КОНЕК СПОРТИВНЫЙ

Полезная модель относится к области спортивного инвентаря и может использоваться для повышения качества скольжения спортивных коньков, т.е. для уменьшения трения скольжения между рабочими поверхностями полоза и льдом.
a
z
Известны коньки (патент на полезную модель RU №130867), конек которых состоит из ботинка, прикрепленного к нему снизу полоза, контактирующим со льдом и крепежно-корпусной части, соединяющей полоз конька и ботинок в единую конструкцию. Крепежно-корпусная часть включает опоры, стойки и корпус. Полоз имеет острые кромки и рабочую поверхность с приповерхностным слоем иной по сравнению с остальной частью полоза физической структурой, рабочая поверхность полоза выполнена равномерно полированной до зеркального блеска. Параметры шероховатости рабочей поверхности полоза R и R могут составлять 0,01-0,16 мкм и 0,05-0,8 мкм соответственно. Приповерхностный термоизмененный слой может быть образован в режиме механической заточки лезвия.
Несмотря на низкую шероховатость и образование примыкающего к поверхности скольжения слоя металла с измененной структурой в результате термической обработки, качество скольжения таких коньков по льду не улучшается, и они не отличаются от применяемых традиционных коньков.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является (патент на полезную модель RU №57618), в описании которого к подошве ботинка с помощью крепежно-корпусной части прикрепляется полоз, контактирующий со льдом. Полоз имеет острые кромки и рабочую поверхность скольжения, на которую нанесен слой электроплавленного корунда. Слой корунда наносится в режиме микроплазменного наплавления окислов алюминия (корунда).
Недостатком таких коньков является низкое качество скольжения из-за повышенного трения между льдом и полозом, так как корундовое покрытие не обеспечивает снижения трения при скольжении в сравнении со стандартными коньками и требуется заточка полоза для поддержания удовлетворительного качества скольжения по льду. Переточка полоза коньков требует применения специальной оснастки и инструмента. Нанесение корундового слоя сопряжено с применением энергоемких технологий и является достаточно трудоемким процессом. Нанесенный слой имеет повышенную хрупкость, так как металлическая основа из-за повышенной толщины корундового слоя не будет оказывать влияния на уменьшение его хрупкости. При эксплуатации коньков этот приповерхностный слой неизбежно утончается после каждой заточки вплоть до полного исчезновения.
Задачей полезной модели является повышение качества скольжения спортивных коньков за счет уменьшение трения скольжения между рабочими поверхностями полоза и льдом.
Это достигается тем, что спортивный конек состоит из ботинка, на подошве которого с помощью крепежно-корпусной части закреплен полоз, рабочая поверхность которого, контактирующая со льдом, имеет нанокристаллическое алмазоподобное покрытие толщиной не более 0,8-1,0 мкм.
Для увеличения срока эксплуатационного периода спортивного конька его полоз может быть выполнен съемным. Для чего крепежно-корпусная часть должна иметь продольный паз с отверстиями, в котором крепится с помощью фиксатора полоз с отверстиями, совпадающими с отверстиями крепежно-корпусной части.
Покрытия, подобные нанокристаллическому алмазоподобному покрытию, получают на основе, например графита, угля, нитрида бора. Нанокристаллическое алмазоподобное покрытие по твердости превосходит любой другой материал.
Свойства предложенного покрытия позволяют исключить процедуру переточки, так как износостойкость и твердость покрытия позволяют использовать полоз в течение всего срока использования коньков.
Предложенное покрытие в беговых коньках из-за уменьшения трения между полозом и льдом может способствовать достижению рекордных результатов в спортивных состязаниях по бегу на различные дистанции, а у фигурных и хоккейных коньков сохранению длительности остроты кромок и улучшения скольжения при их эксплуатации.
Предложенное решение распространяется на любые коньки, в том числе, например на коньки беговые и хоккейные (ГОСТ22358-87) и коньки для фигурного катания (ГОСТ22357-87).
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен конек спортивный цельнометаллический, на фиг. 2 - конек спортивный со сменным полозом.
Конек спортивный состоит из ботинка 1, на подошве которого с помощью крепежно-корпусной части 2 закреплен контактирующий со льдом полоз 3. Крепежно-корпусная часть и полоз могут быть выполнены цельнометаллическими, например для фигурного катания, либо неподвижно соединенными друг с другом контактной сваркой, например для хоккейных или беговых коньков. На рабочую поверхность 4 полоза 3 нанесено нанокристаллическое алмазоподобное покрытие толщиной не более 0,8-1,0 мкм.
