РЫБАЛКА - ОБРАЗ ЖИЗНИ
Лунный календарь
 
 
 
 
 
 
 
 
 

По вопросу теста катушек на тяговитость

Арчилыч

Дата записи в блоге: 07.12.2014
Дата добавления записи в блоге: 07.12.2014

Текст
Дневник
Координаты
Видео
Трофеи

Игорь Плиев (aka Арчилыч)

 

По вопросу теста катушек на тяговитость

(тест проведен Хороших Вадимом Ивановичем (аkа Vadkh))

Был проведен тест девяти разных безынерционных катушек, заключающийся в определении нагрузки на рукоятке катушки в статике при  выводе их под нагрузкой из состояния равновесия. В качестве нагрузки использовалась кормушка массой 90 г. Эксперимент  с названием «Тест катушек на тяговитость» продемонстрирован в блоге аkа Vadkh.

Составим уравнение, объясняющее особенности работы безынерционной катушки. На рисунке 1 представлены силы, действующие на безынерционную катушку  в общем случае, и некоторые ее размеры, нас интересующие:

Nк- тянущее усилие, действующее на кормушку, г;

dш - диаметр шпули, см;

Nр - усилие воздействия на рукоятку катушки, г;

rр - радиус вращения рукоятки (плечо воздействия усилия на рукоятку), см.

Запишем баланс мощности данной катушки при вращении рукоятки:

Nвх · ηкат = Nвых,                                                                                    плачет1)

где:

Nвх - мощность на входе;

Nвых - мощность на выходе;

ηкат - коэффициент полезного действия (КПД) катушки;

ηкат = ηрол · ηвн. мех                                                                            плачет2)

ηрол  - КПД ролика лесоукладывателя;

ηвн. мех  - КПД внутренних механизмов катушки.

Входную мощность мы имеем, воздействуя  на рукоятку катушки, на выходе мы получаем усилие, тянущее кормушку - выходная мощность.

Входную мощность можно определить через момент и угловую скорость оборотов рукоятки:

Nвх = Nр · rр ·  ωр ,                                                                                  плачет3)

где:

ωр - угловая скорость рукоятки, 1/с (радиан/с).

Размерность мощности «г · см/с».

Выходную мощность можно определить через силу тяги и линейную скорость наматывания лески:

Nвых = Nк · Vл,                                                                                           (4)

где:

Vл - линейная скорость наматывания лески, см/с.

Линейная скорость наматывания лески зависит от угловой скорости ротора, выраженной в оборотах/секунду,  и диаметра шпули, на которую леска наматывается.

Угловая  скорость  рукоятки,  выраженная  в  оборотах/секунду, равна

ωр/2 π.

Vл = π · dш ·  ωр/2 π · iк = 1/2 · dш · ωр · iк , где:

iк - передаточное число катушки.

Тогда

Nвых = 1/2 Nк · dш · ωр · iк                                                                     плачет5)

Размерность мощности та же - «г · см/с».

С учетом выражений (1) и (2) окончательно можно записать:

Nр · rр · ωр  · ηрол · ηвн. мех =   1/2 Nк · dш · ωр · iк

Разделим левую и правую  часть на   ωр и решим уравнение относительно Nр:

Nр =   1/2 Nк · dш · iк / (rр · ηрол · ηвн. мех )                                        (6)                                          

Проанализируем это уравнение. При одном и том же усилии, действующем на кормушку Nк, усилие на рукоятке катушки Nр зависит от диаметра шпули dш и передаточного числа катушки iк - чем эти значения больше при одинаковых остальных параметрах, тем большее усилие нужно приложить к рукоятке катушки. Скорость выматывания кормушки при этом растет.

Если на пустые шпули представленных внизу катушек (см. рисунок 2) закрепить и начать наматывать леску, проводя вышеназванный тест, то при прочих одинаковых параметрах для левой катушки усилие на рукоятке будет больше.

