RU192252U1 - Устройство для тестирования лыж - Google Patents

Abstract

Устройство для тестирования лыжи, включающее опорную платформу с кронштейном, на котором установлен силовой механизм для прижатия лыжи к платформе с заданной силой, динамометр для измерения приложенной силы и средство измерения расстояния, выполненное двухмерным со сканирующим лучом, направленным поперек продольной оси лыжи и сканирующим верхнюю и боковую поверхность лыжи.При этом двухмерное средство измерения расстояния размещают выше опорной платформы с поперечным смещением более 25 мм относительно продольной оси лыжи.Устройство может быть снабжено одномерным средством измерения расстояния для измерения профиля скользящей поверхности и двухмерным средством измерения расстояния для сканирования верхней и боковой поверхности лыжи. Причем одномерное и двухмерное средство измерения расстояния могут работать синхронно или независимо друг от друга.

Description

Полезная модель относится к области спортивного инвентаря и может быть использована при подборе оптимального инвентаря в таких видах спорта как беговые и горные лыжи, сноуборд и др.

Во всех этих видах спорта важную роль играют силы взаимодействия спортивного инвентаря с поверхностью трассы.

Наиболее трудоемким и во многих случаях трудно предсказуемым является подбор инвентаря в лыжных гонках, биатлоне и других беговых лыжных видах спорта. Это происходит из-за очень большого количества факторов, влияющих на скольжение и большого количества их сочетаний в реальных условиях.

До настоящего времени при подборе лыж учитывают лишь силы трения скользящей поверхности (лыжная мазь, парафин, материал скользящей поверхности, форма накатки, штайншлифт и т.д.) Выбирают вариант с наименьшим динамическим коэффициентом трения для конькового хода или лучшее сочетание статического и динамического коэффициентов трения для классического хода передвижения. Статический и динамический коэффициенты трения лыж при скольжении определяют, например, приборами типа «Уктус». Другим вариантом определения коэффициента трения является откатка «мышки» (четырехгранный брусок с заостренным концом, на каждую грань которого накладывается вариант смазки). Затем измеряют длину выката «мышки» со склона на каждой из граней или делают осечки времени. Определяют лучшие варианты подготовки лыж, и эти варианты тестируются спортсменами на лыжах на различном рельефе трассы. Но полученные результаты таких измерений часто противоречивы и субъективны, так как испытаниям подвергается модель, которая не учитывает всех влияющих на скольжение факторов. С другой стороны, наука трибология достигла больших успехов в борьбе с трением. Разработаны технологии подготовки контактной поверхности, обладающие самыми низкими коэффициентами трения. Борьба идет за снижение коэффициента трения на сотые и тысячные доли процента. В то же время разница в скольжении двух экземпляров одинаково подготовленного спортивного инвентаря даже от одного производителя очень существенна и достигает нескольких десятков процентов. Это говорит о том, что кроме коэффициентов трения имеются другие факторы, влияющие на силы сопротивления перемещению спортивного снаряжения по трассе. К таким факторам могут быть отнесены данные о форме и параметрах продольного и поперечного профиля лыж и эпюр давления под нагрузкой.

Силы сопротивления движению, связанные с деформациями снежной трассы и обусловленные формой дуги прогиба лыжи и распределением величины давления на трассу по длине лыжи, определяют в настоящее время косвенно - с помощью флекс-тестера (струбцина с калиброванным индикатором усилия) с измерением зазоров между двумя сложенными лыжами при различных усилиях сжатия или тензодатчиков (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 обратного 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. Для правильного определения места расположения и длины зоны грузовой площадки скользящей поверхности лыж применяют различные приборы и стенды.

