ブロックとタックル

2つ以上の滑車とロープまたはケーブルのシステム

ブロックとタックルは、通常は重い荷物を持ち上げるために使用される2本以上の滑車の間にロープまたはケーブルが通されているシステムです。

プーリーを組み立ててブロックを形成し、次にブロックをペアにして、一方が固定され、もう一方が負荷とともに動くようにします。ロープはプーリーに通され、ロープに加えられる力を増幅する機械的利点を提供します。

アレクサンドリアの英雄は、1世紀に滑車のアセンブリから形成されたクレーンについて説明しました。ヒーローの「重量挙げに関する本」の図解版は、初期のブロックとタックルシステムを示しています。

概要

ブロックは、単一のフレームに取り付けられたプーリーまたはシーブのセットです。滑車にロープが通されたブロックのアセンブリは、タックルと呼ばれます。ブロックアンドタックルシステムは、ロープの張力を増幅して重い荷物を持ち上げます。これらは、タスクがしばしば手動で実行されるボートや帆船で一般的です。

ここに示されている図では、示されているタックルのロープセクションの数は次のとおりです。

ガンタックル：2
ラフタックル：3
ダブルタックル：4
ジンタックル：5
三重購入：6

ガンタックル、ダブルタックル、3倍購入品は両方のブロックに同じ数のプーリーを持っていることに注意してください（それぞれ1つ、2つ、3つ）。

機械的利点

ブロックとタックルは、単一の連続ロープを使用して1つまたは複数のプーリーの周りに張力を伝達し、荷物を持ち上げたり移動したりすることを特徴としています。その機械的な利点は、負荷に作用するロープの部品の数です。タックルの機械的な利点は、荷物を運搬または持ち上げるのがどれだけ簡単かを示します。

摩擦損失が無視される場合、ブロックとタックルの機械的利点は、移動するブロックに取り付けられる、または動くブロックを通過するラインの部品の数、つまり支持ロープのセクションの数に等しくなります。

n個のロープセクションで支えられた移動ブロックを備えた理想的なブロックとタックルには、機械的利点（MA）があります。

MA = FBFA = n、{\ displaystyle MA = {\ frac {F_ {B}} {F_ {A}}} = n、\！}

ここで、FAは運搬（または入力）力、FBは負荷です。

可動ブロックを形成するプーリーのセットと、このブロックを支えるロープの部分を考慮してください。負荷FBを支えるロープのこれらの部分がn個ある場合、移動ブロックの力のバランスは、ロープの各部分の張力がFB / nでなければならないことを示します。これは、ロープの入力力がFA = FB / nであることを意味します。したがって、ブロックとタックルは入力力を係数nだけ減らします。

ガンタックルのプーリーの分離は、ロープの張力がW / 2になる力のバランスを示しています。
ダブルタックルのプーリーの分離は、ロープの張力がW / 4になる力のバランスを示しています。

理想的な機械的利点は、速度比と直接相関しています。タックルの速度比は、牽引ラインの速度と牽引された負荷の速度との比です。機械的利点が4のラインの速度比は4：1です。つまり、毎秒1メートルで負荷を上げるには、ロープの牽引部分を毎秒4メートルで引っ張る必要があります。したがって、ダブルタックルの機械的利点は4です。

（不利な）利点への移動

タックルの機械的利点は、固定ブロックと可動ブロックを交換することで高めることができ、ロープが可動ブロックに取り付けられ、持ち上げられた荷重の方向にロープが引っ張られます。この場合、ブロックとタックルは「有利に動く」と言われます。

「有利な場所への移動」-ロープを引っ張る方向は、荷物を移動する方向と同じ方向です。牽引部分は移動ブロックから引き出されます。
「不利な場所に移動する」–ロープを引く方向が、荷物を移動する方向と反対方向になる場合。運搬部分は固定ブロックから引き出されます。

