Борьба с трением в полиспастах

В реальной работе с полиспастами трением пренебречь не удастся. За счёт потерь на трение эффективность работы полиспаста может быть существенно ниже теоретически возможной. Большие потери происходят как за счёт трения в самом полиспасте, так и за счёт трения всей системы или отдельных её частей о рельеф (скалу, лёд, снег и т.п.). Как с этим бороться?

Есть три главных способа:

· Использовать ролики на всех точках, огибаемых движущейся верёвкой.

· Использовать оптимальную конструкцию полиспаста.

· Оптимально размещать всю систему полиспаста на местности.

Для эффективной работы полиспаста все эти способы должны использоваться одновременно. Рассмотрим их по порядку.

3.1 Ролики

Главный критерий качества ролика – это его эффективность. У самых качественных спасательных роликов она составляет примерно 90%. Это значит, что потери на трение при работе такого ролика составляют 10%. Эффективность большинства стандартных роликов находится в пределах 80%-70%. То есть потери на трение составляют 20%-30%.

При использовании одного ролика высокого качества с 90% эффективностью (10% потери на трение) в полиспасте 2: 1 фактический выигрыш в усилии (далее в тексте ФВ) составит 1.9: 1.

Для полиспаста 3: 1 (2 ролика 90%) ФВ составит 2.7.

3.2 Карабины

Потери на трение для карабинов в среднем составляют 50%. Стальные карабины несколько более эффективны (в среднем 48%) по сравнению с алюминиевыми (52%).

При 50% потере эффективности на карабине, ФВ для полиспаста 2: 1 составит 1.5: 1.

Для полиспаста 3: 1 ФВ составит всего 1.75: 1.

Примечание: Сравнение показателей фактического выигрыша в усилии при использовании роликов разного качества и карабинов в полиспастах различных конструкций приводится в таблице 1, п. 3.4.1.

Практические советы:

· Какие ролики лучше? Не углубляясь в технические подробности, можно сказать, что при прочих равных показателях, чем больше у ролика диаметр – тем выше его эффективность.

· Для организации полиспаста у вас есть несколько карабинов и всего один ролик. Или несколько роликов разного качества, из которых один порядком лучше остальных. Как расположить этот ролик в полиспасте, чтобы он работал наиболее эффективно?

Как показывают расчёты, приведённые на рисунках 16А и 16Б, общая эффективность простых и сложных полиспастов существенно зависит от эффективности первого (от тянущих) грузового ролика.

Поэтому наибольший эффект от ролика при работе с простыми и сложными полиспастами будет, если поставить его в качестве первого грузового (если считать от тянущих) на выходе верёвки из полиспаста (рисунок 16).

Общий вывод следующий: даже один ролик, правильно расположенный в системе полиспаста, может существенно повысить его общую эффективность. Для примера: все горные гиды при работе на закрытых ледниках, где есть риск провалиться в трещину и высока вероятность применения полиспаста, для вытаскивания провалившегося обязательно имеют при себе как минимум один лёгкий ролик.

· Если в наличии только карабины, то их можно встёгивать в каждую точку парами. Пара должна состоять из одинаковых карабинов. За счёт большего радиуса огибания верёвки трение вокруг пары карабинов меньше, чем вокруг одного.

3.3 Также важно бороться с трением внутри самого полиспаста. Это значит:

· Избегать заклинивания верёвок между роликами и другими компонентами системы.

· Избегать перекручивания верёвок в полиспасте.

Практический совет:

· Для предотвращения заклинивания и перекручивания верёвки в полиспастах необходимо, чтобы верёвка располагалась в одной плоскости. Для этого надо организовать грузовую станцию так, чтобы точки крепления стационарных роликов были разделены и не сходились вместе под нагрузкой. Профессионалы используют для этого специальные пластины-органайзеры, закреплённые на грузовой станции (рисунок 17).

· Также желательно пристёгивать движущиеся ролики отдельными карабинами.

3.4 Для уменьшения трения полиспаста и грузовой верёвки о рельеф можно использовать любые подручные средства, например ледорубы или молотки, а также направляющие ролики (подробнее о них будет сказано ниже).

Для профессиональных спасателей и промальпа выпускается много различных приспособлений для снижения трения верёвки на перегибах. Одно из самых простых и доступных средств – это кусок плотного брезента с люверсами или петлями по углам для крепления к рельефу. Подобную защиту нетрудно сделать самостоятельно.

