Принцип действия динамометра известен не очень большому количеству людей, собственно, как и сам этот прибор. Мы исправим это недоразумение, составив краткую характеристику такого инструмента. Возможно, он мог бы решить некоторые ваши задачи, а вы об этом и не догадывались!
Что же это за машина, что способна измерить силу?
Его относят к приборам, измеряющим силы или силовые моменты. Промышленные предприятия, на которых требуются силовые измерения, применяют подобные приспособления.
Часто они необходимы для того, чтобы осуществить плановые поверки стендов, а также агрегатов, которые предназначены для различных испытаний. Используют их и при поверках силовых приборов, когда требуется определить силы 1 или 3 разрядов.
Широко применяются данные приборы и в качестве эталонных средств по ГОСТу 8.065 и в тех работах, где нужно производить калибровку.
Первым прибором, который помогал измерить силы, были весы. Впервые их изображение появилось в печати в семнадцатом веке. В следующем столетии Сальтером было предложено для подобных целей устройство с пружиной, при помощи груза она растягивалась.
Был прибор с циферблатом, там измерение выполнялось замкнутой кольцеобразной пружиной. Уже позже появились нажимы Прони и динамометры Томсона, Броуна, Межи и Геффнер-Альтенека.
Последние модели усовершенствовали, и на сегодняшний день представилась возможность использовать их во многих отраслях.
Основные элементы, которые включают динамометры растяжения: силовое звено (упругий элемент) и отсчетное устройство. В силовом звене идет непосредственно измерение усилий: там происходит деформация или небольшие колебания. С их помощью и передаются сигналы на отсчетное устройство. Такими инструментами измеряются усилия в таких единицах измерения, как Ньютоны и килограмм-сила.
Итак, что измеряют динамометром, мы разобрались, теперь посмотрим, как подразделяются данные приборы по принципу действия.
Они бывают механическими, которые классифицируют на пружинные и рычажные, гидравлическими и электрическими.
Кроме таких прикладных задач, бывают и специфические разновидности силового прибора, например, тормозные и трансмиссионные. Теперь остановимся на каждом подробнее.
Виды силомерных инструментов – как они работают?
Механические инструменты такого вида делятся на пружинные и рычажные.
- Ручной пружинный динамометр устроен так, что сила передается пружинам, они, в свою очередь, будут сжиматься и растягиваться, а направление уже будут создавать приложенные силы. После сжатий и растягиваний на приборе будут видны показатели. Вот они и будут основными величинами, именно их он и регистрирует.
- В рычажных моделях деформация образуется с помощью установленного рычага.
Принцип работы гидравлического прибора основан на вымещениях измеряемой силой жидкостей из цилиндров. В конструкции имеется специальное цилиндрическое устройство, заполненное жидкостью.
Когда на приспособлении создается усилие, то жидкость подступает к трубке и затем к аппарату, который записывает и регистрирует показатели.
Таким нехитрым законом физики получилось создать довольно точный прибор.
А что же что измеряется динамометром электрического типа? Приборы такого вида состоят из датчиков, с их помощью преобразуется деформация от воздействий сил в электрические сигналы.
Также имеются и дополнительные датчики, они усиливают и записывают электрические сигналы от первых датчиков.
Если необходимо преобразовывать силы или силовые моменты в деформацию, то нужно пользоваться индуктивными, пьезоэлектрическими, тензорезисторными и вибрационно-частотными датчиками сопротивлений.
Когда будет создаваться силовой момент, то датчик тут же будет деформироваться, а токи моста сопротивлений будут меняться. У электрических сигналов силы всегда пропорциональны деформациям элементов, а значит, и силам воздействий. При помощи второго датчика будет усиливаться сигнал, а показатели будут записываться для следующей обработки.
Принцип работы тормозного измерителя силы основан на поглощении мощностей обследуемых агрегатов. Приборы такого типа отличаются конструктивными решениями, то есть могут быть установлены в тормоза разных видов.
Это могут быть гидравлические тормоза Прони или электромагнитные, а с помощью двигателей определяется мощность. Во время работы происходит воздействие на вал, и вращательными усилиями или крутящими моментами происходит измерение прибором.
