Эффективность различных элементов в системе полиспаста
Доброго дня.
Хочу поделиться результатом своего эксперимента.
Целью эксперимента являлось определение эффективности (КПД) различных элементов, таких как карабин, блок-ролик, спусковое/страховочное устройство, различные узлы, в системе полиспаста.
Все элементы, попеременно, были закреплены на месте первого блока:
В остальных местах были установлены полностью идентичные блок-ролики с подшипниками качения. Для контроля, был замерен полиспаст состоящий только из этих роликов. Узлы, на веревке, не перевязывались и первоначально были затянуты под собственным весом. Веревка Tendon статика 10 мм.
Измерения снимались с электронного безмена при постоянной динамической нагрузке, бралось среднее 3-4 значений, пиковые значения не учитывались.
Вес груза 25,3 кг.
Наличие отклоняющего блока (девейтора) объясняется возможностью работы такого полиспаста противовесом, то есть вытягивания веревки собственным весом, что, на основе моего опыта, значительно проще, чем если это делать силой рук.
Было взято несколько допущений:
- Эффективность стационарных роликов считалась одинаковой, что объясняется одной моделью (Вертикаль Sturdy), одинаковым сроком службы и применением в одинаковых условиях, в зале для отработки спасработ.
- Вес веревки и вес снаряжения в полиспасте не учитывался.
- Не допускалось трение и пересечение ветвей полиспаста, все полиспасты были собраны максимально эффективно, для того или иного элемента снаряжения.
Итог:
n(КПД)[Карабин]=0,75;
n[Блок-ролик Верт. а-ля Fixe]=0,88;
n[БР Верт. Sturdy]=0,84;
n[БР Petzl Mini]=0,86;
n[БР Petzl Ultralegere]=0,84;
n[БР Petzl Protraxion]=0,95;
n[Стакан Верт. стар.]=0,75;
n[Стакан Верт. нов.]=0,72;
n[СУ Petzl Stop]=0,74;
n[Восьмерка Petzl]=0,66;
n[СУ Petzl Gri-Gri]=0,78;
n[Узел УИАА]=0,65;
n[Узел Гарда]=0,69.
Несколько более подробное рассмотрение результатов:
1. Карабин (n=0.75)
Преимущество карабина я вижу только в малом весе и отсутствии мало используемых элементов.
Надо сказать, что теоретическая эффективность полиспаста на карабинах, в представленном варианте 3:1, всего лишь 1,26. То есть при подъеме груза в 70 кг. через полиспаст, приходится вытягивать 56 кг.
На деле эффективность еще ниже, так как неизбежно появляется трение между соседними ветвями полиспаста, которые расположены в одном карабине. По этой причине я советую не использовать отклоняющий элемент (девейтор) в полиспасте состоящем из карабинов. Фактическая эффективность полиспаста с девейтором на карабинах получилась 0,75, то есть подъем груза в 70 кг., станет подъемом груза в 93 кг.
2. Блок-ролики (n=0.84-0.95)
Высокая эффективность Petzl Protraxion, на мой взгляд, объясняется малым сроком использования и ограниченным применением, эти блок-ролики были не так давно приобретены и использовались с десяток раз в зале при рабочих нагрузках.
Ролики Вертикаль советую брать несколько насторожено, из всех представленных на первом фото роликов этой фирмы, только Sturdy и а-ля Fixe зарекомендовали себя неплохо, оставшиеся достаточно быстро потеряли эффективность. Вот только Sturdy полностью стальной, а а-ля Fixe применялся только в условиях скалодрома.
Хочу обратить внимание на одно из главных преимуществ, на мой взгляд, роликов формфактора Fixe:
Слева в ролик заходит грузовая веревка, которая далее уходит в зажим и далее в следующий ролик. Такое закрепление жумара максимально уменьшает холостой ход полиспаста, но необходимо использовать овальные карабины формата Petzl OK, чтобы не слетел с позиции жумар.
