Блок и захват - Block and tackle

А блокировать и ловить^[1]^[2] или только снасти ^[3] это система из двух или более шкивы с веревка или же кабель продетые между ними, обычно используются для подъема тяжелых грузов.

Шкивы собираются в блоки а затем блоки соединяются так, что один фиксируется, а другой перемещается с грузом. Канат продет через шкивы, чтобы обеспечить механическое преимущество это увеличивает силу, приложенную к веревке.^[4]

Герой Александрии описал краны, сформированные из узлов шкивов в первом веке. Иллюстрированные версии Героев Mechanica (книга по поднятию тяжестей) показывают системы раннего блока и захвата.^[5]

Обзор

Различные способы оснастки снасти. Все это «в убыток»^[6] (Смотри ниже).

Блок - это набор шкивы или же снопы установлен на единой раме. Сборка блоков с веревкой, продетой через шкивы, называется снастью. Процесс продевания каната через блоки называется «перематыванием», а нарезанный блок и снасть - «протягиванием».^[7] Система блоков и захватов увеличивает силу натяжения каната для подъема тяжелых грузов. Они распространены на лодки и парусники, где задачи часто выполняются вручную.

На представленной здесь схеме количество секций каната у снастей следующее:

Снасти: 2
Снасть: 3
Двойной отбор: 4
Снасти для гинекологии: 5
Тройная покупка: 6

Обратите внимание, что снасть для ружья, двойная снасть и тройная покупка имеют одинаковое количество шкивов в обоих блоках (один, два и три, соответственно), тогда как снасти Luff и снасти Gyn имеют несовпадающие блоки с разным количеством шкивов.

Механическое преимущество

Оружейная снасть имеет один шкив как в неподвижном, так и в подвижном блоках с двумя тросовыми частями (п) поддерживающий нагрузку (F_B) 100 Н. Механическое преимущество равно 2, требуя усилия всего 50 Н. для подъема груза.

Блок и снасть характеризуются использованием одного непрерывного троса для передачи силы натяжения вокруг одного или нескольких шкивов для подъема или перемещения груза. Его механическое преимущество - количество частей каната, действующих на нагрузку. Механическое преимущество захвата определяет, насколько легче будет тянуть или поднимать груз.

Если фрикционный потери не учитываются, механическое преимущество блока и снасти равно количеству частей в линии, которые либо прикрепляются к движущимся блокам, либо проходят через них, другими словами, количеству поддерживающих секций каната.

Идеальный блок и захват с подвижным блоком, поддерживаемый п канатные секции имеют механическое преимущество (МА),

{ displaystyle MA = { frac {F_ {B}} {F_ {A}}} = n, !}

где F_А - тянущая (или входная) сила, а F_B это нагрузка.

Рассмотрим набор шкивов, которые образуют подвижный блок, и части веревки, которые поддерживают этот блок. Если есть п этих частей каната, поддерживающего груз F_B, тогда баланс сил на подвижном блоке показывает, что натяжение в каждой из частей каната должно быть F_B/ п. Это означает, что входная сила на веревке равна F_А=F_B/ п. Таким образом, блок и снасть уменьшают прилагаемую силу в раз. п.

Двойной захват имеет два шкива как в неподвижном, так и в подвижном блоках с четырьмя тросовыми частями (n), поддерживающими нагрузку (F_B) на 100 Н. Механическое преимущество составляет 4, требуя усилия всего 25 Н. для подъема груза.

Разделение шкивов в захвате показывает баланс сил, который приводит к натяжению каната Вт / 2.
Разделение шкивов в двойном захвате показывает баланс сил, который приводит к натяжению каната Вт / 4.

Идеальное механическое преимущество напрямую связано с соотношение скоростей. Отношение скоростей снасти - это отношение скорости буксирующего троса к скорости буксируемого груза. Леска с механическим преимуществом 4 имеет соотношение скоростей 4: 1. Другими словами, чтобы поднять груз со скоростью 1 метр в секунду, тянущую часть веревки нужно тянуть со скоростью 4 метра в секунду. Таким образом, механическое преимущество двойного захвата - 4.

Бежать к (дис) преимуществу

Механическое преимущество любой снасти можно увеличить, поменяв местами неподвижные и подвижные блоки, так что канат прикреплен к подвижному блоку, а канат протянут в направлении поднятого груза. В этом случае говорят, что блок и подкат «идут с выгодой».^[8]

«Двигаться с выгодой» - когда сила натяжения веревки совпадает с направлением движения груза. Тяговая часть вытягивается из подвижного блока.^[6]
«Рвануть в невыгодное положение» - когда натяжение веревки происходит в направлении, противоположном тому, в котором должен перемещаться груз. Тяговая часть вытягивается из неподвижного блока.^[6]

На схеме 3 показаны три части каната, поддерживающие груз. W, что означает, что натяжение веревки равно Вт / 3. Таким образом, механическое преимущество составляет три к одному.

