Возможности повышения сцепных свойств фидерных кормушек

Игорь Плиев (Aka Арчилыч)

 

Возможности повышения сцепных свойств

фидерных кормушек

Рассмотрим особенности поведения фидерных кормушек различной конструкции на дне водоема. Дно водоема, как правило, отличается неоднородностью,  участки с относительно ровным дном и грунтом одного вида  чередуются с колониями дрейссены, россыпью мелких камней и т.д. И нужны такие решения, которые бы позволяли на различных участках дна обеспечить высокие сцепные свойства применяемых  кормушек. Особенно это важно при ловле на течении.

 Схема действующих сил и размеры кормушки с неподвижным водилом приведены на рисунке 1. В качестве основной кормушки выбрана кормушка - клетка.

Обозначения:

Gк = Gко + Gкорм  – сила тяжести кормушки с кормом, г;

Gко – сила тяжести кормушки без корма, г;

Gкорм = rк Vкл  - сила тяжести корма, г;

rк – удельная масса (плотность) корма, г/ см³;

Vкл – объем клетки кормушки, см³;

Тв = r Vк – выталкивающая сила от  воды, действующая на кормушку, г;

r - плотность воды, r = 1,0 г/ см³;

Vк – объем кормушки с грузом и кормом, см³;

Nк – реакция со стороны дна на кормушку, г;

Fтр = fг · N к – сила трения кормушки о грунт дна, г;

fг -  коэффициент трения кормушки о грунт дна;

Tфо – сила натяжения лески, г;

Tфох = Tфо cosα - проекция силы Tфо на ось х, г ;

Tфоу = Tфо sinα - проекция силы Tфо на ось у, г ;

Lк – длина кормушки (равна длине груза Lг), см;

hк - высота клетки кормушки, см;

Lв – длина неподвижного водила, см;

hв - смещение водила по высоте, см;

Lc –  смещение реакции Nк, см;

α – угол натяжения лески, град.

 

Составим  уравнения равновесия сил по осям х и у,  уравнение равновесия моментов относительно т. A:

Tфо cosα - Fтр = 0,

Tфо sinα + Тв + Nк - Gк = 0,

(Gк - Тв) Lк/2 + Tфо cosα hв -  Tфо sinα (Lк + Lв) - Nк (Lк - Lc)= 0.

 

Решим второе уравнение относительно Nк:

Nк = Gк - Тв  - Tфо sinα

Уравнение моментов решим относительно Lc:

Lc = Lк - ((Gк - Тв) Lк/2+ Tфо cosα hв - Tфо sinα (Lк + Lв))/Nк

 

Особенности поведения фидерных кормушек на дне водоема изучим на примере конкретной кормушки, параметры которой даны в Таблице 1.

 

Таблица 1 - Параметры исследуемой кормушки и окружающей среды

№п/п	Наименование параметров	Значения
1	Плотность воды r, г/ см3	1,0
2	Удельная масса (плотность) корма rк, г/ см3	1,05
3	Удельная масса (плотность) груза (свинец), г/ см3	11,3
4	Объем клетки кормушки Vкл, см3	40,0
5	Длина Lк, см	5,0
6	Ширина Вк, см	4,0
7	Высота hк, см	2,0
8	Сила тяжести корма Gкорм,  г	42,0
9	Объем груза, см3	4,2
10	Длина Lг, см	5,0
11	Ширина bг, см	2,1
12	Высота hг, см	0,4
13	Сила тяжести груза, г	47,5
14	Сила тяжести кормушки без корма Gко, г	50,0
15	Объем кормушки с грузом и  кормом Vк, см3	44,2
16	Угол натяжения лески  α, град.	23,6
17	Длина заброса, м	30,0
18	Глубина водоема, м	10,0
19	Высота подъема вершинки
	фидера над водой, м	2,0
20	sin α	0,40
21	cos α	0,92

 

Рассмотрим кормушку с неподвижным водилом, кормушку с подвижным водилом или при отсутствии водила, кормушку с подвижным водилом, закрепленным  вблизи центра масс, кормушку с приподнятой точкой крепления подвижного водила (лески), кормушку с приподнятой на  высоту  кормушки точкой крепления подвижного водила (лески). Расчетная программа составлена в таблице Excel.