3.4.1

3.5 Выбор оптимальной конструкции полиспаста

3.5.1 У каждой конструкции полиспастов, кроме выигрыша в усилии есть и другие важные показатели, влияющие на общую эффективность её работы.

Общие конструктивные особенности, способствующие повышению эффективности работы полиспастов:

· Чем больше рабочая длина полиспаста – тем больше его рабочий ход и расстояние, на которое поднимается груз за один рабочий ход.

· При одинаковой рабочей длине быстрее работает полиспаст с большим рабочим ходом.

· При одинаковой рабочей длине и рабочем ходе быстрее работает полиспаст, требующий меньше перестановок.

· Простые полиспасты 2: 1 и 3: 1 дают самый быстрый подъём с минимумом перестановок системы. Прежде чем переходить к полиспастам с большим усилием, необходимо убедиться, что приняты все меры борьбы с трением в простом полиспасте.

Часто за счёт уменьшения потерь на трение удаётся продолжить работу более простым полиспастом и сохранить высокую скорость подъёма.

Но в целом все зависит от конкретной ситуации, в которой должен применяться тот или иной вид полиспаста. Поэтому однозначные рекомендации дать невозможно.

Для того чтобы подобрать оптимальный полиспаст для работы в каждой конкретной ситуации спасатели должны знать основные плюсы и минусы каждой системы.

3.5.2 Общие рабочие характеристики простых полиспастов

Плюсы простых полиспастов:

· Просты и понятны в сборке и в работе.

· В простых полиспастах рабочий ход близок к рабочей длине полиспаста, так как они достаточно полно «складываются» в работе – 1-й грузовой ролик вплотную подтягивается к станции. Это – серьёзный плюс, особенно в тех случаях, когда общая рабочая длина полиспаста ограничена (например, короткая рабочая полка на скале и т.п.).

· Требуется передвигать только один схватывающий (зажим).

· При достаточном количестве людей, выбирающих верёвку, простые полиспасты 2: 1 и 3: 1 дают самую большую скорость подъёма.

Минусы простых полиспастов:

· Большее (по сравнению со сложными полиспастами аналогичных усилий) количество роликов. Следовательно, большие общие потери на трение. По этой причине в спасательной практике не применяются простые полиспасты больше чем 5: 1. А при использовании карабинов нет смысла делать простой полиспаст больше чем 4: 1.

· При одинаковой общей рабочей длине простые полиспасты используют больше верёвки, чем сложные полиспасты аналогичных усилий.

3.5.3 Общие рабочие характеристики сложных полиспастов

Плюсы сложных полиспастов:

· При равном количестве роликов и схватывающих узлов (зажимов) позволяют создать полиспасты больших усилий.
Например: 3 ролика требуется для сложного полиспаста 6: 1 и простого 4: 1. 4 ролика для сложного полиспаста 9: 1 и простого 5: 1 (рисунки 19, 20).

· Требуют меньше верёвки по сравнению с аналогичными простыми полиспастами (рисунок 16).

· По сравнению с близкими по значению простыми сложные полиспасты дают больший фактический выигрыш в усилии, так как задействовано меньше роликов.
Например: в сложном полиспасте 4: 1 работает 2 ролика, в простом 4: 1 – 3 ролика. Соответственно в сложном полиспасте потери на трение будут меньше, а ФВ будет больше.

Пример на рисунке 21: В сложном полиспасте 4: 1 (2 ролика) при использовании роликов с потерей на трение 20% ФВ составит - 3.24: 1. В простом полиспасте 4: 1 (3 ролика) – ФВ = 2.95: 1.

Минусы сложных полиспастов:

· Сложнее в организации.

· Некоторые конструкции сложных полиспастов требуют больше перестановок, так как для того чтобы снова растянуть полиспаст на всю рабочую длину, надо передвигать 2 схватывающих узла (зажима).

· При одинаковой рабочей длине, рабочий ход у сложных полиспастов меньше чем у простых, так как они не складываются полностью при каждом рабочем ходе (к станции подтягивается ролик, ближайший к тянущим, а 1-й грузовой ролик останавливается, не доходя до станции). Это существенно снижает эффективность работы, особенно в тех случаях, когда общая рабочая длина полиспаста ограничена (например, короткая рабочая полка на скале и т.п.). Это также может осложнить работу на последних этапах подъёма, когда надо поднимать груз на рабочую площадку.

· В целом существенно проигрывают простым полиспастам в скорости подъёма.

