Схемы запасовки полиспаста (2/1, 4/1, 2/2, 4/2): кинематика, формулы и выбор

Полиспаст грузоподъемного механизма — это система подвижных и неподвижных блоков, огибаемых стальным канатом, предназначенная для выигрыша в силе (тяговом усилии) за счет пропорционального снижения скорости подъема груза. В электрических талях, мостовых, козловых и стреловых кранах выбор схемы запасовки определяет не только грузоподъемность механизма при заданной мощности привода, но и кинематическую траекторию движения груза, характер распределения реакций на опорные балки крана, а также ресурс каната и канатоемкость барабана.

Ошибочный выбор кратности или типа запасовки приводит к осевому смещению (горизонтальному дрейфу) крюка при подъеме, возникновению нерасчетных крутящих моментов на пролетных балках, повышенному износу реборд блоков и ускоренной усталостной деструкции каната.

1. Фундаментальное различие: одинарные vs сдвоенные полиспасты

В краностроении и конструкции тельферов применяются два базовых класса полиспастов: одинарные и сдвоенные. Их различие кроется в числе ветвей каната, закрепляемых непосредственно на нарезном барабане лебедки.

1.1. Одинарный полиспаст (одна навиваемая ветвь)

В одинарном полиспасте один конец грузового каната жестко зафиксирован клиновым зажимом на корпусе механизма подъема (или на траверсе крюковой подвески), а второй конец наматывается на барабан с односторонней винтовой нарезкой.

Физические особенности работы:

1. Горизонтальное смещение крюковой подвески: по мере намотки каната точка сбегания перемещается вдоль образующей барабана от одного края к другому на величину B_L = z · p, где z — число рабочих витков, p — шаг нарезки канавки. Это вызывает горизонтальный увод крюка с грузом на расстояние:

Δ x = B_Li = (z · p) / i где i — кратность полиспаста.

1. Перераспределение нагрузки на опоры моста: при перемещении точки навивки меняются плечи приложения силы тяжести груза относительно колес крановой тележки и концевых балок крана, создавая переменную асимметричную нагрузку.

1.2. Сдвоенный полиспаст (две навиваемые ветви)

Сдвоенный полиспаст представляет собой объединение двух параллельно работающих одинарных систем. Канат берется единым отрезком: его середина огибает центральный уравнительный блок (балансир), а оба свободных конца одновременно наматываются на барабан, имеющий встречную винтовую нарезку — левую с одной стороны и правую с другой.

Физические особенности работы:

1. Строго вертикальное перемещение: намотка обеих ветвей происходит симметрично — либо от краев барабана к центру, либо от центра к краям. Вектор результирующей силы всегда остается строго по центральной оси подвески (Δ x = 0).
2. Стабильность опорных реакций: суммарная нагрузка от веса груза передается на барабан через две симметрично сходящиеся точки, исключая возникновение паразитных опрокидывающих и крутящих моментов на тележке крана.

Электротали канатные

Весь раздел →

Таль передвижная ТЭК OCALIFT CD1 5т высота 9 м канатная электрическая 380в

215 000 ₸ В наличии

Запросить счёт Подробнее

Таль передвижная ТЭК OCALIFT CD1 5т высота 6 м канатная электрическая 380в

208 000 ₸ В наличии

Запросить счёт Подробнее

Таль передвижная ТЭК OCALIFT CD1 5т высота 12 м канатная электрическая 380в

242 000 ₸ В наличии

Запросить счёт Подробнее

2. Разбор и кинематика 4 базовых схем запасовки

Обозначение схемы запасовки традиционно записывается дробью m / n, где:

• m — общее число ветвей каната, на которых подвешен груз (крюковая подвеска);
• n — число ветвей каната, одновременно наматываемых на грузовой барабан (n = 1 для одинарных, n = 2 для сдвоенных).

Кратность полиспаста по тяговому усилию определяется отношением: i = mn

2.1. Схема 2/1 (Одинарный 2-кратный полиспаст)

Самая массовая схема для канатных электрических талей (болгарские тельферы серии Т, российские ТЭ, общепромышленные CD1) грузоподъемностью от 0.5 до 5.0 тонн.

• Кинематика: Крюковая подвеска содержит 1 подвижный блок. Подвеска удерживается 2 ветвями каната. На барабан навивается 1 ветвь.
• Тяговое усилие в канате:

S_кан = (Q_ном + q_кр / 2 · η_бл) где Q_ном — масса номинального груза, q_кр — масса крюковой подвески, η_бл ≈ 0.98 — КПД блока на подшипниках качения.

• Скорость подъема груза:

v_гр = v_бар2 где v_бар — линейная скорость навивки каната на барабан.

• Преимущества: Минимальное количество блоков (1 шт.), малая масса крюковой подвески, высокая скорость подъема, простота конструкции и визуального контроля.
• Ограничения: Присутствует продольный дрейф крюка вдоль оси барабана.

2.2. Схема 4/1 (Одинарный 4-кратный полиспаст)

Применяется в талях повышенной грузоподъемности (от 5.0 до 16.0 тонн) на базе стандартных электродвигателей подъема, а также на стреловых самоходных и башенных кранах.

