Безынерционные катушки. Финальный аккорд

Игорь Плиев (aka Арчилыч)

Безынерционные катушки. Финальный аккорд

В прошлом году, при написании статей «По вопросу теста катушек на тяговитость» и «Безынерционные катушки. Продолжение банкета» была выведена  формула, согласно которой усилие на рукоятке катушки Nр, в граммах, равно:

Nр = 1/2 Nк · d_ш · i_к / (r_р · η_кат ),                                                                   (1)

где:

Nк - усилие, действующее на кормушку, г;

d_ш - диаметр шпули катушки с леской, см;

i_к - передаточное число катушки;

r_р - радиус вращения (плечо) рукоятки, см;

η_кат - коэффициент полезного действия (КПД) катушки; определяет, какая часть мощности или силы передается катушкой после вычитания потерь;

η_кат = η_рол · η_{вн. мех};

η_рол  - КПД ролика катушки;

η_{вн. мех} - КПД внутреннего механизма катушки.

Вывод по результатам написания статей был следующим. Усилие на рукоятке катушки Nр зависит от диаметра шпули d_ш и передаточного числа катушки i_к - чем эти значения больше при одинаковых остальных параметрах, тем большее усилие нужно приложить к рукоятке катушки. Усилие на рукоятке катушки Nр зависит также от радиуса вращения (плеча) рукоятки r_р и КПД катушки - чем эти значения больше при одинаковых остальных параметрах, тем меньшее усилие нужно приложить к рукоятке катушки.

В то же время рост диаметра шпули d_ш или  передаточного числа катушки i_к  ведет к увеличению скорости выматывания кормушки (если обороты рукоятки оставить прежними), что приводит к росту Nк из-за увеличения гидродинамического сопротивления кормушки, зависящего от скорости перемещения в квадрате, и, в свою очередь, приводит к  дополнительному  росту усилия на рукоятке.

То есть, если ты хочешь при выматывании кормушки прикладывать к рукоятке безынерционной катушки небольшие усилия, то катушка должна быть с небольшой по диаметру шпулей (с леской), с небольшим передаточным числом и большим радиусом вращения (плечом) рукоятки. Исследовать КПД катушки при ее покупке не представляется возможным, поэтому остается надеяться, что он будет достаточно высоким.

При освоении фидера мне хотелось, чтобы катушка по размерам зрительно соответствовала размеру фидера, поэтому крупные катушки я до последнего времени не использовал. Обычно покупал  2000 - 3000  размера по классификации Shimano. И все удивлялся, что при выматывании рыбы до 300 г до последнего момента не знал, выматываю я пустую кормушку или кормушку и рыбу.

Конечно, на соревнованиях или при ловле на дистанциях более 50 м, для увеличения скорости выматывания желательно иметь катушку с большой по диаметру шпулей и большим передаточным числом, но при этом, для компенсации усилий, надо иметь и большой радиус вращения (плечо) рукоятки (больше, чем у обычных катушек, т.е. около  6,0 - 8,0 см).

По формуле (1) размеры ротора на тяговитость катушки не влияют, хотя Вадим (аkа Vadkh) при обсуждении настаивал на основной роли именно радиуса вращения ротора катушки при оценке ее  тяговитости.

Найти катушки одной модели с разными радиусами вращения ротора не удалось, но зато удалось провести наглядный  эксперимент по изучению влияния диаметра шпули на усилие на рукоятке катушки. На рисунке 1 показана катушка Daiwa Match Winner 2553M, с которой и проводился эксперимент,  с двумя шпулями: заполненной и пустой, где леска была намотана только в несколько оборотов. Катушка имеет следующие параметры: i_к = 5,1; r_р = 5,5 см; d_ш = 4,63 см и 3,56 см.

 

Установка для проведения эксперимента показана на рисунке 2. Как видите, колено фидера с катушкой установлено не под углом, а вертикально к основанию, комлем вверх.

Я уже писал ранее, что при установке фидера под углом леска, идущая от кормушки, изгибается в кольце под углом в 120 - 140 градусов, и идет далее к катушке, при этом  создается приличное дополнительное трение лески с кольцом, которое увеличивает нагрузку на рукоятке.  При вертикальной установке колена трение лески в кольце  сведено к минимуму. Усилие Nк,  действующее на кормушку, равно силе тяжести (весу) кормушки. В эксперименте Nк = 123 г (соединены две кормушки по 60 г).

Порядок проведения эксперимента следующий:

- леска от катушки пропускается через кольцо колена фидера, цепляется груз в виде кормушек в 123 г;

- ручка катушки выставляется в горизонтальное положение, на нее вешается емкость для наливания воды (см. рисунок 3);

 

 

- воды наливается порциями до тех пор, пока ручка не придет в движение;

- на электронных весах замеряется сила тяжести (вес) емкости с водой, это и будет усилие Nр, действующее на рукоятку;

- эксперимент повторяется не менее трех раз, вычисляется среднее арифметическое;

- затем устанавливается другая шпуля и все повторяется сначала.