При добавлении шкива к неподвижному блоку стрелы направление тянущего усилия меняется на противоположное, хотя механическое преимущество остается прежним, диаграмма 3a. Это пример снасти Luff.

Диаграмма 3: У ружейного снаряжения, «стремящегося к преимуществу», веревка прикреплена к движущемуся шкиву. Натяжение веревки составляет Вт / 3 давая преимущество в три.
Диаграмма 3a: снасть Luff добавляет фиксированный шкив «в невыгодное положение». Натяжение веревки остается Вт / 3 давая преимущество в три.

Решение о том, что использовать, зависит от прагматических соображений для общей эргономика работы с конкретной ситуацией. Преимущество - это наиболее эффективное использование оборудования и ресурсов. Например, если груз должен буксировать параллельно земле, преимущество использования запаса позволяет тяговому усилию быть в направлении движения груза, что позволяет легче преодолевать препятствия.

К недостаткам добавляется дополнительный шкив для изменения направления тяговой линии, что увеличивает потери на трение без улучшения соотношения скоростей. Ситуации, в которых более желательным может быть отказ от ущерба, включают подъем с фиксированной точки над головой; дополнительный шкив позволяет тянуть вниз, а не вверх, так что вес подъемника может компенсировать вес груза.

Трение

Деревянный блок на парусном корабле.

Формула, используемая для определения усилия, необходимого для подъема заданного веса с использованием блока и падения:

{ displaystyle F_ {a} = { frac {L} {N}} { frac {1} { textit {eff}}}}

куда ${ displaystyle F_ {a}}$ это сила приложенная к тянущей части лески (входная сила), ${ displaystyle L}$ - вес груза (выходное усилие), ${ displaystyle N}$ является идеальным механическим преимуществом системы (равным количеству отрезков линии, отходящих от движущегося блока), и ${ displaystyle { textit {eff}}}$ это механический КПД системы (равняется единице для идеальной системы без трения; доля меньше единицы для реальных систем с потерями энергии из-за трения и других причин). Если ${ displaystyle S}$ это количество шкивов при покупке, и есть примерно ${ displaystyle x}$ % потери эффективности на каждом шкиве из-за трения, тогда:^[9]^[10]

{ displaystyle { frac {1} { textit {eff}}} приблизительно 1 + S { frac {x} {100}}.}

Это приближение более точное для меньших значений ${ displaystyle S}$ и ${ displaystyle x}$ .^[10] Более точная оценка эффективности возможна за счет использования коэффициента трения шкива, ${ displaystyle K}$ (которые можно получить у производителя или в опубликованных таблицах^[11]). Соответствующее уравнение:^[11]

{ displaystyle { textit {eff}} = { frac {K ^ {N} -1} {K ^ {S} N (K-1)}}.}

Типичный ${ displaystyle K}$ значения составляют 1,04 для шкивов роликовых подшипников и 1,09 для шкивов скольжения (с тросом).^[11]

Повышенное усилие, создаваемое снастью, компенсируется увеличением необходимой длины веревки и трение в системе. Чтобы поднять блок и захват с механическим преимуществом 6 на расстояние 1 метр, необходимо протянуть через блоки 6 метров веревки. Потери на трение также означают, что существует практический момент, когда выгода от добавления дополнительного шкива компенсируется постепенным увеличением трения, которое потребует приложения дополнительной силы для подъема груза. Слишком сильное трение может привести к тому, что снасть не позволит легко освободить груз,^{[примечания 1]} или уменьшением силы, необходимой для перемещения груза, который считается недостаточным, потому что также необходимо преодолеть чрезмерное трение.

Прикрепление к средней линии

При установке блока на существующую линию часто бывает в лучшем случае неудобно продевать веревку через добавляемый блок.

У открытых блоков есть достаточно широкое пространство между неподвижными щеками, чтобы можно было двигать шкив по веревке. Они могут быть очень маленькими и легкими, сохраняя при этом значительную прочность из-за отсутствия движущихся частей.