При этом сила натяжения лески Tфо и угол натяжения лески  α для всех кормушек оставляем неизменными, то есть:

Сила натяжения лески Tфо, г - 20,0

Угол натяжения лески  α, град. - 23,6

Проекция силы Tфо на ось х, г - 18,3

Проекция силы Tфо  на ось у, г  -   8,0.

Неизменными также остаются сила тяжести кормушки с кормом Gк и выталкивающая сила, действующая на кормушку Тв:

Сила тяжести кормушки с кормом Gк, г - 92,0

Выталкивающая сила, действующая на кормушку Тв, г - 44,2

 

Кормушка с неподвижным водилом (см. рисунок 1)

Длина неподвижного водила Lв, см - 2,0

Смещение водила   по высоте hв, см - 0,2

Реакция со стороны дна на кормушку Nк, г -39,8

При данных параметрах кормушки мы имеем смещение реакции Nк со стороны дна  Lc = 3,3 см. Равнодействующая сила давления на грунт со стороны кормушки приложена сверху в этом же месте. Смещение Lc больше половины длины кормушки Lк/2 =2,5 см  и приближается к т. А. Это смещение происходит при достаточно большом угле α = 23,6 град.

Часть кормушки, направленная в сторону рыболова (т. В, назовем ее передней частью), от грунта еще не отрывается. Полный отрыв т. В при заданных параметрах кормушки произойдет, когда  Lc = Lк (реакция Nк будет приложена  в т. А). А это произойдет   при α >60 град. (глубина водоема 24,0 м, что маловероятно), или при ловле с высокого берега.

Не следует забывать, что реакция со стороны дна на кормушку Nк  при ровном дне является равнодействующей силой от распределенных сил давления, возникших в контакте. Принимаем допущение, что по длине они изменяются  по линейному закону, а по ширине являются постоянными в каком - либо из поперечных сечений (рисунок 2).

При таких допущениях при определенном значении реакции  Nк и ее смещении Lc можно однозначно подсчитать q max и q min. Расчеты показывают (не хочется загружать текст формулами), что при Nк = 39,8 г и Lc = 3,3 см получилось, что q max = 7,5 г/см2, q min = 0,1 г/см2.

 

 

При приближении  Nк к точке А давление q min может стать равным 0 и распределенные силы давления будут представлять собой треугольник. Может произойти и так, что распределенные силы давления на  деформируемом грунте дна вообще отступят от точки В, то есть низ передней части кормушки разгрузится полностью.  Такое поведение кормушки характерно на ровном песке, суглинке и т.д. при вдавливании задней части кормушки в грунт и некотором подъеме передней части.

При попадании кормушки на камни или ракушку  дрейссену начинается неопределенность. Однако можно предположить, что кормушка такой конструкции (со сниженным давлением в т. В) будет при перемещении по дну  на течении легче преодолевать эти препятствия, не застревая в них (не стопорясь). Сцепные свойства будут невысоки.

При таком смещении реакции Nк целесообразно в нижней части груза, ближе к точке А, устанавливать грунтозацепы в виде острых выступающих элементов (штырей) высотой 3 - 4 мм (видимо, достаточно двух, по краям). Такая конструкция уже реализована на отдельных фирменных кормушках, правда, на них устанавливают грунтозацепы в виде обратных конусов по всей длине груза, не до конца понимая физику поведения такой  кормушки на дне. Встречаются предложения по установке грунтозацепов и в обсуждениях на нашем форуме.

 

Кормушка с подвижным водилом или при отсутствии водила

(рисунок 3)

Кормушка с неподвижным водилом превращается в кормушку с подвижным водилом (без водила) в вышеприведенной системе уравнений при Lв = 0.

Смещение точки крепления подвижного водила  по высоте hв, см - 0,2

Реакция со стороны дна на кормушку Nк, г -39,8

 

При данных параметрах кормушки мы имеем смещение реакции Nк на Lc = 2,9 см, то есть смещение по - прежнему больше половины длины кормушки (2,5 см). Это говорит о том, что отказ от неподвижного водила привел к тому, что Lc уменьшилось и Nк стала приближаться  к середине кормушки, но пока ее не достигла.

 

Кормушка с подвижным водилом, закрепленным  вблизи  центра  масс

 рисунок 4)

Работа кормушки описывается вышеприведенной в начале системой уравнений, если заменить выражение (Lк + Lв) на Lк/2.