Наиболее часто измеряется скорость вращений валов при помощи тахометра.
Результаты измерений сопоставляются, находится входная и выходная мощности прибора. При помощи гидравлического тормоза есть возможность измерить мощность на агрегатах с высокими оборотами.
В приборах трансмиссионного типа установлено устройство – тензодатчик. Он тесно связан с приводным валом, с его же помощью происходит и измерение деформаций кручений. Деформации меняют электрические сопротивления на тензодатчике. Наиболее часто такими приборами пользуются на судовых двигателях.
Почему не каждый слышал про динамометр?
Почему мы редко слышим об использовании этого приспособления? На самом деле, это очень специфический прибор, и сферы его применения не так доступны. Например, инструменты для замера силы широко применяются там, где необходимо измерять требуемую мощность для сжатия створок.
Это почти все автоматически закрывающиеся системы. Работу таких приборов можно увидеть в дверях трамваев или автобусов.
Под контролем такого приспособления открываются двери в вагонах поездов, метро, грузовых и пассажирских лифтов, гаражных ворот, автомобильных окон, сдвигающихся люков на крыше…
Если вспомнить некоторые случаи из жизни, то можно представить и различные травмы от таких дверей.
Поэтому при разработке любых конструкций с такими приборами созданы специальные нормы и правила, не только связанные с установками, но и с их пользованием.
При разработке рассчитываются все необходимые значения сил сжатий, особенно если это закрывающиеся системы. Производители учитывают все показатели при конструировании подобных механизмов.
Как развивается этот прибор сегодня?
Современная промышленность не останавливается на достигнутом. Появления таких приборов в жизни людей позволили создавать много полезных устройств, которые облегчают жизнь.
Производители в своей работе используют новые открытия, новые технологии. Постепенно старые модели уходят из обихода и появляются новые, более удобные.
Так, на сегодняшний день вместо привычных механических все больше используются электронные силомеры. Они отличаются составляющими элементами.
Устройство электронных приборов содержит тензодатчик, то есть силовой датчик, измерительные индикаторы и соединительные провода или радиоканалы.
Принцип работы такого вида прибора основан на измерении деформаций тензометрическим датчиком за счет воздействий прикладываемых сил.
В процессе работы образуется электрический сигнал, полностью прямо пропорциональный сообщенной деформации. Полученные показатели и являются силовыми величинами.
В настоящее время именно такими приборами пользуются во многих промышленных отраслях для поверок испытательных машин, либо стендов.
Поэтому производители стараются выпускать чаще такие приборы, предназначение которых – определять не только изменяющиеся, но и статические силы растяжений и сжатий.
Последняя модель измерительного прибора СИУ2 и СИУ работает именно с помощью инструмента сжатий. Их применение наиболее востребовано на предприятиях, где необходимо проводить проверки испытательных конструкций.
Источник: https://remoskop.ru/dinamometr-ruchnoj-rastjazhenija-pruzhinnyj.html
Приборы для измерения вибрации
Приборы, которые производит компанияВибро-Центр
Приборы для измерения вибрации на вращающемся оборудовании позволяют оценить состояние оборудования и диагностировать дефекты в оборудовании.
Вибрация – очень удобный показатель состояния оборудования. Она стандартизирована (есть стандарт ГОСТ), имеет конкретные значения аварийного и тревожного состояния. Физическая природа вибрации понятна.
Виды приборов можно разделить по нескольким признакам.
Самый главный признак – что умеет измерять прибор
- Виброметры – измеряют только интегральное значение вибрации (одно число). Самое популярное – СКЗ виброскорости, так как существуют стандарты для определения состояния агрегата по значению СКЗ виброскорости;
- Виброанализаторы (анализаторы вибрации) – дополнительно измеряют сигналы и спектры вибрации.
