Авторы: Wolfram Vogel and Folker Bocksch, Institute of Mechanical Handling University of Stuttgart. Перевод: Степанов Евгений, Екатеринбург Публикуется на правах рекламы

 

Потеря надёжности верёвки из-за циклических спусков при лазании с верхней страховкой

Представлена на конференции по вопросам нейлона и верёвок в Турине в 8-9 марта 2002 г.

Полная версия этой статьи была впервые опубликована в журнале EUROSEIL, Deutsche Ssilerzeitung, 1966, #2.

1. Введение.

На коротких спортивных скальных маршрутах, искусственных рельефах и т.д, скалолаз может найти короткие участки любой сложности. При верхней страховке, страхуют чаще всего с земли. Веревка присоединена к системе скалолаза, идет от неё к конечной точке трассы, где проходит через карабин и возвращается к страховочному устройству. По причине такого расположения, фактор рывка, который описывает отношение высоты падения спортсмена к длине выданной веревки, а также воздействие на спортсмена в случае срыва, мал. Когда спортсмен достигнет конца трассы, страхующий спускает его вниз. Во время спуска веревка перегибается через верхний карабин и страховочное устройство.

При лазании с верхней страховкой, как правило, используется динамическая веревка. Такая веревка в результате срыва скалолаза подвергается динамическим нагрузкам. Надежность веревки определяется количеством выдерживаемых стандартных рывков, которое подсчитывается при проведении теста с новой веревкой согласно стандарту DIN EN 892 (UIAA Standard 101). В процессе использования веревка также подвергается механическому, температурному и химическому воздействию. Подобное совместное воздействие снижает первоначальную прочность веревки.

Снижение прочности веревки приведет к потере надежности веревки, что выражается в уменьшении количества выдерживаемых веревкой рывков.

Значительные механические нагрузки при верхней страховке происходит в результате перегибания веревки в верхнем карабине и в спусковом устройстве. В данном исследовании веревки подвергались исключительно перегибу во время многократных спусков и проверялась потеря верёвками надежности. Были использованы три различных страховочных устройства.

2. Перегибание верёвки при многократных спусках.

При лазании с верхней страховкой направление веревки меняется при перегибе через карабин и в страховочном устройстве. Шайба Мюнтера (Mh), "восьмерка" и "гри-гри" (GG) использованные для страховки, показаны на рис.1.

Mh и "восьмерка" были разработаны как динамические страховочные устройства. Чтобы остановить падение необходимо прикладывать усилия со стороны страхующего (удерживать веревку руками). Определение "динамическое страховочное устройство" происходит от тормозящего эффекта: во время падения сила рывка может быть уменьшена протравливанием веревки через устройство. В Mh направление веревки меняется дважды, когда она контактирует с карабином и дважды, когда есть контакт "веревка-веревка". В "восьмерке" веревка испытывает три перегиба в контакте с металлом ,- "веревка-металл".

GG представляет собой статическое страховочное устройство. Веревка закладывается вокруг эксцентрика с желобком. С помощью рычага эксцентрик располагается в нужной позиции, веревку можно выдавать во время лазания страхуемого. Во время спуска положение эксцентрика и, следовательно, удерживающую силу можно менять, варьируя скорость спуска, к сожалению не очень плавно. Торможение происходит автоматически, без помощи страхующего. Эффект динамического торможения при использовании GG происходит только при движении страхующего, который может приподняться.

Перегиб веревки через верхний карабин радиусом 5 мм. происходит под углом (160 -180 град.), в зависимости от горизонтальной дистанции страхующего от вертикальной линии, проходящей через верхний карабин.

3. Воздействия на веревку при спуске.