Смещение точки крепления подвижного водила   по высоте hв, см - 0,2

Реакция со стороны дна на кормушку Nк, г -39,8

При данных параметрах кормушки мы имеем смещение реакции Nк на длину Lc = 2,4 см, то есть реакция находится близко к середине  кормушки и практически совпадает с действиями сил Gк и Тв. При смещении  водила на высоту hв = 0,1 см,  Lc = 2,5 см, то есть реакция Nк прикладывается точно посередине груза кормушки и  давление со стороны грунта (или давление кормушки на грунт)  на ровном дне практически постоянно по величине - как по длине, так и по ширине груза кормушки.

 

 

Поставить кормушку на ребро В, чтобы Lc = 0, оказалось проблематичным. Для того, чтобы кормушка начала опрокидываться через т. В при упоре в мелкий камень, ракушку и т.д., необходимо приложить со стороны лески усилие, превышающее 100 г, т.е. при упоре во что - либо кормушка будет хорошо держать течение. Классические кормушки (с неподвижным и подвижным водилами), скорее всего, такой упор проскочат.

Реализовать такую конструкцию можно в виде, представленном рисунке 5. При подтягивании кормушки или перемещении ее по дну под действием течения, действующего на леску, реально нагребание грунта и увеличение сцепных свойств из - за увеличения коэффициента трения, что и показано на рисунке. Чтобы это происходило, необходимо иметь груз в виде прямоугольного параллелепипеда с незакругленными острыми кромками.

 

 

Для фиксации подвижного водила в верхнем и нижнем положении, ограничении его смещения в сторону, служат две скобы. Верхние и нижние упоры скобы нужны для обеспечения нормальных полетных качеств кормушки и обеспечения приемлемой подъемной силы при выматывании. Верхние упоры не позволят также кормушке полностью опрокинуться при увеличении усилия на леске, а только усилят бульдозерный эффект.

 

Кормушка с приподнятой точкой крепления подвижного водила

(рисунок 6)

Кормушка описывается вышеприведенной системой уравнений при Lв = 0.

Смещение точки крепления водила по высоте hв = 1,4 см, то есть до половины высоты клетки кормушки.

Реакция со стороны дна на кормушку Nк, г -39,8

При данных параметрах кормушки мы имеем смещение реакции Nк на Lc = 2,4 см, то есть реакция находится близко к середине  кормушки и практически совпадает с действиями сил Gк и Тв. По этому показателю кормушка идентична  кормушке с подвижным водилом, закрепленным  близко к центру масс, и, значит,  давление кормушки на ровном дне практически постоянно  по величине - как по длине, так и по ширине груза кормушки.

 

 

Из-за увеличения смещения точки крепления  подвижного водила по высоте hв опрокидывание кормушки относительно т. В при ее упоре наступит при чуть меньшем усилии, Tфо= 93 г. То есть  при упоре в мелкий камень, ракушку,  кормушка будет также хорошо держать течение.

Один из простых вариантов  реализации конструкции представлен ниже (рисунок 7). 

 

При промышленном производстве подвижное водило можно устанавливать на две оси (оськи), расположенные по бокам кормушки на определенной высоте. Можно делать водило по аналогии с кормушкой - пулей (кстати, у кормушки пули хорошие полетные качества, но сцепные свойства невысоки в сравнении с предлагаемой конструкцией).

При подтягивании кормушки или перемещении ее по дну под действием течения, действующего на леску, реально нагребание грунта и увеличение сцепных свойств из - за увеличения коэффициента трения.

 

Кормушка с приподнятой на  высоту  кормушки точкой крепления подвижного водила (рисунок 8)

Кормушка описывается вышеприведенной системой уравнений при Lв = 0.

Смещение точки крепления водила по высоте hв = 2,4 см.

Реакция со стороны дна на кормушку Nк, г -39,8

 

При данных параметрах кормушки мы имеем смещение реакции Nк на Lc = 1,9 см, то есть реакция отошла от середины кормушки и приближается к т. В. При увеличенном до 0,8 коэффициенте трения кормушки о грунт дна (обеспечение не срывания кормушки с места) и доведении силы натяжения лески до Tфо= 30 г происходит смещение реакции Nк на Lc = 1,5см. При  усилии 54 г и упоре т. В в какое - нибудь препятствие (камень, ракушка)   Lc = 0.

