Heben von Lasten ohne spezielle Ausrüstung - wie man einen Kettenzug mit eigenen Händen berechnet und herstellt. Einfache Mechanismen

Blöcke werden zum Heben von Lasten verwendet. Der Block ist ein Rad mit einer Nut, das in einem Käfig befestigt ist. Durch die Rutsche des Blocks wird ein Seil, ein Kabel oder eine Kette geführt. Bewegungslos ein solcher Block wird genannt, dessen Achse fest ist und beim Heben von Lasten nicht hebt oder fällt (Abb. 1, a, b).

Der feste Block kann als gleicharmiger Hebel angesehen werden, bei dem die Schultern der aufgebrachten Kräfte gleich dem Radius des Rades sind. Folglich folgt aus der Momentenregel, dass ein fester Block keinen Kraftgewinn bringt. Es ermöglicht Ihnen, die Richtung der Kraft zu ändern.

Abbildung 2, a, b zeigt beweglicher Block(die Achse des Blocks hebt und senkt sich mit der Last). Ein solcher Block dreht sich um die Momentanachse O. Die Momentenregel dafür hat die Form

Somit gibt der bewegliche Block einen doppelten Festigkeitsgewinn.

Üblicherweise wird in der Praxis eine Kombination eines festen mit einem beweglichen Block verwendet (Abb. 3). Der feste Block dient nur der Bequemlichkeit. Durch die Änderung der Kraftwirkungsrichtung ermöglicht es beispielsweise das Heben einer Last im Stehen auf dem Boden.

Meistens werden einfache Mechanismen verwendet, um Kraft zu gewinnen. Das heißt, mit weniger Kraft, um im Vergleich dazu mehr Gewicht zu bewegen. In diesem Fall wird der Leistungsgewinn nicht „umsonst“ erzielt. Der Preis dafür ist der Distanzverlust, dh es ist mehr Bewegung erforderlich als ohne einen einfachen Mechanismus. Wenn die Kräfte jedoch begrenzt sind, ist der "Austausch" von Distanz gegen Kraft von Vorteil.

Bewegliche und feste Blöcke sind einige der Arten einfacher Mechanismen. Darüber hinaus handelt es sich um einen modifizierten Hebel, der ebenfalls ein einfacher Mechanismus ist.

Fester Block gibt keinen Kraftgewinn, sondern ändert nur die Richtung seiner Anwendung. Stellen Sie sich vor, Sie müssen eine schwere Last am Seil nach oben heben. Sie müssen es hochziehen. Wenn Sie jedoch einen stationären Block verwenden, müssen Sie nach unten ziehen, während die Last nach oben steigt. In diesem Fall wird es für Sie einfacher, da die erforderliche Kraft aus Muskelkraft und Ihrem Gewicht besteht. Ohne einen festen Block müsste die gleiche Kraft aufgebracht werden, die jedoch ausschließlich durch die Kraft der Muskulatur erreicht würde.

Der feste Block ist ein Rad mit Seilrutsche. Das Rad ist feststehend, es kann sich um seine Achse drehen, aber nicht bewegen. Die Enden des Seils (Seils) hängen nach unten, an einem wird eine Last angebracht und an dem anderen wird eine Kraft ausgeübt. Zieht man das Seil nach unten, steigt die Last nach oben.

Da es keinen Kraftzuwachs gibt, gibt es auch keinen Distanzverlust. In welcher Entfernung die Last ansteigt, muss das Seil auf die gleiche Entfernung abgesenkt werden.

Verwendungszweck Rollblock gibt zweimal (idealerweise) einen Kraftzuwachs. Das heißt, wenn das Gewicht der Last F beträgt, müssen Sie zum Anheben eine Kraft F / 2 aufbringen. Der bewegliche Block besteht aus dem gleichen Rad mit einer Nut für das Kabel. Jedoch ist hier ein Ende des Kabels fixiert und das Rad ist beweglich. Das Rad bewegt sich mit der Last.

