Сравнение систем блокировки станций страховки на трех точках.
Результаты испытаний фирмы СМС Rescue.
Тема организации станций страховки для спасательных работ уже затрагивалась в статье «Спуск пострадавшего с сопровождающим по сложному горному рельефу подручными средствами». Представленная
ниже статья –перевод упомянутых там материалов испытаний, проведенных в
2007 году фирмой СМС Rescue. Доклад "A Look at Load-Distributing and
Load-Sharing Anchor Systems" был опубликован в материалах
международного симпозиума по технически сложным спасательным работам
(ITRS), проходившем в 2007 году в США. Электронную версию оригинала
статьи на английском языке мы выложили в открытый доступ. Скачать ее
можно по любой из следующих ссылок:
Хотя данные испытания имитировали условия проведения спасательных
работ по стандартам профессиональных спасателей США, полученные
результаты могут представлять интерес для всех альпинистов.
Хочется выразить большую благодарность Федору Фарберову за
предоставленные материалы и помощь при работе над переводом.
Фактически, статья – результат совместной работы в одной
альпинистско-литературной «связке».
Перевод и комментарии – fedor, vgr.
Несколько вступительных пояснений.
Целью данных испытаний было сравнение основных систем блокировок
станций, применяемых на практике североамериканскими спасателями для
спуска и подъема пострадавшего с одним или двумя сопровождающими.
· Вес груза обусловлен стандартом пожарно-спасательной службы США
(NFPA), согласно которому стандартный спасательный груз составляет 600
фунтов или 272 кг, что соответствует весу пострадавшего, акьи и двух
сопровождающих.
· Использование 12.5-мм статической веревки также обусловлено
стандартом NFPA. – это стандартная веревка, применяемая
пожарно-спасательной службой США. Из нее же обычно и делают станции.
Другие службы в Северной Америке, занимающиеся спасательными работами в
горах и вообще на природе используют 11-мм статические веревки.
Блокировка станций была изначально сделана в направлении
предполагаемой нагрузки, как это и должно происходить при спуске или
подъеме спасателя с пострадавшим.
Наши комментарии и пояснения отдельных мест самого перевода, выделены мелким шрифтом.
Рассмотрение компенсирующих и фиксированных систем блокировки для станций страховки.
Джон Мак-Кентли,
Брюс Паркер,
Седрик Смит
При организации станций на спасательных работах, использование
единственной абсолютно надежной точки - большая редкость. Обычно в
таких ситуациях нам приходится строить систему, которая должна
нормально работать при плохом размещении точек или распределять общую
нагрузку на несколько относительно слабых точек.
На практике применяются два типа многоточечных станций: с
фиксированной связью (Load Sharing Anchor, LSA) и компенсирующие (Load
Distributing Anchor, LDA).
Первый тип станций имеет ветви фиксированной длины, соединяющие
отдельные точки с одним общим пунктом приложения нагрузки. Нагрузка на
отдельные точки станции определяется двумя факторами: объективным
(длиной ветвей и углами между ними) и субъективным (тщательностью
предварительного натяжения ветвей при блокировке точек). При отказе
одной из точек, нагрузка на оставшиеся точки будет определяться их
расположением относительно общего узла и направлением приложенной
нагрузки. Идеальная 3-точечная станция первого типа показана на рис. 1.
Рис. 1
Здесь имеются три параллельных ветви приблизительно одной длины, на каждую из которых приходится треть общей нагрузки.
Чаще, однако, встречаются конфигурации, подобные показанной на рис. 2.
Отдельные точки расположены далеко друг от друга, что увеличивает
нагрузку на ветви. Если тщательно не выровнять натяжение ветвей при
завязывании узлов, общая нагрузка распределится на три точки
неравномерно.
Рис. 2
Компенсирующие станции, иногда называемые самоуравнивающимися или
«плавающими», имеют подвижные ветви, что в идеале, позволяет равномерно
распределить общую нагрузку на все точки – рис. 3.
Рис. 3
Углы между ветвями блокировки компенсирующей станции также влияют
на распределение нагрузок на точки, но, благодаря подвижности петель,
это влияние меньше, чем в фиксированных станциях. Однако, как показали
проведенные испытания, идеального выравнивания не происходит из-за
большого трения в карабинах, и распределение нагрузок на точки далеко
от желаемого результата.
Другая проблема подвижной связи - при отказе одной из точек, из-за
образующейся слабины блокировочной петли, на оставшиеся точки
приходится сильный динамический удар.
В наших испытаниях мы исследовали равномерность распределения нагрузки
и поведение станций разного типа при отказе одной из точек.