Усилие на рукоятке катушки Nр зависит также от радиуса вращения (плеча) рукоятки rр, и КПД катушки: КПД внутренних механизмов катушки  ηвн. мех  и КПД  ролика лесоукладывателя ηрол  - чем эти значения больше при одинаковых остальных параметрах, тем меньшее усилие нужно приложить к рукоятке катушки.

КПД  ролика лесоукладывателя у брендовых катушек, видимо, находится в диапазоне 0,98 - 0,99, т.е. близок к единице, и  заклинивание подшипника ролика резко увеличивает потребное усилие на рукоятке. В ролике лесоукладывателя происходит при этом замена трения качения на трение скольжения с уменьшением КПД в несколько раз.

КПД внутренних механизмов катушки зависит от большого количества параметров и теоретически может определяться весьма приближенно. По сути это «Кот в мешке». На КПД внутренних механизмов влияет качество обработки ведущей шестерни-колеса и  ведомой шестерни (как правило, червячной пары), материалы, из которых изготовлены ведущая и ведомая шестерня, погрешности совмещения червячной пары, конструкция и качество изготовления механизма привода штока крепления шпули с его возвратно - поступательным движением, количество смазки и ее качество, количество подшипников и т.д. Следует отметить, что на КПД внутренних механизмов катушки влияет также передаваемая нагрузка и скорость вращения ручки катушки.

Если уравнение (6) решить относительно КПД катушки, то мы получим:

ηкат = ηрол · ηвн. мех = 1/2 Nк · dш · iк / (rр · Nр)                           (7)

На первый взгляд, после проведения вышеуказанного теста, как раз и появляется возможность определения КПД катушки ηкат по формуле (7), так как все величины, входящие в уравнение, известны. Но что мы определим?

Дело в том, что КПД связано, в основном, с потерями на трение. А трение в природе существует двух видов: трение покоя и трение скольжения. Если трение выразить через коэффициенты трения, то коэффициент трения покоя выше коэффициента трения скольжения. Насколько - зависит от многих факторов. То есть в данном опыте, по сути, определялось усилие выведения  катушки из состояния покоя при наличии нагрузки на леске. И мы можем определить КПД  катушки  при ее выводе из состояния покоя.

Вторая особенность эксперимента  связана с установкой кормушки (см. рисунок 3).

                    

Классический случай, когда вступает в действие механизм перемещения гибкой нити с трением вокруг детали округлой формы в точке перегиба лески в кольце. Я писал об этом, когда рассматривал поведение оснастки типа Inline в статье «Фидерные оснастки - теория, описание, рисунки. Часть 2».

На рисунке 4 представлена схема такого взаимодействия. При попытке перемещения нити в направлении силы Т1 образуются силы трения, которые препятствуют перемещению. Не вдаваясь в детали вывода формулы, приведем ее в окончательном виде

                                Т1  = Т2 е , где:                                                                    (8)

Т1 и Т2 – силы, действующие на гибкую нить;

е – математическая константа, основание натурального логарифма, для наших расчетов можно принять е = 2,72;

fкоэффициент трения нити о цилиндр, в нашем случае, лески кольцо;

α  - угол охвата нитью цилиндра в радианах.

В нашем случае Т1 - тянущее усилие со стороны катушки, Т2 -  сила тяжести (вес) кормушки.

Видимо, при эксперименте на это не обращалось особое внимание, но угол α зависит от положения ролика лесоукладывателя на катушке - ролик может находиться в нижнем  или верхнем положении, тогда соответственно мы получаем угол α1 или α2 (см. рисунок 3). Или какой-то промежуточный угол между этими значениями.

Попробуем определить, с каким усилием приходилось тянуть кормушку при f = 0,3, чтобы стронуть ее. Судя по положению лески на кадрах  в представленном тесте α1≈130 градусов, а угол α2≈120 градусов. Соответственно, α1=2,27 радиан, α2=2,09 радиан.

В первом случае

Т1 = 90 · 2,72 0,3·2,27= 177,8 г

Во втором случае

Т1 = 90 · 2,72 0,3·2,09= 168,5 г

У различных лесок коэффициент трения f может быть разным. Здесь взято некое среднее значение. Для чистоты эксперимента можно взять электронный динамометр и потянуть ту или иную леску с подвешенной кормушкой в 90 г под теми же углами α.

