ФРЕНДИ - ЯК ЦЕ ПРАЦЮЄ?
Три речі, які здійснили революцію у світовій клаймерській спільноті:
1. Динамічні мотузки з синтетичних волокон
2. Скельні туфлі
3. Френди (страхувальні пристрої)
Всі ці речі кардинально змінили скелелазіння та альпінізм та підняли планку досягнень на неймовірно високий рівень. У цій публікації буде про роботу френдів з точки зору фізики, геометрії, математики та інженерної науки.
ІСТОРІЯ
Винайшов Френди американський клаймер Рей Джардін (Ray Jardine). Перший робочий варіант був успішно застосований у 1973 році при проходженні маршруту Nose на культовій горі El Capitan. Одразу був побитий рекорд швидкості сходження у два рази! Перші тестові використання відбувались таємно. Щоб зберегти у таємниці свій винахід, Джардін ховав пристрої під светром, коли вирушав до скель. Кріс Вокер, який поклявся зберігати таємницю, мало не порушив інформацію про винахід в одній розмові з іншими клаймерами, але вчасно зупинився і запитав Рея: «А ти взяв сьогодні… е-е-е... друзів з собою?». Назва прижилася 🙂. У 1977 році Джардін надав права на масове виробництво британському підприємцю Mark Vallance, який заснував в Англії відому фірму Wild Country.
У наступні роки з’явились інші фірми, які почали випускати подібні пристрої. Кожен виробник давав свої назви. Наприклад: фірма Blck Diamond - Camalot, DMM - Dragons та інші. У сленгу на всі подібні пристрої говорять “кАми” ( від англійського Cam - кулачок) або “Френди”.
ПРОСТЕ ПОЯСНЕННЯ РОБОТИ “ФРЕНДІВ”
Пояснення від Andreas Trunz з компанії Wild Country
На фото вище клаймер притискає ноги до скелі, створюючи тертя. Чим важчий клаймер, тим сильніше він повинен тиснути на бічні стіни, щоб створити достатнє тертя.
Якщо уявити дві алюмінієві ніжки мобільного страхувального пристрою, з'єднаного з віссю, то вони можуть розпиратись у тріщині аналогічно, як це робить клаймер на фото вище.
Кут дії сили на бічною стінку легко визначити та як вона дії по прямій від точки контакту зі скелею до вісі, яка з’єднує дві частини алюмінієвих ніжок. Експериментально вияснилось, що оптимальний кут встановлення алюмінієвих ніжок до поверхні скелі 13,75 градуси. У наведеному нижче прикладі межа, тобто кут ковзання, становить 18 градусів. Щойно ніжки встановлять під кутом більше ніж 18 градусів до бічної стіни, вони починають ковзати. Те саме стосується, до речі, алюмінієвих драбин, що стоять на гранітній підлозі. Тут ми інтуїтивно знаємо, що не можемо розміщувати їх під будь-яким стрімким кутом до стіни.
Наведений приклад із фіксованими алюмінієвими ніжками працюватиме лише з однією конкретною шириною тріщини. Ширші тріщини вимагатимуть довших ніжок, щоб кут залишався постійним, тоді як вужчі тріщини вимагатимуть коротших ніжок. Це проілюстровано на наступному малюнку.
Отже кулачок Френда це і є набір з багатьма алюмінієвими ніжками, які завжди дотикаються до скелі під одним кутом
Сума цих пар ніжок призводить до еліптичної форми «щоки» у вигляді логарифмічної спіралі. Незалежно від того, чи френд повністю стиснутий або розкритий кут уявних пар ніжок (точка контакту лінії - вісь) завжди однаковий - 13,75 градуси. Вся дякуючи властивості логарифмічної спіралі.
Окрім розуміння дії сил найважливішим параметром безпечної роботи френда є тертя між кулачком і скелею та величина вертикальної складової сили, яка намагається вирвати кулачок з тріщини. У загальному крайні положення кулачку (сильно стиснутий або максимально відкритий) є найнебезпечнішими, тому треба уникати таких положень. Детальніше про тертя та інші параметри у інженерській частині огляду.
ІНЖЕНЕРНИЙ ОГЛЯД РОБОТИ “ФРЕНДІВ”
SLCDs
Якщо говорити технічною мовою то всі подібні пристрої кулачкового типу називаються:
Spring Loaded Camming Devices (SLCDs) - підпружинені кулачкові пристрої. Виробництво цих пристроїв підпорядковані певним стандартам: UIAA125-EN12276 Frictional Anchors, а перший Френд (як і інші пристрої) запатентований. Патент Ray Jardine
ГЕОМЕТРІЯ КУЛАЧКІВ
Головним елементом пристроїв SLCDs - є кулачок. Зазвичай у пристроях їх 4. Ці кулачки розпираються у щілинах за допомогою пружини. Геометрія кулачку сучасного пристрою використовує логарифмічну спіраль (також відому як рівнокутна спіраль). Логарифмічна спіраль — це математична крива, яка має унікальну властивість підтримувати постійний кут між радіусом і дотичною до кривої в будь-якій точці кривої (Figure 1).
ТЕРТЯ
Кулачкові вузли повністю залежать від тертя, що утворюється між кулачковим вузлом та породою. Силу, що створюється тертям, найкраще проаналізувати, розуміючи основний інженерний закон тертя: сила тертя дорівнює коефіцієнту тертя (u), помноженому на нормальну (перпендикулярну) силу (F=uN). Наприклад, об'єкт масою 100 кг з коефіцієнтом тертя 0,50 між об'єктом та підлогою потребує сили 50 кг , щоб перемістити його в горизонтальному напрямку (0,50 помножити на 100 кг дорівнює 50 кг). Значення коефіцієнта тертя визначається матеріалами та формами суміжних поверхонь на макроскопічному рівні. Макроскопі́чний масштаб — категорія, яка вживається у фізиці для опису систем, які складаються з великого числа часток і мають розміри, що набагато перевищують розміри атомів.