Пластиковый ролик Petzl Ultralegere неплохо себя показал, но мне кажется его эффективность несколько снизится при большем весе. У некоторых знакомых остался негативный опыт его использования, связанный с постоянным соскакиванием веревки с самого ролика, я эту проблему решил, вырезав из полиэтиленовой разделочной доски ограничивающий кожух:
Надо отметить, что при натяжении полиспаста с применением блок-роликов и жумара как тягового элемента, количество человек должно составлять не более 3-х при использовании роликов с подшипниками скольжения и не более 2-х человек при роликах на подшипниках качении. Так как нагрузка на жумар приближается к нагрузке срыва оплетки с веревки забчиками жумара.
Получена эффективность полиспаста с девейтором в пределах 1,64-2,2. То есть при подъеме груза в 70 кг., необходимо выбирать 42,3-31,8 кг.
3. Страховочные/спусковые устройства (n=0.66-0.78)
Все устройства были закреплены в варианте автоблокировки.
Высчитана эффективность потертого стакана, часто использовался в течении 3х лет, и нового, соседнее отверстие от основного, почти не использовалось.
Самую низкую эффективность показала восьмерка в варианте автоблокировки, да к тому же невозможно быстро перейти с подъема на спуск, веревка блокируется весом груза.
Немного поближе рассмотрим Gri-Gri. Насколько мне известно, запрещено натягивать полиспаст через страховочное устройство Petzl Gri-Gri, это связанно с тем, что на этом устройстве отсутствует блокировка хода эксцентрика, в отличие от Petzl Stop. Есть вероятность перекуса веревки при пиковых нагрузках. Stop при определенной нагрузке начинает выдавать веревку.
4. Различные узлы (n=0.65-0.69)
На мой взгляд, данные узлы имеют малую эффективность и должны применяться только при подъемах небольших грузов без девейтора.
Так же в ходе эксперимента измерена эффективность полиспаста в зависимости от диаметра веревки, и отдельно, в зависимости от наличия только одного ролика:
Полиспаст 3:1 с девейтором и тремя одинаковыми роликами:
- 6 мм статика Коломна(?) - 2.2;
- 10 мм статика Tendon - 1,78;
- 12 мм динамика (старая) - 1,65.
Наиболее эффективно располагать ролик в девейторе, далее во втором ролике, далее в первом.
Upd:
В этой статье не рассматривается эффективность различных систем полиспаста, а рассматривается эффективность элементов из которых состоит полиспаст.
Если не вдаваться особо в механику, эффективность любого полиспаста X:1 (3:1, 4:1, 5:1 ...) может быть рассчитана:
N=X*n(1)*n(2)*...*n(i); (n(i) - эффективность каждого элемента участвующего в системе)
Далее можно найти какую минимальную силу (вес) надо приложить для подъема груза (условно, работу совершает сила тяжести):
m=M/N; (M- вес груза, который необходимо поднять).
Объясните своими словами,плз...:)
Был на Риске отличный разбор полиспастов.
В работе при подъеме грузов, я лично использую такую схему, очень эффективно.
Один человек средней комплекции легко поднимает груз 100-125 кг. до 25-30 метров.
Всегда было интересно знать в процентах что из чего вытекает.
Хотя основное это работа в двойке, значит один должен все это сделать с грузом.
И надо предложить минимальное и легкое снаряжение для потоскуна. Такие тяжелые ролики с собой таскать не будешь на беседке
Используя некоторые формулы из школьной физики и полученные мной данные, можно рассчитать эффективность любого полиспаста, с тем или иным элементом. Так например эффективность вашего полиспаста 3,9 от положенных 6, что вполне неплохо, в вашем примере идет вытягивание 32 кг.
Вот только, я не встречал в горах людей, которые таскали с собой хотя бы Protraxion.
Информацию, с запретом использования Gri-gri, я получил от опытного спелеолога, который является разработчиком правил SSF. Сам он, насколько мне известно, многократно участвовал в спасработах, а так же проводил семинары Спасательных работ в пещерах.