Надо сказать, что увеличение силы натяжения лески за счет течения приведет к уменьшению реакции Nк со стороны дна, но и уменьшит значения Lc, то есть давление кормушки на грунт в ее передней части, по крайней мере, не изменится или даже увеличится. Например, при Tфо=25 г реакция Nк = 37,8 г, а Lc = 1,7 см. И если при Tфо=20 г значения давлений под передней и задней частью кормушки были соответственно q max = 6,5 г/см2, q min = 1,0 г/см2, то при Tфо=25 г соответственно q max = 7,0 г/см2, q min = 0,2 г/см2.

При уменьшении угла натяжения лески реакция со стороны дна Nк растет и уменьшается величина Lc. Так при уменьшении глубины до 5,0 м (вместо 10,0 м) Nк = 43,1 г при Tфо=20 г, при этом Lc = 1,7 см. Значения давлений под передней и задней частью кормушки соответственно q max = 8,1 г/см2, q min = 0,1 г/см2. То есть процесс нагребания грунта будет еще интенсивнее.

Именно конкретное давление под определенной частью груза кормушки  определяет  ее взаимодействие с грунтом, в том числе,  сцепные свойства. С противоположной стороны кормушки (в задней части, т. А) давление уменьшится, может снизиться и до 0, а при  деформируемом грунте дна задняя часть кормушки может вообще оказаться в воздухе.

У кормушки такой конструкции будет наблюдаться постоянное стремление зарываться передней частью в грунт - бульдозерный эффект. Нагребание грунта будет выше, чем у кормушек с креплением подвижного водила близко к центру масс или у кормушек с приподнятым на промежуточную высоту подвижным водилом.

То есть такая кормушка чуть хуже держит течение при упоре в какое - либо незначительное  препятствие, но обладает высокими сцепными свойствами на ровном слегка деформирующемся грунте дна, например, песчаном, суглинке и т.д. из - за значительного повышения коэффициента трения за счет нагребания грунта.

Помогут повысить сцепные свойства кормушки и  грунтозацепы по краям груза в виде острых выступающих элементов (штырей) высотой 3 - 4 мм, установленные ближе к передней части кормушки (точке В).

Один из  вариантов  реализации конструкции представлен ниже (рисунок 9). 

При промышленном производстве подвижное водило можно устанавливать на две оси (оськи), расположенные по бокам кормушки на самом верху. А можно просто цеплять кормушку застежкой с карабином за верхнюю переднюю часть по ее центру.

 

Анализ поведения кормушек с приподнятым водилом привел еще к одному решению (рисунок 10), которое подкупает своей простотой, при этом, по моей оценке, сцепные свойства только усилятся, так как груз относительно дна при ловле на течении будет передвигаться углом вперед (растет объем  нагребаемого грунта).

На рисунке представлены две кормушки, которые крепятся к леске с помощью застежки с вертлюжком. При этом левая кормушка будет лучше держать дно при течении справа - налево, а правая - при течении слева - направо. Цеплять застежку можно и за середину боковой стойки, в этом случае чуть снизятся сцепные свойства на ровном дне, но увеличатся сцепные свойства при упоре передней части кормушки в мелкий камень, ракушку и т.д.

 

Если проанализировать получившиеся результаты, то можно увидеть, что при заданных параметрах кормушки, когда  Gк = 92,0 г; Тв =  44,2 г, и при одном и том же усилии Tфо = 20,0 г и угле α=23,6 град. реакция со стороны дна на кормушку при разных точках приложения усилия со стороны лески (фидера) остается неизменной (Nк=39,8 г). Изменяется только точка приложения этого усилия, определяемая  Lc.

Численные значения Lc  смещения реакции  Nк характерны только для кормушки с заданными параметрами, определенной силой натяжения лески и ее углом натяжения, но тенденция изменения Lc в зависимости от конструкции характерна для кормушек любой массы и размера.

Исследование поведения кормушек различных конструкций на дне реального водоема с точки зрения сцепных свойств - это большая и интересная задача. Теория, так или иначе, должна подтверждаться практикой.

Салапин Д., можно сказать, уже приступил к изучению этого вопроса, снимая на видео поведение различных кормушек с кормом, опущенных на  дно на течении. Чеборюков И.  исследовал самодельные кормушки собственной разработки при креплении лески вблизи центра масс и пришел к положительным результатам.

