III Малиновский Ультрамарафон 14 марта 2020

Секреты Сочинской Олимпиады. Приборы для измерения характеристик лыж

Некоторые закрытые проекты перед домашними Олимпийскими Играми-2014 приоткрываются теперь. Одна из таких тем должна заинтересовать читателей этого сайта. Проблема выбора лыж, измерения их характеристик особенно актуальна накануне нового зимнего сезона. Инженер-изобретатель Александр Рязанов, принимавший деятельное участие в программах помощи сборным командам России при подготовке к Сочи, представляет измерительный комплекс «Скилаб».

Увидеть невидимое. Выбор лыж.

Измерительный комплекс «Скилаб» включает лазерный стенд, прибор для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) лыж и откатчик лыж «Скилаб» с WIFI. Комплекс позволяет:

  • Подобрать лыжи для конкретного спортсмена по весу и особенностям техники скольжения
  • Подобрать лыжи для конкретных условий снежной трассы (мягкая, жесткая, тепло, холод)
  • Определить зоны смазки и выбрать допустимую толщину слоя смазки
  • Определенить рациональное смещения крепления для данных лыж и снежной трассы.
  • Контролировать изменения эпюры лыж после ШШ или циклевки
  • Контролировать целостность конструкции лыж и появление внутренних дефектов перед ответственными соревнованиями

DSC01428.JPG

1. Лазерный стенд позволяет решать несколько задач:

- измерять эпюру лыж (геометрические, жесткостные характеристики)

- предварительно оценивать работу лыж на жесткой и мягкой снежной трассах в фазах скольжения, отталкивания и проката на одной лыже

- оценивать работу лыж на выпуклых и вогнутых по форме участках трассы

- определять участки 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.

2. Прибор для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) лыж измеряет собственные резонансные частоты лыж, по которым предварительно оценивают предпочтительные условия использования лыж. Важными функциями прибора являются также возможность выявления скрытых дефектов лыжи и диагностика появления внутренних трещин.

3. Откатчик лыж «Скилаб» с WIFI предназначен для удобной оценки скоростных характеристик лыж на откаточном склоне в режиме реального времени. Позволяет отслеживать динамику скольжения лыж на всей длине склона. Измеряются не только скорость, но и ускорения при разгоне и торможении.

   Управление стендом, прибором для измерения АЧХ и откатчиком осуществляется с персонального компьютера.

Несколько примеров измерительных процедур на лазерном стенде «Скилаб»:

  1. Форма профиля лыж и эпюры давления на трассах разной жесткости

  2. Жт МТ Легков.jpg
    На графиках показана форма профиля лыж на жесткой трассе (зеленый и фиолетовый) и на более мягкой трассе (красный и синий) при скольжении на двух лыжах (37 кГ) и прокате на одной лыже (74 кГ).

Для мягкой трассы зоны давления должна быть максимальной длины.

Удовлетворительно

Хорошо

для мягкой трассы.jpg

Для мягкой трассы 2.jpg

Для жесткой трассы зоны давления должна быть минимальной длины.

Удовлетворительно

Хорошо

Для жесткой трасы.jpg

Для жесткой трасы2.jpg

   Для холодной трассы длина зон давления должна быть максимальной

Удовлетворительно

Хорошо

для холодной трассы.jpg

для холодной трассы2.jpg

Для теплой трассы длина зон давления должна быть минимальной

Удовлетворительно

Хорошо

Для теплой трассы.jpg

Для теплой трассы2.jpg



  1. Изменение параметров колодки при смещении крепления вперед-назад

    Смещение Легков.jpg

    На графиках показано изменение высоты и длины колодки при смещении точки приложения силы соответственно 11, 12, 13 см назад от баланса. (Два щелчка вперед и два щелчка назад от баланса на НИС)

  2. Сравнительная жесткость носка и пятки лыж

    Гибк Легков.jpg
    На графике черным цветом показана величина и форма изгиба носка и пятки лыжи при наезде на неровность трассы высотой 4 – 4.5 мм. Зеленым цветом показан профиль скользящей поверхности на горизонтальной трассе.