 

При испытании шпули с d_ш = 4,63 см получились следующие результаты:

- среднее значение усилия на рукоятке катушки Nр = 408 г (402г, 433г, 390г).

Если решить формулу (1) относительно КПД катушки, то мы получим:

 

η_кат = 1/2 Nк · d_ш · i_к / (r_р · Nр)                                                                   (2)

 

При Nр = 408 г КПД катушки η_кат = 0,647 (0,65). Понятное дело, что если подставить это значение КПД в формулу (1), то мы получим Nр = 408 г.

Такое низкое значение КПД оказалось для меня определенной неожиданностью. Дело в том, что я испытываю уже вторую катушку. Первой была Ryobi ECUSIMA 4000Vi. Когда подсчитал получившиеся результаты, то выяснилось, что КПД катушки Ryobi оказалось в районе 0,50 - 0,55. Решил, что катушка бракованная, разбирать не стал, и провел эксперимент с катушкой Match Winner. Результаты оказались чуть выше, но того же порядка. Значит это закономерность.

Представить себе, что фирмы, специализирующиеся на производстве безынерционных катушек, выпускают их с таким низким КПД, невозможно. Объяснение в следующем - это результаты КПД при выведении катушки из состояния покоя. Как правило, коэффициенты трения покоя существенно выше коэффициентов трения движения. То есть при вращении рукоятки катушки (выматывание кормушки) КПД катушки намного выше, и, я думаю, достигает 0, 95 - 0,96.

При испытании шпули с d_ш = 3,56 см (см. рисунок 4) получились следующие результаты:

- среднее значение усилия на рукоятке катушки Nр = 308 г (305г, 305г, 314г).

При Nр = 308 г КПД катушки η_кат = 0,659 (0,66).

 

Причина некоторого расхождения в значениях КПД может быть как в недостаточном количестве повторов, так и в изменении коэффициентов трения при изменении нагрузок. Главное в другом - они получились одного порядка, что говорит об адекватности эксперимента.

Если взять соотношение диаметров шпуль и соотношение усилий на рукоятке катушки при первом и втором экспериментах, то мы получим:

4,63/3,56 =1,30;    408/308=1,32.

То есть уменьшение диаметра шпули с леской приводит к уменьшению усилия на рукоятке во столько же раз, что полностью соответствует формуле (1). Некоторое расхождение связано с небольшой разницей в КПД катушки при разных шпулях.

С практической точки зрения при пользовании конкретной катушкой это означает, что на начальной стадии выматывания кормушки или кормушки и рыбы, ты прикладываешь к рукоятке меньшую нагрузку, чем в конце выматывания, так как  диаметр шпули с леской в начале выматывания  меньше.

В заключение я решил провести, на первый взгляд, абсурдный эксперимент - снять шпулю и леску намотать на ось ротора (рисунок 5).

Если формула (1) верна, то должно произойти значительно снижение усилия на рукоятке катушки. При этом значение  d_ш = 0,55 см.

При испытании шпули с d_ш = 0,55 см получились следующие результаты:

- среднее значение усилия на рукоятке катушки Nр = 49 г (55г, 50г, 42г).

При Nр = 49 г КПД катушки η_кат = 0,640 (0,64).

Если взять соотношение диаметров шпуль и соотношение усилий на рукоятке катушки при первом и третьем экспериментах, то мы получим:

4,63/0,55 =8,42;    408/49=8,33.

Некоторое расхождение опять же можно объяснить небольшой разницей в КПД катушки при разных шпулях.

Таким образом, подтверждается формула (1) о прямой зависимости усилия на рукоятке катушки Nр от диаметра шпули d_ш - чем больше диаметр шпули с леской, тем большее усилие (при остальных одинаковых параметрах)  надо приложить к рукоятке катушки при выматывании оснастки. При выматывании кормушки КПД катушки будет выше, чем при выведении ее из состояния покоя при проведении эксперимента.

Если бы результаты зависели от  радиуса вращения ротора катушки, то они при всех 3 экспериментах должны были получиться одинаковыми, так как радиус вращения ротора не менялся.

По результатам проведенной работы при выборе катушки предлагается использовать два критерия: критерий выбора катушки по усилию на рукоятке К вку и критерий  выбора  катушки  по  скоростным  свойствам  К вкс.

 

К вку = d_ш³ · i_к³ / r_р                                                                                           (3)

Формула (3) получена из развития формулы (1) в качестве ее основной части, в которой сила Nк представлена уже в зависимости от скорости выматывания кормушки. Чем меньше значение критерия К вку,  тем меньшее усилие надо приложить к рукоятке катушки при выматывании оснастки. В данном случае d_ш , это предполагаемый диаметр шпули с леской, на 2 - 4 мм меньше диаметра буртика шпули; i_к - известно; r_р - измеряется.