Количество каналов измерения
- Одноканальный – одновременно измеряет данные только по одному каналу. При этом может одновременно измерять виброускорение, виброскорость и виброперемещение;
- Одноканальный с приставкой расширения на несколько каналов – измеряет данные с нескольких датчиков, но частота опроса каналов значительно уменьшается;
- Многоканальный с параллельным опросом всех каналов – очень полезный прибор в сложных случаях, так как результат диагностики дефектов намного достовернее. Но такие приборы сложнее переносить и разворачивать на месте измерения. И, конечно, они дороже.
Можно ли его переносить ?
- Переносные – можно взять прибор в руки и идти в цех измерять вибрацию. Самые маленькие виброметры – размером с фломастер;
- Стационарные системы мониторинга – датчики установлены на агрегате и наблюдение за агрегатом идёт постоянно.
Другие признаки – цена (виброметры значительно дешевле), дополнительные функции (балансировка, разгон-выбег, запись длительных сигналов и т.д.), наличие памяти для хранения измерений и передачи их в компьютер.
Виброметр
Очень древний виброприбор
Первые приборы для измерения вибрации были аналоговые. И они могли измерять только интегральное значения вибрации, то есть мощность. Некоторые, как устройство на фотографии слева, до сих пор используются.
Современные приборы используют цифровые методы для вычислений значения вибрации. Они очень просто устроены и поэтому дешёвые.
Виброметр – это очень полезный прибор для оценки состояния оборудования. Максимальное значение вибрации, при котором состояние агрегата считается аварийным называется Норма.
Её значение задаётся в паспорте на агрегат или в ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях.
Сравнение текущей вибрации с нормой позволяет наглядно оценить состояние агрегата.
Измерение вибрации в виброметрах производится в диапазоне 10 ÷ 1000 Гц. Этот диапазон указан в ГОСТ и позволяет измерять одинаковое значение вибрации на разных приборах.
Виброметр позволяет быстро обойти всё оборудование на предприятии. Можно измерить 100 агрегатов за смену, с выдачей отчётов о состоянии.
Значения вибрации, измеренные через некоторое время (например, через 1 месяц) позволяют строить прогноз развития вибрации и планировать сроки следующих ремонтов. Это даёт значительную экономию денег, по сравнению с плановыми ремонтами. Такая система используется в нашей программе Аврора-2000.
Самые маленькие виброметры помещаются в карман одежды и похожи на ручку (или маркер). Такие приборы называют виброручка.
Мы выпускаем виброметры:
Кроме вибрации, умеет оценивать состояние подшипников качения, показывать сигналы и спектры и даже хранить их и передавать в компьютер (правда, всего несколько штук)
Уже устаревший, но всё ещё популярный прибор. Имеет встроенный в внешний датчик
Он позволяет хранить в одном замере всю информацию по агрегату и легко передавать её на компьютер
Одноканальный виброанализатор (анализатор вибрации)
Vibro Vision-2 помещается в руку
Это – самые популярные приборы для диагностики состояния агрегатов по вибрации. Они измеряют сигнал вибрации с вибродатчика и с помощью вычислений умеют преобразовавать это измерение в другие виды, например, в спектры.
При работе с одноканальным виброанализатором одной рукой держим прибор, а другой – устанавливаем датчик в место измерения.
Современные анализаторы очень компактные, но при этом очень умные. Они позволяют просматривать данные на месте и быстро делать диагностику дефектов агрегата. Для более сложных случаев данные сохраняются в память, затем в офисе передаются на компьютер и анализируются уже на компьютере.
Часто используется маршрутная технология (Маршруты). Для этого порядок и параметры измерения задаются на компьютере и затем передаются в прибор. Прибор сам подсказывает что и где сейчас будем измерять.
После всех измерений данные быстро раскладываются на компьютере для анализа. Это позволяет не запутаться при измерении и доверять процесс измерения людям, у которых мало опыта в вибродиагностике.
А при наличии в программе на компьютере экспертной системы диагностики, можно вообще не задумываться.
Мы выпускаем одноканальные виброанализаторы:
Многоканальный виброанализатор (анализатор вибрации)
4-канальный ViAna-4
Такие приборы измеряют несколько сигналов вибрации одновременно. Это очень полезно для диагностики сложных дефектов. Многоканальные анализаторы имеют несколько датчиков, за которыми тянутся несколько проводов. Поэтому они не такие удобные, как одноканальные. Одной рукой с ними уже не поработаешь. И цена сразу намного возрастает.