Из перечисленных автором теста испытываемых катушек у меня нет ни одной, поэтому возьму катушку Nexave 3000 SRB (Shimano) с передаточным числом 5,2 со следующими размерами: rр = 5,5см, dш = 4,5 см.

По формуле (6) подсчитаем усилие на рукоятке катушки при α1=2,27 радиан, Nк = 177,8 г.

Nр =   0,5 · 177,8 · 4,5 · 5,2 / (5,5 · 0,9) = 420 г  

При знании Nк и Nр по результатам эксперимента  можно рассчитать КПД катушки (уравнение 7) при выводе ее из состояния покоя:                            

ηкат = 0,5·177,8·4,5·5,2/(5,5·420) = 0,900

При вычислении Nр ( в моем случае) КПД катушки определялся путем некоего перебора цифр.

Кстати, у меня в наличии, кроме вышеупомянутой катушки для фидера длиной 3,6 м, находится еще две безынерционные катушки: Tornado-3i 1550 (Daiwa) для фидера длиной 3,3 м и Match Winner 2553 M (Daiwa) для фидера длиной 3,9 м. Как видите, катушки не размера 4000 по классификации Shimano и не размера 3000 по классификации Daiwa, как это рекомендуют, зачастую, спортсмены. И сделано это сознательно. Зачастую при поклевке и вытаскивании подлещика грамм на 200 я не чувствовал сопротивления рыбы, и не понимал, тащу я пустую кормушку или нет. Поэтому  у меня сложилось предубеждение против крупных катушек - уж если я на свои не чувствую, то что будет при ловле на большие катушки? Оказывается, есть нюансы!

Выводы:

1.    Проведенный тест показал, что увеличение размера катушки не означает прямого увеличения тяговитости катушки, если под тяговитостью понимать усилие на рукоятке при одинаковых нагрузках. Получившиеся формулы это подтверждают: при одном и том же усилии, действующем на кормушку Nк, усилие на рукоятке катушки Nр зависит от диаметра шпули dш и передаточного числа катушки iк - чем эти значения больше при одинаковых остальных параметрах, тем большее усилие нужно приложить к рукоятке катушки. Скорость выматывания кормушки при этом растет. Усилие на рукоятке катушки Nр зависит также от радиуса вращения (плеча) рукоятки rр и КПД катушки - чем эти значения больше при одинаковых остальных параметрах, тем меньшее усилие нужно приложить к рукоятке катушки.

2.    На результаты эксперимента оказало влияние трение лески о кольцо фидера - по сути дела тянущее усилие, вытягивавшее кормушку,  выросло в два раза, что и привело к росту усилия на рукоятке катушки. Можно было бы повторить эксперимент (при наличии желания, конечно), установив первое колено с катушкой вертикально вниз (комель смотрит вверх), чтобы исключить влияние трения лески  в кольце фидера. Относительные результаты будут, видимо,  похожи, но с уменьшенными конкретными усилиями на рукоятке катушки.

3.    Еще раз хочу выразить благодарность Вадиму (аkа Vadkh) за его стремление в познании нового в фидеромагии  и появлении теста и этого материала, по сути, статьи, где я сам для себя открыл много нюансов в особенностях работы безынерционной катушки. 

 
Смотрите также:
07.12.2014 Рыбалка 22.09.2014 г. Крупный речной карась. // Иконников Семен Михайлович (RedHead)
07.12.2014 Зимний фидер // Сапрыкин Иван Сергеевич (chak182)
07.12.2014 Три часа с жерлицами на Пехорке // Романов Алексей (Алекром)
07.12.2014 Встречи на рыбалке // Глебский Владимир Степанович (Степаныч)
07.12.2014 Живое серебро "Медвежьих озер" // Романов Алексей (Алекром)
Рисунок1 - Силы, действующие на безынерционную катушку
Рисунок 2 - Безынерционные катушки со шпулей обычного диаметра а) и шпулей уменьшенного диаметра б)
Рисунок 3 - Установка кормушки при проведении эксперимента
Рисунок 4 - Схема сил при взаимодействии нити с цилиндром
Просмотров
31
Просмотров
44
Просмотров
59
Просмотров
37
 