Я лишь показал информативность подачи.
Вместо протрекшена, можно поставить мини-трекшен, ну или зажим и ролик, только немного поменять схему. Эффективность упадет конечно.
Думаю что на восхождение и ролики не берут совсем.
Если рассматривать только для восхождений, для начала нужно определить для каких целей, для подъема баулов, или для спасения напарника. Других вариантов вроде нет.
И спокойно просчитать все варианты, исходя из реальности, что берут люди на гору.
Тогда будет полезно...не улавливает мозг такую подачу...
Хотя даёт толчок к исследованию вопроса.
Спасибо!
Я согласен с вами, что необходимо выбирать снаряжение в зависимости от задачи. Сам эксперимент проводился для обоснования выбора того или иного снаряжения, просто позже я решил поделится результатами и написал статью. То что я нашел в интернете и методичках зачастую имеет несколько теоретический характер и не подтверждается на практике.
Главное правильно подобрать карабины, какие уже не помню.
Если аккуратно работать, то веревка практически на соскакивает и трение уменьшается заметно. Дальше теже гри, зажимы и кусок резинки закальцованной 20 см для правильного работы зажимов(это от спелеологов пошло).
На работе постоянно себя через такой таскаю
Для спасов и вытягивания баулов на стенном маршруте они просто необходимы и их берут однозначно. Причем PRO TRAXION предпочтителен чем MINI TRAXION.
Интересны были бы результаты с такими же манипуляциями ,но с блок -роликом 2 (закрепленный стационарно).
Спасибо за пост.
Преимущество карабина я вижу только в малом весе и отсутствии мало используемых элементов.
Надо сказать, что теоретическая эффективность полиспаста на карабинах, в представленном варианте 3:1, всего лишь 1,22. То есть при подъеме груза в 70 кг. через полиспаст, приходится вытягивать 58,3 кг.
Откуда взялась цифра 1.22? Она как-то вытекает из 0.75?
Должно быть 1,26. Я изначально допустил ошибку при расчете эффективности карабина, везде исправил, в этом месте забыл.
Но нам, читателям, хотелось бы больше практической пользы.
Ваши выводы(расчеты), не совсем объективны, и даже могут вводить в заблуждение.
И вот почему:
1. Вы подопытный ролик(устройство) ставите в точку 1, а самая критичная (влияющая на КПД системы), это точка, ближайшая к рукам. Из этого следует, что вертикалевские ролики в результате накапливают большую погрешность. В итоге цифры КПД подопытного устройства значительно "усредняются".
2. Эта гипотеза подтверждается тем, что по вашим результатам КПД шайбы в автоблоке равен КПД простого карабина (или очень близок к нему). Но для всех очевидно, что это не так.
3. Повторите ваши измерения, поставив испытуемое устройство ближе к рукам. Увидите, что результаты будут совсем другие.
4. Как вы сами знаете, большое значение имеет и качество веревки, состояние устройств - у всех оно разное. Результаты очень сильно будут отличаться.
Из всего вышесказанного мной, можно сделать вывод: Ваши цифры некорректно предлагать использовать в расчетах для всех желающих. Они верны только для вашей конкретной ситуации (набор веревок и устройств).
В любом случае СПАСИБО. Надеюсь, вы продолжите свои опыты, и предложите нам следующую статью.
1. - Во время всех измерений стационарные ролики не снимались и не менялись местами, и данная погрешность является систематической, то есть влияет на все измерения в равной степени.
2. - Я написал, свое мнение насчет результата пластикового ролика в статье. Да и не стоит забывать, что на пластиковом ролике при значительно больших нагрузках будет сильнее проявляться упругая деформация, что повлияет на эффективность.
3. - Еще во время эксперимента, для контроля значений, я замерил значения с полиспаста без девейтора и с элемента без полиспаста для первых трех образцов. Значительных отклонений от представленных я не заметил, поэтому продолжил с девейтором. Данная система использовалась из-за возможности снятия значений при равномерном подъеме при меньших затратах сил.
