Bảng 1.4 : Độ bền của dây polyaramid
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 ròng rọc cơ bản
Hệ thống cơ học ứng dụng dây, rịng 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 ,
ngoài ra cịn có tính đến lực ma sát giữa các thiết bị của rịng rọc. Rịng 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 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 ròng 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 rịng 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 rịng 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 quá 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 rịng 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 ròng rọc.