Nút thắt nội tuyến tốt nhất cho phép dây có thể tải đa chiều và cách ly các khu vực bị hư hỏng của dây.
22
1.3. Một số lưu ý trong khi sử dụng dây
1.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của dây
a. Các nút thắt
Yêu cầu đối với các nút buộc dây phải đảm bảo chắc chắn, dễ dàng tháo gỡ và có độ bền cao. Theo nguyên tắc chung, khi thực hiện thắt dây để tạo ra các nút buộc dây thì các nút thắt sẽ làm độ bền kéo của dây sẽ giảm 1/3 so với độ bền kéo ban đầu (khi chưa có nút buộc), đối với dây bản rộng khi thực hiện các nút thắt độ bền kéo giảm 45% so với ban đầu. Nguyên nhân làm giảm độ bền kéo của dây là do dây bị uốn cong bởi các nút thắt, các góc mở tạo ra bởi nút thắt với dây chính càng lớn thì độ bền kéo của dây càng giảm. Tuy nhiên, nếu thêm một nút thắt nữa trên dây đã có nút thắt thì độ bền kéo của dây sẽ không giảm thêm nữa. (Độ bền kéo chỉ giảm tới mức thấp nhất của một nút buộc dây).
Tất cả các nút thắt phải được xử lý bằng cách kéo dài các phần dây thừa, kéo chặt dây và tháo xoắn ở vị trí khơng cần thiết trong một nút thắt. Việt để lại dây thừa sẽ hợp lý sẽ hạn chế phải sử dụng các nút chặn riêng biệt. Độ dài của phần dây thừa phải có chiều rộng ít nhất là 1 bàn tay đối với dây có đường kính 11mm và dây bản rộng có kích thước 25mm. Đối với các dây có đường kính nhỏ hơn thì chiều dài của dây thừa phải gấp ít nhất là 6 lần so với đường kính của dây. Đối với nút chữ O bắt buộc phải sử dụng nút chặn vì khi khơng chịu tải nút chữ O có xu hướng tuột ra.
Bảng 1.5: Ảnh hưởng của các nút buộc dây đối với độ bền kéo của dây [2.2]
Tên nút buộc Độ bền kéo sau khi tạo nút so với độ bền kéo ban đầu
Khơng có nút buộc 100 % Nút chữ O 70 – 75 % Nút số 8 75 – 80 % Nút thắt vòng đơn 60 – 65 % Nút số 4 60 – 65 % Nút số 6 60 – 70 % Nút nối dây số 1, 2 43 – 70 % Nút nối dây số 3 68 % Nút nối dây bản rộng 60 – 70 %
23
b. Dây quá tải
Khi sử dụng quá tải trọng của dây sẽ làm dây mất tính đàn hồi và bị rão, nguy hiểm xảy ra khi tiếp tục sử dụng dây để chịu tải trong những lần tiếp theo. Dây quá tải trong trường hợp sử dụng dây không đúng với thiết kế chịu tải ban đầu bao gồm di chuyển các phương tiện hoặc vật quá nặng.
c. Dây bị mài mòn
Khi dây chịu tải và tiếp xúc trực tiếp với các vật sắc nhọn như vách đá, cấu kiện trong quá trình triển khai dây xuống phía dưới, do tác động của các điều kiện môi trường dây sẽ di chuyển và ma sát với các cạnh sắc nhọn dẫn tới lớp vỏ bảo vệ phía ngồi bị phá hủy dẫn tới dây sẽ bị đứt. Do đó, trong q trình sử dụng phải xem xét bảo vệ dây chống lại sự mài mòn do các vật sắc nhọn gây ra khi chịu tải.