Испытательное оборудование.
На испытательном стенде были
смонтированы три точки с присоединенными к ним датчиками нагрузки. Для
измерения общей нагрузки на станцию, между испытательным грузом и
центральным пунктом также был установлен датчик - (рис. 4). Для
отсоединения одной из точек использовался пневматический механизм. Вес
испытательного груза - 2,65 кН или 270 кГ. Рис. 4. Испытательный стенд.
Для экономии времени, мы исключили действие одного из факторов,
влияющего на пиковую силу рывка. Как известно, под действием
динамической нагрузки, часть энергии падения поглощается при
затягивании узлов, что снижает пиковую нагрузку. Для того чтобы
избежать разброса данных из-за неравномерности затягивания узлов, в
наших испытаниях на всех станциях были проведены предварительные
сбрасывания испытательного груза. На станции, сблокированные веревкой,
груз сбрасывался трижды, а на станции из стропы – по одному разу.
Процедура испытаний.
После организации станций и их
визуального контроля, к ним прикладывалась статическая испытательная
нагрузка. Результаты "А" показывают нагрузку на каждую точку станции.
Затем, одна из точек станции освобождалась, имитируя внезапный отказ, и
измерялись пиковые нагрузки - общая и на оставшиеся точки (результаты
"Б"). При этом также фиксировалась величина "оседания" станции. Нужно
также упомянуть о поперечном смещении при отказе одной из точек. Большое поперечное смещение может привести к повреждению веревки об острый край и ее обрыву.
При имитации отказа средней точки (№2), поперечного смещения не
происходило, поскольку нагрузка ложилась на оставшиеся внешние точки.
При отказе одной из внешних точек, поперечное смещение (для
компенсирующих станций) составляло около 43 см.
Чтобы поперечное смещение составило 43 см, расстояние
между оставшимися точками должно быть около 86 см. Пропорции рис. 5 и 7
не соответствуют заявленным ниже длинам плеч и расстоянию между
точками. Видимо, такое большое смещение получилось благодаря цепным
оттяжкам и наличию датчика, которые видны на рис. 4.
Длина ветвей станций измерялась между местами перегиба веревки в карабинах – рис. 5.
Рис. 5. Длина ветвей станции
Результаты испытаний:
Рис.
6. График нагрузок при отказе средней точки станции №1. Нагрузка на
графике приведена в фунтах. Пиковая нагрузка составила 11,53 кН, из
которых на первую точку пришлось 7,65 кН, на другую – 6,47 кН.
Рис. 7.
Рис. 8.
Рис. 9.
Рис. 10.
Рис. 11.
Данный
способ применяется некоторыми спасательными формированиями в США.
Американцы используют усиленные восьмерки, чаще всего – стальные,
имеющие прочность 30-35кН. В целом весьма сомнительный способ
использования восьмерки! Допустим только при применении усиленных
спусковых устройств, предпочтительно – стальных.
Рис. 12.
Рис. 13.
Испытания
этой станции не доведены до конца из-за отказа посреди тестирования. О
причине и характере этого отказа в отчете ничего не сказано.
Есть сильные подозрения, что стропа просто порвалась, не выдержав
очередного рывка. Об этом говорит постепенное снижение общей пиковой
нагрузки при каждом последующем тесте. Такое вполне может быть при
прогрессирующем разрыве стропы. Получилось подобие разрывного
амортизатора.
Судя по фотографии, здесь используется «Webolette» - стропа с
прошитыми петлями на концах. В данной конфигурации, при отказе внешней
точки, ее карабин может проскочить через центральный пункт и карабины
оставшихся точек, что приведет к полному разрушению всей станции!
Рекомендованный производителями способ использования такой стропы
показан на рис. 14.
Рис. 14. Webolette предназначена только для организации фиксированной связи!
Рис. 15.
Выводы.
I. На рис. 16 представлены средние значения
нагрузок для всех испытанных нами станций. Как видно из этой диаграммы,
ни один способ блокирования точек не позволяет идеально выровнять
нагрузку по всем трем точкам станции.
Рис. 16. Распределение статической нагрузки на точки в испытанных станциях (тесты серии А1).
II. При отказе внешней точки, компенсирующие станции продуцируют
сильный рывок при посредственном распределении нагрузки на оставшиеся
точки. Станции с фиксированной связью в этой ситуации дают значительно
меньшее усилие рывка, но 88% этого усилия приходится лишь на одну из
двух оставшихся точек.
Рис. 17. Усилие рывка и распределение нагрузок при отказе внешней точки для станций разного типа.
