УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДБОРА ЛЫЖНОЙ МАЗИ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR SELECTION SKI WAXES (VERSIONS)

Изобретение относится к принадлежностям для ухода за лыжами и может быть использовано для определения характеристик скольжения различных поверхностей, например скольжения лыж, на которые могут быть нанесены различные смазки (парафины, лыжная мазь и т.п.).
Известны устройства для подбора лыжной мази, описанные в авторских свидетельствах СССР №787051 от 25.10.1978 г. и №1595545 от 24.12.1986 г., в которых макет лыжи выполнен в виде сменных имитационных дисков, приводимых в движение спиральной пружиной. Недостатками таких устройств является трудоемкость процесса измерения, вызванная необходимостью взвода пружины; кроме того, влияние пружины не позволяет получить сопоставимые результаты измерений при проведении параллельных измерений с использованием нескольких устройств, что обуславливает длительное время определения характеристик скольжения лыжных смазок. При этом необходимость вращения имитационного диска вокруг своей оси вручную при его установке для обеспечения стыковки приводит к дополнительным временным затратам и неудобству в использовании.
В качестве прототипа было выбрано устройство для оценки лыжной смазки, описанное в патенте US №2008163667 от 15.02.2005 г., содержащее макет лыжи в виде диска с плоской рабочей поверхностью, на которую нанесен слой лыжной мази, грузовые элементы, приводной механизм, включающий электродвигатель, с известной зависимостью силы тока от момента на валу, аккумуляторную батарею, схему управления электродвигателем и средства измерения электрических параметров, позволяющих оценить коэффициент трения смазок. Использование данного устройства не позволяет получить результаты измерений, пригодные для сопоставления, при одновременном измерении несколькими устройствами. Различия результатов измерений, полученных от разных устройств, обусловлены тем, что каждый электродвигатель имеет уникальные электрические и механические характеристики. Недостаточная точность измерений является следствием влияния паразитных моментов трения в узлах электродвигателя и изменения его характеристик при повышении температуры обмоток в процессе работы, что обусловлено невозможностью изготовления электродвигателя с достаточно точной зависимостью тока потребления от момента на валу во всем диапазоне рабочих температур и скоростей вращения вала, а также осуществлением измерений на разных скоростях вращения имитационного диска, поскольку скорость вращения зависит от коэффициента трения имитационного диска о снег.
Настоящее изобретение направлено на решение технических задач повышения точности измерений и сокращения времени определения характеристик скольжения лыжных смазок.
Повышение точности измерений достигается применением шагового электродвигателя, обеспечивающего высокую точность скорости вращения вала, и применением муфты передачи крутящего момента, обеспечивающей инерционное вращение имитационного диска после остановки шагового электродвигателя. Измерение проводится при инерционном вращении имитационного диска, а значит, при отсутствии влияния электродвигателя на вращение имитационного диска в процессе измерения. С учетом высокой точности начальной скорости, обеспеченной шаговым электродвигателем, результаты измерений являются точными и сопоставимыми при использовании нескольких модулей. Сила прижатия имитационного диска к поверхности снега, в отличие от прототипа, обеспечивается весом измерительного модуля без использования каких-либо пружинных механизмов, и не зависит от механических характеристик конкретной пружины. Кроме того, оценка коэффициента динамического трения имитационного диска о снег осуществляется за счет использования высокоточного датчика угловых ускорений (замедлений), а не за счет измерения силы тока электродвигателя.
Сокращение времени определения характеристик скольжения лыжных смазок достигается благодаря возможности получения результатов измерений, пригодных для сопоставления при проведении параллельных измерений на нескольких модулях, а также за счет использования узла стыковки и фиксации, обеспечивающего быструю смену имитационных дисков.
Устройство для подбора лыжной мази содержит основание, источник питания, блок управления, измерительный модуль, включающий имитационный диск, узел стыковки и фиксации имитационного диска, шаговый электродвигатель, датчик угловых ускорений, муфту передачи крутящего момента. Муфта передачи крутящего момента выполнена из двух соосно установленных втулок, одна из которых жестко закреплена на оси электродвигателя, а вторая соединена с имитационным диском посредством узла стыковки и фиксации с возможностью вращения относительно первой втулки. Для обеспечения независимого вращения вала электродвигателя и имитационного диска друг относительно друга на угол более 360 градусов, на втулках выполнены не пересекающиеся друг с другом встречно направленные выступы, по крайней мере на одной из втулок в плоскости, перпендикулярной оси вращения двигателя, выполнен кольцевой паз, обеспечивающий движение шарика между втулками по окружности, в котором размещен шарик, причем выступы направлены внутрь паза и перекрывают тело шарика. Для обеспечения независимого вращения вала электродвигателя и имитационного диска относительно друг друга на угол не более 360 градусов на втулках муфты передачи крутящего момента выполнены пересекающиеся друг с другом встречно направленные выступы. Узел стыковки и фиксации имитационного диска состоит из двух частей. Одна из частей узла стыковки и фиксации содержит магнит и ловитель, либо магнит и отверстие, а вторая соответственно пластину и отверстие, либо пластину и ловитель, при этом пластина имеет возможность взаимодействия с магнитом, а соприкасающиеся поверхности частей имеют элементы, препятствующие вращению частей друг относительно друга.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства для подбора лыжной мази, на фиг. 2 - измерительный модуль в сечении.