 

 Заключение

1. Проанализировано поведение кормушек - клеток  на дне водоема. Выяснилось, что при одних и тех же параметрах кормушки,  при одном и том же усилии Tфо и угле α,  величина реакции со стороны дна на кормушку Nк (или кормушки на дно) при разных точках приложения усилия со стороны лески (фидера) к кормушке остается неизменной. Изменяется только точка приложения этой реакции, определяемая  Lc. Так как реакция Nк является равнодействующей силой от распределенных сил давления, возникших в контакте кормушки с дном, то ее расположение влияет на сцепные свойства.  Именно конкретное давление под той или иной частью груза кормушки  определяет  ее взаимодействие с грунтом, в том числе,  изменение коэффициента трения. Если при неподвижном и подвижном водилах у классических кормушек происходит смещение реакции  Nк назад от середины кормушки (к т. А), то при подъеме точки крепления подвижного водила происходит смещение реакции Nк вперед (к т. В). В первом случае кормушка снижает сцепные свойства из-за слабой возможности по  нагребанию грунта, во втором случае сцепные свойства кормушки повышаются из-за появления бульдозерного эффекта в передней части кормушки (со стороны, где крепится  леска). У кормушки с подвижным водилом, закрепленным вблизи центра масс, реакция Nк приложена снизу к середине кормушки, что делает распределение давления равномерным и тоже способствует нагребанию грунта.

2. Теоретические исследования показали, что кормушка с подвижным водилом, закрепленным  вблизи центра масс, и кормушка с приподнятой примерно до половины высоты кормушки точкой крепления подвижного водила (лески) потенциально имеют более высокие сцепные свойства на относительно ровном дне со слегка  деформирующимся грунтом, чем традиционные кормушки с неподвижным или подвижным водилами.  Рост сцепных свойств обусловлен повышением коэффициента трения за счет нагребания грунта.  Еще более высокие сцепные свойства на ровном дне имеют кормушки с приподнятой на  высоту  кормушки точкой крепления подвижного водила (лески), в том числе,  кормушки с их креплением за верхний угол с помощью застежки.

3. На сцепные свойства кормушек при их перемещении по дну под воздействием  течения  на леску влияет и прохождение ими встречающихся препятствий  в виде мелких камней, ракушек  дрейссены и т.д.  Проведенный анализ показал, что классические кормушки  с неподвижным и подвижным водилами будут их, скорее всего,  проходить, не упираясь. Особенно это касается кормушек с неподвижным водилом. При упоре в препятствие  кормушек с подвижным водилом, закрепленным вблизи центра масс, кормушек с приподнятой точкой крепления подвижного водила, кормушек с приподнятой на  высоту  кормушки точкой крепления подвижного водила  выяснилось, что они все показали разные результаты. Наибольшее усилие до начала опрокидывания вокруг т. В показали первые из упомянутых кормушек, вторые - чуть меньше, третьи -  меньше почти в два раза. Это значит, что кормушка с подвижным водилом, закрепленным вблизи центра масс, выдержит при упоре в препятствие наибольшее течение, если препятствие устоит.

4. По совокупности сцепных свойств, имеющих место на различных участках дна, лидирует кормушка с подвижным водилом, закрепленным вблизи центра масс, и кормушка с приподнятой примерно до половины высоты кормушки точкой крепления подвижного водила (особенно, если цеплять застежку за середину боковой стойки). 

5. Для повышения сцепных свойств кормушек  в месте действия реакции со стороны дна Nк можно  устанавливать  грунтозацепы  в виде острых выступающих элементов (штырей) высотой 3 - 4 мм (2 грунтозацепа по краям груза). Для классических кормушек с неподвижным или подвижным водилом грунтозацепы рекомендуется устанавливать ближе к задней части (к точке А). Для кормушек с подвижным водилом, закрепленным вблизи центра масс,  для кормушек  с приподнятой примерно до половины высоты кормушки точкой крепления подвижного водила (лески) - посередине груза кормушки.  Для кормушек с приподнятой на  высоту  кормушки точкой крепления подвижного водила (лески) - ближе к передней части (точке В).

Вместо штырей на нижнюю часть груза (по его ширине) можно устанавливать поперечную тонкую пластину этой же высоты, прямую или овальной формы, выгнутой к задней части кормушки.

6. Предлагаемые решения по повышению сцепных свойств фидерных кормушек за счет изменения точки приложения усилия от лески, безусловно, требуют экспериментальной проверки на водоемах и соответствующих уточнений, особенно в части прохождения кормушками бровок, а также определения  других особенностей при их выматывании.