Hình 1.26. Dây bị mài mịn do ma sát và tải trọng lớn
Qua thực nghiệm tại Nhật Bản cho thấy dây đang phải tải lực tương đương 60kg sẽ dễ bị đứt do tác động của lực này sau khi dây bị chà xát mạnh theo phương nằm ngang khoảng 30cm. Do đó, tại các mép hoặc góc của vật làm xước dây nên được bọc vải hay để các vật bảo vệ có hình dạng trịn.
e. Dây cọ sát với các thiết bị
Khi cần triển khai dây để di chuyển xuống phía dưới thì dây sẽ tiếp xúc trực tiếp với các thiết bị trong hệ thống và tạo ra ma sát, việc ma sát liên tục làm tăng nhiệt độ của dây dẫn đến dây bị hư hại. Ma sát với các thiết bị thường xảy ra khi các thiết bị không đảm bảo độ nhám, thiếu sự kiểm tra khi sử dụng dây.
24
1.3.2. Biện pháp an tồn trong q trình sử dụng dây
Phải tuân thủ các quy định của nhà sản xuất về bảo quản, sử dụng, vệ sinh, kiểm tra và hủy bỏ.
Phải lựa chọn loại dây phù hợp với tải trọng thực tế, chọn phương pháp sử dụng dây hiệu quả nhất và phải tuân thủ một số nguyên tắc sau đây:
- Khơng sử dụng dây có dấu hiệu hư hỏng hoặc dây đã bị ẩm, ngấm nước (Trừ loại dây được sử dụng trong môi trường nước).
- Không giẫm lên dây hoặc kéo lê trên mặt sàn.
- Khi sử dụng dây tránh các lực tác dụng đột ngột và làm dây bị trầy xước. - Không ném dây từ trên cao xuống khi dây đang ở trạng thái cuộn và không thả vật nặng lên dây.
- Khi treo dây lên các vị trí góc cạnh, các điểm nhơ ra của các bộ phận kiến trúc, phải lót khăn, mảnh vải hay bất kỳ chất liệu nào khác để tránh cho dây bị hỏng, đứt, xước.
- Không sử dụng dây khi dây đang bị xoắn hay ở tình trạng khơng bình thường vì điều này có thể làm cho dây bị vặn và xoắn mạnh cũng như không để dây tải vật nặng quá lâu.
- Khi sử dụng đồng thời nhiều dây cùng mầu để tránh nhầm lẫn, nên sử dụng dây phải có màu sắc khác nhau để dễ dàng phân biệt.
- Khi bố trí dây để cứu người, tự cứu hay mang vật, phải sử dụng dây có độ dài hợp lý để khơng có nút buộc nào trừ đầu dây chạm đất.
25
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong nội dung chương 1, chuyên đề đã đưa ra được khái niệm, đặc điểm cấu tạo và phân loại đối với dây cứu nạn, cứu hộ, qua đó đánh giá được các tính chất của các loại dây được sử dụng trong công tác cứu nạn, cứu hộ. Bên cạnh đó, chuyên đề cũng nghiên cứu một số các nút buộc dây thường sử dụng trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ, đồng thời đánh giá ứng dụng cũng như khả năng chịu lực của dây khi tạo các nút buộc trên dây. Ngoài ra, trong nội dung chương 1, chuyên đề cũng đưa ra một số yếu tố ảnh hưởng tới độ bền của dây khi sử dụng trong công tác cứu nạn, cứu hộ như:
- Ảnh hưởng của các nút thắt sẽ làm giảm 30% độ bền kéo của dây; - Dây chịu lực quá tải dẫn tới đứt dây;
- Dây bị mài mòn do ma sát với các cạnh sắc; - Dây ma sát với thiết bị;
Từ các yếu tố đó, chuyên đề cũng nêu một số biện pháp an tồn trong q trình sử dụng dây. Các vấn đề được nêu ở chương 1 là cơ sở để ứng dụng vào chương 2 khi thiết lập và ứng dụng dây vào các hệ cơ học.