Устройство для подбора лыжной мази состоит из основания (1), источника питания (2) и блока управления (3), измерительного модуля (4).
Измерительный модуль (4) состоит из кронштейна крепления (6), на котором закреплен шаговый электродвигатель (7), муфты передачи крутящего момента, состоящей из втулок (8) и (9), одна из которых (8) жестко закреплена на валу шагового электродвигателя (7), а вторая (9) установлена соосно с ней с использованием подшипников (10) и (11). На втулках выполнены встречно направленные, не пересекающиеся друг с другом выступы (12), по крайней мере на одной из втулок (8) в плоскости, перпендикулярной оси вращения электродвигателя (7), выполнен кольцевой паз, обеспечивающий движение шарика (13) между втулками (8) и (9) по окружности, в котором размещен шарик (13), причем выступы направлены внутрь паза и перекрывают тело шарика. Втулка (9) соединена с имитационным диском (14), торцевая поверхность которого выполнена из материала, формирующего испытываемую поверхность скольжения лыжи (15), посредством узла стыковки и фиксации имитационного диска, выполненного в виде стального кольца (16), установленного на имитационном диске (14) и магнитного кольца (17), установленного на втулке (9). Фиксация имитационного диска обеспечивается магнитным взаимодействием стального кольца (16) и магнитного кольца (17), при этом соосность обеспечена попаданием ловителя (21) имитационного диска (14) в центральное отверстие магнитного кольца (17), а передача крутящего момента зацеплением зубцов (22), расположенных на торце втулки (9) и на внутренней поверхности имитационного диска (14). Фиксация имитационного диска может быть также обеспечена высокими фрикционными свойствами соприкасающихся поверхностей.
Для измерения ускорений устройство содержит датчик угловых ускорений, выполненный в виде измерительного диска (20), имеющего радиально расположенные прорези и закрепленного на втулке (9) при помощи крышки (19) и оптического датчика с фототранзистором (18), закрепленного на кронштейне (6).
Скобы (5) обеспечивают свободное перемещение измерительного модуля (4) в направлении, перпендикулярном поверхности снега, сила воздействия имитационного диска (14) на снег определяется массой измерительного модуля (4) и может регулироваться установкой дополнительных грузовых элементов. Установка грузов различной формы на втулку (9) приводит к изменению инерционных характеристик измерительного модуля (4).
Способ работы устройства заключается в следующем. Для проведения замера основание (1) устройства устанавливается на снег, а измерительный модуль (4) с установленным имитационным диском (14) и нанесенной на него мазью плавно подводится к поверхности с помощью скоб (5). Шаговый электродвигатель (7) вращает втулку (8) на малой скорости до момента получения сигнала от датчика угловых ускорений (18) о начале вращения втулки (9) и имитационного диска (14), что свидетельствует об установке муфты передачи крутящего момента в начальное положение, в котором шарик (13) зажат между выступами (12) и, следовательно, крутящий момент от втулки (8) передается на втулку (9) и имитационный диск (14). Вал электродвигателя (7) поворачивается на заданный угол, разгоняя имитационный диск (14) до скорости тестирования. Вал электродвигателя (7) с закрепленной на нем втулкой (8) останавливается, при этом имитационный диск (14), втулка (9) и измерительный диск (20) продолжают движение по инерции до полной остановки под влиянием сил трения между имитационным диском (14) и снегом, либо за счет взаимодействия втулки (8) с втулкой (9) через шарик (13), оказавшийся между выступами (12). В процессе тестирования информация от датчика угловых ускорений (18) передается на блок управления (3), в котором вычисляется ускорение имитационного диска (14) с нанесенной на него лыжной мазью (парафином). Вычисленное значение ускорения сохраняется в памяти блока управления, далее путем сравнения значений угловых ускорений, полученных при испытании различных мазей (парафинов), выбирается мазь с необходимыми свойствами.