По п.1 Соотношение не изменится, а абсолютные величины ТОЧНО изменятся. Проверено на практике.
По п.2 Пластиковый ролик я не обсуждал. Речь шла об устройстве в автоблоке и карабином безникто.
По п 3. Я предлагаю вам всего лишь изменить место установки испытуемого ролика. Если попробуете - увидите на результатах.
Спасибо.
Если не вдаваться особо в механику, эффективность любого полиспаста X:1 (3:1, 4:1, 5:1 ...) может быть рассчитана:
N=X*n(1)*n(2)*...*n(i); (n(i) - эффективность каждого элемента участвующего в системе)
По этой формуле получается, что эффективность полиспаста в равной мере зависит от эффективности всех его составляющих. Но согласно физике работы полиспаста, эффективность первого ролика имеет наибольшее влияние на фактический выигрыш в силе, а эффективность последнего ролика - наименьшее. Поэтому самый эффективный ролик всегда ставят в начале полиспаста, там где человек тянет.
А ещё эффективность карабина в 0.75 вызывает вопросы, меня учили, что эффективность карабинов в полиспасте около 0.5. Как именно считалась эффективность карабина в системе полиспаста?
Вы правы эффективность зависит от расположения элемента в полиспасте, но полученные мной значения эффективности разнятся в пределах 3-5% в зависимости от расположения. Поэтому я не стал заострять на этом внимание, я просто написал об этом в конце статьи.
Насчет эффективности карабина, я так же встречал значение 0.5, причем нашел методичку, где про это упоминалось. В ней не говорится, на основании чего взято такое значение, создается впечатление, что 0.5 бралось условно, для наглядности предоставления информации. Скорее всего, это значение закрепилось в памяти и пошло "по рукам" как константа.
Если карабин стоит в начале полиспаста, то фактический выйгрыш в усилии получится 0.75+0.75+0.75=2.25:1, Эффективность полиспаста 2.25. Если же карабин стоит в конце полиспаста, то выйгрыш в усилии получится 1+1+0.75=2.75:1, эффективность полиспаста 2.75, Разница в эффективности 100*(2.75-2.25)/2.75=18.2%. А по вашей формуле получается всегда 2.25.
Другой пример. Предположим, что полиспаст полностью на карабинах. Тогда фактический выйгрыш в усилии будет 0.75+0.75*0.75+0.75*0.75*0.75=1.73:1, эффективность 1.73. По вашей формуле 3*0.75*0.75*0.75=1.27. Считаем разницу 100*(1.73-1.27)/1.73=26.6%
Это для второго
Суперпозиция возникает в месте крепления различных блоков к грузу, отсюда и возникает выйгрыш в усилии.
Я все таки не согласен с вами в плане расчета эффективности. Не могли бы вы более развернуто пояснить свою точку зрения? А то ваш расчет очень сильно напоминает пример представленный в методичке, в ней вообще не объясняется логика расчета эффективности.
А эффективность самого полиспаста соответственно равна усилие на выходе разделить на усилие на входе, то есть выйгрыш в усилии.
Работать по вашей формуле определения эффективности можно, если речь идет не о полиспасте, а о простом перенаправляющем блоке
если теория противоречит фактам, то тем хуже для фактов? выше есть график, на котором видно что трение в карабине зависит от материала и диаметра верёвки. ещё оно зависит от диаметра и формы прутка карабина.
По логике максимальное трение там, где максимальные усилия.
То есть, на ближайшем к грузу карабине или блоке.
Там и нужен, в первую очередь, ролик.
Не?
Логично, однако через первый ролик полиспаста передается наибольшее усилие на груз, остальные ролики вносят меньший вклад в общее усилие, схема сил показана выше. Поэтому самый эффективный ролик ставят вначале, а не в конце.