Известно устройство (http://www.nordicultratune.com/flex-testing/ фото - https://yandex.ru/images/search?pos=5&img_url=https%3A%2F%2Ftestingmachine.com%2Fproduct-gallery%2FSkiFlexTestinglg.jpg&text=Flex%20Testing%20Service%20Full%20ski&lr=54&rpt=simage) для определения длины грузовой площадки скользящей поверхности лыж (колодки) для нанесения мазей держания, для различной, приложенной к ним нагрузки (силы). Устройство включает опорную платформу с кронштейном на котором установлен силовой механизм с динамометром для передачи калиброванного усилия на лыжу и средства измерения зазора между лыжей и опорной поверхностью. Измеряют длину просвета между лыжей и опорной поверхностью щупами 0,10 мм, 015 мм, 020 мм, 0,30 мм при нагрузке соответствующей половине массы лыжника и приложенной к лыже в 15 см позади точки баланса лыжи. Этим имитируют скольжение на двух лыжах, например на спуске. По результатам замеров позиционируют участки нанесения мазей держания для 2, 3, 4 и 6 слоев. Затем проделывают аналогичные действия при приложении к лыже силы соответствующей полной массе лыжника и размещении точки приложения силы в 8 см позади точки баланса лыжи. Этим имитируется просвет между лыжей и снежной трассой во время фазы отталкивания. На основании этих замеров выбирают длину участка смазки данных лыж исходя из необходимого количества слоев держащей мази. Недостатками данного устройства являются невозможность измерения профиля зоны грузовой площадки, крыловатости лыжи (поперечного скручивания носка или пятки лыжи и нарушение плоскостности скользящей поверхности лыжи).

Известно устройство http://www.slegar.com/CATALOGO.html включающее опорную платформу с кронштейном, на котором установлен силовой механизм с динамометром для передачи калиброванного усилия на лыжу и средства измерения зазора между лыжей и опорной поверхностью с ручным перемещением механического датчика измерения зазора между опорой и лыжей и ручным приводом усилия прижима лыжи к опоре. Недостатки данного устройства - не работает на ненагруженной лыже ввиду ограниченной длины механического датчика перемещения, не учитывает жесткости и профиля трассы, требует больших затрат времени и ручной работы, есть вероятность поломки лыжи (продавливают) в зоне колодки из-за малой площади опоры силового механизма, тестирует только лыжи со снятыми креплениями. Не измеряет крыловатость лыж и планарность их скользящей поверхности. Не измеряет распределение давления лыж на снежную трассу.

Известно устройство http://www.nordicskiracer.com/news.asp?NewsID=5082 содержащее опорную платформу с кронштейном на котором установлен силовой механизм с динамометром для передачи калиброванного усилия на лыжу и средства измерения длины зазора между лыжей и опорной поверхностью. Устройство предназначено для сортировки лыж по параметрам жесткости и геометрических параметров под нагрузкой. Недостатками данного устройства являются невозможность измерения профиля лыжи и невозможность измерения крыловатости и анализа планарности скользящей поверхности лыж. Не измеряет распределение давления лыж на снежную трассу.

Известно также устройство (http://www.skiselector.com/), содержащее опорную платформу с кронштейном, на котором установлен силовой механизм с динамометром для передачи калиброванного усилия на лыжу и средства измерения длины зазора между лыжей и опорной поверхностью.

Однако это устройство, также не имеет возможности измерения профиля лыжи без приложения нагрузки из-за ограниченного диапазона длины хода измерительного инструмента и также не имеет возможности измерения крыловатости и определения нарушения планарности скользящей поверхности лыжи. Не измеряет распределение давления лыж на снежную трассу.

Известно также устройство - патент России №108616 «Устройство для тестирования лыжи», принятое за прототип, которое, при любых приложенных к лыже нагрузках, измеряет профиль дуги прогиба по всей длине лыжи и величину зазора между лыжей и снежной трассой под действием силы веса лыжника и сил отталкивания с учетом жесткости снежной трассы и ее микрорельефа. Измеряет распределение давления лыж на снежную трассу.