• Кинематика: Крюковая подвеска содержит 2 подвижных блока, на корпусе тали установлен 1 неподвижный отклоняющий блок. Крюк удерживается 4 ветвями, на барабан навивается 1 ветвь (i = 4).
• Тяговое усилие в канате:

S_кан = (Q_ном + q_кр / 4 · η_пол) где η_пол = (1 - η_бл⁴ / 4 · (1 - η_бл) · η_бл) ≈ 0.94... 0.96.

• Скорость подъема груза:

v_гр = v_бар4

• Преимущества: Позволяет поднять в 2 раза больший груз по сравнению со схемой 2/1 при том же крутящем моменте двигателя и диаметре каната.
• Ограничения: Скорость подъема снижается в 4 раза; увеличенная канатоемкость барабана (длина каната в 4 раза превышает высоту подъема); ускоренный износ каната из-за знакопеременных перегибов на трех блоках.

2.3. Схема 2/2 (Сдвоенный 2-кратный полиспаст)

Применяется в специализированных крановых механизмах, литейных и металлургических кранах малой/средней грузоподъемности, а также в грейферных и траверсных механизмах, где критически недопустимо вращение и раскачка траверсы.

• Кинематика: Канат закреплен обоими концами на барабане с правой и левой нарезкой. Вверху (или на тележке) расположен уравнительный блок. Крюковая обойма напрямую подвешена на 2 навиваемых ветвях. По силовому выигрышу кратность i = 2 / 2 = 1 (выигрыша в силе нет, S_кан = (Q+q)/2), но обеспечивается сдвоенная балансировка.
• Преимущества: Абсолютная центровка груза, нулевой горизонтальный дрейф, высокая скорость подъема (равна скорости навивки каната).
• Ограничения: Требуется канат увеличенного сечения или мощный привод, так как отсутствует мультипликация тягового усилия.

2.4. Схема 4/2 (Сдвоенный 4-кратный полиспаст)

Безусловный инженерный стандарт для тяжелых мостовых двухбалочных кранов, козловых кранов общего назначения и металлургических кранов грузоподъемностью от 10 до 50+ тонн (режимы работы А5–А8 по ГОСТ 34017-2016 / ISO 4301).

• Кинематика: Крюковая подвеска оснащена подвижными блоками (обычно 2 или 4 блока). Крюк удерживается 4 ветвями каната. На барабан одновременно навиваются 2 ветви (по одной с каждого края к центру или наоборот). Силовая кратность полиспаста:

i = mn = 42 = 2

• Тяговое усилие в каждой ветви на барабане:

S_кан = (Q_ном + q_кр / 4 · η_бл²)

• Преимущества:

1. Идеальная вертикальность траектории: крюк движется строго по оси симметрии барабана.
2. Симметричное нагружение балок моста: равные реакции на главные балки исключают перекос тележки на рельсах.
3. Оптимальное тяговое усилие: усилие в канате снижено в 4 раза относительно полного веса груза (с учетом 4 ветвей подвески).

3. Роль уравнительного блока (балансира) в сдвоенных схемах

В сдвоенных полиспастах (2/2, 4/2) критически важным узлом является уравнительный блок (или рычажный балансир).

1. Компенсация вытяжки каната. Две ветви одного каната вытягиваются

неравномерно; уравнительный блок доворачивается на 1–5° и выравнивает натяжение.

1. Защита от перекоса подвески. Без балансира разница натяжения всего в

5–10 % заклинивает блоки в щеках подвески, и канат соскакивает с ручья.

1. Исполнение. При чётной кратности блок неподвижно ставят на раме тележки;

при нечётной он входит в состав крюковой подвески.

Важно по безопасности: Если при визуальном осмотре крана обнаружено, что уравнительный рычаг лег на концевой упор или уравнительный блок повернут до предела — произошел критический локальный износ или частичный обрыв прядей одной из ветвей каната. Эксплуатация крана должна быть немедленно остановлена.

4. Методика расчета длины каната и канатоемкости барабана

Правильный расчет потребной развернутой длины каната гарантирует безопасность при максимальном опускании крюка и предотвращает сход каната за пределы нарезки барабана при максимальном подъеме.

4.1. Формула общей длины каната

Полная монтажная длина стального каната L_кан для механизма подъема рассчитывается по формуле:

L_кан = (H_под · i · k_об) + L_зап + L_обр

где:

• H_под — номинальная высота подъема груза по паспорту крана, м;
• i — кинематическая кратность полиспаста (i = m/n);
• k_об — коэффициент сдвоенности (k_об = 1 для одинарного полиспаста, k_об = 2 для сдвоенного полиспаста, так как на барабан навиваются две ветви общей длины 2 · (H · i_{силовое}));
• L_зап — запас каната на барабане для сохранения неприкосновенных витков трения:

L_зап = n · z_зап · π · (D_бар + d_кан) (по требованиям Правил безопасности z_зап ≥ 1.5... 3 витка при крайнем нижнем положении крюка, норматив рекомендует 3–5 витков на каждое место крепления);

• L_обр — технологическая длина каната на огибание всех блоков полиспаста, уравнительного узла и заделку в клиновых коушах/планках (обычно L_обр = 2.5... 6.0 м в зависимости от габаритов крановой тележки).