Зато у многоканальных приборов больше экран, больше возможностей для обработки сигналов. И смотрятся они солиднее. И человек с таким прибором внушает уважение окружающим – «он настоящий профессионал».
Многоканальные приборы могут быть собраны в одном корпусе или на базе переносного компьютера (отдельно блок для подключения датчиков и отдельно компьютер ноутбук).
32-канальный Атлант-32
Два датчика, установленные в вертикальном и поперечном направлении уже позволяют смотреть орбиту перемещения тяжёлой точки. Четыре датчика можно установить на передний и задний подшипник двигателя. А есть у нас прибор Атлант-32, с помощью которого можно обвешать датчиками весь турбогенератор. Но при этом у него куча проводов и он уже не переносной, а ездит в чемодане на колёсиках.
Почти все многоканальные приборы имеют отделный канал для подключения отметчика фазы. Это позволяет проводить балансировку на месте и измерять сигналы, привязанные к фазе вращения агрегата.
У таких приборов много других режимов измерения, но применяются они только в очень сложных случаях. Например, режим Разгон-Выбег позволяет проследить изменение вибрации при разгоне и остановке агрегата. Строится график зависимости амплитуды и фазы вибрации от частоты вращения, что позволяет определить резонансные частоты агрегата.
Многоканальные виброанализаторы нашего производства:
- Диана-2М – 2-канальный анализатор вибрации с балансировкой
- ViAna-4 – универсальный 4-канальный регистратор и анализатор вибросигналов, балансировка роторов
- Атлант-8/-16/-32 – многоканальный синхронный регистратор-анализатор вибросигналов на основе переносного компьютера
Стационарные системы мониторинга
Система мониторинга
В таких системах датчики установлены прямо на агрегате и наблюдение за агрегатом идёт постоянно. Можно следить за состоянием агрегата в текущий момент времени и оперативно вмешиваться в его работу.
Стационарные системы устанавливаются на критичном и дорогом оборудовании. Они привязаны к агрегату и не могут быть использованы для измерения вибрации другого агрегата. Поэтому установить такие системы – это дорого.
Кроме вибрации, системы мониторинга измеряют и другие параметры – температуру, обороты, ток, напряжение, расход и т.п.
Не хватает информации ?
Напишите мне свой вопрос, я отвечу Вам и дополню статью полезной информацией.
Источник: https://vibrocenter.ru/vibration_device.htm
Измерение момента вращения при помощи датчиков вращения
- 11 сентября 2018 г. в 16:52
- 588
Как правило, измерение крутящего момента стационарного металлического вала не вызывает затруднений.
В случае если предел упругости вала не превышен, величина скручивания вала пропорциональна действующему моменту вращения.
Измерили градус скручивания; проверили Модуль Юнга для материала вала; применили формулу из Справочника Инженера, и вот Вы получили величину крутящего момента.
Измерение крутящего момента на непрерывно вращающемся вале — задача существенно более сложная. Существует несколько способов, с помощью которых можно ее решить, но наиболее часто используемым является расчет крутящего момента на основе данных о величине мощности, затрачиваемой на вращение вала.
В реальности это обычно подразумевает измерение величины тока, приложенного к двигателю, обеспечивающему движение.
Такое измерение просто, понятно, но весьма неточно из-за того, что потребление тока так же зависит от целого спектра факторов: скорости, напряжения источника питания, состояния подшипниковых узлов, температуры и т.д.
Измерение момента вращения с помощью тензометрических датчиков
Существенно более точным способом является измерение скручивания вала с помощью тензометрического датчика или датчика поверхностных акустических волн (ПАВ).
Это точная, но очень сложная методика, требующая применения ВКУ или устройств беспроводной передачи данных между тензодатчиком на вращающемся валу и окружающим миром.
Как и любой инженер, когда-либо имевший дело с тензометрией, выражусь резко — разница между теорией тензометрических измерений и практикой использования таких датчиков колоссальна.