Такое выполнение устройства для тестирования лыж обеспечивает повышение точности определения грузовой площадки лыж и позиционирования участков скользящей поверхности лыж для смазки мазью держания при различных силах отталкивания с учетом распределения давления лыжи на снежную трассу с учетом ее жесткости, характерной формы поверхности трассы и ее микрорельефа в конкретных условиях соревнований, но не имеет возможности измерения крыловатости лыжи, величину изменения крыловатости при различных приложенных нагрузках и не предусматривает определение нарушения планарности скользящей поверхности лыжи, так как измеряется профиль поверхности только вдоль одного из кантов лыжи (двухмерная система координат). Кроме того измерение профиля поверхности только вдоль одного из кантов лыжи не позволяет измерять распределение давления по всей скользящей поверхности лыжи и в поперечном направлении.

Крыловатость лыжи может изменяться при приложении к ней нагрузки. Это связано с особенностью внутренней конструкции лыжи, а также качеством склейки композиционных материалов со средним клином лыжи. Так, например, в первоначальном, ненагруженном состоянии крыловатость лыжи отсутствует, и нарушения планарности скользящей поверхности лыжи нет. Приложение внешней нагрузки может привести у некоторых лыж к нарушению планарности скользящей поверхности и появлению крыловатости. Крыловатость носка и пятки лыжи может значительно искажать результаты измерения профиля дуги прогиба и эпюры распределения давления на скользящую поверхность, особенно при измерении лыж на сменных накладках, имитирующих мягкую снежную трассу. Нарушение планарности скользящей поверхности приводит к неравномерному распределению давления лыжи на снежную трассу в поперечном направлении, что может отрицательно сказываться на ее скольжении.

Техническим результатом предложенной полезной модели является измерение дуги прогиба лыжи и эпюры давления лыжи на снежную трассу в трехмерной системе координат при различных приложенных нагрузках с учетом возможной жесткости снежной трассы с одновременным измерением крыловатости носка и пятки лыжи и определением качества планарности скользящей поверхности по всей длине лыжи.

Этот результат достигается тем, что устройство для тестирования лыжи, включающее опорную платформу с кронштейном на котором установлен силовой механизм для прижатия лыжи к платформе с заданной силой, динамометр для измерения приложенной силы и средство измерения расстояния, выполненное с возможностью перемещения относительно опорной платформы, при этом устройство для тестирования лыжи снабжено дополнительным двухмерным средством измерения расстояния, со сканирующим лучом, направленным поперек продольной оси лыжи, при этом двухмерное средство измерения расстояния размещают выше опорной платформы с поперечным смещением относительно продольной оси лыжи более 25 мм и возможностью сканирования верхней и боковой поверхности лыжи.

Оба средства измерения расстояния выполнены бесконтактными, в виде оптических датчиков положения со встроенной микропроцессорной системой управления.

Этот анализ указывает на наличие новизны в заявленном устройстве.

Такое выполнение устройства для тестирования лыж обеспечивает измерение дуги прогиба и эпюры давления по всей длине и ширине лыжи с одновременным измерением крыловатости носка и пятки лыжи и определением качества планарности скользящей поверхности лыжи с учетом приложенных нагрузок и с учетом вариаций жесткости снежной трассы.

Таким образом, можно сделать вывод о превышении заявленным устройством существующего уровня техники и возможности его промышленного применения.

Устройство для подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря поясняется на примере его выполнения.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для тестирования лыж.

На фиг. 2 показан профиль опорной платформы с установленными механизмами.

На фиг. 3 показан результат сканирования верхней и боковой поверхности лыжи в графическом 3 D виде.

На фиг. 4 показана форма зоны скольжения лыжи.

На фиг. 5 показана 3D форма лыжи под нагрузкой и 3D эпюра давления лыжи на снежную трассу.

Устройство для тестирования лыж 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 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 и средство 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, по меньшей мере, двухмерным.

