Katrolsystemen, takels en mechanisch voordeel uitgelegd – Deel 3

Katrolsystemen, takels en mechanisch voordeel uitgelegd – Deel 3

Auteur: Rodney Sebregts

Katrolsystemen

In deel 1 en 2 is uitgelegd wat katrolsystemen zijn en hoe je kunt achterhalen met welk type katrolsysteem gewerkt wordt. Het niet kunnen achterhalen/kunnen bouwen van het juiste katrolsysteem zorgt in de praktijk voor het verkeerd inschatten van krachten en leidt in potentie tot gevaarlijke situaties of situaties die helemaal niet werken. Naast het herkennen van type katrolsystemen is het begrijpen van het verschil tussen theorie en praktijk ook erg belangrijk. Het werken met katrolsystemen in de echte wereld is altijd moeilijker dan dat het op papier lijkt. Deel 3 van deze reeks legt uit wat het verschil is tussen het behaalde mechanisch voordeel volgens de theorie en praktijk.

Ideaal, theoretisch en praktisch mechanisch voordeel

Er is een belangrijk verschil tussen ideaal, theoretisch en praktisch mechanisch voordeel. Ideaal mechanisch voordeel wordt gebruikt om een bepaalde waarde aan een katrolsysteem te geven die het voor gebruikers snel overzichtelijk maakt om te herleiden over welk systeem men het heeft, zoals bijvoorbeeld een 3:1 takelopstelling. Ideaal mechanisch voordeel bestaat alleen in de “ideale” wereld (zonder wrijving) en wordt daarom ook wel ideaal mechanisch voordeel genoemd. In de “echte“ wereld bestaat er een andere component die we echter in katrolsystemen mee moeten nemen. Deze component is wrijving. Wrijving ontstaat daar waar twee oppervlakten langs elkaar (willen) schuiven, terwijl ze tegen elkaar aan gedrukt worden. Bij wrijving kan er vervorming optreden en/of kan er energie vrijkomen in de vorm van warmte. Daar waar er warmte vrijkomt gaat er dus een deel van de energie verloren in een katrolsysteem.

Daar waar we in theorie de wrijving meenemen in de berekening van het mechanisch voordeel, komen we bijvoorbeeld uit op een 2.71:1, waar dit in de ideale wereld een 3:1 is. Het praktisch mechanisch voordeel valt alleen te meten en is afhankelijk van een groot aantal componenten, zoals wrijving, temperatuur en vervorming.

In de praktijk betekent dit dat als men een inputwaarde van 1 T geeft en doordat er wrijving ontstaat binnen de katrol van bijvoorbeeld 25%, dat men nog maar een outputwaarde heeft van 0,75 T. Naarmate men minder wrijving heeft in de gebruikte katrollen wordt het katrolsysteem dus efficiënter. Katrollen zijn over het algemeen verkrijgbaar met een efficiëntie tussen de 75% en de 95%. De efficiëntie van katrollen wordt uitgedrukt als een waarde van 1. Dus een katrol met een efficiency van 90% heeft een waarde van 0,9 efficiëntie. Een karabiner in een takelsysteem heeft een gemiddelde waarde van 0,6 efficiëntie. Daar waar men dus moet takelen is het belangrijk om te weten waar men welke materialen gebruikt. In het geval men onvoldoende katrollen heeft of minder efficiënte katrollen, dan is het belangrijk om de meest efficiënte katrollen zo vroeg mogelijk in het systeem te plaatsen, bekeken vanaf de inputkant.

Om de wrijvingscoëfficiënt van een katrol te achterhalen kan men met een dynamometer simpel de input meten die nodig is om een bekende massa op te liften door een 1:1 richtingsveranderingskatrol.

  • Wc = wrijvingscoëfficiënt
  • I = Input
  • O = Output en vervolgens
  • I – O = X
  • X : O = Wc

Bijvoorbeeld:

  • Massa = 100 kg – kracht = 1KN = 1000 Newton
  • Benodigde input = 1,1 KN = 1100 Newton
  • 1100 Newton -1000 Newton = 100 Newton
  • 100 Newton : 1000 Newton = 0,1
  • Wc = 10%

Enkelvoudige takelstellingen

Meervoudige takelstellingen

Complexe takelstellingen