Сила, воздействующая на веревку во время многократных спусков зависит от массы спортсмена и от положения веревки в страховочной цепи. Для динамических страховочных устройств Mh и "восьмерка" при спуске груза массой 80 кг измеряли силу F2 на участке верёвки между верхним карабином и страховочным устройством и силу торможения, создаваемую рукой страхующего FH. Экспериментальное расположение показано на рис.2. Угол загиба веревки в верхнем карабине этом подсчете составил примерно - 170 град.;. Подсчеты производились при использовании новой веревки, а также использованной с "пушистой" оплеткой. Результаты показаны в таб.1. Сила F1 между спортсменом и верхним карабином равна массе спортсмена. Сила F2 между верхним карабином и страховочным устройством составляет 56% от спускаемой массы для новой веревки. При использованной веревке сила как и ожидалось -меньше, около 46% от массы. Тормозящая сила зависит от выбора страховочного устройства. При использовании новой веревки; "восьмерка" - 11%, Mh - 4% от массы. При использованной веревке сила возвращается до 7,6 и 2,5%.

4. Веревки

Всего было использовано 8 различных веревок. Большинство тестов проводилось на трех отдельных веревках, изготовленных Европейскими производителями (ARROVA-MAMMUT AG, CH; EDELMAN+RIDDER CMBH+CO., D-Insy i.A.; MARLOW ROPES LTD., GB-HAILSHAM). Все веревки были протестированы в соответствии со стандартом DIN EN 892 в Институте Механики Штуттгарта.

5. Процедура теста

Тест проводился в два этапа. На первом этапе веревки ``старяться'' при помощи n-ного количества спусков при использовании различных страховочных устройств. Затем они тестируются на срыв согласно DIN EN 892.

5.1 Старение веревки при помощи спусков

Процедура спуска при лазании с верхней страховкой была имитирована в лаборатории. Дополнительные факторы, такие как, трение о поверхность и влияние окружающей среды были исключены. Страховочное устройство прикреплено к полу короткой оттяжкой.

Цикл спуска представлял собой следующее: вес поднимался к верхнему карабину с краном, использую другую веревку. Тестовая веревка протягивалась позади......Затем вес спускался вниз. Скорость спуска около 1м/с. Процедура спуска повторялась N= 20, 40, 80 и 80 раз. После каждого теста, два образца длиной 3,8 метра изымались для теста на срыв. Одна часть веревки перегибалась только через скобу верхнего карабина, друга часть только через страховочное устройство n-ное количество раз. После теста - старения, поврежденний оплетки не было обнаружено.

При страховке с Mh и с "восьмеркой" вес может быть практически плавно, без рывков спущен на пол. Это возможно, т.к, силу, прикладываемую тормозящей (регулирующей) рукой и, следовательно, скорость спуска можно тонко регулировать. При страховке с GG, процедура спуска может быть грубой. Перед достижением пола движение груза длджно быть резко замедленно. В процессе этого на веревка испытывает дополнительнуя динамическуя нагрузку. На рис.3 показаны результаты измерения силы, возникающей в верёвке, в стандартном цикле спуска с использованием GG. После остановки веревки в GG, максимальная сила состовляла примерно 2,8 от силы, фиксируемой при спуске груза.

5.2 Динамические тесты.

Тесты со старой веревкой проводились в соответствии с DIN EN 892, на стенде в Институте Механики в Штуттгарте. Стенд снабжен грузом, падением которого можно управлять. Вес используемого груза -80 кг. Для каждого теста требовалась веревка длиной 3,8 м. Использовались фрагменты веревки, которые были как контакте с верхним карабином, так и со страховочным устройством. Тестируемый образец присоединялся к падающему грузу. Веревка пропускалась через отверстие (грань с 5мм радиусом - эквивалент скобы карабина), затем привязывалась трижды к точке закрепления и окончательно фиксировалась в хомуте. Затем веревка подвергалась статической нагрузке и через минуту окончательно устанавливалась свободная длина (2500+- 20 мм). После срыва груз пролетает 5000 мм, перед тем как веревка натянется и погасит энергию, произведенную падающей массой. В течении первого срыва подсчитывается и записывается сила удара. После первого срыва веревка разгружается в течение минуты. Между двумя последующими срывами временной интервал составляет 5+-0,5 минут. Тесты повторяются до разрыва веревки.