Давление в области носка должно быть меньше давления в области пятки (возможное исключение – незначительное превышение хорошо для холодной погоды и для классических лыж. Характеристика важна для мягкой трассы. Для жесткой трассы характеристика менее критична)

Плохо

Хорошо

Давление на носок.jpg

Давление на носок2.jpg

  1. Длина и расположение контактных зон давления

    контактные зоны.jpg Прямоугольниками показаны длина и расположение контактных зон давления соответственно при полной и половинной нагрузке

Гладкость профиля скользящей поверхности. (Характеристика важна для мягкой трассы и в холодную погоду на жесткой трассе. Для жесткой трассы и тепла некритична.)

Плохо

Хорошо

Гладкость профиля.jpg

Гладкость профиля2.jpg

Минимальные градиенты давления по длине лыжи. Характеристика важна для мягкой трассы и в холодную погоду на жесткой трассе. Для жесткой трассы и тепла характеристика некритична.

Плохо (выделено красными овалами)

Хорошо

мин градиент.jpg

мин градиент2.jpg

Рассмотрим пример подбора коньковых лыж  

подбор коньковых.jpg

Для разметки длины зон давления принимаем условно уровень от снежной трасы + 0,2 мм.

Красным цветом показаны лыжи с короткими зонами давления. Соответственно они предпочтительны на тепло или на жесткую трассу.

Синим цветом показаны лыжи с более длинными зонами давления. Соответственно они предпочтительны на более холодную погоду и на мягкую трассу.

По длине зон давления лыж можно с большей уверенностью выбирать штайншлифт, соответствующий конструкции лыж и погоде.

  1. С помощью прибора для измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) лыж получают такие сонограммы:

    сонограмма.jpg

    На сонограмме по горизонтальной оси показано время затухания резонансных колебаний. По вертикальной оси – частоты резонансных колебаний. Цветом показана величина амплитуды колебаний.

Лыжи должны иметь минимальное количество резонансных частот

Плохо

Хорошо

мин частоты.jpg

мин частоты2.jpg

Амплитудно-частотные характеристики лыж должно соответствовать погодным условиям и жесткости трассы

Жесткая трасса

(меньше 200 Гц)

Мягкая и средней жесткости трасса (больше200 Гц)

АЧХ жесткая трасса.jpg

АЧХ мягкая трасса.jpg

  1. Откатчик «Скилаб» используют на откаточном склоне. Он показывает изменение времени, скорости и ускорения по длине откаточного склона. Результаты отображаются в режиме on-line в графическом виде.

Пример сравнения скоростных характеристик лыж с разными эпюрами

Для сравнения возьмем две пары лыж (№3 и №524) одного производителя с практически одинаковыми значениями Fa и Hr и частотными характеристиками, но отличающиеся длиной контактных зон давления. (У пары №3 более длинные контактные зоны давления).

лыжи Турышева.jpg

Температура снега -4 -6 град. Снег свежий. Лыжня средней плотности после ратрака. Общая длина откаточного склона около 70 м.

Результаты откатки этих лыж представлены ниже.

скорость.jpg

Пара №3 на всех участках откаточного склона имела лучшее время и скорость. Но на участке падения скорости (40-50 м) пара №3 характеризуется большим снижением ускорения, в сравнении с парой №524. Если по трассе соревнований имеется большая доля участков со снижением скорости, или финишная прямая имеет небольшой подъем, то пара № 524 может получить преимущество перед парой №3.

Пример подбора зоны смазки.

Для большей наглядности рассмотрим пример выбора зоны смазки с использованием данных известных флекс-тестеров и использованием данных о форме профиля лыж, полученных на стенде «Скилаб».

выбор колодки для смазки.jpg

На верхнем рисунке представлена зона смазки с традиционным нанесением двух слоев держащей мази. Колодка размечена на флекс-тестере (0.2 мм, 0.3 мм). Профиль лыжи под нагрузкой получен на измерительном комплексе «Скилаб». Нулевая линия на рисунке обозначает поверхность снега. Пятка лыжи слева, носок справа.