26
CHƯƠNG 2. BỔ SUNG MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA DÂY CỨU NẠN, CỨU HỘ
2.1. Một số hệ cơ học sử dụng trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ
2.1.1. Các hệ cơ học ứng dụng dây, rịng rọc và móc khóa
a. Thiết lập hệ rịng rọc cơ bản
Hệ thống cơ học ứng dụng dây, ròng rọc và móc khóa (gọi tắt là hệ rịng rọc) là một hệ thống được thiết kế để thay đổi hướng hoặc độ lớn của một lực cần thiết nhằm thực hiện cơng 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 𝑃⃗ , lực căng dây 𝑇⃗ , và lực kéo 𝐹 ,
ngồi ra cịn có tính đến lực ma sát giữa các thiết bị của ròng rọc. Rịng rọc cố định có tác dụng đổi hướng của lực, rịng rọc động có tác dụng giảm lực kéo tải trọng. Lực tác dụng lên điểm neo rịng rọc cố định có thể gấp đơi lực kéo cần thiết (cụ thể điểm neo ròng rọc cố định R1 gấp đôi lực căng 𝑇⃗ 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 rịng rọc được tính tốn như sau: Bài tốn đưa ra: Hệ rịng 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 rịng rọc được tính là: P T T F R2 R1 Hình 2.1: Hệ rịng rọc cơ bản
27 Hiệu suất cơ học:
HF = 𝑇ả𝑖 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 𝐿ự𝑐 𝑘é𝑜 =80
40 = 2
Tỷ lệ quãng đường di chuyển: Hd = 𝑘ℎ𝑜ả𝑛𝑔 𝑐á𝑐ℎ 𝑘é𝑜
𝑘ℎ𝑜ả𝑛𝑔 𝑐á𝑐ℎ 𝑑𝑖 𝑐ℎ𝑢𝑦ể𝑛 𝑡ả𝑖 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 = 2
1 = 2
Hiệu suất của rịng rọc: Hrr = 𝐻𝐹
𝐻𝑑 × 100% = 2
2× 100% = 100%
Trên thực tế, do tác dụng của ma sát hiệu suất ròng rọc giảm đi. Trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ thì hiệu suất của hệ rịng rọc tiêu chuẩn phải đạt từ 90 - 95%.
Trên thực tế, khi có lực ma sát trong hệ rịng rọc thì hiệu suất của hệ ròng rọc giảm, do đó, cần tính tốn xác định lực cần thiết để di chuyển tải trọng theo hiệu suất này. Ví dụ với hệ rịng 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
Tên của các hệ ròng rọc phụ thuộc vào tỷ lệ tính tốn 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:
Điểm neo Tải trọng 1𝑇⃗ 0,9𝑇⃗ 0,9𝑇⃗ + 1𝑇⃗ = 1,9𝑇⃗ 0,81𝑇⃗ 0,81𝑇⃗ + 1,9𝑇⃗ = 2,7𝑇⃗ Hình 2.2: Tính tốn lực tác dụng lên tải trọng
28
Hình 2.3: Một số hệ rịng rọc cơ bản
Ưu điểm của hệ rịng 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 q trình triển khai các hệ rịng 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 mịn 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.
Hệ 2:1 kết hợp đổi hướng
Hệ 1:1 Hệ 2:1
29 Khi thiết lập hệ rịng 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, rịng 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 rịng rọc hoạt động, chính vì vậy phải cố định điểm neo để duy trì khả năng chịu tải của cả hệ rịng rọc.
2.1.2. Các thiết bị kết nối với dây thiết lập hệ cơ học
a. Móc khóa
* Đặc điểm cấu tạo của móc khóa
Móc khóa dùng trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ được chế tạo bằng nhơm, thép hợp kim hoặc thép khơng gỉ, có khả năng chịu lực, chống mài mòn tốt hơn, cũng như nặng hơn so với nhơm sử dụng làm móc khóa trong leo núi. Cấu tạo của móc khóa bao gồm phần khung, thanh đứng, thanh khóa, móc khóa, bản lề, chốt an tồn. Phần thanh đứng đóng vai trị là trục chính của móc khóa, trục phụ là hướng vng góc với trục chính trên mặt phẳng móc khóa.
Hình 2.4: Cấu tạo của móc khóa
Các móc khóa có thể khơng có cơ cấu khóa thanh mở, hoặc sử dụng khóa vặn, khóa xoắn hoặc, khóa từ để khóa thanh mở của móc khóa.
