§7. Некоторые сведения из теории страховки Динамическая страховка
Страховка называется динамической, когда при ее применении в первую очередь учитывается динамика падения и торможения. Она применяется для «мягкой» остановки падения на крутых склонах, когда участник уже набрал некоторую скорость. Механизм ДС предназначен остановить участника, сведя к минимуму, с одной стороны силу страховочного рывка, с другой глубину его падения, чтобы снизить вероятность ударов о выступы склона.
В механизме торможения падения основную роль играет сила трения веревки на страховочных карабинах и технических устройствах при протравливании веревки в руках страхующего участника.
Принципиальная схема наиболее часто применяемой нижней динамической страховки представлена на рисунке. Для упрощения, на нем отмечены только верхний и нижний карабины цепи страховки, на которые сосредотачивается основная нагрузка страховочного рывка.
Рис. 26
Динамика торможения падения страхуемого участника в пустоте, без учета его ударов и трения о склон, описывается двумя формулами – формулой тормозного пути (верхняя формула) и формулой Эйлера, связывающей суммарный угол охвата карабинов страховочной веревкой и соотношение силы торможения Т падающего участника и усилие участником на страховке FЧ.
В формуле Эйлера коэффициент перед суммой углов охвата карабинов, представленных в градусах, равен 0,00384 (коэффициент для тонкого металлического прутка). Для других материалов охватываемых поверхностей и других материалов оплетки веревки (х/б, кивлар, шолк, фторопласт т др.) формула Эйлера будет иметь другие коэффициенты. Так для охвата страховочной веревкой ледового выступа, при 0ОС коэффициент Эйлера равен 0,001, для сухого дерева 0,006, для каменного выступа 0,015.
Если страховка осуществляется на склоне, в выше отмеченные формулы подставляется не полный вес страхуемого участника, а его эффективный вес РЭ=Р(sinα-fcosα). Здесь Р - полный вес, α – крутизна склона в градусах, f – коэффициент трения участника на склоне.
Сложность работы на динамической страховке заключается в выборе оптимального усилия торможения. Чем меньше усилие на страховке, тем больше глубина падения страхуемого и вероятность его травм о выступы склона. С другой стороны, меньший путь торможения обеспечивается большим усилием и вызывает больший страховочный рывок, который так же может непосредственно травмировать страхуемого, или стать причиной срыва страховочных крючьев.
Пример недостаточной верхней страховки
Часто на соревнованиях верхняя страховка обеспечивается только через один верхний карабином, закрепленный над маршрутом движения участников. Это касается как командной, так и судейской страховки. Веревка удерживается судьей или участником на страховке напрямую, руками в брезентовых рукавицах (рис. 21). Мы покажем, что такая страховка работает на пределе своих возможностей.
Рис.
27
Обычно считается, что путь свободного падения участника, при верхней страховке незначителен, а сильный динамический рывок отсутствует, и значит, удерживание страховкой происходит в статическом режиме. В этом режиме достаточное усилие человека на страховке определяется условием:
или 
Где FЧ – усилие человека на страховке, P – вес страхуемого участника, φ – угол перегиба страховочной веревки на верхнем карабине. Если допустить, что при страховке с нижней площадки угол перегиба на верхнем карабине обычно изменяется от 135О до 180О, а минимальное соотношение FЧ / P = е-0,00384х135= 0,6.
В частности, при весе страхуемого 80кГ, усилие страхующего не должно быть меньше 0,6х80=48кГ. При весе страхуемого 90кГ, это усилие должно превосходить 54кГ. Если вспомнить, что среднее мужское усилие на страховке составляет 50-60кГ, становится понятно, что такая верхняя страховка даже в статическом режиме работает ненадежно, на пределе своих возможностей.
Так как женское усилие на страховке в среднем составляет 35-40кГ, а условиями соревнований ТМ допускается женская страховка мужчин, она тем более ненадежна.
Кто участвовал на туристских соревнованиях в том или ином качестве, наверняка слышал возмущенные крики болельщиков - «Выбери страховку…!!!». Это означает, что при срыве страхуемого в этот момент, у него будет достаточно большой отрезок свободного падения. В момент торможения он наберет некоторую, возможно достаточно большую скорость и энергию падения. Такое торможение описывается формулами динамической страховки.