Практические советы по работе со сложными полиспастами:

· Для того чтобы сложный полиспаст более полно складывался при каждом рабочем ходе и требовалось меньше перестановок, необходимо разнести станции простых полиспастов, входящих в состав сложного.

· Система сложного полиспаста требует меньше перестановок в работе, если простой полиспаст с большим усилием тянет за полиспаст с меньшим усилием.

Пример на рисунке 22А:

А – полиспаст 6: 1 (2: 1 тянет за 3: 1) В этом случае при каждом рабочем ходе требуется переставлять 2 схватывающих узла.

Б – другая схема полиспаста 6: 1 – 3: 1 тянет за 2: 1. Требуется перестановка только одного схватывающего узла (зажима). Соответственно система работает быстрее.

3.5.4 Во всех приведённых выше конструкциях полиспастов верёвку необходимо тянуть в сторону грузовой станции. В горах, на ограниченной площадке или на стене тянуть снизу – вверх может быть очень тяжело и неудобно. Для того чтобы тянуть вниз и включить в работу свой вес, а также, чтобы не рвать спины, часто встегивают дополнительный стационарный ролик (карабин) (рисунок 23).

Однако, согласно Правилу полиспастов №1 - стационарные ролики не дают выигрыша в усилии.

Потери на трение в такой схеме, особенно при использовании карабина, могут свести на нет все преимущества от тяги вниз.

Что можно сделать в такой ситуации? Ниже приводятся варианты возможных решений:

а) Если место и снаряжение позволяют, то можно сделать ещё одну станцию ниже и собрать один из вариантов полиспаста, как показано на рисунке 24.

б) Использовать комплексный полиспаст. Комплексные полиспасты не являются ни простыми, ни сложными – это отдельный вид. Отличительная особенность комплексных полиспастов – наличие в системе роликов, движущихся навстречу грузу. В этом заключается главное преимущество комплексных полиспастов в тех случаях, когда станция расположена выше спасателей и надо тянуть полиспаст вниз.

На рисунке 25. приведены две схемы комплексных полиспастов, применяемых в спасработах.

Существуют и другие схемы, но они не находят применения в спасательной практике и в данной статье не рассматриваются.

Примечание: Схема показанного на рисунке 25 комплексного полиспаста 5: 1 приводится в книге «Школа альпинизма. Начальная подготовка» 1989 года издания, стр. 442.

Основные недостатки комплексных полиспастов подобны недостаткам сложных полиспастов: комплексные полиспасты не складываются полностью, имеют малый рабочий ход и требуют много перестановок. Например, схема 5: 1 требует перестановки двух схватывающих узлов.

3.5.5 В тех случаях, когда усилия собранного полиспаста недостаточно, а длины тянущей верёвки не хватает для сборки более мощной схемы, может помочь дополнительный полиспаст 2: 1, присоединённый к грузовой верёвке схватывающим узлом или зажимом. Для этого достаточно иметь короткий конец верёвки или сложенный в 2-3 раза репшнур, 1 ролик (карабин) и 1 схватывающий (зажим). Пример на рисунке 26.

Это один из самых быстрых и простых в организации способов повысить усилие полиспаста – своеобразная «палочка-выручалочка». Добавив схему 2: 1 к любому полиспасту вы автоматически получите 2-х кратный теоретический выигрыш в усилии.

Каков будет фактический выигрыш, зависит от ситуации. О недостатках этой схемы уже сказано выше – это короткий рабочий ход и много перестановок (необходимо переставлять два схватывающих).

Однако случаются ситуации, когда этот способ может помочь. Например, такой способ нередко применяют в тех случаях, когда часть тянувших полиспаст спасателей вынуждена переключиться на выполнение других задач, а усилий оставшихся работать на полиспасте недостаточно и надо быстро повысить усилие.

3.5.6 На рисунке 27 приводится схема, так называемой «встроенной двойки». В этой схеме простой полиспаст 2: 1 встроен в систему простого полиспаста 3: 1. В результате получился полиспаст с ТВ 5: 1. Этот полиспаст не относится ни к простым, ни к сложным.

Мне не удалось найти его точного названия. Приведённое на рисунках название составной придумано мной.

Несмотря на небольшой проигрыш в ТВ по сравнению со схемой на рисунке 26 (5: 1 против 6: 1) эта система имеет ряд практических преимуществ:

· Это ещё более экономичный способ, так как кроме верёвки дополнительно требуется только один ролик (карабин).

