Спросить
Войти
ТРУДЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
СТЕНД ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕНЗОГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЫЖ
А.Г. РЯЗАНОВ, А.А. РЯЗАНОВ, А.А. ДОГОВ,
ФГБУ ФНЦ ВНИИФК
Аннотация
В данной работе проведен анализ проблемы определения тензогеометрических характеристик лыж, а также открытой информации от производителей лыжного инвентаря. Представлен новый стенд для тестирования и определения тензогеометрических и частотных характеристик лыж. Дано описание опытного образца стенда тестирования лыж и программного обеспечения, определены его основные возможности и функциональные особенности.
STAND FOR TESTING AND DETERMINING THE TENSOGEOMETRIC CHARACTERISTICS OF SKIS
Abstract
In this paper, we analyze the problem of determining the tensogeometric characteristics of skis. The analysis of open information from manufacturers of ski equipment. A new stand has been introduced for testing and determining the tensogeometric and frequency characteristics of skis. A description of the prototype ski testing stand, and the software is given, its main
features and functional features are determined.
rheological properties, software.
Наиболее трудоемким и во многих случаях трудно предсказуемым является подбор инвентаря в лыжных гонках, биатлоне и других зимних видах спорта. Это происходит из-за очень большого количества факторов, влияющих на скольжение лыжи большого количества их сочетаний в реальных условиях соревнований.
Жесткость лыж и силы сопротивления скольжению, связанные с деформациями снежной трассы и обусловленные формой дуги прогиба лыжи распределением величины давления на снежную трассу, определяют в настоящее время косвенно - с помощью флекс-тестера с измерением зазоров между двумя сложенными лыжами при различных усилиях сжатия. Для этих же целей используют стационарный специальный тензоприбор, например, конструкции ВИСТИ, при помощи которого измеряют распределение давления под скользящей поверхностью лыжи при различных нагрузках. Накопленные статистические данные о соответствии различных форм дуги прогиба спортивного инвентаря под нагрузкой и условий снежной трассы (жесткость, температура, влажность и т.д.) позволяют приблизительно производить подбор спортивного инвентаря. Для классических лыж, кроме того, важно использование держащей мази, для полноценного эффективного отталкивания без обратA.G. RYAZANOV, A.A. RYAZANOV, A.A. DOGOV,
FSBIFSC VNIIFK
ного проскальзывания (без отдачи). В этом случае наносят держащую мазь в зоне грузовой площадки, на той части скользящей поверхности, которая не касается снега при распределении массы лыжника на обе лыжи (на спуске) и, наоборот, плотно прижимается к снежной трассе при отталкивании одной лыжей, обеспечивая тем самым хорошее сцепление лыжи с трассой и эффективное отталкивание.
В ходе патентного исследования были обнаружены приборы, в которых деформация лыжи определялась с помощью системы из динамометров и контактных пластин [1, 2, 3]. В данных устройствах лыжа закрепляется либо протягивается через динамометр и индикатор, измеряющий прогиб лыжи. Недостатками данных методов является то, что они измеряют деформации лыж в определенных точках с детерминированным шагом и не дают полной картины взаимодействия в системе «лыжа -трасса».
В патенте [4] предложен способ определения выталкивающей силы лыжи, основанный на измерении амплитуд ускорений, гармонических составляющих спектра колебаний лыжи, а также представлено стационарное устройство для реализации данного способа. Преимуществами данного изобретения являются простота
измерения и отсутствие дорогостоящего оборудования.
В патенте RU 2 600 082 [5] для подбора поверхности скольжения зимнего спортивного инвентаря (лыж, саней, сноубордов и т.д.) также используется динамическое устройство, работающее в контакте со спортсменом: сигналы с транспондера, закрепляемого на ноге спортсмена, с помощью рефлекторов, устанавливаемых по длине трассы, передаются в режиме реального времени по беспроводной связи на цифровые устройства, где обрабатываются и преобразуются в информацию о динамике изменения скорости прохождения участков трассы на каждой испытываемой поверхности скольжения. По сравнению с близкими по технической сущности способами, данный способ обладает сокращенным перечнем оборудования, воспроизводимостью результатов и оперативным их получением. Например, в патенте [6] представлен подобный способ подбора поверхности, однако предлагаемое устройство с использованием фотодатчиков позволяет сравнивать параметры перемещения в меньшем диапазоне скоростей.
Существуют также более простые приборы для тестирования жесткостных характеристик лыж, например, флекс-тестеры [7]. Принцип работы такого устройства описан в работе [8]. Но такие приборы не дают полной информации о геометрических и жесткостных характеристиках лыж и достаточной точности их подбора.
Итальянский стенд Slegar [9] с ручным перемещением датчика измерения зазора между опорой и лыжей и ручным приводом усилия прижима лыжи к опоре. Недостатки: не работает на ненагруженной лыже, не учитывает жесткости и профиля трассы, требует больших затрат времени и ручной работы, есть вероятность поломки лыжи (продавливания) в зоне колодки из-за малой площади опоры, тестирует только лыжи со снятыми креплениями. Другой стенд для автоматического измерения жесткостных и геометрических характеристик лыж - стенд австрийской фирмы ATOMIC позволяет проводить измерения длины и высоты колодки лыжи при различных нагрузках. Его недостатки заключаются в том, что измерения проводятся только на жесткой опорной поверхности - аналоге жесткой снежной трассы. Кроме того, нет информации о геометрии участков лыжи, которые не соприкасаются с опорной поверхностью.
