Расчет силы рывка при срыве
В некоторых ситуациях слишком долгое протравливание веревки приведет к удару страхуемого о рельеф. Страхуя, необходимо оценить, насколько критично падение страхуемого на большую глубину (нет ли там выступов, о которые он может удариться), а также длину конца веревки, находящегося по другую сторону страховочного устройства от страхуемого. Если условия позволяют, нужно постараться протравить… Читать ещё >
Расчет силы рывка при срыве (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Сила рывка на веревку зависит от веса человека и величины ускорения (торможение — это ускорение с обратным знаком), следующего за падением.
где F — сила рывка; т — масса человека; а — ускорение (со знаком минус, т. е. торможение).
Ускорение — это изменение скорости в единицу времени:
где Л?' — изменение скорости; t — время торможения. Тогда сила рывка.
где А? — изменение скорости, равное разности скорости, достигнутой при падении, и конечной скорости; Дг> = аптешя — vKom……
Поскольку Сопочная в момент остановки падения равна нулю, то Av =
^падения'.
Скорость, достигнутая при падении, рассчитывается по известной формуле.
где g — ускорение свободного падения (равно 9,8 м/с); h — известная нам высота падения.
Тогда сила рывка 
где t — время торможения.
В свою очередь время торможения (t) равно пройденному при торможении пути, равному удлинению веревки (Д?), деленному на среднюю скорость при торможении (^сред|тя).
Средняя скорость равноускоренного (равпозамедленного) движения равна средней арифметической скорости:
Поскольку «коме1щая = 0, то средняя скорость при торможении равна половине скорости достигнутой при падении:
Тогда время торможения t равно.
Время торможения равно удвоенной величине растяжения веревки, деленной на достигнутую при падении скорость:
msjlgh.
В итоге получаем b =- ,-,.
Рассчитаем силу рывка в конкретном случае.
1. Допустим, человек падает с высоты, веревка закреплена жестко, слабина на веревке составляет 10 м (рис. 4.48). Примем эластичность веревки (упругое растяжение веревки под нагрузкой) (k) равным 5% (k = 0,05).
Тогда человек пролетит в свободном падении до начала торможения веревкой 10 м (/? = 10). Длина веревки — 10 м (L = 10), вес человека — 80 кг (т = 80).
Рис. 4.48. Падение с высоты 10 м при длине веревки 10 м (срыв с верхней страховкой).
Удлинение веревки при торможении составляет (для заданной эластичности веревки) 5% от 10 м — 0,5 м (AL = 0,5).
Применяя формулу (4.1), получаем.
Сила рывка составит 15 680 Н (1568 кгс).
2. Теперь рассчитаем силу рывка в том случае, когда высота падения равна 1 м (h = 1), длина веревки также равна глубине падения — 1 м (L = 1) (рис. 4.49). Эластичность веревки при рывке также 5% (к = 0,05). Удлинение веревки при данной длине веревки составит 0,05 м (L = 0,05). Масса человека та же — 80 кг (т = 80). Применяя формулу (4.1), получим.
Рис. 4.49. Падение с высоты 1 м при длине веревки 1 м (срыв с верхней страховкой).
Сила рывка составит 15 680 Н (1568 кгс). Сила рывка в варианте 2, как и в варианте 1, равна 1568 кгс.
Таким образом, получается, что при глубине падения 10 м и при глубине падения 1 м сила рывка одинакова.
3. Рассмотрим теперь силу рывка при той же высоте падения, что и в первом случае, но при длине веревки в два раза меньше (и, соответственно, в два раза меньше ее растяжение при рывке) (рис. 4.50). Высота падения равна 10 м (h = 10); длина веревки в два раза меньше глубины падения — 5 м (L = 5); эластичность веревки при рывке та же — 5% (к = 0,05); удлинение веревки (AL = 0,05L) — и численно составит 0,25 м (AL = 0,25 м); масса человека та же — 80 кг (т = 80). В соответствии с формулой (4.1).
Сила рывка составит 31 360 Н (3136 кгс).