Das Gewicht der Last ist die nach unten gerichtete Kraft. Es wird durch zwei nach oben gerichtete Kräfte ausgeglichen. Eine wird durch die Halterung erzeugt, an der das Kabel befestigt ist, und die andere wird durch das Kabel gezogen. Die Zugkraft des Seils ist auf beiden Seiten gleich, wodurch das Gewicht der Last gleichmäßig auf sie verteilt wird. Daher ist jede der Kräfte zweimal geringer als das Gewicht der Last.

In realen Situationen beträgt der Kraftzuwachs weniger als das 2-fache, da die Hubkraft teilweise auf das Gewicht von Seil und Block sowie auf Reibung "aufgewendet" wird.

Der bewegliche Block, der fast den doppelten Kraftzuwachs bietet, ergibt den doppelten Distanzverlust. Um eine Last auf eine bestimmte Höhe h zu heben, ist es erforderlich, dass die Seile auf jeder Seite des Blocks um diese Höhe abnehmen, dh insgesamt 2h.

Normalerweise werden Kombinationen aus festen und beweglichen Blöcken verwendet - Flaschenzüge. Sie ermöglichen einen Zugewinn an Stärke und Richtung. Je mehr bewegliche Blöcke im Kettenzug sind, desto größer ist der Festigkeitsgewinn.

Die Verwendung eines beweglichen Blocks bietet einen zweifachen Kraftzuwachs, die Verwendung eines festen Blocks ermöglicht es Ihnen, die Richtung der ausgeübten Kraft zu ändern. In der Praxis werden Kombinationen aus beweglichen und festen Blöcken verwendet. In diesem Fall können Sie mit jedem beweglichen Block die aufgebrachte Kraft halbieren oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Last verdoppeln. Feste Blöcke werden verwendet, um mobile Blöcke zu einem einzigen System zu verbinden. Ein solches System aus beweglichen und festen Blöcken wird als Kettenzug bezeichnet.

Definition

Polyspast ist ein System aus beweglichen und stationären Blöcken, die durch eine flexible Verbindung (Seile, Ketten) verbunden sind, um die Kraft oder Geschwindigkeit beim Heben von Lasten zu erhöhen.

Ein Kettenzug wird dort eingesetzt, wo es erforderlich ist, eine schwere Last mit minimalem Kraftaufwand zu heben oder zu bewegen, Spannung bereitzustellen usw. Der einfachste Kettenzug besteht nur aus einem Block und einem Seil, während Sie die Zugkraft zum Heben der Last halbieren können.

Abbildung 1. Jeder bewegliche Block in einem Kettenzug bringt einen zweifachen Kraft- oder Geschwindigkeitsgewinn

In Hebezeugen werden normalerweise Treibscheiben verwendet, die es ermöglichen, die Seilspannung, das Moment aus dem Gewicht der Last auf der Trommel und das Übersetzungsverhältnis des Mechanismus (Hebezeuge, Winden) zu reduzieren. Hochgeschwindigkeits-Riemenscheibenblöcke, mit denen Sie die Geschwindigkeit der Last bei niedrigen Geschwindigkeiten des Antriebselements erhöhen können, werden viel seltener verwendet. Sie werden in hydraulischen oder pneumatischen Hebebühnen, Gabelstaplern und Teleskopauslegerverlängerungen für Kräne verwendet.

Das Hauptmerkmal des Kettenzuges ist die Vielfältigkeit. Dies ist das Verhältnis der Anzahl der Zweige des flexiblen Körpers, an denen die Last aufgehängt ist, zur Anzahl der auf die Trommel gewickelten Zweige (bei Kraftrollenblöcken) oder das Verhältnis der Geschwindigkeit des vorderen Endes des flexiblen Körpers zu der angetriebene (für schnelllaufende Riemenscheiben). Relativ gesehen ist die Multiplizität der theoretisch berechnete Kraft- oder Geschwindigkeitszuwachs beim Einsatz eines Kettenzuges. Das Ändern der Multiplizität des Kettenzuges erfolgt durch Einbringen oder Entfernen zusätzlicher Blöcke aus dem System, während das Ende des Seils mit einer geraden Multiplizität an einem festen Element der Struktur und mit einer ungeraden Multiplizität - an einem Hakenkäfig - befestigt wird.