Hình dạng phổ biến của Móc khóa:
- Hình oval: Móc khóa hình oval có phần khung là các đường cong đều nhau, thiết kế hình oval nên tải trọng được đặt lên cả phần trục chính và trục khóa giúp loại bỏ ảnh hưởng của tải ngồi trục.
- Hình chữ D: Do hình dạng khơng đối xứng nên khóa chữ D chịu lực chính trên thanh đứng, bộ phận khóa khơng có tác dụng chịu tải.
30 - Hình chữ D khơng cân (offset D): Thanh móc khóa khơng song song với thanh đứng mà có xu hướng mở ra phía ngồi, phần thanh ngang ở đầu móc dài hơn so với thanh đối xứng cho phép thanh mở có thể tạo ra khoảng mở rộng hơngiúp dễ dàng kết nối với dây hoặc các vật có kích thước lớn.
- Hình chữ D chuyên dụng (HMS – D): móc chữ D chuyên dụng được thiết kế 2 đầu không cân xứng, thay vì có tác dụng chịu tải trên thanh đứng thì móc chữ D chun dụng này được sử dụng để tạo ra hệ thống di chuyển một chiều, ngăn cho dây bị tuột. (hình…)
Hình 2.5: Hình dạng của móc khóa
Hình 2.6: Hệ thống khóa chuyển động ngược chiều
* Đặc điểm của móc khóa trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ
- Đặc điểm khi sử dụng móc khóa:
Sau khi móc phần móc khóa của móc khóa vào dây neo thì cần quay cho phần móc khóa ra xa so với vị trí neo, thanh khóa hướng ra phía ngồi tường, cấu kiện hoặc địa hình để dễ dàng kiểm tra và mở khóa khi cần thiết. Trong quá trình hoạt động ở hệ thống treo, nếu tải trọng khơng ổn định móc khóa có thể bị lệch hướng chịu lực từ hướng chính thành hướng đối giác làm cho độ bền kéo của móc khóa giảm từ 50 – 60%.
31
Chịu tải theo hướng chính Chịu tải theo phương đối giác
Hình 2.7: Hướng chịu tải của móc khóa
- Đặc điểm về độ bền kéo
Yêu cầu đối với móc khóa sử dụng trong hoạt động cứu nạn, cứu hộ phải đảm bảo về độ bền kéo khi đứt như sau:
Bảng 2.1: Độ bền kéo của Móc khóa khi chịu tải
Đối tượng Trục chính (kN) Trục phụ (kN) Trục khóa (kN) Tải trọng lớn
(Người và trang thiết bị)
40.03 10.68 10.68
Tải trọng nhẹ
(khơng tính các trang thiết bị)
20 7 7
Các yêu cầu đối với móc khóa khi chịu lực:
+ Tránh để móc khóa chịu tải theo hướng đi qua trục phụ hoặc qua vị trí thanh mở; Tránh tải trọng tác dụng đa chiều trên móc khóa, ưu tiên tải theo hướng trục chính. Tải trọng đa chiều tác dụng lên trục chính làm giảm 1/3 độ bền kéo của móc khóa tương tự như các nút thắt trên dây. Tải đa chiều trên trục nhỏ có thể làm giảm sức mạnh tới 80% độ bền kéo của móc khóa, lực tác dụng theo phương đa giác làm mất 50% - 60% độ bền kéo của móc khóa;
+ Ln để các thiết bị kết nối và các móc khóa khác cách xa thanh khóa của của móc khóa đang sử dụng;
+ Độ bền kéo của móc khóa khi khơng khóa (khơng đóng chốt an toàn) chỉ bằng một nửa so với độ bền kéo của móc khóa khi khóa (đóng chốt an tồn);
+ Trong quá trình sử dụng phải thường xuyên kiểm tra chốt an tồn của móc khóa để tránh các lực tác dụng làm mở khóa của móc khóa đang sử dụng;
+ Không để dây chạy trên chốt an tồn và thanh khóa của móc khóa;
32 + Khơng vặn q chặt khóa chốt trong khi móc khóa chịu tải vì rất khó