Рис 4.50. Падение с высоты 10 м при длине веревки 5 м (срыв с нижней страховкой)
Мы видим, что сила рывка увеличилась в два раза (по сравнению с первым рассмотренным вариантом) при той же высоте падения. Это произошло помому, что сила рывка гасится упругим растяжением веревки меньшей длины, чем в первом случае. Можно сказать, что на каждый метр веревки приходится нагрузка в два раза больше, чем в первом случае. Чем длиннее веревка, тем больше она поглощает энергии рывка, чем короче — тем поглощение энергии меньше.
Сила рывка на самом деле зависит от отношения высоты падения к длине нагружаемой при рывке веревки.
Учитывая, что ДL = kL, формулу (4.1) можно представить в виде.
h.
И если в первых двух случаях — = 1, то в последнем рассматриваемом h
случае — = 2.
Соотношение ^ называется фактором рывка.
Сила рывка прямо пропорциональна фактору рывка: если фактор рывка больше в два раза, то и сила рывка больше в два раза.
«Предельная нагрузка на организм при срыве, когда возможные повреждения становятся не совместимыми с жизнью, — около 450 кге (4,4 кН). Эта величина достигается уже при факторе рывка = 1,3, т. е. когда точка страховки находится чуть ниже человека»[1].
4. Теперь рассмотрим силу рывка при той же высоте падения, что и в первом случае (h = 10 м), и при той же длине веревки (L = 10 м), но веревку возьмем более эластичную (k = 0,25).
Соответственно, удлинение веревки составит 2,5 м (ДL = 2,5).
Масса человека та же — 80 кг (т = 80).
По сравнению с первым случаем увеличилось (в пять раз) только упругое удлинение веревки за счет растяжения при срыве. В соответствии с формулой (4.1).
Сила рывка составит 3,136 кН (313,6 кгс).
Сила рывка, но сравнению с первым случаем уменьшилась в пять раз! Хотя высота падения и фактор рывка остались такими же.
Увеличилась эластичность веревки, и в результате ослаб рывок.
Сила рывка обратно пропорциональна эластичности веревки. Если эластичность веревки больше в пять раз, то и рывок меньше в пять раз.
Или.
Сила рывка прямо пропорциональна жесткости веревки, если жесткость больше в пять раз, то и сила рывка больше в пять раз.
В результате рассмотрения приведенных примеров можно сформулировать следующее правило.
Сила рывка при жестком срыве зависит не от глубины падения человека, она зависит только от фактора рывка (соотношения глубины падения и длины веревки), эластичности веревки и веса сорвавшегося.
В формуле (4.2) наглядно видны все факторы, влияющие на силу рывка при жестком срыве (рис. 4.51).
Рис. 4.51. Факторы, влияющие на силу рывка.
Здесь мы не учитываем амортизацию рывка телом человека, ИСС, трение в карабинах, через которые пропущена веревка, потерю энергии на оплавление веревки в узлах, сопротивление воздуха при падении человека и т. д.
На самом деле рывок можно ослабить еще протравливанием страховочной веревки, применением амортизаторов, изменением схемы навески веревки.
Сила воздействия на верхнюю точку страховки. В том случае, когда после срыва обе ветки веревки, пропущенные через карабин точки страховки, уходят вниз, усилие, действующее на эту точку страховки при срыве, удваивается (если пренебречь потерей энергии падения из-за трения о карабин).
Так происходит оттого, что изображенный на рисунке карабин, по сути, представляет собой подвижный блок, в котором усилие увеличивается в два раза (если пренебречь трением).
При организации страховки следует учитывать, что к прочности точки страховки, от которой обе пропущенные ветки веревки уходят вниз, необходимо предъявлять удвоенные требования.
Прочие опасности срыва. Тот факт, что сила рывка не зависит от глубины падения, еще не говорит о том, что падать с большой высоты менее опасно, чем с малой. Падение на большую глубину более опасно из-за других факторов:
- • в «полете» можно удариться о выступы рельефа;
- • растянутая при срыве динамическая веревка стремится сжаться и, как резина, отправляет сорвавшегося вверх, при этом есть вероятность получить травму, задев за выступающие детали здания, сооружения или о выступ рельефа;
- • сильно растягиваясь, веревка трется о перегибы рельефа и легко может при этом повредиться;
- • при срыве с малой высоты больше шансов остаться в более безопасном вертикальном положении тела — человек просто не успевает перевернуться. При срыве с большей высоты, поскольку время падения больше, больше вероятность, что сорвавшегося перевернет или «положит» горизонтально. Это может привести к травме.