Видим, что в данных условиях, при прокате на одной лыже (профиль зеленого цвета), слой мази наклонен навстречу движению. Это будет препятствовать скольжению лыж, и уменьшать держание при отталкивании. Кроме того, общая толщина слоев мази слишком большая. Создается выпуклая задняя часть колодки, которая соприкасается с трассой и препятствует скольжению.

На нижнем рисунке представлена более правильная зона смазки, также с двумя нанесенными слоями держащей мази. Но наклонная форма нанесенных слоев, обеспечивает хорошее скольжение при прокате на одной лыже и хорошее держание при отталкивании.

Для хорошего скольжения нельзя превышать предельную толщину слоя смазки (на рисунке - Н).

Для контроля толщины нанесенной смазки удобно использовать вот такую гребенку.

 гребенка.jpg

Гребенка будет полезна и для оценки схода мази после прохождения дистанции.

На сегодня комплекс "Скилаб" не имеет аналогов в мире по количеству и качеству измеряемых характеристик. На технические решения получено несколько патентов.

Александр Геннадьевич Рязанов

skiexpert@yandex.ru

+7 (909) 01-086-18

13 8492 Андрей Краснов 20.11.2015 16:23
Рейтинг: +1 +1 0

Чтобы оставить комментарий, зарегистрируйтесь и войдите через свою учетную запись.

Конечно, всё это - гениально  плюс методики и правильная технику передвижения на лыжах и мы опять в лидерах ! всё должно работать вкупе по закону сознания: со- совокупность знаний ! один в поле не воин !
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
Вялбе - молодец ! наконец то начала допускать наших кулибиных к делам лыжным...
Ссылка Рейтинг: +1 +1 0
Это Александр молодец, а не Вяльбе. Допустить лыжников к готовому продукту много ума не надо. У нас в городе есть такие стенды(названия не знаю). Очень удобно, когда вся информация о лыжах есть на наклейке. Всё по-честному.
Александр, а в России магазины покупают ваши стенды?
Ссылка Рейтинг: +2 +2 0
20.11.2015 21:49
Здорово. Но есть спорные моменты, в частности