Зарегистрируйтесь или войдите под своим именем, чтобы прокомментировать
28.10.2015 19:14:45
Nicky Формула 6 может быть получена разными способами, один из них указал slvn в комменте к эксперименту Вадима Vadkh.
Важно также замечание Арчилыча о влиянии трения на результаты эксперимента Вадима.
08.12.2014 22:34:11
slvn По поводу крупных катушек... то, что они сбивают ощущения. Момент инерции опять же. Сумма масс точек на квадрат расстояния от оси. Имеем крупный ротор, тяжелую дужку, и пр. Накопленная энергия, как у маховика сглаживает рывки. В общем, еще эта энергия в квадратной зависимости от радиуса вращения. Арчилыч, думаю, что это стоило бы рассмотреть.
09.12.2014 22:05:17
Арчилыч Можно рассмотреть, только зачем? Моменты инерции работают при ускоренном или замедленном вращении рукоятки. Кому это интересно на рыбалке? Я же рассчитал зависимость при равномерном вращении рукоятки. Но эта зависимость объясняет, как те или иные размеры катушки, ее передаточное число и КПД влияют на усилие на рукоятке.
11.12.2014 00:44:09
slvn Цитата из этого блога:"Поэтому у меня сложилось предубеждение против крупных катушек - уж если я на свои не чувствую, то что будет при ловле на большие катушки? Оказывается, есть нюансы!"
Поэтому...
На рыбалке формулы не нужны, в общем. Но крупная катушка сбивает ощущения - это следствие в первую очередь крупного ротора.
>Моменты инерции работают при ускоренном или замедленном вращении рукоятки.
Не только. Они сглаживают рывки рыбы. Также, как моховик в ДВС сглаживает рывки поршня при взрыве смеси.
11.12.2014 14:46:57
Арчилыч Сергей! Ты хочешь получить математическую модель катушки? А к ней надо добавить особенности поведения пустой кормушки при выматывании. А кормушки разные по размерам, форме, массе, количеству отверстий и т.д. Гидродинамика от скорости зависит. Архисложная задача. Поведение рыбы при выматывании, выраженное в каких-либо функциях - тоже архисложная задача.
Давай примем за аксиому, что крупный маховик (обрати, как написал) сбивает ощущения и сглаживает рывки рыбы - и успокоимся.
08.12.2014 22:09:32
slvn Арчилыч, респект за этот труд палец вверхпалец вверхпалец вверх
09.12.2014 22:10:37
Арчилыч Спасибо, конечно! В трансмиссиях приходилось разбираться, катушка чем-то похожа.
 -> Запись в блоге 
07.12.2014 17:50:03
Степаныч Игорь, я не силён в формулах, но по твоему в процессе намотки на шпулю усилие будет возрастать?
Мне кажется усилие будет зависеть от диаметра ротора и размера ролика лесоукладывателя, и не зависеть от диаметра шпули.
08.12.2014 21:39:46
slvn Степаныч, лебедкой ручной никогда не пользовался? В самом начале, когда троса на ней намотано мало, крутишь легко. А в конце, когда трос под завязку - ты должен быть уже "силен"улыбка Вот тебе простой примерподмигивание
09.12.2014 22:10:43
Арчилыч Пример правильный.
08.12.2014 22:12:42
Vadkh Пример не корректный, так при намотке на лебедке плечо увеличивается. В безинерционке плечо одно и тоже. подмигивание
09.12.2014 22:16:57