От высоты падения не зависит сила рывка, но прочие опасности при срыве с большей высоты возрастают.
Страховка с протравливанием веревки. Протравливание веревки — технический прием, который позволяет при срыве партнера уменьшить воздействие рывка на веревку и все остальные звенья страховочной цепи, в том числе уменьшить воздействие рывка на самого сорвавшегося. При такой страховке страхующий зажимает веревку не жестко, а так, чтобы она при рывке нротравилась на некоторую длину. Ослабление рывка зависит от длины протравленной веревки и усилия, с которым веревка протравливалась через страховочное устройство. Обычно на 1 м падения протравливают 0,5 м веревки[2].
Можно контролировать либо усилие, с которым страхующий зажимает веревку, либо длину протравливания. Проще контролировать усилие протравливания. В первый момент рывка следует зажимать веревку слабее. Затем надо плавно увеличить усилие на тормозном устройстве. Если длина протравливания получается слишком большой, нужно зажимать веревку сильнее или сделать большее число оборотов ее вокруг тормозящего элемента. Быстрое движение веревки при протравливании грозит ожогом рук страхующего и потерей страховки. Поэтому у страхующего руки должны быть в перчатках или в рукавицах-верхонках.
В некоторых ситуациях слишком долгое протравливание веревки приведет к удару страхуемого о рельеф. Страхуя, необходимо оценить, насколько критично падение страхуемого на большую глубину (нет ли там выступов, о которые он может удариться), а также длину конца веревки, находящегося по другую сторону страховочного устройства от страхуемого. Если условия позволяют, нужно постараться протравить веревку на достаточное расстояние[3].
Применяется также страховка с применением амортизаторов. При этом амортизатор смягчает рывок.
Страховка через восьмерку и другие ручные тормозные устройства.
При выбирании (выдаче) веревки рекомендуется поместить руки по обе стороны страхующего устройства или свести их вместе, обязательно держа обе ветки веревки (рис. 4.52).
Рис. 4.52. Страховка через спусковое устройство.
Можно для протягивания веревки поочередно быстро перехватывать ее кистями рук, внимательно следя, чтобы на веревке не оставалось слабины, либо поочередно продвигать руки, не отрывая их от веревки. Второй способ надежнее.
В любом случае следует сделать так, чтобы не отпускать свободную часть веревки, находящуюся перед тормозным устройством. Руки должны находиться на достаточном удалении от страхующего устройства, иначе при рывке пальцы может затянуть в устройство. Положение туловища должно быть устойчивым, одна нога выдвигается вперед для упора.
Страховка через поясницу, через плечо. Эти.
Рис. 4.53. Страховка через плечо и два карабина.
виды страховки в чистом виде не применяются по причине их ненадежности. Допустимо применение этого способа со страховкой через карабин (рис. 4.53).
Страховка через карабин (карабины). Этот способ страховки предполагает дополнительное трение о рельеф или о дополнительные карабины.
Следует закрепить карабин и пропустить в него основную веревку. Карабин должен быть расположен замком вверх. После закладывания в карабин веревки его муфту необходимо завинтить. Приемы выбирания и протравливания веревки здесь те же, что и при применении ручных тормозных устройств. Если отсутствует трение веревки о рельеф, страховка через один карабин неприменима. Обеими руками с помощью веревки можно удержать на весу груз порядка 50 кг, а через карабин — порядка 100 кг. При срыве человека возникают гораздо большие нагрузки, и требуется значительное увеличение силы трения. Можно страховать через два (и больше) карабина, организуя страховку так, чтобы, проходя через каждый карабин, веревка образовывала острый угол. Каждый перегиб через карабин создает дополнительное трение (при перегибе веревки на каждые 180° сила трения удваивается).