Nejčastěji se k získání moci používají jednoduché mechanismy. To znamená použití menší síly k přesunu větší hmotnosti v porovnání s ní. Zároveň se nárůstu síly nedosahuje „zadarmo“. Cena za to je ztráta na dálku, to znamená, že musíte udělat větší pohyb než bez použití jednoduchého mechanismu. Pokud jsou však síly omezené, pak je „obchodování“ vzdálenosti za sílu prospěšné.
Pohyblivé a ne pohyblivý blok a jsou jedním z typů jednoduchých mechanismů. Navíc jsou upravenou pákou, která je zároveň jednoduchým mechanismem.
Pevný blok nezískává sílu, pouze mění směr své aplikace. Představte si, že potřebujete zvednout těžký náklad pomocí lana. Budete to muset vytáhnout. Ale pokud používáte stacionární blok, budete muset táhnout dolů, zatímco náklad stoupá nahoru. V tomto případě to pro vás bude jednodušší, protože požadovaná síla se bude skládat ze svalové síly a vaší hmotnosti. Bez použití stacionárního bloku by musela být aplikována stejná síla, ale bylo by jí dosaženo výhradně svalovou silou.
Pevný blok je kolečko s drážkou pro lano. Kolo je pevné, může se otáčet kolem své osy, ale nemůže se pohybovat. Konce lana (lanka) visí dolů, na jeden je připevněna zátěž a na druhý působí síla. Pokud zatáhnete za kabel dolů, zátěž se zvedne.
Vzhledem k tomu, že nedochází k nárůstu síly, nedochází ke ztrátě vzdálenosti. Na vzdálenost, o kterou se náklad zvedne, musí být lano spuštěno ve stejné vzdálenosti.
Používání pohyblivý blok dává nárůst síly dvakrát (ideálně). To znamená, že pokud je hmotnost břemene F, pak pro jeho zvednutí musí být aplikována síla F/2. Pohyblivý blok se skládá ze stejného kolečka s drážkou pro kabel. Jeden konec lanka je zde však upevněn a kolo je pohyblivé. Kolo se pohybuje s nákladem.
Hmotnost břemene je síla směřující dolů. Je vyvážen dvěma silami směrem vzhůru. Jeden je tvořen podpěrou, ke které je připevněn kabel, a druhý tahem kabelu. Tažná síla kabelu je na obou stranách stejná, což znamená, že hmotnost břemene je mezi ně rovnoměrně rozložena. Každá síla je tedy 2x menší než hmotnost břemene.
V reálných situacích je nárůst síly menší než 2krát, protože zvedací síla je částečně „plýtvána“ hmotností lana a bloku, stejně jako tření.
Pohybující se blok, i když poskytuje téměř dvojnásobný nárůst síly, způsobuje dvojnásobnou ztrátu vzdálenosti. Aby se břemeno zvedlo do určité výšky h, musí se lana na každé straně bloku zmenšit o tuto výšku, to znamená, že celková doba je 2h.
Typicky se používají kombinace pevných a pohyblivých bloků - kladkostroje. Umožňují vám získat sílu a směr. Čím více pohyblivých bloků je v řetězovém kladkostroji, tím větší je nárůst síly.
Blok se skládá z jednoho nebo více kol (válců) obepnutých řetězem, pásem nebo lankem. Stejně jako páka i kladka snižuje sílu potřebnou ke zvednutí břemene, ale může také změnit směr působící síly.
Zisk síly přichází za cenu vzdálenosti: čím menší úsilí je potřeba ke zvednutí břemene, tím delší vzdálenost musí urazit místo aplikace tohoto úsilí. Blokový systém zvyšuje výkonové zisky díky použití více nosné řetězy. Taková zařízení pro úsporu energie mají velmi širokou škálu použití – od přesouvání masivních ocelových nosníků do výšky stavenišť až po vztyčování vlajek.
Stejně jako u jiných jednoduchých mechanismů jsou vynálezci bloku neznámí. Přestože bloky mohly existovat již dříve, první zmínka o nich v literatuře pochází z pátého století před naším letopočtem a vztahuje se k používání bloků starými Řeky na lodích a v divadlech.