Арчилыч Если ты имеешь ввиду плечо ротора - да, оно не меняется. Меняется сила, действующая на это плечо, при намотке лески на шпулю - она увеличивается. Эффект будет тот же. Возможно, расчеты и схему добавлю в следующий блог. Идея уже в голове созрела.
09.12.2014 23:08:13
Vadkh Я с законом сохранения энергии и не спорю. На перемещение груза на один метр( примеру)при пустой и заполненной шпуле уйдет разное количество оборотов катушки. А я все толдычу крутящем моменте, а не о выполной работе.
10.12.2014 10:36:45
Арчилыч Посмотри еще раз на формулу (6), и скажи, где там энергия или работа. Я от закона сохранения энергии оттолкнулся, а после сокращений перешел к моментам и силам. Это обычный способ вывода какой-либо зависимости, если дело касается сил.
08.12.2014 22:25:08
slvn Не понял. У тебя ручка что ли вырастает? Плечо на ручке неизменно также.
08.12.2014 23:17:37
Vadkh В мульте плечо на ручке не изменно, а на шпуле растет. В безинерционке барабан(шпуля) не вращается, а вращается ротор наматывая на шпулю леску, радиус ротора неизменный.
09.12.2014 22:22:14
Арчилыч Можешь ответить, что изменится в усилии на ручку, если радиус ротора увеличить в 5 раз? Что ты так привязался к ротору?
10.12.2014 10:17:07
Vadkh Я могу сделать тест, когда на одной катушке поменяю ротор на больший размером и докажу что диаметр ротора в первую очередь влияет на крутящий момент в катушке.
10.12.2014 10:09:21
Vadkh Ты катушку не провернешь!!!!!улыбка
 -> Запись в блоге 
10.12.2014 08:07:05
Степаныч Во,во Игорь, я и хотел у тебя спросить это. Я же пытаю тебя не для того чтобы опровергнуть, я пытаюсь понятьсмущен....Ты знаешь мне вспомнилось детство, взрослые делали нам зимой карусель - вмораживали в лёд колесо от телеги, вставляли трубу с поперечиной, на длинный конец призывали санки, а за короткий конец толкали. Чем длинще рычаг, тем быстрее санки летелиулыбка, но толкать приходилось с чрезмерным усилием. Зыы, но тут то конечно схема простая как утюгулыбка...
08.12.2014 23:33:06
slvn Еще вот. Пойми, что по сути мульт и безинерционка одно и тоже. Безинерционка - тот же редуктор-мультипликатор (с повышающим передаточным числом). Да, немного более сложная кинематическая схема, но по сути, роль ролика не более, чем изменить направление - это дело не меняет.
09.12.2014 22:22:39
Арчилыч Согласен.
08.12.2014 23:27:49
slvn Я уже тоже устал спорить. Ротор не при чем. Арчилыч же и формул кучу накидал. Диаметр там намотки роль играет. Неважно, что не крутится. У тебя просто в голове иллюзия про ротор. Перечитай блог.
09.12.2014 09:54:59
Vadkh Да совершенно разные тут схемы. И Арчилыч не прав. Он схему катушки неправильную привел, она сложней.
09.12.2014 22:29:08
Арчилыч Напоминает фразу из кинофильма "Белое солнце пустыни" - "Да гранаты у него не той системы!" Теория подтверждает и объясняет результаты твоего эксперимента, а ты обидеть норовишь.
07.12.2014 19:34:49
Арчилыч Что-то рисунки получились какие-то кривые, на темном фоне. Изначально все было на белом. Переслал Дмитрию другие.