図3は、荷重Wを支える3つのロープ部分を示しています。つまり、ロープの張力はW / 3です。したがって、機械的な利点は3対1です。

ガンタックルの固定ブロックにプーリーを追加することで、機械的な利点は同じままですが、引張力の方向は逆になります（図3a）。これはラフタックルの例です。

図3：「有利に移動する」銃のタックルは、可動プーリーにロープが取り付けられています。ロープの張力はW / 3であり、3つの利点があります。
図3a：ラフタックルは、固定されたプーリーを「不利な方向に移動」させます。ロープの張力はW / 3のままで、3つの利点があります。

どちらを使用するかの決定は、特定の状況で作業する人間工学全体の実用的な考慮事項に依存します。有利になるのは、機器とリソースの最も効率的な使用です。たとえば、荷物を地面に平行に牽引する場合、有利にリービングすることで、引っ張り力を荷物の移動方向にすることができ、障害物をより簡単に管理できます。

不利な状況に陥ると、引っ張り線の方向を変えるための余分な滑車が追加され、速度比を改善することなく摩擦損失が増加します。不利な状況に陥ることがより望ましい状況には、固定小数点の頭上からの持ち上げが含まれます。追加のプーリーにより、リフターの重量が負荷の重量を相殺できるように、上方向ではなく下方向に引くことができます。

摩擦

ブロックを使用して与えられた重量を上げて落ちるのに必要な努力を見つけるために使用される式：

Fa = LN1eff {\ displaystyle F_ {a} = {\ frac {L} {N}} {\ frac {1} {\ textit {eff}}}}

ここで、Fa {\ displaystyle F_ {a}}はラインの牽引部分に適用される力（入力力）、L {\ displaystyle L}は負荷の重量（出力力）、N {\ displaystyle N }はシステムの理想的な機械的利点（移動ブロックから伸びる線分の数と同じ）であり、eff {\ displaystyle {\ textit {eff}}}はシステムの機械的効率（等しい理想的な摩擦のないシステムの1つ、摩擦やその他の原因によるエネルギー損失のある実世界のシステムの1未満の部分）。 S {\ displaystyle S}が購入したシーブの数であり、摩擦により各シーブで約x {\ displaystyle x}％の効率の損失がある場合：

1eff≈1+ Sx100。{\ displaystyle {\ frac {1} {\ textit {eff}}} \ approx 1 + S {\ frac {x} {100}}。}

この近似は、S {\ displaystyle S}およびx {\ displaystyle x}の値が小さいほど正確です。効率のより正確な推定は、シーブ摩擦係数K {\ displaystyle K}（メーカーまたは公開されている表から入手可能）を使用することにより可能です。関連する方程式は次のとおりです。

eff = KN−1KSN（K−1）。{\ displaystyle {\ textit {eff}} = {\ frac {K ^ {N} -1} {K ^ {S} N（K-1）}}。}

典型的なK {\ displaystyle K}の値は、ローラーベアリングシーブの場合は1.04、プレーンベアリングシーブの場合は1.09（ワイヤーロープ付き）です。

タックルによって生じる力の増加は、必要なロープの長さの増加とシステム内の摩擦の両方によって相殺されます。ブロックを持ち上げて、1メートルの距離で6の機械的利点で取り組むには、6メートルのロープをブロックに通す必要があります。摩擦損失は、さらに滑車を追加する利点が、負荷を持ち上げるために追加の力を加える必要がある摩擦の増加によって相殺される実用的なポイントがあることも意味します。摩擦が大きすぎると、タックルが負荷を簡単に解放できなくなるか、過度の摩擦も克服しなければならないため、負荷を移動するのに必要な力の低下が不十分であると判断されます。

スナッチブロック

ロープをブロックに通す必要なく、開いているか、または湾曲部と係合するために開くことができるブロック。スナッチブロックは、特定の配置では負荷を持ち上げるプーリーでもあります。

文献

M.オポルツァー、T。ウォールズ： 私はそれを動かすのが好きです。 SeiltechnikのFlaschenzüge。ハンブルク2019、ISBN 978-3-9820618-0-1。
救助技術者： 救助プロバイダーの運用準備。セントルイス、ミズーリ州1998、ISBN 0-8151-8390-9。