Systémy pohyblivých bloků namontované na zavěšené kolejnici (obrázek výše)široce používané na montážních linkách, protože značně usnadňují pohyb těžkých dílů. Aplikovaná síla (F) se rovná hmotnosti břemene (W) dělené počtem řetězů použitých k jeho podepření (n).
Jednotlivé pevné bloky
Tento nejjednodušší typ kladky nesnižuje sílu potřebnou ke zvedání břemene, ale mění směr působící síly, jak je znázorněno na obrázcích nahoře a vpravo nahoře. Pevný blok na horní části stožáru usnadňuje zvedání vlajky tím, že umožňuje stažení šňůry, ke které je vlajka připevněna.
Jednotlivé pohyblivé bloky
Jediná kladka, kterou lze posouvat, snižuje sílu potřebnou ke zvednutí břemene na polovinu. Snížení aplikované síly na polovinu však znamená, že místo aplikace se musí pohybovat dvakrát tak daleko. V v tomto případě síla je rovna polovině hmotnosti (F=1/2W).
Blokové systémy
Při použití kombinace pevného a pohyblivého bloku je působící síla násobkem celkového počtu nosných řetězů. V tomto případě je síla rovna polovině hmotnosti (F=1/2W).
Náklad, zavěšený vertikálně skrz blok, umožňuje napnutí vodorovných elektrických vodičů.
Závěsný výtah(obrázek nahoře) se skládá z řetězu omotaného kolem jednoho pohyblivého a dvou pevných bloků. Zvedání břemene vyžaduje sílu, která je pouze poloviční jeho hmotnosti.
Kladkový kladkostroj, obvykle se používá ve velkém jeřáby(obrázek vpravo), sestává ze sady pohyblivých bloků, na kterých je zavěšeno břemeno, a sady pevných bloků připevněných k výložníku jeřábu. Získání nárůstu síly od takových velké množství bloky, může jeřáb zvednout velmi těžká břemena, jako jsou ocelové nosníky. V tomto případě je síla (F) rovna podílu hmotnosti břemene (W) děleném počtem nosných kabelů (n).
Použití pohyblivého bloku poskytuje dvojnásobné zesílení síly, použití stacionárního bloku umožňuje změnit směr působící síly. V praxi se používají kombinace pohyblivých a pevných bloků. Každý pohyblivý blok navíc umožňuje snížit aplikovanou sílu na polovinu nebo zdvojnásobit rychlost pohybu nákladu. Pevné bloky se používají ke spojení pohyblivých bloků do jednoho systému. Takový systém pohyblivých a pevných bloků se nazývá kladkový blok.
Definice
Kladkostroj je systém pohyblivých a pevných bloků spojených pružným spojením (lana, řetězy) sloužící ke zvýšení síly nebo rychlosti zvedání břemen.
Řetězový kladkostroj se používá v případech, kdy je nutné zvednout nebo přesunout těžký náklad s minimální námahou, zajistit napětí atd. Nejjednodušší řetězový kladkostroj se skládá pouze z jednoho bloku a lana a zároveň umožňuje snížit tažné úsilí nutné ke zvednutí nákladu.
Obrázek 1. Každý pohybující se blok v kladce poskytuje dvojnásobný nárůst síly nebo rychlosti
Obvykle v zvedací mechanismy silové kladky slouží ke snížení napětí lana, momentu od hmotnosti břemene na bubnu a převodový poměr mechanismus (zvedák, naviják). Mnohem méně často se používají vysokorychlostní řemenice, které umožňují získat nárůst rychlosti pohybu břemene při nízkých rychlostech hnacího prvku. Používají se v hydraulických nebo pneumatických výtahech, nakladačích a výsuvných mechanismech teleskopických výložníků jeřábů.
Hlavní charakteristikou kladky je multiplicita. Jedná se o poměr počtu větví pružného tělesa, na kterém je břemeno zavěšeno, k počtu větví navinutých na bubnu (u hnacích kladek), nebo poměr rychlosti náběžného konce pružného tělesa k hnaný konec (pro vysokorychlostní řemenice). Relativně řečeno, multiplicita je teoreticky vypočítaný koeficient zesílení síly nebo rychlosti při použití řetězového kladkostroje. Změna násobnosti kladkového systému nastává zavedením nebo odstraněním dalších bloků ze systému, přičemž konec lana se sudou násobností je připevněn k pevnému konstrukčnímu prvku a s lichou násobností - na sponě háku.