В процессе намотки лески на шпулю усилие на рукоятке будет возрастать, если ручку крутить с одинаковой скоростью. Это связано с балансом мощностей. При одной и той же угловой скорости ротора по мере заполнения шпули на нее будет наматываться больше лески за один оборот ротора, скорость перемещения кормушки возрастет, а линейная скорость кормушки входит в уравнение мощности на выходе. Увеличенную мощность на выходе надо компенсировать увеличением мощности на входе за счет повышения усилия на рукоятку (считаем, что КПД катушки практически не меняется). Так как процесс растянут во времени, то увеличение усилия по ощущениям незаметно, особенно при ловле на ближних дистанциях.
 -> Запись в блоге 
08.12.2014 14:23:30
Степаныч Игорь, а на сколько по твоему увеличится диаметр шпули при намотке 60 м шнура, то есть на сколько увеличится усилие, которое необходимо приложить к ручке катухи. Теоретически, да увеличится, но практически - ощутимовопрос

08.12.2014 17:26:27
Арчилыч Володя! Допустим у тебя диаметр шпули с леской был 3,75 см. При намотке 60 м шнура увеличение диаметра шпули с леской зависит от толщины шнура и длины шпули. Я твою катушку не знаю. Но зависимость простая. Во сколько раз увеличится диаметр шпули с леской, во столько раз и увеличится нагрузка на ручку. Если при намотке 60 м лески диаметр шпули стал 4,5 см, то нагрузка увеличится в 4,5/3,75 = 1,2 раза, то есть на 20 процентов. На практике, правда, усилие будет даже чуть больше - так как скорость подмотки с увеличением диаметра шпули увеличивается, то аэродинамическое сопротивление кормушки в воде тоже растет. По моей оценке, это может быть увеличение усилия, например, в 1,3 раза, т.е на 30 процентов. Чем толще леска и короче шпуля, тем больше возрастает усилие.
08.12.2014 20:59:01
Vadkh Вот тут, можно провести эксперимент. Крутнуть катушку с пустой и заполненной шпулей. Момент силы будет равный. Меня вообще то подтолкнуло на тесты, то что я читал у японцев. У Дайвы есть так называемые катушки серий R - на более тело катушки одного размера ставится ротор на размер меньше, ну и соответсвенно шпуля по меньше, так они у них силовыми зовутся. Вот я к чему.
08.12.2014 20:28:38
Арчилыч Степаныч! Оговорился. Конечно, не аэродинамическое, а гидродинамическое сопротивление кормушки.
 -> Запись в блоге 
08.12.2014 17:59:02
Степаныч Игорь, 37,5 - 41 мм. в 1,09 раза и это на катухе 1550. На более большой разница будет ещё менее заметна. А вообще, Вадим рассматривал усилие в конкретный момент, ты рассматриваешь работу в промежуток времени (от начала выматывания до конца). Поэтому в его случае диаметр шпули не принципиален... наверное.
08.12.2014 21:04:46
Арчилыч Володя! Это ты завел разговор о том, как изменяется диаметр шпули и нагрузка на ручку при выматывании лески. И получившиеся формулы, в принципе, позволяют это подсчитать. Работу я не рассматриваю, я отталкиваюсь от мощностей, но прихожу к расчету усилия на рукоятке. И мне даже проще рассчитать усилие в конкретный момент - не надо думать, как изменился диаметр шпули от намотавшейся лески. Если ты посмотришь на формулу (6), то ты увидишь, что там нет ничего, связанного с каким-то временным диапазоном. Там есть размеры, передаточное число, КПД, усилие, действующее на кормушку. Подставляй и считай.
Но для чего еще нужна формула? Для сравнения разных катушек, что и проделал Вадим, а я его эксперимент подтверждил теорией. Представь себе ситуацию. Есть две одинаковые катушки, но одна имеет диаметр шпули с леской 5 см, а другая - 2,5 см. Спрашивается - на какой усилие на ручке будет больше? По получившейся формуле - на первой в два раза больше. Это подтвердил и Вадим в своем тесте. У него только усилие для сдвига кормушки из-за трения в кольце было не 90 г, а больше. Но это увеличение усилия испытывали все катушки. То есть, можно считать, что эксперимент удался.
09.12.2014 10:01:15
Vadkh Арчилыч, я мерил крутящий момент. Можно просто привязать шнур к ролику и исключить шпулю из схемы.
09.12.2014 22:30:25
Арчилыч Можно. Только ты не поймешь, что и от чего зависит.
09.12.2014 22:54:03
Vadkh Нарисуй статическую схему. подмигивание
08.12.2014 20:48:39
Vadkh Конечно, я силу мерял, а не работу. Если по простому.

 
К началу
к началу