· Этот способ требует перестановки только одного схватывающего (зажима) и потому более эффективен в работе.

· Ещё один пример системы «встроенной двойки» показан на рисунке 27А. Здесь работает составной полиспаст 10: 1 – полиспаст 2: 1 «встроен» в полиспаст 6: 1.

Подобная система может применяться при вытаскивании пострадавшего в одиночку. В такой схеме неизбежны большие потери на трение и подъём идёт медленно. Но в целом система довольно практична, работает хорошо и позволяет одному спасателю работать не надрываясь.

3.6 Способы оптимизации расположения полиспаста на местности

Здесь важно не только уменьшить трение о рельеф всей системы полиспаста или отдельных его частей. Также важно создать необходимое рабочее пространство для эффективной работы полиспаста.

3.6.1 Основной способ – это использование направляющих роликов (далее НР).

Направляющие ролики размещают на отдельной станции непосредственно над местом подъёма (спуска). Станция может быть размещена на скале, на дереве, на специальной или импровизированной треноге и т.п. При подъёме и спуске с наращиванием верёвок используют направляющие ролики самого большого диаметра, через которые свободно проходит верёвка с узлами.

Важно!

Станция для направляющего ролика должна быть рассчитана на большие нагрузки (рисунок 29).

Что даёт использование направляющих роликов?

Если коротко, то грамотное применение НР позволяет спасателям работать более эффективно и безопасно. Ниже приведены примеры основных плюсов использования направляющих роликов:

· Сползание верёвки под нагрузкой в сторону по краю рабочей площадки при работе спасателей (не важно – подъём это или спуск, скала или здание) крайне нежелательно и опасно перетиранием верёвки! Оптимально верёвка должна подходить к краю под углом 90 градусов. В противном случае неизбежно сползание грузовой верёвки в сторону. НР позволяет направить грузовую верёвку под правильным углом к краю площадки (рисунок 31).

· В тех случаях, когда нет подходящей рабочей площадки непосредственно над местом подъёма или спуска, НР позволяет расположить грузовую станцию для спуска и подъёма в стороне от линии подъёма, в более удобном для работы месте. Кроме того, расположение станции в стороне от линии подъёма (спуска) снижает вероятность поражения спасателя, пострадавшего, грузовой и страховочной верёвок камнями и т.п., которые могут быть сброшены работающими наверху спасателями.

· НР даёт возможность полностью или частично поднять систему полиспаста над рельефом. Это существенно повышает эффективность работы за счёт снижения потерь на трение полиспаста и его компонентов о рельеф. За счёт этого также повышается общая безопасность работы, так как снижается вероятность перетирания, заклинивания или заедания какого-либо компонента полиспаста.

· НР позволяет уменьшить или полностью исключить трение грузовой верёвки об край (перегиб) рабочей площадки. Это также очень большой плюс с точки зрения безопасности.

· НР может существенно облегчить переход через край спасателя и пострадавшего, как на подъёме, так и на спуске. Это один из самых сложных и трудоёмких моментов в транспортировке, особенно для сопровождающего спасателя.

Направляющие ролики исключительно широко применяется профессионалами в самых разных ситуациях, как в горах, так и в техногенных условиях. Поэтому хочу проиллюстрировать этот способ оптимизации расположения полиспастов на местности поподробнее (рисунки 30-37).

3.6.2 Использование направляющих роликов при организации переправ

НР позволяет:

· Поднять переправу выше.

· Удобно расположить систему полиспаста.

· Тянуть полиспаст вниз.

· Регулировать натяжение переправы в процессе работы.

Важно!

При сильном натяжении переправы возникают очень большие нагрузки на крайние точки крепления переправы (рисунок 38).

Выводы из приведённой выше схемы следующие:

· Следует избегать чрезмерного натяжения переправ – это опасно!
Например:
При одновременной переправе по сильно натянутой переправе двух человек (Пострадавший + сопровождающий. Общий вес ~ 200 кг), за счёт неизбежного раскачивания переправы, пиковые нагрузки на крайние точки могут достигать 20KN (2000 кг) и выше! Такая нагрузка близка к пределу прочностных характеристик альпинистских карабинов, оттяжек и верёвок (с учётом потери прочности верёвки в узлах).

· Все точки крепления переправы, включая станцию крепления направляющего ролика и все её компоненты, должны быть исключительно надёжны!