Но на участке падения скорости (40-50 м) пара №3 характеризуется большим снижением ускорения, в сравнении с парой №524.
При такой грубости отсечек очень сомнительное утверждение.
Не очевиден критерий на АЧХ при разных погодных условиях. Он получен Вами экспериментально?
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
Всё хорошо, только фраза: "не имеет аналогов в мире..." портит общую картину восприятия, ибо продукт, не имеющий аналогов вовсе не означает его полезность и востребованность. Рынок покажет.
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
  "не имеет аналогов в мире..."
Валерий, это всего лишь констатация факта, за которй неплохие результаты !
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
Мне помнятся научные работы Николенко Валеря Васильевича по использованию АЧХ лыж для увеличения импульса поступательного движения лыжника при классическом ходе этак в 1990-1992гг. Стоит лишь посмотреть архивы ВИНИТИ...
Еще в прошлом веке изучены и заложены научные основы процесса взаимодействия лыжника-гонщика с упругой опорой, который структурно подразделяется на два временных интервала, величины усилий в которых характеризуют, с одной стороны скоростно-силовую подготовленность спортсмена, а с другой - рациональность его взаимодействия с упругой опорой (лыжей). Новизна идеи еще того времени, когда только начиналась эра пластиковых лыж, состояла в использовании энергии сдеформированной лыжи (зажатой весом лыжника) для получения дополнительно импульса в поступательном движении по лыжне.  
В СССР как-то было принято ссылаться на первопроходцев ... :D
Ссылка Рейтинг: +1 +1 0
Прошу прощения, только-только удалось добраться до интернета.
Григорию Артамонову. К стыду своему, не знал о первопроходцах  АЧХ. Как раз в эти годы занимался изготовлением опытных партий лыж. Научную литературу пропустил. Спасибо за информацию, очень интересно. Обязательно найду. Я из СССР, не сомневайтесь.
Фраза " не имеет аналогов в мире по количеству и качеству измеряемых характеристик", тем не менее остается в силе. Хотя дело не в словах .
Сереже Попову.  По "спорным моментам". Критерии оценки предлагается  воспринимать не как абсолютную истину, а как точки опоры для поиска верных решений. Там много всяких нюансов и исключений. Эта мысль пропала при редактировании статьи.
Отсечек можно сделать больше, столько, чтобы не было "грубо".
Николаю Кабанену. Да, стенд "скиселектор" достойный конкурент. Но он не может измерять ненагруженную лыжу, менять при измерениях  жесткость "трассы", измерять носки и пятки лыж (из-за механического датчика).
Российские магазины не могут отправлять непроданный товар обратно производителю. А у вас в стране  магазины возвращают лыжи с невостребованными характеристиками производителю. Делайте вывод.
Алексею Седенкову.  Спасибо!
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
Посмотрел работу Николенко В.В.   http://repository.ldufk.edu.ua/bitstream/34606048/265/1/nikolenko_v_v.PDF     Интересно.  Полезно.
Но это несколько на другую тему.  
Я измеряю собственные резонансные частоты лыж методом тест удара.  И измеряю частоты взаимодействия лыж с трассой при скольжении по снегу. Пытаюсь выяснить, как это взаимодействие влияет на скорость. и т.д.  Вот например:  http://www.vector-ski.ru/ru/_ski_simulation2.htm   А сейчас делаю это на реальной снежной трассе.
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
22.11.2015 02:29
Александр, вы молодец! Вы продвигаете нашу спортивную науку вперед. И делаете серьезные инновационные измерительные приборы для спорта. Но вы немного заблуждаетесь насчет SkiSelector. Ваши конкуренты не стоят на месте. Компания SkiSelector обанкротилась этим летом и теперь у нее новые владельцы - шведская компания Elpex. И казалось бы эти ребята ничего не смыслят в производстве такой измерительной технике и дела должны были пойти еще хуже. Но картина явно обратная, эта смена хозяев компании привела к обратному положительному эффекту. Буквально вчера я общался с хозяевами компании и получил от них мини презентацию новых возможностей этого станка. Они совершили с ним 2-ух месячный UPGRADE тур по Европе, а точнее по нескольким институтам Европы, отработали новое программное обеспечение с помощью сильных IT специалистов, доработали и устранили механические изъяны. По функционалу сейчас SkiSelector практически не уступает вашим разработкам. По крайней мере он точно измеряет носки и пятки. Имеет 2000 точек измерения на 2 метра. И он говорит какие лыжи на какую трассу будут работать в соответствии с расположением зон скольжения. Я работал с ним раньше, они прилично усовершенствовали его.
Если вам интересно могу дать вам больше информации по нему.
И еще жду ваше коммерческое предложение по станку
Вот моя почта optiwax@gmail.com
Интересно, очень.
Ссылка Рейтинг: +1 +1 0
Максим, конечно интересно. У нас 1800 точек на 2 метра. Спасибо за информацию.  Если можно, пришлите эту мини презентацию.  Дома буду после 24. Предложение подготовлю.
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
Здрасьте уважаемые! Очень интересная информация. Замечал как спецы оценивают лыжи ударом по задней части и вибрации, только что они при этом понимают и чувствуют для меня загадка. Также Соцков упоминал о важности гладкого перехода из колодку в задний бугор скольжения для холодных лыж, только у него это тоже на уровне чувства. А тут объективные цифры! Проясните пожалуста по такому вопросу: Вы кажется измеряете геометрию зажатых лыж в мм (вертикальная ось на ваших картинках дана в мм), а иногда говорите при этом о давлении. Это одно и тоже разве? Т.е. если мерить не расстояние лазерным датчиком, а именно давление тензодатчиком в данной точке, то получится ли аналогичная кривая на картинке? Спасибо!
Ссылка Рейтинг: 0 0 0
Датчики давления - это всегда опосредованные датчики деформации. Например, в манометре это деформация мембраны, в тензодатчике это изгиб или растяжение токопроводящего элемента и т.д.  Мы измеряем упругие деформации лыж под нагрузкой в мм. И по закону Гука... получаем пропорциональную силу и  эпюру давления. На разных  по упругим свойствам трассах эпюры будут несколько отличаться. См. самый первый график.
Ссылка Рейтинг: +1 +1 0
Лыжные гонки (беговые лыжи) | Новые сообщения форума