ブロックとタックル

ブロックアンドタックル^{[1] [2]}またはオンリータックル ^{[3]は、2つ以上の}滑車とそれらの間に通されたロープまたはケーブルで構成され、通常は重い荷物を持ち上げるために使用されるシステムです。

滑車はブロックを形成するように組み立てられ、次にブロックはペアになって、一方は固定され、もう一方は荷重とともに動く。ロープは滑車に通され、ロープに加わる力を増幅する機械的利点を提供する。 ^[4]

アレクサンドリアのヘロンは、 1世紀に滑車の組み立てで作られたクレーンについて記述しています。ヘロンの機械学（重い物を持ち上げる方法に関する本）の図解版には、初期のブロックとタックルのシステムが示されています。^[5]

ブロックとは、 1 つのフレームに取り付けられた滑車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。ブロックにロープまたはケーブルを通すプロセスは「リービング」と呼ばれ、ねじ付きブロックとタックルは「ローヴ」と呼ばれていたと言われています。^[7]ブロックとタックルのシステムは、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、タスクが手動で実行されることが多いボートや帆船、およびローヴが装備されたクレーンや掘削リグで一般的であり、タスクは重機によって実行されます。

ここに示す図では、タックルのロープのセクション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
• ギンタックル：5
• 3倍購入：6

ガンタックル、ダブルタックル、スリーフォールドパーチェスでは、両方のブロックに同じ数の滑車 (それぞれ 1、2、3) があるのに対し、ラフタックルとジンタックルでは、滑車の数が異なる不一致のブロックがあることに注意してください。

ブロック アンド タックルは、1 本の連続ロープを使用して 1 つ以上の滑車に張力を伝達し、荷物を持ち上げたり移動したりするのが特徴です。その機械的利点は、荷物に作用するロープの部分の数です。タックルの機械的利点は、荷物を引っ張ったり持ち上げたりするのがどれだけ簡単かを決定します。

摩擦損失を無視すると、ブロックとタックルの機械的利点は、動いているブロックに取り付けられているか、または動いている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 本のロープ セクションで支えられた可動ブロックを備えた理想的なブロック アンド タックルは、機械的利点 (MA) を持ちます。 ここで、F _Aは牽引力 (または入力力)、F _{B は}荷重です。 $${\displaystyle MA={\frac {F_{B}}{F_{A}}}=n,\!}$$

可動ブロックを形成する滑車のセットと、このブロックを支えるロープの部分について考えてみましょう。荷重F _Bを支えるロープの部分がn 個ある場合、可動ブロックの力のバランスから、ロープの各部分の張力はF _B /n でなければならないことがわかります。 つまり、ロープへの入力力はF _A = F _B /n です。 したがって、ブロックと滑車は入力力を係数n で減らします。

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  ガンタックルの滑車の分離は、ロープの張力 W/2 をもたらす力のバランスを示します。
• 
  ダブルタックルの滑車の分離は、ロープの張力 W/4 をもたらす力のバランスを示します。

理想的な機械的利点は速度比と直接相関します。タックルの速度比は、引き上げラインの速度と引き上げられる荷物の速度の比です。機械的利点が 4 のラインは、速度比が 4:1 です。言い換えると、荷物を毎秒 1 メートルで引き上げるには、ロープの引き上げ部分を毎秒 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。

固定ブロックと可動ブロックを入れ替えることで、あらゆるタックルの機械的利点を高めることができます。つまり、ロープを可動ブロックに取り付け、ロープを吊り上げた荷物の方向に引っ張るのです。この場合、ブロックとタックルは「ロープを有利に使う」と言われています。^[8]

• 「有利な方向にロープを引く」 – ロープの引っ張り方向が荷物の移動方向と同じ方向である場合。牽引部分は移動ブロックから引っ張られる。^[6]
• 「ロープを不利な方向に引っ張る」 – ロープの引っ張り方向が、荷物の移動方向と反対方向である場合。牽引部分は固定ブロックから引っ張られる。^[6]

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。これは、ロープの張力がW/3であることを意味します。したがって、機械的利点は 3 対 1 です。

ガンタックルの固定ブロックに滑車を追加すると、機械的利点は同じままで、引っ張る力の方向が反転します (図 3a)。これはラフタックルの例です。

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  図 3: ガンタックルの「ローブ トゥ アドバンテージ」では、ロープが動いている滑車に接続されています。ロープの張力はW/3で、 3 のアドバンテージが得られます。
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  図 3a: ラフ タックルは固定滑車を「不利な方向にロープで移動」させます。ロープの張力はW/3のままで、 3 の利点が得られます。

どちらを使用するかは、特定の状況での作業の全体的な人間工学に対する実際的な考慮によって決まります。有利な方向にリービングすると、機器とリソースを最も効率的に使用できます。たとえば、荷物を地面と平行に牽引する場合、有利な方向にリービングすると、牽引力が荷物の移動方向になり、障害物に対処しやすくなります。