6. Количество рывков без повреждения верёвки.

Все тестируемые образцы до этого не были в употреблении (согласно DIN EN 892). Испытания проводились на трех образцах. Согласно минимальным требованиям стандарта, каждый образец должен выдержать, по крайней мере, 5 рывков без повреждений. Среднее значение количества рывков без повреждений обозначается как n_u. Среднее значение количества срывов без повреждений ``состаренных'' образцов обозначается n_g. Относительное число рывков без повреждений  n_g/n_u указано на графике в зависимости от количества спусков N. На графиках 4, 5 и 6 показаны результаты для веревок, которые проходили только через страховочные устройства. Для Mh (рис.4) и "восьмерки" (рис.5) связь между относительным количеством рывков без повреждений и количеством циклов спуска примерно линейная. Повреждения веревки более заметны при использовании Mh, т.к веревка больше раз оборачивается вокруг устройства, а также из-за контакта "веревка-веревка". Части веревки, подвергнутые 80 циклам спуска, потеряли около 50% первоначальной прочности. Для участков веревки, которая использовалась с GG (рис.6), относительное количество рывков без повреждений верёвки резко снижается после нескольких циклов спуска и затем продолжает назначительно снижаться. Снижение это меньше чем у образцов Mh и "восьмерки". Такое поведение является следствием дополнителного динамического воздействия, которому веревка подвергается в конце спуска. График относительного количества рывков без повреждений к количеству спусков для участков веревки, которые контактировали только с верхним карабином, показан на рис.7. (Mh и "восьмерка") и рис.8.(GG). Для обоих методов страховки отношениеn_g/n_u  снижается с увеличением числа циклов спуска. Для динамических страховочных устройств зависимость количества таких рывков линейно уменьшается с увеличением числа спусков. Снижениеn_g/n_u , несмотря не сильное воздействие на веревку в месте перегиба через верхний карабин, стабильно меньше чем для участков веревки, используемых в страховочных устройствах. Для статической страховки с использованием GG показано уже известное отношение n_g/n_u к N. Относительное количества рывков без повреждений верёвки, определенное в этих тестах, как результат перегиба веревки во время спусков при лазании с верхней страховкой оценивается методом регрессионного анализа. Линейное уравнение, выведенное для динамической страховки с использованием Mh и "восьмерки":

(n_g/n_u) = a₀ + a₁ N (1)

Для статической страховки с GG выведено экспоненциальное уравнение

(n_g/n_u) = b₀N^b1 (2)

Уравнение 2 приведено к логорифмической форме:

lg(n_g/n_u) = c₀ +c₁lgN (3)

Регрессионный расчёт даёт значения констант a0 и a1, а также c0 и с1. В таблице 2 константы a0 и a1, стандартное отклонение s и коэффициент смешанной корреляции, B = rІ приведены для динамических страховочных устройств. Таблица 3 содержит константы, найденные для статического страховочного устройства. Результаты вычислений, представлены на графике в виде сплошной линии (рис.4, 8). Дополнително, 95% доверительного интервала показано пунктиром.

7. Заключение.

Динамические тесты, проводимые с "состаренными" альпинистскими веревками, показали, что с увеличением количества спусков количество выдерживаемых срывов сильно уменьшается. Участки веревки, контактировавшие с "восьмеркой" и Mh всего лишь после 80 циклов теряют половину или даже больше первоначальной прочности. Такая потеря прочности наступает примерно, через несколько дней лазания с верхней страховкой. В сочетании с другими факторами, ухудшающими качество веревок, можно ожидать дальнейшее снижение количества выдерживаемых рывков. Потеря прочности не является слишком значимой для веревок, используемых исключительно для верхней страховки, т. к. фактор срыва небольшой, но очень неблагоприятен при лазании с нижней страховкой, где возможны срывы с большей высоты.