Для большей наглядности будем рассматривать не угол охвата верхнего карабина φ, а угол наклона страховочной веревки – θ, на нижней площадке (рис.27). Эти углы связаны соотношением φ + 90О – θ = 180О или θ = φ – 90О.
Ниже дана таблица рассчитанных коэффициентов торможений Δh/ΔL, в зависимости от коэффициента человеческого усилия на страховке КЧ = FЧ / P, для разных углов θ.
-
Работа верхней страховки с нижней площадки, через верхний карабин
КЧ
Угол наклона страховочной веревки θ
90О
80О
70О
60О
50О
40О
30О
20О
Коэффициент торможения падения Δh/ΔL
0,7
0,65
0,6
0,55
2,5
3,3
5
10
2,9
4
6,5
18
3,4
5
9
*
4,1
6,4
15
*
5
8,9
*
*
6,5
14
*
*
9
*
*
*
15
*
*
*
Верхняя строка коэффициентов торможения рассчитана для коэффициента усилия на страховке 0,7. Такой коэффициент получается при: Р = 90кГ и FЧ = 90х0,7 = 63кГ; при Р = 80кГ и FЧ = 56кГ; при Р = 70кГ и FЧ = 49кг и т.д. Из таблицы видно, что при уменьшении угла наклона веревки пролет торможения падения возрастает.
Так при слабине веревки 1м путь торможения падения составит: при угле наклона θ=90О – 2,5м; при θ=50О –5м; при θ=30О – 9м. Если слабина веревки и равный ей отрезок свободного падения увеличить до 2м, глубина пролета торможения увеличится в два раза, и составит: 5м; 10м; 18м. При слабине веревки 3м, глубина пролета торможения увеличится до: 7,5м; 15м; 27м.
При коэффициенте КЧ=0,65 пролеты торможения получаются больше. При этом, при наклоне веревки менее 40О (угол охвата карабина φ=90+40=130О), пролет торможения неограниченно возрастает. Страховка не может остановить падение. Происходит отказ, или потеря страховки.
При коэффициенте КЧ=0,6 потеря страховки происходит гораздо раньше, при наклоне меньше 60О. Это означает, что при соотношении FЧ / P = 0,6, при наклоне страховочной веревки от 60О до 90О страховка действует, а при меньших наклонах уже не сможет остановить падения. В этом диапазоне происходит потеря страховки.
При коэффициенте КЧ=0,55, как видно из таблицы, страховка действует только в небольшом диапазоне углов наклона, близком к вертикали. Участок площадки, где страховка действует, ограничится достаточно малым радиусом Rстр = Hcosθ, где Н – высота скалы. При θ=80О допустимый радиус удаления страхующего участника от вертикали верхнего карабина составит пятую часть высоты скалы. В этом случае даже небольшое перемещение страхующего участника по нижней площадке может привести к потере страховки.
Таким образом, выявляется, достаточно незаметный внешне, и опасный фактор, который неожиданно для страхующего участника может привести к отказу страховки. Этот фактор проявляется в следующих ситуациях:
1. Прямая верхняя страховка не сможет удержать страхуемого участника, даже в статическом режиме, если отношение силы страхующего к весу страхуемого принимает значение, меньше некоторой величины. Такие соотношения реально возможны на практике. (при страховке слабым физически участником тяжелого напарника, при применении скользких страховочных рукавиц, при страховке участника с грузом и др).
2. Возможен визуально не контролируемый отказ верхней страховки при перемещении страхующего участника по нижней площадке.
Это говорит о том, что верхняя страховка через один верхний карабин работает на пределе своих возможностей. Рекомендовать такую страховку нельзя.
Для увеличения надежности страховки вводится дополнительный элемент трения веревки в нижнем пункте. Для этого оборудуется нижний пункт судейской страховки с дополнительным перегибом веревки на карабине, или на тормозящем устройстве (восьмерке, шайбе и др.).