Obrázek 2. Upevnění lana se sudým a lichým počtem kladek
Zisk síly při použití kladky s $n$ pohyblivými a $n$ pevnými bloky je určen vzorcem: $P=2Fn$, kde $P$ je hmotnost břemene, $F$ je síla působící při vstup kladky, $n$ - počet pohybujících se bloků.
Podle počtu lanových větví připevněných k bubnu zvedacího mechanismu lze rozlišit kladkostroje jednoduché (jednoduché) a dvoukladkové. U jednokladkových kladkostrojů dochází při navíjení nebo navíjení pružného prvku v důsledku jeho pohybu podél osy bubnu k nežádoucí změně zatížení na podpěrách bubnu. Také pokud v systému nejsou volné bloky (lano z hákového závěsného bloku přímo přechází do bubnu), břemeno se pohybuje nejen ve vertikální, ale i v horizontální rovině.
Obrázek 3. Jednoduché a dvojité řemenice
Pro zajištění přísně vertikálního zvedání břemene se používají dvojité kladky (skládající se ze dvou jednoduchých), v tomto případě jsou oba konce lana připevněny k bubnu. Poskytnout normální pozici hákové zavěšení, při nerovnoměrném natažení pružného prvku obou kladek se používá vyvažovačka nebo vyrovnávací bloky.
Obrázek 4. Způsoby zajištění vertikálního zvedání břemene
Vysokorychlostní řemenice se liší od mocenská témata co v nich je pracovní síla, obvykle vyvinutá hydraulickým nebo pneumatickým válcem, se aplikuje na pohyblivou klec a břemeno je zavěšeno na volném konci lana nebo řetězu. Zvýšení rychlosti při použití takové kladky je dosaženo v důsledku zvýšení výšky nákladu.
Při použití kladek je třeba vzít v úvahu, že prvky použité v systému nejsou absolutně pružná tělesa, ale mají určitou tuhost, takže protijedoucí větev okamžitě nespadne do proudu bloku a běžící větev nespadne okamžitě narovnat. Nejvíce je to patrné při použití ocelových lan.
Otázka: Proč mají stavební jeřáby hák, který nese náklad, není připevněn ke konci lana, ale k držáku pohyblivého bloku?
Odpověď: zajistit svislé zvedání břemene.
Obr. 5 ukazuje motorový řetězový kladkostroj, ve kterém je několik pohyblivých bloků a pouze jeden pevný. Určete, kolik závaží lze zvednout působením síly $F$ = 200 N na pevný blok?
Obrázek 5
Každý z pohyblivých bloků silové kladky zdvojnásobuje aplikovanou sílu. Hmotnost, kterou může silová polypasta třetího stupně zvednout (bez zohlednění korekcí na třecí síly a tuhost kabelu), je určena vzorcem:
Odpověď: Řetězový kladkostroj může zvednout břemeno o hmotnosti 800 N.
Bloky se používají ke zvedání břemen. Blok je kolečko s drážkou, upevněné v držáku. Blokovým skluzem prochází lano, lano nebo řetěz. bez hnutí nazývají takový blok, jehož osa je pevná a při zvedání břemen se nezvedá ani neklesá (obr. 1, a, b).
Pevný blok lze považovat za rovnoramennou páku, u které jsou ramena působících sil rovna poloměru kola. Z momentového pravidla tedy vyplývá, že stacionární blok neposkytuje žádné zesílení síly. Umožňuje změnit směr síly.
Obrázek 2, a, b ukazuje pohyblivý blok(osa kvádru stoupá a klesá spolu se zátěží). Takový blok se otáčí kolem okamžité osy O. Momentové pravidlo pro něj bude mít tvar
Pohyblivý blok tedy poskytuje dvojnásobný nárůst síly.
Obvykle se v praxi používá kombinace pevného bloku a pohyblivého bloku (obr. 3). Pevný blok se používá pouze pro pohodlí. Změnou směru síly umožňuje např. zvedat břemeno ve stoje na zemi.