Тензометрическим датчикам присуще иметь большие температурные коэффициенты и свойство отрываться от поверхности измерения при ухудшении условий измерения. Определение крутящего момента с помощью тензодатчиков или датчиков ПАВ целесообразно в лабораторных условиях, но для большинства промышленных применений совершенно не реалистично.
Измерение крутящего момента с помощью угловых датчиков вращения
Существует другой способ. Он не новый, но, похоже, был успешно забыт. Впервые такой вариант был применен в 50-х годах прошлого века для измерения момента вращения в двигателях внутреннего сгорания — наиболее наглядно в турбореактивных двигателях тяжелых грузовых самолетов Hercules и C-130.
Техники измеряли величину скручивания и, следовательно, момент вращения с помощью измерения величины фазового сдвига между двумя многопериодными резольверами, установленными и отъюстированными на валу.
Термин «многопериодный» относится к выходу резольвера — так двухпериодный резольвер имеет циклический выходной сигнал, определяющий абсолютное положение с точностью 180°; 36ти-периодный резольвер имеет циклический выходной сигнал, определяющий абсолютное положение с точностью 10°.
При вращении вала каждый из резольверов выдает два сигнала: первый изменяется по синусоидальному закону, второй — по косинусоидальному. Для упрощения, на рисунке 1, приведенном ниже, показаны только два демодулированных синусоидальных сигнала.
Рисунок 1 — Измерение момента вращения с использованием многопериодных резольверов.
При приложении нулевого момента сигналы с обоих резольверов одинаковы и не имеют сдвига фаз. В случае, когда реальный момент приложен к валу сигнал одного резольвера имеет фазовый сдвиг относительно сигнала другого резольвера. Величина этого фазового сдвига прямо пропорциональна приложенному моменту.
Используя многопериодные резольверы с большим числом циклов (например, 128), возможно даже при небольшой величине скручивания получить отклик в виде сравнительно большой величины фазового сдвига. Другими словами, эта методика достаточно прецизионна, чтобы измерять скручивание вала не только на величины менее 1°, но даже и на уровнях менее 0,1°.
Из чего следует, что вал, на котором производится измерение, не обязательно должен быть длинным. Действительно, длина вала, необходимого для успешных измерений, может составлять менее 25 мм.
Этого можно достигнуть, используя заведомо гибкий вал или располагая резольверы концентрически — один внутри другого — и соединяя внешние и внутренние части вала с применением пружины повышенной крутильной жесткости.
В отличие от тензометрических датчиков, резольверы известны своей надежностью, устойчивостью к внешним воздействиям и точностью, они зачастую используются в космической, оборонной и нефтегазовой технике, где требуются высокие точности и устойчивость к жестким условиям эксплуатации. Поскольку резольвер является бесконтактным измерительным устройством, также исключается необходимость применения токосъемников или оборудования радиочастотной передачи данных.
Итак, почему же эта техника измерений стала немодной? Вероятно, одна из причин в том, что и сами резольверы утратили свою популярность. Плоскопараллельные и плоские с большим полым валом резольверы, идеальные для использования при измерениях крутящего момента, являются откровенно дорогостоящими.
Более того, сочетание резольверных двигателей с управляющей электроникой может быть очень сложным.
Поскольку в наше время инженеры более привычны к цифровой электронике, они весьма неохотно соглашаются иметь дело и с самой аналоговой электроникой и, тем более, с измерениями фазовых сдвигов аналоговых переменных сигналов.
Новое поколение индуктивных датчиков
В настоящее время резольверы практически полностью заменены более современными устройствами — индуктивными энкодерами или «инкодерами».
Технология измерения с помощью инкодеров основана на тех же принципах индукции, применяемых в резольверах, но при этом инкодеры содержат печатные платы вместо массивных и дорогих обмоток трансформаторов.
Это позволяет существенно сокращать объем, вес и стоимость датчиков, и одновременно значительно увеличивать возможности измерений. Также в инкодеры обеспечен простой и удобный электрический интерфейс — постоянное напряжение и последовательная шина данных.
