Полиспасты: дифференциальные признаки, расчет кратности.
Источник информации http://www.mountain.ru/article/article_display1.php?article_id=10009
Методический материал для преподавателей школ спортивно-туристкой и альпинисткой подготовки.
Полиспаст — это система, состоящая из верёвок и блоков, основанная на принципе рычага, позволяющая обеспечивать выигрыш в силе за счёт проигрыша в расстоянии, пройденном грузовой верёвкой полиспаста. Во сколько раз происходит выигрыш в силе, во столько же раз происходят потери в расстоянии. Так, при подъёме с помощью полиспаста с выигрышем в силе в 5 раз груза на 1 метр, надо вытянуть 5 метров верёвки.
В спортивном туризме и альпинизме различают полиспасты простые, сложные, комплексные, составные (степенные). Дифференцировать эти полиспасты можно по следующим признакам.
Отличительной особенностью простых полиспастов является тот факт, что при завершении рабочего хода они складываются полностью, остальные виды полиспастов полностью не складываются. Под складыванием понимают ситуацию, когда первый (со стороны свободного конца грузовой веревки) подвижный ролик соприкасается с другим элементом полиспаста и дальше двигаться не может.
Отличительной особенностью сложных полиспастов является наличие в составе полиспаста 2х или нескольких простых полиспастов, встроенных в нитку грузовой веревки (т.е. крепящихся к грузовой веревке, а не к опоре). Коренной конец веревки крепится к опоре. Встроенные подвижные ролики движутся в сторону, противоположную от груза. Тяга осуществляется со стороны, противоположной грузу.
Отличительной особенностью комплексных полиспастов также является наличие в составе полиспаста 2х или нескольких простых полиспастов, встроенных в нитку грузовой веревки. Коренной конец веревки крепится к грузу. Встроенные подвижные ролики движутся в сторону груза. Тяга осуществляется в сторону груза.
Интересно, что если комплексный полиспаст 5:1, сохранив его конструкцию, «перевернуть» таким образом, чтобы коренной конец веревки полиспаста крепился к опоре, а не к грузу, то комплексный полиспаст 5:1 превратится в сложный полиспаст 6:1.
В конструкцию составных (степенных) полиспастов также входит 2 или более полиспастов. В основе составных полиспастов может лежать комбинация простой – простой полиспаст, простой – сложный полиспаст и т.д. Отличия составных полиспастов заключаются в том, что входящие в их состав полиспасты – это отдельные полиспасты, которые крепятся к опоре или к грузу «своими», отдельными веревками. Тяга может осуществляться как со стороны груза, так и со стороны, противоположной грузу.
Интересно, что если составной полиспаст 3:1, сохранив его конструкцию, «перевернуть» таким образом, чтобы коренной конец веревки полиспаста крепился к опоре, а не к грузу, то он превратится в составной полиспаст 4:1. Аналогичным образом составной полиспаст 7:1 (полиспаст Мунтера) превращается в составной полиспаст 8:1.
Кратность полиспаста
Сила (грузоподъемность) полиспаста определяется его кратностью. Кратность полиспаста - это коэффициент теоретического выигрыша в силе. Кратность полиспаста, равная 4, означает, что данный полиспаст даёт теоретический выигрыш в силе в 4 раза. Существует также понятие фактический выигрыш, т.е. конечный результат применения полиспаста. Фактический выигрыш может быть меньше теоретического на 10 – 50% и более в зависимости от коэффициента трения.
Есть еще один важный момент в использовании полиспастов в альпинизме и спортивном туризме с точки зрения фактического выигрыша - это угол охвата грузовой веревкой последнего блока на выходе из полиспаста (предполагается, что остальные нити полиспаста параллельны друг другу). В момент поворота блока, сила, действующая на веревку, относится к весу груза, как хорда (т.е. прямая, соединяющая две точки кривой линии) дуги, обхваченной веревкой, к радиусу блока F= C/R. Если концы веревки, обхватывающей блок, параллельны (веревка охватывает половину блока), то хорда равняется диаметру, то есть соотношение плеч равняется 2 к 1. Отсюда выигрыш в силе подвижного блока равен 2. Однако если веревка охватывает ролик не полностью, сила тяги пропорционально снижается.
Расчет кратности полиспаста
Кратность полиспаста определяется соотношением расстояния, которое проходит свободный конец веревки, выходящий из рабочей зоны полиспаста, и расстояния, которое проходит груз. Во сколько раз проигрываем в расстоянии, во столько же раз выигрываем в силе. Это самый надежный, быстрый и точный способ определения кратности полиспаста эмпирическим способом, не прибегая к сложным схемам и методам расчета.
Кратность полиспаста можно рассчитать по его внешнему виду, при этом формула расчета зависит от типа полиспаста.
В простых вертикальных полиспастах применяется две формулы расчета кратности, в зависимости от того, куда крепится коренной конец грузовой веревки. Если коренной конец крепится к опоре, суммируется число ветвей, на которых подвешены подвижные блоки. Если коренной конец крепится к грузу, суммируется число ветвей, на которых подвешены подвижные блоки, и добавляется число 1.
Для сложных, составных и комплексных полиспастов существует две методики расчета. По одной методике последовательно суммируются силы, прилагаемые к веревке на каждом этапе её перегиба через ролик, начиная от свободного конца веревки и далее двигаясь к точке фиксации грузовой веревки на опоре или грузе.
По другой методике расчет ведется по отдельным полиспастам, входящим в состав сложного, комплексного или составного полиспаста. Так, в сложных полиспастах один простой полиспаст тянет другой простой полиспаст, усилия данных полиспастов умножаются друг на друга. В комплексных полиспастах один простой полиспаст работает в паре с другим простым полиспастом, усилия данных полиспастов суммируются. В составных полиспастах усилия отдельных полиспастов либо умножаются друг на друга (если коренной конец веревок крепится на опоре), либо суммируются (если коренной конец веревок крепится на грузе) и при этом добавляется число 1.