Abbildung 2. Seilbefestigung mit gerader und ungerader Vielfachheit des Kettenzuges

Der Kraftgewinn bei Verwendung eines Kettenzuges mit $ n $ beweglichen und $ n $ festen Blöcken wird durch die Formel bestimmt: $ P = 2Fn $, wobei $ P $ das Gewicht der Last ist, $ F $ die aufgebrachte Kraft ist am Eingang des Kettenzuges ist $ n $ die Anzahl der beweglichen Blöcke.

Je nach Anzahl der an der Trommel des Hubwerks befestigten Seilstränge werden Einzel- (einfach) und Doppelflaschenzüge unterschieden. Bei Einzelkettenzügen entsteht beim Auf- oder Abwickeln eines flexiblen Elements aufgrund seiner Bewegung entlang der Trommelachse eine unerwünschte Laständerung auf den Trommelstützen. Auch wenn keine freien Blöcke im System vorhanden sind (das Seil von der Hakenflasche geht direkt zur Trommel), bewegt sich die Last nicht nur in der vertikalen, sondern auch in der horizontalen Ebene.

Abbildung 3. Einzel- und Doppelrollenblöcke

Um ein streng vertikales Heben der Last zu gewährleisten, werden Doppelrollenblöcke (bestehend aus zwei einzelnen) verwendet, in diesem Fall werden beide Enden des Seils auf der Trommel befestigt. Um die Normalstellung der Hakenaufhängung bei ungleichmäßiger Dehnung des flexiblen Elements beider Umlenkrollen zu gewährleisten, werden Ausgleichsstücke oder Ausgleichsblöcke verwendet.

Abbildung 4. Methoden zur Sicherstellung der Vertikalität beim Heben der Last

Schnelllaufende Flaschenzüge unterscheiden sich von Treibscheiben dadurch, dass bei ihnen die Arbeitskraft, die normalerweise von einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder entwickelt wird, auf den beweglichen Käfig aufgebracht wird und die Last am freien Ende des Seils oder der Kette hängt. Der Geschwindigkeitsgewinn beim Einsatz eines solchen Kettenzuges ergibt sich durch eine Erhöhung der Hubhöhe der Last.

Bei der Verwendung von Flaschenzügen ist zu beachten, dass die im System verwendeten Elemente keine absolut flexiblen Körper sind, sondern eine gewisse Steifigkeit aufweisen, daher fällt der ankommende Ast nicht sofort in den Blockstrom und der laufende Ast nicht sofort begradigen. Dies macht sich am deutlichsten bei der Verwendung von Stahlseilen bemerkbar.

Frage: Warum wird bei Baukränen der lasttragende Haken nicht am Seilende, sondern an der Halterung des beweglichen Blocks befestigt?

Antwort: um die Vertikalität des Hebens der Last zu gewährleisten.

Abbildung 5 zeigt einen Riemenscheibenblock mit Potenzgesetz, bei dem es mehrere bewegliche Blöcke gibt und nur einer stationär ist. Bestimmen Sie, wie viel Gewicht durch Aufbringen einer Kraft $ F $ = 200 N auf den festen Block angehoben werden kann?

Abbildung 5

Jeder der beweglichen Blöcke des Power Tackle verdoppelt die aufgebrachte Kraft. Das Gewicht, das von einem Polystyrol nach dem Potenzgesetz dritten Grades (ohne Berücksichtigung der Korrekturen für Reibungskräfte und der Steifigkeit des Seils) angehoben werden kann, wird durch die Formel bestimmt:

Antwort: Der Kettenzug kann eine Last von 800 N heben.