Сотрудники ФГБУ ФНЦ ВНИИФК разработали опытный образец лазерного стенда, который позволяет измерять тензогеометрические характеристики и эпюры лыж. Лазерный стенд также позволяет предварительно оценивать работу лыж на жесткой и мягкой снежной трассе в фазах скольжения, отталкивания и проката на одной лыже. Кроме того, есть возможность показать работу лыж на выпуклых и вогнутых по форме участках трассы.
Лазерный стенд обеспечивает точное определение участков скользящей поверхности лыж для смазки мазью держания при различной толщине слоя смазки, при различной жесткости снежной трассы с учетом силы отталкивания, характерной формы поверхности трассы и её микрорельефа в конкретных условиях соревнований.
Устройство лазерного стенда для тестирования лыж показано на рис. 1, оно включает: опорную платформу
(1) с кронштейном (2), на котором установлен силовой механизм (3) для прижатия лыжи (9) к платформе (1) с заданной силой; динамометр (4) для измерения приложенной силы; средство для измерения расстояния (5), которое закреплено на подвижной каретке (6) с приводом и имеет возможность перемещения вдоль продольной оси опорной платформы (1) по направляющей (7) с одновременным измерением координат профиля скользящей поверхности лыжи (9) вдоль продольной оси опорной платформы (1); средство для измерения расстояния (8), закрепленное на подвижной каретке (6) выше опорной платформы (1), с поперечным смещением более 25 мм относительно продольной оси лыжи, со сканирующим лучом, направленным поперек продольной оси лыжи, которое также имеет возможность перемещения вдоль продольной оси опорной платформы (1) с одновременным измерением координат верхней и боковой поверхности лыжи вдоль и поперек ее продольной оси. Средства измерения расстояния (5 и 8) выполнены бесконтактными, в виде оптических датчиков положения со встроенной микропроцессорной системой управления. При этом средство измерения расстояния (5) выполнено, по меньшей мере, одномерным, а средство измерения расстояния (8) - двухмерным.
Также стенд может быть исполнен в мобильном варианте для проведения измерений на сборах в полевых условиях.
Программное обеспечение, которое обеспечивает работу стенда, ориентировано на широкий круг пользователей - от спортсменов и тренеров до лыжных производителей и научных работников. Данные обстоятельства потребовали исполнения ряда основных концепций при проектировании и разработке.
Все этапы работы, в том числе подготовка и калибровка стенда, обработка результатов отражаются визуально на интерфейсе, что обеспечивает простоту использования, быстроту восприятия результатов и высокий уровень информативности. Все системные и математические операции проводятся автоматически. В процессе работы пользователю достаточно лишь знать и понимать предметную часть (физическую постановку задачи) - все рутинные операции автоматизированы [10]. В этом режиме измерений программа оказывается сразу после своего запуска (рис. 2).
По вертикальной шкале У в области графиков измеряется высота профиля относительно рабочей поверхности стенда. По нижней горизонтальной шкале X измеряется расстояние от пятки лыжи, а по верхней горизонтальной шкале X - расстояние от «точки баланса» лыжи.
Любой участок области с графиками может быть увеличен для более подробного просмотра. Для различения нескольких профилей, отображаемых на экране одновременно, используются разные цвета.
Все профили одновременно могут отображаться на экране в одном из двух вариантов: измеренный профиль полностью либо в виде относительных эпюр давлений, когда отображаются только те участки профиля, которые оказались ниже рабочей поверхности стенда (для случаев, когда в качестве рабочей поверхности стенда выбрана упругая подкладка).
Рис. 1.
Общий вид лазерного стенда
для тестирования лыж (стационарное исполнение), разработанного в ФГБУ ФНЦ ВНИИФК:
Рис. 2. Интерфейс лазерного стенда для тестирования лыж
Полученные с помощью стенда эпюры позволяют наглядно увидеть распределение по всей длине лыж вертикальных и горизонтальных сил их взаимодействия со снежной трассой на соревновательной скорости.
Анализ рынка спортивного лыжного инвентаря свидетельствует о существовании достаточно широкого круга производителей, каждый их которых пользуется своей собственной технологией изготовления и подбора лыжного инвентаря, которая зачастую недоступна потребителю. Для подбора лыж тренерам приходится изучать сайты производителей, опытным путем на трассе «откатывать» и перебирать несколько сот пар лыж, а иногда и вовсе
полагаться на удачу, доверившись консультантам от производителя.
Разрабатываемый лазерный стенд позволит проводить сравнение и подбор лыж под конкретного спортсмена, конкретные погодные условия на снежной трассе и топографические условия на дистанции соревнований.
Полученные с помощью программно-аппаратного комплекса эпюры позволят наглядно увидеть распределение по всей длине лыж вертикальных и горизонтальных сил их взаимодействия со снежной трассой на соревновательной скорости.
References