Поскольку инкодеры базируются на тех же физических принципах, что и резольверы — они обеспечивают тот же набор измерительных возможностей — высокую точность и надежность измерений даже в жестких условиях окружающей среды.
Мало того, инкодеры имеют оптимальный для угловых измерений форм-фактор — плоская конструкция с большим полым валом. Это позволяет пропускать вал через центр статора инкодера, а ротор инкодера закреплять непосредственно на вращающийся вал, на котором проводятся измерения. Это исключает необходимость использования ВКУ, точно так же, как это было при использовании резольверов.
Рисунок 2 — Измерение момента вращения и абсолютного положения с помощью индуктивных энкодеров.
Нет необходимости специально выбирать электронику и размещать ее отдельно, поскольку вся требуемая для датчиков электроника размещена непосредственно в статоре энкодера. Примечательно, что инкодеры доступны с разрешением до 4 миллионов импульсов на оборот, таким образом, достаточно минимального скручивания вала, чтобы обеспечить высокое разрешение измерений крутящего момента.
Температурные коэффициенты инкодера малы, в сравнении с тем, что может быть получено при использовании самых лучших тензометрических датчиков, а любые динамические искажения, вызываемые вращением вала на большой скорости, могут быть нивелированы с помощью тактового сигнала — единого для обоих инкодеров, обеспечивающего синхронность считывания данных.
В отличие от тензометрической техники, при использовании инкодеров не существует риска повреждения оборудования в случаях избыточного или импульсного приложения крутящего момента. Что еще более важно — технология позволяет проводить два вида измерений — крутящего момента и угла вращения одновременно, и по цене, меньшей, чем требует измерение одного только момента с помощью тензодатчиков.
Это старая технология, которая перестала быть модной, потому, что резольверы потеряли свою популярность. Современные индуктивные энкодеры возрождают применение принципов индукции для выполнения угловых измерений, и одновременно с этим, возвращают удобный, надежный и эффективный способ контроля крутящего момента и угла вращения.
Рисунок 3 — Индуктивные энкодеры, используемые для измерений крутящего момента на валах диаметром 300 мм: статор слева, ротор справа.
Источник: Сайт компании АВИ Солюшнс
Источник: https://www.elec.ru/articles/izmerenie-momenta-vraschenija-pri-pomoschi-datchik/
Область применения датчиков удара: от измерения частоты сердечного ритма до контроля детонации снаряда
11:59 / 5 мая 2017
Разработка датчика удара началась в АО «НИИ «Элпа» в 2014 году. На данный момент проводятся испытания опытных образцов, которые показывают высокий уровень устойчивости к внешним воздействующим факторам и высокую точность измерений.
Разработки «Элпа»: датчик угловых скоростей для систем навигации военной техники, роботов и автомобилей
Датчик удара измеряет кратковременное воздействие линейного ускорения высокой амплитуды. Датчики удара АО «НИИ «Элпа» способны измерять линейные ускорения вплоть до 15000g.
Иными словами, эти датчики чувствуют кратковременные удары различной силы – от ударов сердца, до лобового столкновения двух танковых снарядов.
Датчик чувствует, с какой силой был произведён удар по объекту, на котором он установлен, или с какой силой этот объект ударился о какую-либо преграду.
Сейсмодатчики и датчики удара
При превышении определённого порога силы удара посылается сигнал для детонации, запуска или остановки работы какой-либо системы. В качестве примера может выступать подушка безопасности или система защиты жёсткого диска, которая отключает его при падении.
АО «НИИ «Элпа» расширяет перспективы
Датчики удара могут быть представлены в исполнении без электроники, которая нужна для работы многих датчиков.
В некоторых случаях она заводит чувствительный элемент (ЧЭ), но чаще всего она улавливает с ЧЭ слабый сигнал, усиливает его и осуществляет его дальнейшую обработку для преобразования в тот или иной вид информации.
Данный датчик является пассивным, то есть его не нужно возбуждать, а обработка сигнала с него осуществляется не внутри самого датчика, а где-нибудь снаружи. Поэтому габаритные размеры самих датчиков очень малы.
