Сдвоенный полиспаст

Сдвоенный полиспаст — это разновидность грузоподъёмного механизма (полиспаста), в котором две ветви каната (или две группы блоков) работают параллельно, обеспечивая подъём груза с равномерным распределением нагрузки на обе стороны барабана лебёдки или на две отдельные лебёдки. Основное назначение сдвоенного полиспаста — устранение перекоса груза, повышение устойчивости системы и снижение износа канатов и блоков за счёт симметричного приложения усилий.

Устройство и принцип действия

Сдвоенный полиспаст состоит из двух идентичных полиспастов, соединённых общим грузозахватным органом (траверсой, крюком или рамой). Каждый из этих полиспастов представляет собой систему подвижных и неподвижных блоков, через которые последовательно пропущен канат. В отличие от одинарного полиспаста, где канат наматывается на барабан с одной стороны, в сдвоенной схеме канат сходит с барабана двумя концами — правым и левым, каждый из которых обслуживает свою ветвь.

Основные элементы

• Барабан лебёдки: имеет две нарезки (правую и левую) или две секции, на которые наматываются ветви каната в противоположных направлениях.
• Неподвижные блоки (обоймы): закреплены на верхней опоре (например, на мосту крана или на стреле).
• Подвижные блоки (обоймы): соединены с траверсой или крюковой подвеской.
• Уравнительный блок или балансир: элемент, компенсирующий неравномерность вытяжки канатов и обеспечивающий выравнивание натяжения в обеих ветвях. Часто устанавливается между неподвижными блоками или на траверсе.
• Канат: стальной, свитый из проволок, проходит через все блоки, образуя замкнутую систему с двумя рабочими ветвями.

Принцип работы

При вращении барабана обе ветви каната одновременно наматываются или сматываются. Подвижные блоки сближаются или расходятся, поднимая или опуская груз. Благодаря тому, что канат сходит с барабана с двух сторон, груз движется строго вертикально, без перекоса, даже при смещении центра тяжести. Уравнительный блок автоматически регулирует длину каждой ветви, компенсируя возможные отклонения (например, из-за разной вытяжки канатов или неточности изготовления).

Классификация

Сдвоенные полиспасты классифицируются по нескольким признакам:

По кратности

Кратность (передаточное число) сдвоенного полиспаста определяется как отношение числа ветвей каната, на которых висит груз, к числу ветвей, наматываемых на барабан. Для сдвоенной схемы кратность обычно равна числу ветвей в одной ветви, умноженному на два. Например, если в каждой ветви используется 4 подвижных блока, общая кратность может составлять 8:1 или 4:1 в зависимости от схемы запасовки.

По типу уравнительного устройства

• С уравнительным блоком: наиболее распространённая схема, где блок свободно вращается на оси и выравнивает натяжение.
• С балансирным рычагом: используется реже, применяется в системах с большими нагрузками для точного распределения усилий.
• Без уравнительного устройства: применяется в простых кранах малой грузоподъёмности, где допускается некоторая неравномерность.

По способу запасовки каната

• Параллельная запасовка: канат проходит через блоки в одной ветви, затем переходит на другую ветвь.
• Симметричная запасовка: канат сматывается с барабана двумя концами, каждый из которых обслуживает свою ветвь независимо.

Применение

Сдвоенные полиспасты широко используются в грузоподъёмной технике, где требуется высокая устойчивость и точность позиционирования груза.

Мостовые краны

В мостовых кранах общего назначения сдвоенный полиспаст является стандартным решением для грузоподъёмности от 5 тонн и выше. Он обеспечивает вертикальный подъём без раскачивания и перекоса, что особенно важно при перемещении длинномерных грузов (балок, труб, контейнеров). Например, в кранах грузоподъёмностью 50 тонн используется сдвоенный полиспаст кратностью 10:1, что позволяет снизить скорость подъёма и увеличить тяговое усилие.

Козловые и полукозловые краны

В козловых кранах, работающих на открытых площадках (складах, строительных полигонах), сдвоенные полиспасты обеспечивают устойчивость при ветровых нагрузках. Они также применяются в кранах для перегрузки контейнеров (ричстакерах).

