a. Thiết lập hệ ròng rọc cơ bản
Hệ thống cơ học ứng dụng dây, ròng rọc và móc khóa (gọi tắt là hệ ròng rọc) là một hệ thống được thiết kế để thay đổi hướng hoặc độ lớn của một lực cần thiết nhằm thực hiện công có ích, hoặc dùng để chuyển đổi và truyền năng lượng. Trong các ứng dụng cứu nạn, cứu hộ hệ thống ròng rọc cho phép người sử dụng nâng được tải trọng bằng một lực kéo nhỏ hơn tải trọng.
Các lực trong hệ ròng rọc cơ bản gồm có tải trọng P, lực căng dây T , và lực kéo F, ngoài ra còn có tính đến lực ma sát giữa các thiết bị của ròng rọc. Ròng rọc cố định có tác dụng đổi hướng của lực, ròng rọc động có tác dụng giảm lực kéo tải trọng. Lực tác dụng lên điểm neo ròng rọc cố định có thể gấp đôi lực kéo cần thiết (cụ thể điểm neo ròng rọc cố định R1 gấp đôi lực căng T trên dây).
Khi sử dụng hệ ròng rọc cần chú ý tới hiệu suất. Hiệu suất của hệ ròng rọc theo lý thuyết được xác định bằng tỷ lệ giữa hiệu suất cơ học và tỷ lệ quãng đường di chuyển, cụ thể xác định hiệu suất của hệ ròng rọc được tính toán như sau: Bài toán đưa ra: Hệ ròng rọc gồm 1 ròng rọc cố định và 01 ròng rọc động sử dụng lực 40 kN để di chuyển tải trọng có khối lượng 80 kN, với quãng đường di chuyển là 1m, vậy hiệu suất ròng rọc được tính là:
Hiệu suất cơ học:
R1 F T R2 P Hình 2.1: Hệ ròng rọc cơ bản
HF =
Tỷ lệ quãng đường di chuyển:
Hd = khoảng cáchdi chuyểntải trọng
Hiệu suất của ròng rọc: Hrr =
Trên thực tế, do tác dụng của ma sát
hiệu suất ròng rọc giảm đi. Trong hoạt động Điểm neo
cứu nạn, cứu hộ thì hiệu suất của hệ ròng rọc tiêu chuẩn phải đạt từ 90 - 95%.
Trên thực tế, khi có lực ma sát trong hệ ròng rọc thì hiệu suất của hệ ròng rọc giảm, do đó, cần tính toán xác định lực cần thiết để di chuyển tải trọng theo hiệu suất này. Ví dụ với hệ ròng rọc 3:1, và hiệu suất 90% thì chỉ kéo được tải trọng gấp 2,7 lần so với lực kéo thay vì gấp 3 lần như hệ lý thuyết.
Khi sử dụng Móc khóa thay thế cho ròng rọc động, thì hiệu suất của hệ còn giảm nhiều hơn so với sử dụng ròng rọc trong hệ thống vì ma sát, cũng như biến dạng của dây nhiều hơn. b. Một số hệ ròng rọc cơ bản 0,81 0,9 1 0,9+1=1,9 Tải trọng Hình 2.2: Tính toán lực tác dụng lên tải trọng
Tên của các hệ ròng rọc phụ thuộc vào tỷ lệ tính toán theo lý thuyết giữa tải trọng và lực kéo tải trọng sau khi qua hệ ròng rọc. Một số hệ ròng rọc đơn giản phổ biến được sử dụng trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ như sau:
Hệ 1:1 Hệ 2:1 Hệ 2:1 kết hợp đổi hướng
Hệ 3:1 Hệ 3:1 đổi hướng Hệ 4:1 Hệ 5:1
Hình 2.3: Một số hệ ròng rọc cơ bản
Ưu điểm của hệ ròng rọc là có thể giảm lực cần thiết để di chuyển tải trọng tuy nhiên quãng đường di chuyển lại tăng lên, chính vì vậy khi ứng dụng trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ cứu người ở dưới hố sâu, vực sâu số lượng dây cần thiết để cứu người bị nạn sẽ tăng lên có thể phải nối dây, số lượng vượt quá số lượng phương tiện cần thiết để thiết lập các hệ đầy đủ, chính vì vậy, cần có những giải pháp nhằm khắc phục các vấn đề này trong quá trình triển khai các hệ ròng rọc.
Bên cạnh đó, tùy thuộc vào địa hình mà hệ có thể gặp những tác động bất lợi trong quá trình hoạt động như sự mài mòn do địa hình gây ra, các lực đột ngột do bị rơi khi đưa người và phương tiện xuống phía dưới làm tuột dây do đó cần có biện pháp để giữ dây nếu xảy ra các tình huống bất ngờ.
Khi thiết lập hệ ròng rọc cần có điểm neo chắc chắn để đảm bảo độ ổn định trong quá trình chuyển động, các điểm neo về cơ bản phải chịu được cả tải trọng, sức nặng của hệ thống ròng rọc (dây, ròng rọc) hoặc có thể là cả chiến sỹ và trang thiết bị khi lên hoặc xuống để tiếp cận người bị nạn trong suốt thời gian hệ ròng rọc hoạt động, chính vì vậy phải cố định điểm neo để duy trì khả năng chịu tải của cả hệ ròng rọc.