В горных походах и на восхождениях, везде, где грозит опасность срыва, обязательна страховка. На скальных кручах и среди ледовых сераков наиболее надежно страховочную веревку перекинуть через монолитные выступы, которые не вызывают сомнений. На снегу страховка требует специального решения. Во всех других случаях только крючья позволяют организовать страховочные точки.
Изготовляемые по конструкторской документации ВИСТИ (ОСТ 62-114-81) крючья в основном удовлетворяют условиям восхождений до 5Б категории сложности. Однако их производство незначительно и может обеспечить только альпбазы профсоюзов. Вот и приходится горным туристам делать злополучные крючья самостоятельно. К сожалению, подавляющее большинство изготовителей не имеет соответствующей инженерной подготовки. Часто в дело идут самоделки, вызывающие опасения за жизнь людей.
Автору по долгу своей спортивно-тренерской деятельности приходилось видывать очень «неосторожные диковины», применяемые их беспечными владельцами. Некоторые систематически повторяющиеся дефекты поясняются на примере изображенного на рис. 1 скального крюка, где условно совмещены отдельные ошибки. (Впрочем, достаточно часто встречаются и подобные комбинации дефектов.)
Даже не искушенный в механике турист хорошо представляет преимущества горизонтального крюка перед вертикальным, ищет такие трещины по ходу восхождения, запасается по большей части горизонтальными крючьями. Обычные конструкции отличаются отогнутым ушком. Вот тут-то таится первая серьезная опасность, зависящая от двух геометрических параметров: радиуса R загиба ушка и радиуса скругления во внутреннем угле заготовки. Очень часто этим пренебрегают, углы делают без радиусов или со слабо выраженными скруглениями. Даже если бы сам процесс загиба и не давал ослабления за счет создания дополнительных напряжений, то концентрация напряжений в этой, к тому же самой нагруженной, точке делает ее местом начала разрушения при рывке.
Положение еще осложняется тем, что при загибе, если он делается прямо в зажатых губках тисков, происходит подсечка внутреннего угла крюка острой кромкой губок, а наружный слой в месте загиба получает остаточные растягивающие напряжения.
Если вглядеться в это место, то почти всегда можно заметить начальную трещину. Но даже незаметная для невооруженного глаза трещина тоже очень опасна.
Такое ослабление даже для мягкого пластичного материала, каким является малоуглеродистая отожженная сталь или низколегированный титан, снижает прочность в 1,5—2 раза (в технике эта величина характеризуется коэффициентом концентрации напряжений). Для менее пластичных, более прочных материалов ослабление может быть в 4—6 раз и более. (Этот недостаток может быть исправлен в уже готовом крюке: достаточно круглым напильником сделать некоторое углубление, как показано на рис. 2; еще лучше потом это скругление зачистить.)
При рывке с этим дефектом «взаимодействуют» еще два дефекта конструкции того крюка, что показан на рис. 1. Конечно, самое простое отверстие — круглое. Малым его делать нельзя даже для одного карабина (диаметр должен быть 16—18 мм). А если потребуется продеть и второй карабин, то отверстие должно быть не менее 30 мм. Ширина перемычки ушка и зазор со скалой еще около 10 мм. Следовательно, плечо действия усилия Q, приходящегося на крюк при рывке (рис. 2), даже при полном забивании крюка, будет не менее b = 25 мм. Поскольку нагружающий крюк момент (действие силы Q) прямо пропорционален плечу b ее действия, конструктивно следует это плечо по возможности снижать.
Вторым дополнительным дефектом крюка, изображенного на рис. 1, является отсутствие выраженного выступа на ушке для упора в скалу. На рис. 3 пунктиром показана деформация головки крюка при рывке; за этот счет происходят дополнительные напряжения все в той же наиболее опасной точке крюка, с которой начинается его разрушение.
Но и это еще не все. Пока крюк рассматривался, как бы не подвергнутый какому-либо ослаблению при заколачивании его в трещину. В реальности же по головке крюка колотят молотком, и не всегда точно. И крюк используется неоднократно; при выбивании головку деформируют еще больше. Поэтому в очередной раз забитый крюк с исходной формой по рис. 1 может иметь вид, изображенный на рис. 4. Пластичный материал деформируется от ударов, расклепывается, в основном в зоне удара. При этом
деформируется и отверстие. Получившееся овальное отверстие даже удобнее для продевания второго карабина или веревки, но плечо действия силы Q еще увеличивается. Становится значительно больше и опасных микротрещин.
Из этого первого анализа следует ясные рекомендации: отгиб ушка должен иметь радиус загиба, специально обеспечиваемый оправкой; в заготовке внутренний угол должен быть также скруглен, а поверхность его заглажена; форма и расположение отверстия должны обеспечивать минимальное плечо нагрузки при рывке; форма бойка должна исключить повреждение ушка; ушко должно иметь выраженный упор в скалу. На рис. 5 дана типовая конструкция горизонтального крюка. Обратим внимание на то, что на головке выделен выступающий боек, за счет этого зона пластической деформации при заколачивании и выбивании крюка отдалена от ушка. Отверстие имеет оптимальную треугольно-овальную форму, удобную для продевания карабинов и веревочных петель, обеспечивающую минимальное плечо при рывке. Такую форму отверстия можно получить следующим образом: после сверления надо дополнительно применить кольцевое фрезерование по контуру или ручную распиловку по шаблону.
Легкодоступный материал для изготовления крючьев — низкоуглеродистая сталь 20. Надо учитывать, что она исключает многие дефекты, недопустимые в таком ответственном изделии, как страховочный крюк. Сталь 20 принимает упрочнение путем закалки в воду (что следует делать только на бойке) для повышения долговечности крюка. Следует предупредить, что распространенное мнение о неэффективности низкоуглеродистых сталей при термообработке не относится к тонким сечениям. При толщине материала крюка до 6 мм скорость охлаждения в закалочной среде настолько значительна, что твердость стали 20 составляет 35—45 HRC.
Отгиб ушка — ответственная операция, но ее можно делать без нагрева, при условии, что загиб будет производиться в гладких губках с радиусом скругления не менее толщины материала. Для облегчения веса сталь можно заменять титаном.
Упрочнение, а главное соответствующее повышение долговечности, достигается путем перехода на легированные стали и титан с применением соответствующей термообработки. Такие сплавы чувствительны к режимам термообработки и нагрева при отгибе ушка (описание их выходит за рамки данной статьи).
Вертикальные крючья должны иметь упор головки в скалу (рис. 6). К отогнутой лапке упора в принципе относятся все изложенные предупреждения об отгибе, хотя здесь это менее ответственно.
П. ЗАК, мастер спорта, кандидат технических наук
Журнал «Турист» № 2 февраль 1989 г.
Оптимизация статьи — промышленный портал Мурманской области