不利な方向にリービングすると、追加の滑車が追加され、牽引ラインの方向がより人間工学的な方向に変更される可能性があり、速度比は向上せずに摩擦損失が増加します。不利な方向にリービングする方が望ましい状況としては、頭上の固定点から持ち上げる場合などがあります。追加の滑車により、上方向ではなく下方向に引っ張ることができるため、持ち上げる人の重量が荷物の重量を相殺できます。または、横方向に引っ張ることができるため、複数の持ち上げ人が力を合わせることができます。

ブロックを使用して特定の重量を持ち上げて落下させるために必要な労力を計算する式:

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

ここで、はラインの牽引部分に適用される力（入力力）、は負荷の重量（出力力）、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ラインのセグメント数と同じ）、はシステムの機械効率（理想的な摩擦のないシステムの場合は1に等しいが、摩擦やその他の原因によるエネルギー損失がある現実のシステムの場合は1より小さい分数）です。 が購入時の滑車の数で、各滑車で摩擦により約%の効率損失がある場合、次の式が成り立ちます。^{[9] [10]}${\displaystyle F_{a}}$${\displaystyle L}$${\displaystyle N}$${\displaystyle {\textit {eff}}}$${\displaystyle S}$${\displaystyle x}$

$${\displaystyle {\frac {1}{\textit {eff}}}\approx 1+S{\frac {x}{100}}.}$$

この近似値は、およびの値が小さいほど正確です。^[10]滑車摩擦係数（製造元または公開されている表^[11]から入手できる場合があります）を使用すると、効率のより正確な推定が可能です。関連する式は次のとおりです。^[11]${\displaystyle S}$${\displaystyle x}$${\displaystyle K}$

$${\displaystyle {\textit {eff}}={\frac {K^{N}-1}{K^{S}N(K-1)}}.}$$

典型的な値は、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（ワイヤーロープ付き）の場合は1.09です。^[11]${\displaystyle K}$

タックルによって生み出される力の増加は、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。機械的利点が 6 のブロックとタックルを 1 メートル持ち上げるには、ブロックを通して 6 メートルのロープを引っ張る必要があります。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必要な追加の力とな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い場合があります^{[注 1]}。または、過度の摩擦も克服する必要があるため、負荷を移動するために必要な力の減少が不十分であると判断される可能性があります。

既存のライン上にブロックを設置する場合、追加するブロックにロープを通すのは、せいぜい不便な場合が多いです。

• オープンブロックは、固定された頬の間に、ロープ上で滑車を滑らせるのに十分なスペースがあります。可動部品がないため、非常に小型で軽量でありながら、かなりの強度を維持できます。

• スイングチークブロックは、ロープをブロックに通したりロープの端から荷物を取り外したりすることなく、開いてビートに噛み合わせることができる特殊なブロックです。スナッチブロックは、回収作業で使用する場合など、特定の配置では荷物を持ち上げる滑車としても機能します。^[12]

^[要出典]

スイングチークブロックは、大きく分けて 2 つのカテゴリに分けられます。

• スイング チーク プーリー: 軽い荷重や力の方向転換に使用され、通常は 1 つのプーリー ホイール (複数の滑車/チークも珍しくありません) とカラビナまたはスリング用の取り付けポイント (1 つまたは複数) を備えています。チークは、荷重またはリギング ポイントに固定するために使用されるデバイス以外では、所定の位置に固定またはロックされません。

使用例（樹木栽培の環境で）としては、尾の世話や、伐採が行われる上の木に索具ポイントを設定する（積極的な索具設置状況）などが挙げられます。

• スナッチ ブロックまたはインパクト ブロック: より重い荷物やより動的なリギングに使用され、これらのブロックの頬は反対側の頬にロックするピンで所定の位置に固定されます。このピンは、シャックルなどの堅固な装置ではなく、柔らかいスリングで荷物またはリギング ポイントに固定される 2 番目のプーリーの車軸の一部を形成する場合があります。これにより、力が適用される面に力がより均等に分散されます。一方、カラビナやシャックルでは、力が角や端に強く適用され、変形や損傷のリスクが高まります。

使用例（これも樹木管理に関連して）としては、現在の切断面の下にブロックを設置して「ネガティブ」なリギング状況を作り出すことが挙げられます。この場合、特に垂直の幹の大きな部分を除去する場合には、衝撃荷重が大きくなる可能性があります。

• M. Oppolzer、T. Wahls:動かすのが好きです。 Flaschenzüge in der Seiltechnik。ハンブルク、2019 年、ISBN  978-3-9820618-0-1。
• 救助技術者：救助提供者のための運用準備。ミズーリ州セントルイス、1998年、ISBN 0-8151-8390-9。 

• 滑車システム (モデルとデモンストレーション) HTML5 アプリ (Walter Fendt 作)
• セーリングタックルのアニメーション、命名法、機械的利点の表 2016-03-04にWayback MachineでアーカイブされましたSmack Dock Soundings 16