Ein Block ist eine Art Hebel, es ist ein Rad mit einer Nut (Abb. 1), durch die Nut kann ein Seil, Seil, Seil oder Kette geführt werden.

Abb. 1. Gesamtansicht des Blocks

Blöcke sind in bewegliche und feste unterteilt.

Die Achse ist an einem stationären Block befestigt, beim Heben oder Senken einer Last hebt oder senkt sie sich nicht. Das Gewicht der Last, die wir heben, wird mit P bezeichnet, die aufgebrachte Kraft wird mit F bezeichnet und der Drehpunkt ist O (Abb. 2).

Abb. 2. Fester Block

Die Schulter der Kraft P ist das Segment OA (Schulter der Kraft l 1), ist der Arm der Kraft F das Segment OB (der Arm der Kraft l 2) (Abb. 3). Diese Segmente sind die Radien des Rades, dann sind die Schultern gleich dem Radius. Wenn die Schultern gleich sind, sind das Gewicht der Last und die Kraft, die wir zum Heben aufwenden, numerisch gleich.

Abb. 3. Fester Block

Ein solcher Block stellt keinen Kraftgewinn dar. Daraus können wir schließen, dass es ratsam ist, einen festen Block zu verwenden, um das Heben zu erleichtern, es ist einfacher, die Last mit einer nach unten gerichteten Kraft nach oben zu heben.

Eine Vorrichtung, bei der die Achse mit der Last angehoben und abgesenkt werden kann. Die Wirkung ist ähnlich der Wirkung des Hebels (Abb. 4).

Reis. 4. Block bewegen

Für den Betrieb dieses Blocks wird ein Ende des Seils befestigt, auf das zweite Ende wird eine Kraft F ausgeübt, um eine Last mit Gewicht P anzuheben, die Last wird an Punkt A befestigt. Der Drehpunkt während der Drehung ist Punkt O, weil In jedem Moment der Bewegung dreht sich der Block und Punkt O dient als Drehpunkt (Abb. 5).

Reis. 5. Block bewegen

Der Kraftarm F hat zwei Radien.

Der Wert des Kraftarms P ist ein Radius.

Die Schultern der Kräfte unterscheiden sich um den Faktor zwei, nach der Regel des Hebelgleichgewichts unterscheiden sich die Kräfte um den Faktor zwei. Die zum Heben einer Last mit dem Gewicht P erforderliche Kraft beträgt das halbe Gewicht der Last. Der bewegliche Block bietet Ihnen einen zweifachen Kraftvorteil.

In der Praxis werden Blockkombinationen verwendet, um die Richtung der aufgebrachten Kraft zum Heben zu ändern und um die Hälfte zu reduzieren (Abb. 6).

Reis. 6. Kombination von beweglichen und festen Einheiten

In der Lektion haben wir das Gerät eines festen und beweglichen Blocks kennengelernt, der zerlegt, dass Blöcke Hebelarten sind. Um Probleme zu diesem Thema zu lösen, muss man sich an die Hebelgleichgewichtsregel erinnern: Das Kräfteverhältnis ist umgekehrt proportional zum Verhältnis der Arme dieser Kräfte.

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Sammlung von Problemen der Physik für die Klassen 7-9 von Bildungseinrichtungen. - 17. Aufl. - M.: Bildung, 2004.
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3. Scienceland.info ().

Hausaufgaben

1. Überzeugen Sie sich selbst, was ein Kettenzug ist und welchen Kraftzuwachs er bietet.
2. Wo werden feste und bewegliche Blöcke im Alltag eingesetzt?
3. Ist der Aufstieg einfacher: Klettern an einem Seil oder Klettern mit einem festen Block?