Башенные краны

В башенных кранах сдвоенный полиспаст используется для подъёма грузов на большую высоту. Он позволяет компенсировать удлинение каната под нагрузкой и предотвращает его скручивание. Например, в кранах серии КБ-403 применяется сдвоенный полиспаст с кратностью 4:1.

Строительные лебёдки и подъёмники

В строительных подъёмниках (например, для подъема опалубки или бетонных смесей) сдвоенные полиспасты обеспечивают плавный ход и безопасность. Они также используются в лифтах большой грузоподъёмности (грузовых лифтах).

Специальные краны

В плавучих кранах, кранах-манипуляторах и металлургических кранах сдвоенные полиспасты применяются для работы с тяжелыми и горячими грузами. Например, в литейных кранах, где требуется поднимать ковши с расплавленным металлом, сдвоенная схема предотвращает раскачивание и опрокидывание.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Устойчивость груза: исключается перекос и вращение груза вокруг вертикальной оси.
• Равномерное распределение нагрузки: снижается износ канатов, блоков и барабана.
• Повышение грузоподъёмности: за счёт параллельной работы двух ветвей можно использовать канаты меньшего диаметра.
• Снижение динамических нагрузок: уравнительное устройство смягчает рывки при пуске и торможении.
• Удобство монтажа: возможность использовать стандартные блоки и канаты.

Недостатки

• Сложность конструкции: требуется точное изготовление барабана с двумя нарезками и установка уравнительного устройства.
• Большая масса: по сравнению с одинарным полиспастом той же грузоподъёмности, сдвоенная система тяжелее.
• Увеличение габаритов: требуется больше места для размещения блоков и каната.
• Необходимость регулярного обслуживания: уравнительный блок и балансир требуют смазки и контроля износа.

Расчёт и проектирование

При проектировании сдвоенного полиспаста учитываются следующие параметры:

• Грузоподъёмность (Q): максимальная масса груза, которую должен поднимать механизм.
• Кратность (i): выбирается на основе требуемого усилия на барабане и скорости подъёма. Обычно кратность составляет от 2 до 12.
• Диаметр каната (d): рассчитывается по разрывному усилию с учётом коэффициента запаса прочности (обычно 5–6 для кранов).
• Диаметр блоков (D): должен быть не менее 20–25 диаметров каната для обеспечения долговечности.
• Ход подвижных блоков: определяется высотой подъёма и кратностью.
• Усилие на барабане (F): рассчитывается по формуле F = Q / (i * η), где η — КПД полиспаста (обычно 0,90–0,95).

Пример расчёта: для крана грузоподъёмностью 10 тонн с кратностью 4:1 и КПД 0,92 усилие на барабане составит примерно 10 000 / (4 0,92) ≈ 2717 кгс (26,6 кН). При этом канат должен иметь разрывное усилие не менее 5 2717 = 13 585 кгс (133 кН).

Интересные факты

• В сдвоенных полиспастах часто используются канаты с крестовой свивкой, которые менее склонны к раскручиванию.
• Уравнительный блок может быть выполнен в виде двух роликов, соединённых рычагом, что позволяет точно регулировать натяжение.
• В современных кранах сдвоенные полиспасты оснащаются датчиками натяжения каната для автоматического контроля и предотвращения перегрузок.
• В России сдвоенные полиспасты стандартизированы в ГОСТ 33709-2015 «Краны грузоподъёмные. Полиспасты. Типы, основные параметры и размеры».

Источники

1. ГОСТ 33709-2015 «Краны грузоподъёмные. Полиспасты. Типы, основные параметры и размеры».
2. Справочник по кранам. Том 1. Под редакцией М. М. Гохберга. — М.: Машиностроение, 1988.
3. Александров М. П. Грузоподъёмные машины. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000.
4. Вайнсон А. А. Подъёмно-транспортные машины. — М.: Машиностроение, 1989.
5. Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъёмные сооружения (утверждены приказом Ростехнадзора от 26.11.2020 № 461).