ДІАГРАМА СИЛ
Діаграма сил – це аналітичний інструмент, який використовується інженерами для визначення окремих сил, що діють на об'єкт або механічний пристрій. Вектори зображують сили та представляють нахил і величину кожної сили. Сума всіх сил, що діють на об'єкт у статичній рівновазі, дорівнює нулю, що дозволяє нам обчислювати невідомі сили. На малюнку (Figure 3 ) показана діаграма сил для двох кулачкового блоку, розташованого в протилежному напрямку (тут ми визначаємо Y' як постійний кут кулачкового механізму). Тут векторна сума двох бічних сил і сили тяги дорівнює нулю. Кожен вектор бічної сили може бути представлений двома перпендикулярними векторами: горизонтальною складовою N (зовнішня сила) та вертикальною складовою F (сила тертя). Горизонтальна та вертикальна складові бічної сили пов'язані як геометрично (F = N помножити на тангенс Y'), так і фізично. Фізичне співвідношення випливає з основного закону тертя, поясненого вище. Поєднання цих двох співвідношень дозволяє нам точно визначити фактори, що впливають на здатність кулачкового блоку до утримання.
S1=S2 (сума горизонтальних сил)
P= 2F (сума вертикальних сил)
Зверніть увагу, що 2F має бути більше або дорівнювати P, силі тяги, щоб відбулося утримання. Кожна бічна сила вносить половину до загальної висхідної складової (сили утримання).
Геометричне співвідношення: F=N tanY'
Закон тертя: F=uN
Поєднуючи наведені вище рівняння та спрощуючи, ми отримуємо співвідношення u>tanY' для того щоб відбулося утримання.
Переформулювавши простою мовою, це співвідношення говорить нам, що коефіцієнт тертя (u) має бути більшим за тангенс кута кулачкового переміщення (Y') для того щоб відбулося утримання. Таким чином, якщо тригонометричний тангенс кута кулачкового переміщення більший за коефіцієнт тертя, кулачковий пристрій висмикнеться з породи під навантаженням.
КОЕФІЦІЄНТ ТЕРТЯ
Коефіцієнт тертя (µ) можна визначити експериментально між двома матеріалами. Хороший загальний розрахунковий показник, визначений емпірично для коефіцієнта тертя між алюмінієм та породою, становить 0,30. Деякі типи гірських порід мають більший коефіцієнт ніж розрахунковий; однак коефіцієнт пісковика іноді менший через тонкі площини зсуву великозернистих, пухких зцементованих кристалів пісковика, що пояснює випадкові висмикування камів у тріщинах з пісковика. Експериментальні дослідження коефіцієнтів тертя між кулачками з різних матеріалів та характеристик поверхні, а також різними типами гірських порід (включаючи зимові тріщини з олеленінням) під навантаженням, дозволяють конструкторам кулачків оптимізувати їх для різних умов та типів гірських порід.
ДІАПАЗОН ТА КУТ КУЛАЧКА
На практиці це означає, що з двох однакових “камів”, той у якого кут кулачку більший, ширше розкриється і буде працювати у той час, як “кам” з меншим кутом вже не зможе досягати стінок тріщини і треба використати інший “кам” більшого розміру.
Кути кулачків різних виробників:
- Metolius - Cams - 13.25º
- Wild country - Friend - 13.75º
- DMM - Dragon, Dragonfly - 13,75º
- Trango - Flex Cam - 14º
- Black Diamond - C4, Z4, U4 - 14,5º
- Alien - Fixe 16º (?)
- Totem - Cam - 13º up to 20.35º - 40.7º in flared cracks. Totem має унікальну конструкцію. Огляд цього пристрою буде у наступних публікаціях.
ВИЗНАЧЕННЯ КУТІВ ФАКТИЧНОГО КУЛАЧКА
Кут фактичного кулачка можна розрахувати, вимірявши довжину кулачка у двох точках, розташованих на відстані 90 градусів одна від одної (Figure 7). Підставте два значення R1 та R2 у рівняння (Figure 7), щоб отримати кут кулачку.
Кут кулачків BD Camalots трохи більший, ніж у більшості інших камів і дорівнює 14,5°. Це означає, що ми отримуємо більший діапазон від BD Camalots, ніж від інших камів, наприклад — DMM Dragons — але це також означає, що ми отримуємо трохи менше зусилля утримання кама у щілині у порівнянні з камами з класичним кутом 13,75 .
ВСТАНОВЛЕННЯ КАМІВ У ЩІЛИНИ
При встановленні камів слід знати і пам’ятати, що найкраща позиція встановлення пристрою це коли кут кулачків пристрою приблизно у середині діапазону його ходу. Якщо вільний кут кулачків 90 градусів, то найкраще його встановлювати у середній позиції. Якщо встановити кам у крайньому розкритому положенні, то він може «вислизнути» з тріщини під навантаженням, а якщо максимально стиснути, то є велика ймовірність, що після навантаження ( і навіть без навантаження!) він може заклинитись і витягнути його з щілини буде вкрай тяжко або неможливо.
ЗАСТЕРЕЖЕННЯ ❗
Дана публікація не є навчальною інформацію для практичного застосування страхувальних пристроїв у реальних умовах, а тільки пояснює принципи їх роботи.
⃟ Вибір елементів та пристороїв для точок страхування на традиційних маршрутах
 |
| Золота пропорція у першій каденції DT |
Коментарі
Дописати коментар