Конек спортивный может быть выполнен со съемным полозом (фиг. 2). При этом крепежно-корпусная часть 2 будет иметь продольный паз 5 с отверстиями, в который вставляется полоз 3 с отверстиями, совпадающими с отверстиями крепежно-корпусной части. В отверстия вставляются фиксаторы 6, например эксцентрикового типа, поворот которых обеспечивает удержания полоза в корпусе.
Предложенное техническое решение, на примере конька для фигурного катания, выполняется следующим образом. К пластинам, расположенным на подошве ботинка 1 через отверстия крепится специальными шурупами крепежно-корпусная часть 2 с полозом. На рабочие поверхности 4 полоза 3, контактирующего со льдом, наносится нанокристаллическое алмазоподобное покрытие вакуумно-дуговым способом. Пары углерода в виде плазмы, очищаемые в электромагнитном фильтре, осаждаются на поверхностях полоза. Необходимая температура на поверхности покрываемой детали поддерживается с помощью регулятора мощности электрической дуги. Толщина покрытия составляет не более 0,8-1,0 мкм.
При скольжении конька по льду за счет давления, передающегося через ботинок 1 и крепежно-корпусную часть 2 полозу 3, образуется водная пленка. Краевой угол смачивания нанокристаллических алмазоподобных материалов составляет 102-105°, т.е. эти материалы по отношению к воде гидрофобны, для которых краевой угол смачивания α>90°. В отличие от нанокристаллических алмазоподобных материалов корунд является гидрофильным, так как краевой угол смачивания у него α<90°. Таким образом, коэффициент трения у нанокристаллических алмазоподобных материалов по льду меньше, чем у корунда и стальных сплавов. Износостойкость нанокристаллических алмазоподобных покрытий 4 позволяет обходиться без переточек коньков в течение всего эксплуатационного периода спортивного инвентаря. Высокая прочность коньков обеспечивается комплексом эксплуатационных показателей материалов полоза коньков и нанокристаллического алмаза. Известно, полоз с таким покрытием в более жестких условиях, чем коньки, имеет показатели износостойкости и надежности в 10-15 раз выше, чем у традиционного инструмента, а показатели прочности такие же.
тр
Для подтверждения эффекта уменьшения трения скольжения между нанокристаллическим алмазоподобным покрытием и льдом был проведен следующий эксперимент. Брались две пластины из углеродистой стали с размерами 150×10 мм, на одну из которой было нанесено нанокристаллическое алмазоподобное покрытие. Передние кромки контактирующих со льдом поверхностей пластин скруглялись для того, чтобы пластины при движении по льду не зарывались в лед. На пластины в середине устанавливались гири весом 20 Н (2 кг). С помощью динамометра с ценой деления 0,02 Н пластины перемещались по льду с постоянной скоростью 200 мм/с и фиксировались значения силы трения (тягового усилия) F, характеризующие трение скольжения каждой из пластин.
2
Корундовое покрытие не может обеспечить снижение трения между полозом и льдом, так как краевой угол смачивания у него α<90°. Для подтверждения этого факта был смоделирован эксперимент по определению силы трения между корундом и льдом. Для этого использовался кусочки искусственного рубина (корунда) с полированными поверхностями. У кусочков были определены площади контакта со льдом, а в испытаниях устанавливались одинаковые значения удельной силы прижатия на поверхностях контакта, как и в предыдущем эксперименте. Для сравнения значений во всех экспериментах значение силы трения между корундом и льдом приводилось к одинаковым условиям, т.е. к площади F=150×10 1500 мм при одинаковом значении удельной силы прижатия на поверхности контакта. Результаты эксперимента даны в табл. 1.
тр
Как видно из табл. 1, сила трения скольжения между пластиной с нано-кристаллическим алмазоподобным покрытием и льдом меньше, чем у пластин без покрытия и с корундовым поурытием, так как значения силы F; имеют меньшие значения (табл. 1).
Анализ совокупности существенных признаков заявляемого технического решения в формуле полезной модели в сравнении с прототипом позволяет сделать заключение, что заявляемая полезная модель является новой и более эффективной в эксплуатации.