4.2. Практический пример расчета для мостового крана 16 т (Схема 4/2)

Исходные инженерные данные:

• Номинальная высота подъема: H_под = 12 м;
• Схема запасовки: сдвоенная 4/2 (силовая кратность i = 4/2 = 2);
• Диаметр барабана по дну ручья: D_бар = 450 мм = 0.45 м;
• Диаметр грузового каната: d_кан = 15.0 мм = 0.015 м;
• Неприкосновенный запас витков на каждую сторону: z_зап = 3.5 витка;
• Длина каната на блоках и коушах: L_обр = 4.5 м.

Пошаговый расчет:

1. Длина одного витка по средней линии каната:

l_1вит = π · (D_бар + d_кан) = 3.1416 · (0.45 + 0.015) = 1.461 м

1. Рабочая длина навивки двух ветвей при подъеме на 12 м:

L_раб = H_под · m = 12 м · 4 = 48.0 м (каждая половина барабана наматывает по 12 · 2 = 24 м каната)

1. Длина неприкосновенных витков на двух сторонах барабана (n = 2):

L_зап = 2 · 3.5 · 1.461 м = 10.23 м

1. Полная заготовительная длина каната:

L_кан = 48.0 + 10.23 + 4.5 = 62.73 м (Рекомендуемая длина бухты для закупки с учетом технологического припуска на монтаж — 65 метров).

5. Сводная матрица выбора схемы запасовки

6. Монтаж, перепасовка и регулировка: регламент безопасности

При выполнении работ по первичной запасовке или замене каната на кранах и талях инженерная служба обязана соблюдать следующий технологический регламент:

1. Контроль направления навивки и свивки каната:

• Для барабана с правой нарезкой при набегании каната сверху применяется канат левой крестовой свивки (ЛК-РО, sZ).
• Для барабана с левой нарезкой при набегании сверху применяется канат правой крестовой свивки (zS).
• Несоблюдение соответствия направления свивки шагу ручья барабана приводит к интенсивному раскручиванию прядей, образованию «фонарей» и выдавливанию стального сердечника.

1. Исключение перекручивания каната при размотке:

• Запрещается сбрасывать канат петлями с торца барабана или бухты! Размотка должна производиться исключительно с вращающегося козла или размоточного станка с легким притормаживанием щеки бухты.

1. Заделка концов каната:

• В клиновых коушах зазор между клином и обоймой должен строго соответствовать диаметру каната. Свободный конец каната длиной не менее двух диаметров крепится страховочным дуговым зажимом к основной ветви без пережатия рабочей ветви.
• На барабане крепление концов выполняется прижимными планками (не менее 2–3 планок) с затяжкой тарированным ключом по нормативному моменту.

1. Прикатка и первичная вытяжка:

• После запасовки механизм подъема подвергается статической и динамической приработке: несколько циклов подъема-опускания крюка без груза, затем несколько циклов с грузом 25%, 50% и 100% от номинала для равномерного распределения натяжения по блокам и стабилизации положения балансира.

7. Поставка канатов, крюковых подвесок и тельферов от ИП «Казмеханика»

Корректная и безопасная работа кранового полиспаста зависит от качества каждого элемента кинематической цепи: от механических характеристик стального каната до соосности подшипниковых узлов крюковой подвески и геометрии барабана.

ИП «Казмеханика» поставляет полный спектр оборудования и комплектующих для грузоподъемных механизмов на промышленные объекты Республики Казахстан:

• Стальные грузоподъемные канаты: по ГОСТ 2688-80, ГОСТ 7668-80, ГОСТ 7669-80, DIN EN 12385 (с органическим и металлическим сердечником, повышенной прочности, крестовой правой и левой свивки) мерными длинами и заводскими бухтами;
• Крюковые подвески в сборе: 1-, 2-, 3- и 4-блочные подвески грузоподъемностью от 0.5 до 50 тонн для талей и мостовых кранов с коваными крюками по ГОСТ 6627 и замками безопасности;
• Канатные блоки и уравнительные балансиры: литые чугунные и стальные точеные блоки ручьевого профиля под канаты любого диаметра;
• Электрические канатные тали и тельферы: стационарные и передвижные тельферы стандартного и уменьшенного строительного исполнения (схемы запасовки 2/1, 4/1, 2/2, 4/2) болгарского и общепромышленного стандартов;
• Консультации и инженерный подбор: расчет кратности полиспаста, канатоемкости барабанов и подбор запасовки под индивидуальные требования заказчика.

Вся поставляемая продукция сопровождается паспортами качества, сертификатами соответствия ТР ТС 010/2011 и заводской гарантией. Отгрузка осуществляется со складов компании с оперативной доставкой по Алматы, Астане, Шымкенту, Караганде, Атырау, Павлодару и всем регионам Казахстана.