 

К вкс= d_ш · i_к                                                                                                     (4)

 

Формула (4) объединяет  диаметр шпули с леской и передаточное число катушки, которые  влияют на скорость выматывания кормушки. Чем больше значение скоростного критерия К вкс, тем большую скорость будет иметь оснастка при выматывании.

В таблице 1 приведены характеристики моих фидерных катушек. По усилию на рукоятке 1 место занимает катушка Daiwa Tornado-3i 1550, но она занимает последнее место по скорости выматывания.

 

Таблица 1 - Мои катушки для фидерной рыбалки

№ п/п	Модели катушек	rр, см	iк	dш, см	Квку/место	Квкс/место
1	Daiwa Tornado-3i 1550	5,0	5,1	4,3	2109/1	21,9/5
2	Daiwa Match Winner 2553M	5,5	5,1	4,6	2348/2	23,5/3
3	Shimano Nexave 3000 SRB	5,0	5,2	4,4	2396/3	22,9/4
4	Волжанка Лидер 4000	6,0	5,1	4,8	2445/4	24,5/1
5	Ryobi ECUSIMA 4000Vi	5,0	5,0	4,8	2765/5	24,0/2

 

Согласно введенных критериев катушки Daiwa Match Winner 2553M и  Shimano Nexave 3000 SRB занимают промежуточное  положение по усилиям на рукоятке и по скорости выматывания. Катушка «Волжанка Лидер 4000» по усилию на рукоятке незначительно превышает Shimano, но занимает первое место по скорости выматывания.  Ryobi ECUSIMA 4000 по усилию на рукоятке занимает последнее место (критерий по усилию самый большой и значительно превышающий «Волжанку Лидер 4000»), а по скорости выматывания занимает второе место. Увеличение радиуса вращения (плеча) рукоятки этой катушки до 7,0 см приведет к изменению критерия выбора катушки по усилию до Квку = 1975 и Ryobi ECUSIMA 4000 сразу окажется  в числе лидеров. Но это надо знать.

По совокупности показателей усилия на рукоятке катушки и ее скоростных свойств я бы выделил  катушки Daiwa Match Winner 2553M и «Волжанка Лидер 4000». Конструкцию катушек и качество их изготовления я в данной статье не обсуждаю, но эти катушки меня устраивают.

Можно предложить следующий диапазон критериев при выборе безынерционной катушки.

 

Критерий выбора катушки по усилию на рукоятке К вку:

1- менее 2200 - малые усилия на рукоятке;

2- 2200 - 2600 - средние усилия на рукоятке;

3- более 2600 - большие усилия на рукоятке.

 

Критерий выбора катушки по скоростным свойствам Квкс:

1- менее 22,0 - малые скорости выматывания;

2- 22,0 - 26,0 - средние скорости выматывания;

3- более 26,0 - большие скорости выматывания.

 

Значения критериев не представляют собой некую конкретную физическую величину, а лишь являются численным инструментом для оценки двух рассмотренных основных свойств катушек по принципу «меньше - больше».

Попробуем рассмотреть различные сочетания значений критериев, причем первое число представляет порядковый номер диапазона усилий критерия К вку, а второе - порядковый номер диапазона скоростей критерия Квкс.

Если при анализе катушек образуются следующие пары по диапазонам значений: 1 - 1, или 2 - 2, или 3 - 3, то такие катушки вполне можно использовать для фидерной рыбалки, выбирая их под свои задачи (пикер, фидер, дистанция ловли, усилие на ручке или скорость выматывания и т.д.).

Если при анализе катушек образуется пара по диапазонам значений критериев D1 и D2, обозначенная, как 3 - 2, то такие катушки практически нисколько не хуже первых.

Комфортную ловлю по усилию на рукоятке в 3 диапазоне значений можно ограничить К вку ˂ 3000.  Если К вку ˂ 3000 - ловля комфортная, если К вку > 3000 - ловля не комфортная, требует значительных усилий при вращении  рукоятки, быстро устает рука, особенно при участии в соревнованиях.

 Если при анализе катушек образуются следующие пары по диапазонам значений: 1 - 2, или даже 1 - 3, или 2 - 3, то вам просто повезло.

 

Выводы:

1. Проведенный эксперимент в очередной раз доказал прямую зависимость усилия на рукоятке катушки Nр от диаметра шпули d_ш - чем больше диаметр шпули с леской, тем большее усилие (при остальных одинаковых параметрах)  надо приложить к рукоятке катушки при выматывании оснастки. При выматывании кормушки КПД катушки будет выше, чем при выведении ее из состояния покоя при проведении эксперимента.

2. При выборе катушки предлагается использовать два критерия: критерий выбора катушки по усилию на рукоятке К вку и критерий  выбора  катушки  по  скоростным  свойствам  К вкс. Оба критерия определяются, исходя из условий работы катушки при выматывании кормушки. В зависимости от стоящих задач каждый решает  сам, какую безынерционную катушку и на какой фидер ему ставить.