит от веса груза.
Материал и качество блоков – показатели, которые обеспечат самодельным подъемным устройствам расчетную грузоподъемность. В зависимости от подшипников, которые установлены в блоке, меняется его КПД и это уже учтено в расчетах.
Но как поднять груз на высоту своими руками и не уронить его? Чтобы обезопасить груз от возможного обратного хода, можно установить специальный фиксирующий блок, который позволяет веревке двигаться только в одном – нужном направлении.
Пошаговая инструкция для подъема груза через блок ↑
Когда веревка и блоки готовы, схема выбрана, а расчет произведен, можно приступать к сборке. Для простого двукратного полиспаста понадобятся:
- ролик – 2 шт.;
- подшипники;
- втулка – 2 шт.;
- обойма для блока – 2 шт.;
- веревка;
- крюк для подвеса груза;
- стропы – если они нужны для монтажа.
Пошагово подъем груза на высоту осуществляется так:
- Соединяют ролики, втулку и подшипники. Объединяют все это в обойму. Получают блок.
- Веревку запускают в первый блок;
- Обойма с этим блоком жестко крепится к неподвижной опоре (железобетонная балка, столб, стена, специально смонтированный вынос и пр.);
- Затем конец веревки пропускают через второй блок (подвижный).
- К обойме крепят крюк.
- Свободный конец веревки фиксируют.
- Стропят поднимаемый груз и соединяют его с полиспастом.
Самодельный подъемный механизм готов к использованию и обеспечит двойной выигрыш в силе. Теперь, чтобы поднять груз на высоту, достаточно потянуть за конец веревки. Огибая оба ролика, веревка поднимет груз без особых усилий.
Безопасный локомотивный объединенный комплекс БЛОК
2 февраля
9:26
admin
Рубрика: Оборудование локомотивов
Вопрос обеспечения безопасного движения является ключевым на железнодорожном транспорте. Для его решения конструкторами были созданы различные локомотивные устройства безопасности.
Уже 40 лет назад на железных дорогах СССР стали массово устанавливаться автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС) и другие приборы безопасности. В 90-е и 2000-е годы в России началось внедрение первых комплексных систем безопасности (КЛУБ, КЛУБ-У и др.
Наклонная плоскость.
Как мы знаем, тяжёлую бочку проще вкатить по наклонным мосткам, чем поднимать вертикально. Мостки, таким образом, являются механизмом, который даёт выигрыш в силе.
В механике подобный механизм называется наклонной плоскостью. Наклонная плоскость — это ровная плоская поверхность, расположенная под некоторым углом к горизонту. В таком случае коротко говорят: «наклонная плоскость с углом «.
Найдём силу, которую надо приложить к грузу массы , чтобы равномерно поднять его по гладкой наклонной плоскости с углом . Эта сила , разумеется, направлена вдоль наклонной плоскости (рис. 5).
Выберем ось так, как показано на рисунке. Поскольку груз движется без ускорения, действующие на него силы уравновешены:
.
Проектируем на ось :
,
откуда
.
Именно такую силу нужно приложить, что двигать груз вверх по наклонной плоскости.
Чтобы равномерно поднимать тот же груз по вертикали, к нему нужно приложить силу, равную . Видно, что , поскольку . Наклонная плоскость действительно даёт выигрыш в силе, и тем больший, чем меньше угол .
Широко применяемыми разновидностями наклонной плоскости являются клин и винт.
Применение комбинаций блоков
На практике часто применяют комбинацию (систему) неподвижного и подвижного блоков (рисунок 3). Такая комбинация называется полиспастом блоков.
Рисунок 3. Комбинации подвижного и неподвижного блоков.
При таком варианте использования блоков мы также получаем выигрыш в силе в 2 раза. Обеспечивает его подвижный блок. С помощью неподвижного блока изменяем направление силы. Он позволяет занять нам более удобное положение — так мы можем поднимать груз, стоя на земле.
На практике полиспаст является частью механизма подъема у подъемных кранов (рисунок 4).
Рисунок 4. Крюковой подвес с полиспастом.
Альпинисты используют систему блоков для натяжения перил и переправ, а также для подъема пострадавших из ущелий, трещин и др. (рисунок 5).
Рисунок 5. Система блоков в альпинизме.
Правило рычага
По какому принципу работает рычаг? Ответ на этот вопрос содержится в понятии о моменте силы. Последним называют такую величину, которая получается в результате умножения плеча силы на ее модуль, то есть:
M = F*d
Плечо силы d представляет собой расстояние от точки опоры до точки приложения силы F.
Когда рычаг выполняет свою работу, то на него действуют три различные силы:
- внешняя сила, приложенная, например, человеком;
- вес груза, который человек стремится переместить с помощью рычага;
- реакция опоры, действующая со стороны опоры на балку рычага.
Реакция опоры уравновешивает две другие силы, поэтому рычаг не совершает поступательного движения в пространстве. Чтобы он не совершал еще и вращательное движение, необходимо, чтобы сумма всех моментов сил оказалась равной нулю. Момент силы всегда отсчитывается относительно некоторой оси. В данном случае этой осью является точка опоры. При таком выборе оси плечо воздействия силы реакции опоры будет равно нулю, то есть эта сила создает нулевой момент. На рисунке ниже показан типичный рычаг первого рода. Стрелками отмечены внешняя сила F и вес груза R.
Записываем сумму моментов для этих сил, имеем:
R*dR + (-F*dF) = 0
Равенство нулю суммы моментов обеспечивает отсутствие вращения плеч рычага. Момент силы F взят с отрицательным знаком потому, что эта сила стремится повернуть рычаг по часовой стрелке, сила же R стремится совершить этот поворот против часовой стрелки.
Переписывая это выражение в следующих формах, получим условия равновесия рычага:
R*dR = F*dF;
dR/dF = F/R
Мы получили записанные равенства, используя концепцию момента силы. В III же веке до н. э. греческие философы не знали об этой физической концепции, тем не менее Архимед установил обратную зависимость отношения действующих на плечи рычага сил от длины этих плеч в результате экспериментальных наблюдений.
Записанные равенства говорят о том, что уменьшение длины плеча dR способствует появлению возможности с помощью небольшой силы F и длинного плеча dF поднимать большие веса R грузов.
Содержание
Мы называем рычагом любое твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Одной из разновидностей рычага является такой простой механизм как блок.
Блок представляет собой собой колесо (диск) с желобом, укрепленное в обойме.
По желобу блока пропускают трос, цепь или веревку. Если блок — это разновидность рычага, то применим ли к нему закон равновесия ($\frac{F_1}{F_2} = \frac{l_2}{l_1}$)?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, в данном уроке мы более подробно изучим устройство блока. Блоки бывают двух видов: подвижный и неподвижный. Рассмотрим принцип работы каждого из них.