III. При отказе центральной точки, некоторые типы станций с
компенсационной петлей имеют преимущества перед другими станциями
такого же типа, продуцируя меньший по величине рывок и лучшее
распределение нагрузок.
Рис. 18. Усилие рывка и распределение нагрузок при отказе центральной точки для станций разного типа.
******************************************************************************
Комментарии и дополнения переводчиков.
I. Выводы по результатам данных испытаний, применительно к спасательной практике:
1. Саморегулирующиеся (компенсационные) станции:
1.1. Равномерное распределение статической нагрузки в
саморегулирующихся станциях на трех точках – это миф! При заранее
известном направлении статической нагрузки, саморегулирующиеся станции
на трех точках не имеют существенных преимуществ в распределении
нагрузки на точки по сравнению с фиксированной блокировкой (см. рис.16).
1.2. Динамические показатели:
А) При отказе одной из точек сила рывка в саморегулирующихся станциях
на трех точках существенно выше, чем у станций с фиксированной
блокировкой. В данных испытаниях эта разница составила 3 раза и выше.
Б) Результаты распределения нагрузки после разрушения одной из точек в
саморегулирующихся станциях тоже далеки от идеала (см. рис. 18).
Равномерное распределение нагрузки между оставшимися точками после
разрушения одной точки в многоточечных станциях-компенсаторах – это
тоже миф!
В) Опасное боковое смещение веревки при разрушении одной из крайних
точек в саморегулирующихся станциях существенно больше, чем у станций с
фиксированной блокировкой.
2. Станции фиксированного типа:
2.1. Статическая нагрузка: При правильном выборе направления нагрузки и тщательном выравнивании ветвей блокировки, такие станции дают вполне приемлемое распределение нагрузки на точки.
2.2. Динамические показатели:
А) Сила рывка, который продуцируют станции фиксированного типа при
отказе одной из точек существенно меньше, чем у любых
саморегулирующихся станций. В данных испытаниях сила рывка у
фиксированной станции была как минимум в 3 раза меньше (см. рис. 18).
Б) Несмотря на то, что в фиксированных станциях при отказе одной
из боковых точек большая часть нагрузки приходится на одну из
оставшихся точек, вероятность отказа этой точки меньше, чем для станций
компенсационного типа.
II. При этих испытаниях не учитывались такие факторы как упругость
реального человеческого тела и амортизирующие свойства узлов. Поэтому
возникает вопрос: может быть, при использовании более эластичных
веревок, компенсационные станции дадут значительно меньший по величине
динамический удар?
Теоретический расчет силы рывка для некоторых комбинаций нагрузки,
материала блокировки и подвески груза приводится в таблице 1.
Расчеты сделаны для следующих условий:
·станция компенсационного типа сблокирована отрезком веревки или стропы 2м.
·каждый человек находящийся на этой станции имеет отдельную самостраховку длиной 0,5м.
·Происходит отказ центральной точки с «осадкой» станции на 13 см.
·Для учета упругости человеческого тела, условный вес занижен на 10% (1 человек – 72 кг).
·Для учета амортизации в узлах, значения упругости взяты из результатов
известных испытаний самостраховочных «усов» с двумя узлами «восьмерка».
·Для расчета использована «линейная» модель упругого поведения веревки.
Напомним, что экспериментальный результат CMC Rescue для аналогичной станции №1 – 11, 8 кН.
Таблица 1.
Хотя расчеты носят оценочный характер, можно заключить, что:
·при отказе одной из точек станции, сила рывка в первую очередь
зависит от количества человек, нагружающих станцию своим весом.
·Применение для блокировки точек станции даже суперэластичных
динамических веревок не может радикально снизить общую нагрузку при
рывке.
·Совместное использование малоэластичных материалов типа дайнемы и
для блокировки точек, и для самостраховок резко увеличивает силу рывка.
III. Общий вывод из результатов этих испытаний:
Для спасательных работ, когда точки страховки установлены и
сблокированы в направлении прилагаемой нагрузки, вся станция в процессе
работы нагружается большим весом в заданном направлении, а рывки в
разные стороны и большие перегрузки исключены - предпочтительно
использовать фиксированную блокировку станций.
Этот вывод применим и к некоторым ситуациям альпинистских
восхождений, например - когда станции страховки оказываются
нагруженными весом нескольких человек при восхождении многочисленной
группой или при организации висячего бивака на стенных восхождениях.
Ситуации с нижней страховкой на восхождениях здесь не рассматриваются – это тема отдельной статьи.
Для экономии места, из перевода отчета исключены информация об
авторах, промежуточные диаграммы и таблицы результатов испытаний.
Полная версия перевода размещена на сервисах:
Регистрация