Устройство для тестирования лыж работает следующим образом. Размещают лыжу 9 скользящей поверхностью на опорную платформу 1 непосредственно или через одну из сменных накладок необходимой жесткости так, чтобы силовой механизм 3 размещался, например, в 120 мм сзади от линии баланса лыжи. Устанавливают за пяткой лыжи средство измерения расстояния 5 (например, LS5 - оптический датчик положения со встроенной микропроцессорной системой управления) и средство измерения расстояния 8 (например, 2D лазерный сканер RIFTEK РФ625). Силовым механизмом 3 прикладывают к лыже усилие равное половине массы лыжника, например 350 Н. (Этим моделируется скольжение лыжника на двух лыжах на спуске). Затем включают одновременно средство измерения расстояния 5 и 8, включают привод (не показан) подвижной каретки 6 и производят измерение вертикального профиля лыжи и измерение координат поперечных сечений верхней и боковой поверхности лыжи с передачей данных от средств измерения расстояния 5 и 8 на компьютер (не показан). В зависимости от целей теста лыж, средства измерения расстояния 5 и 8 могут включаться отдельно друг от друга. Например, для измерения только крыловатости лыж и планарности скользящей поверхности, включают только средство измерения 8.

Средство измерения расстояния 5 и 8 может тактироваться как внутренним таймером так и внешними импульсами. Это позволяет при обработке сигнала получать горизонтальные координаты точек продольного профиля скользящей поверхности лыжи, а также горизонтальные координаты поперечных сечений верхней и боковой поверхности лыжи. На основе обработки данных, полученных от средств измерения расстояния 5 и 8, строят 3D модель лыжи 9, (ФИГ 3) визуализируют ее на экране компьютера. По полученной модели анализируют крыловатость лыжи и планарность ее скользящей поверхности. Разбивка 3D модели лыжи 9 на отдельные элементы (ФИГ 3), обеспечивает наглядность в определении крыловатости и планарности скользящей поверхности.

По полученной 3D модели, кроме того, анализируют форму контактов скользящей поверхности лыжи с трассой (ФИГ 4) и анализируют распределение 3D эпюр давления под скользящей поверхностью лыж (ФИГ 5) на различных по жесткости и микрорельефу трассах.

Далее, те же операции повторяют при усилии прижатия равном массе лыжника, например, 700 Н. Этим моделируют работу лыжи в фазе отталкивания. Полученную при такой нагрузке 3D модель лыжи 9 также анализируют на крыловатость и планарность скользящей поверхности.

По полученным продольным и вертикальным координатам скользящей поверхности лыжи и по графикам профиля дуги прогиба скользящей поверхности лыжи при различных нагрузках, определяют размеры грузовой площадки (точки касания скользящей поверхности лыж 9 с опорной платформой 1). Затем позиционируют участки скользящей поверхности лыж для смазки мазью держания при различных силах отталкивания с учетом жесткости снежной трассы, характерной формы поверхности трассы и ее микрорельефа в конкретных условиях соревнований.

Claims (4)

1. Устройство для тестирования лыжи, включающее опорную платформу с кронштейном, на котором установлен силовой механизм для прижатия лыжи к поверхности платформы с заданной силой, динамометр для измерения приложенной силы и средство измерения расстояния, выполненное с возможностью перемещения относительно опорной платформы, отличающееся тем, что устройство снабжено двухмерным средством измерения расстояния со сканирующим лучом, направленным поперек продольной оси лыжи и сканирующим верхнюю и боковую поверхность лыжи.

2. Устройство для тестирования лыжи по п. 1, отличающееся тем, что двухмерное средство измерения расстояния размещают выше опорной платформы с поперечным смещением продольной оси средства измерения более 25 мм относительно продольной оси лыжи.

3. Устройство для тестирования лыжи по п. 1, отличающееся тем, что снабжено и одномерным, и двухмерным средством измерения расстояния.

4. Устройство для тестирования лыжи по п. 1, отличающееся тем, что одномерное и двухмерное средство измерения расстояния могут работать синхронно или независимо друг от друга.

Images