Блокиратор поворотной щеки - особый вид блока, который можно открыть, чтобы зацепиться за него, без необходимости продевать веревку через блок или снимать нагрузку с конца веревки. Блок рывка также является шкивом подъема груза в определенных устройствах, например, во время использования в операции восстановления.^[12]

Три блока рывка, показывающие «рывок» в закрытом, открытом и надежно зафиксированном

^{[нужна цитата ]}

Блоки Swing-Cheek можно условно разделить на две категории:

Шкивы с поворотными щеками: используются для легких нагрузок или перенаправления усилий, обычно с одним колесом шкива (хотя несколько шкивов / щек не редкость) и точкой крепления (или нескольких) для карабина или ремня. Щеки не фиксируются или не фиксируются в положении, кроме устройства, используемого для их крепления к грузу или точке крепления.

Примеры использования (в условиях лесоводства) включают: присмотр за хвостом / уход за хвостом и установка точки крепления на дереве над вырубкой - положительная ситуация с такелажем.

Блоки рывка или удара: используются для более тяжелых нагрузок и более динамичной оснастки, щеки этих блоков фиксируются на месте с помощью штифта, который фиксируется в противоположной щеке. Этот штифт может составлять часть оси для второго шкива, который крепится к точке груза или такелажа с помощью мягкой стропы, а не твердого устройства, такого как скоба. Это позволяет более равномерно распределять силы по сторонам, к которым будут приложены силы, в отличие от карабина или скобы, где силы прикладываются сильнее к углам и краям, увеличивая риск деформации или повреждения.

Примеры использования (опять же, в отношении ухода за деревьями) могут включать установку блока ниже текущего разреза, что приводит к «отрицательной» ситуации с такелажем, в которой ударные нагрузки могут быть значительными, особенно при удалении больших участков вертикального ствола.

Литература

М. Оппольцер, Т. Вальс: Мне нравится перемещать это. Flaschenzüge in der Seiltechnik. Гамбург 2019, ISBN 978-3-9820618-0-1.
Техник-спасатель: Оперативная готовность спасателей. Сент-Луис, штат Миссури, 1998 г., ISBN 0-8151-8390-9.

Смотрите также

Кран (машина)
Снайпер
Шкив дифференциала
Штатив
Заминка дальнобойщика
Два шесть подъема - Фраза, используемая для координации действий команды
Лебедка
Z-перетаскивание

Примечания

^ Трение может означать, что веревка в снасти «сгущается» и заклинивается при снятии усилия, если у снасти слишком большое трение для балансировки груза, или что снасть не «снижает» нагрузку.

внешняя ссылка

Система шкивов (модель и демонстрация) Приложение HTML5 от Вальтера Фендта
Анимация парусных снастей, номенклатура и таблица механических преимуществ в Smack Dock Soundings 16

[12] Трение может означать, что веревка в снасти «сгущается» и заклинивается при снятии усилия, если у снасти слишком большое трение для балансировки груза, или что снасть не «снижает» нагрузку.

[1] «Снасть» может быть /ˈтeɪkəl/ в этом использовании.

[2] (мертвая ссылка) «Королевские канадские морские кадеты - мастер-план урока - уровень Т 2» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-03-09. Получено 2009-12-27.

[3] Учебник военной инженерии

[4] Нед Пелгер, ConstructionKnowledge.net

[5] А. П. Ашер, История механических изобретений, Harvard University Press, 1929 (Dover Publications, исправленное издание, 2011 г., стр. ISBN 978-0486255934)

[advantage-6] а ^б ^c Макдональд, Джозеф А. Справочник по оснастке: для строительства и промышленных предприятий. McGraw-Hill Professional. п. 376. ISBN 978-0-07-149301-7. Снасть может быть выгодно оснащена - если натяжение каната совпадает с направлением движения груза; или он может быть установлен в невыгодное положение - когда натяжение веревки происходит в направлении, противоположном тому, в котором должен перемещаться груз

[7] викисловарь: Рив

[8] sccheadquarter.com справка по морскому делу В архиве 11 ноября 2011 г. Wayback Machine

[9] Заметки о грузовых работах: Кемп и Янг. 3-е издание. ISBN 0-85309-040-8 Стр. 4

[Stage_rigging-10] а ^б Глерум, Джей О. (2007-04-03). Справочник по такелажу (3-е издание). Издательство Южного Иллинойского университета. С. 52–54 (всего 320 страниц). ISBN 978-0-8093-2741-6.

[API_RP_9B-11] а ^б ^c Рекомендуемая практика по уходу за нанесением и использованию троса для нефтепромысловых работ, двенадцатое издание. Американский нефтяной институт. 2005-06-01. п. 33.

[13] Мэтьюз, Лиза (02.02.2016). "Что такое рывок?". Блог о контроле грузов США. Архивировано из оригинал на 2019-12-19. Получено 2019-12-19.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[примечания 1]

[12]