Beschreibung des Gerätes

Der Block ist ein einfacher Mechanismus, bei dem es sich um ein Rad mit einer Nut um den Umfang für ein Seil oder eine Kette handelt, das sich frei um seine Achse drehen kann. Aber auch ein über einen Ast geworfenes Seil ist gewissermaßen ein Block.

Warum werden Blöcke benötigt?

Abhängig von ihrer Konstruktion können die Blöcke die Richtung der aufgebrachten Kraft ändern (um beispielsweise eine bestimmte Last, die an einem über einen Ast geworfenen Seil hängt, zu heben, müssen Sie das andere Ende des Seils nach unten ziehen .. . oder zur Seite). Gleichzeitig wird dieser Block keinen Kraftzuwachs geben. Solche Blöcke heißen bewegungslos, da die Drehachse des Blocks starr fixiert ist (natürlich, wenn der Ast nicht bricht). Solche Blöcke werden der Einfachheit halber verwendet. Wenn Sie beispielsweise eine Last auf eine Höhe heben, ist es viel einfacher, ein Seil mit einer über den Block geworfenen Last zu ziehen. Abstieg , das Gewicht Ihres Körpers darauf zu legen, als oben zu stehen und eine Last mit einem Seil zu sich zu ziehen.

Darüber hinaus gibt es Blöcke, mit denen Sie nicht nur die Richtung der ausgeübten Kraft ändern, sondern auch an Kraft gewinnen können. Ein solcher Block heißt Handy, Mobiltelefon und es funktioniert genau das Gegenteil des beweglichen Blocks.

Um einen Kraftzuwachs zu erzielen, muss ein Ende des Seils starr befestigt werden (z. B. an einem Ast festbinden). Als nächstes wird an dem Seil, an dem die Last aufgehängt ist, ein Rad mit einer Rille montiert (dies muss so erfolgen, dass das Rad mit der Last frei auf unserem Seil laufen kann).Wenn wir nun das freie Ende des Seils nach oben ziehen, sehen wir, dass auch der Block mit dem Gewicht zu steigen begann.

Der Kraftaufwand, den wir aufwenden müssen, um die Last auf diese Weise zu heben, ist etwa zweimal geringer als das Gewicht der Last zusammen mit dem Block. Leider erlaubt dieser Blocktyp keine Änderung der Kraftrichtung in weiten Grenzen, daher wird er oft zusammen mit einem stationären (starr befestigten) Block verwendet.

Erlebnisbeschreibung

Zunächst demonstriert das Video das Funktionsprinzip eines festen Blocks: An einem starr befestigten Block werden Lasten gleicher Masse aufgehängt, während sich der Block im Gleichgewicht befindet. Aber man muss nur ein zusätzliches Gewicht aufhängen, und der Vorteil beginnt sofort auf der großen Seite.

Darüber hinaus versuchen wir mit einem System aus beweglichen und festen Blöcken, einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, indem wir die optimale Anzahl von Gewichten wählen, die von beiden Seiten aufgehängt sind. Als Ergebnis ist der Block ausbalanciert, wenn die Anzahl der am beweglichen Block aufgehängten Gewichte doppelt so groß ist wie die am freien Ende des Fadens aufgehängten Gewichte.

Daraus können wir schließen, dass der bewegliche Block gibt einen doppelten Kraftgewinn.

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Wussten Sie, dass bewegliche und feste Blöcke in Kraftübertragungsmechanismen von Autos weit verbreitet sind? Darüber hinaus werden die Blöcke von Bauherren verwendet, um große und kleine Lasten (gut oder sich selbst) zu heben. Zum Beispiel arbeiten Bauherren bei der Reparatur von Außenfassaden von Gebäuden oft in einer Wiege, die sich zwischen den Etagen bewegen kann. Nach Abschluss der Arbeiten an einem Stockwerk, Arbeiter können die Wiege schnell eine Etage höher bewegen, nur mit Ihrer eigenen Energie). Blöcke sind wegen ihrer einfachen Montage und Benutzerfreundlichkeit so weit verbreitet.