Возможности применения датчиков могут быть очень широки – это и измерение частоты сердечного ритма (медицинское оборудование); и фиксация параметров и обстоятельств ДТП, автомобилестроение, видеорегистраторы (включение камеры регистратора при фиксации удара определённой силы); и использование в карманных гаджетах или в вооружении (контроль детонации снаряда и др.).
У истоков этой разработки стояли конструктор Николай Каширин и Владимир Никитович Зинченко, начальник лаборатории разработки пьезокерамических преобразователей. Также в разработке принимают участие инженеры Виктор Нечаев и Иван Горинов.
Источник: https://www.socium-a.ru/news/article/oblast-primeneniya-datchikov-udara-ot-izmereniya-c-16618
Измерение силы удара
Заканчивается шестой год третьего тысячелетия, очередные поколения спортсменов уходят в историю, а проблема измерения силы удара остается нерешенной. В настоящее время в мире существует множество различных устройств, от дешевых и простых до дорогих и технически сложных, позволяющих измерять силу удара в боевых единоборствах. Причем у всех производителей результаты измерений, как правило, существенно отличаются, хотя все они претендуют на корректность измерений. Любители, поклонники и спортсмены продолжают спорить «у кого сильнее удар», не доверяют результатам никаких силомеров (не без оснований) и многие уже приходят к выводу, что подобные измерения вообще не возможны.
Почему же такое происходит?
Самые распространенные датчики, используемые для измерения силы удара – это тензодатчики, пьезорезистивные и пьезоэлектрические датчики силы. Все они обладают высокой точностью и активно используются для измерения силы ударов в промышленности и на производстве, так как для этих целей и были разработаны.
Измеряя силу удара с помощью этих датчиков, мы, в конечном счете, измеряем силу, возникающую при ударе, и пытаемся ее интерпретировать как искомую силу удара, а она по законам физики определяется упругими свойствами мишени и ударной конечности, а также их размерами, формой и относительной скоростью движения.
Калибровка подобных измерителей возможна только для тел, имеющих одинаковые свойства, размеры и форму, что и делает возможным их применение в промышленности. В спорте же калиброванных ударных конечностей и калиброванных по силе ударов не существует.
Таким образом, даже рассматривая удар как столкновение двух тел (ударной конечности и мишени) обладающих определенными свойствами, формой и массой, мы не в состоянии провести однозначную калибровку. Удар же, гораздо более сложен и продолжителен, чем простое столкновение.
Поэтому, имея только форму ударного импульса и не имея полноценной калибровки, невозможно получить корректные результаты при измерении силы и энергии удара с помощью тензодатчиков, пьезорезистивных и пьезоэлектрических датчиков силы и давления.
В аттракционах часто используются пружинные конструкции.
Эти конструкции подходят только для измерения статических сил, в крайнем случае, толчков так, как при ударе по такому измерителю возникает противоположная упругая сила (пропорционально величине сжатия пружины), которая кардинально меняет биомеханику удара.
При резком ударе спортсмен может легко получить травму.
По тем же причинам не подходят датчики, использующие для измерения силы давление жидкости или газа. Биомеханика удара здесь нарушена из-за возникающей при ударе упругой выталкивающей силы. Калибровка также невозможна по тем же причинам.
Таким образом, недостатком известных решений является недостоверность получаемых данных, так как вместо силы удара, измеряются силы, возникающие при ударе, а они по законам физики определяются не только биомеханикой удара, как нам бы хотелось, но и упругими свойствами мишени и ударной конечности, а также их размерами и формами.
Хочу также подчеркнуть, что в абсолютном большинстве известных случаев конструкции измерителей сильно меняют биомеханику удара, что недопустимо, так как это негативно влияет на постановку удара спортсмена.
Но, даже выбрав в качестве мишени некую идеальную мишень, мы не решаем всех проблем, так как придется еще «калибровать» конечности всех спортсменов, что невозможно. И наоборот, представив, что все конечности одинаковы, мы видим, что сила удара будет зависеть от жесткости и тяжести мишени.
Даже теоретически сила удара человека по свободно подвешенной боксерской груше весом 8кг не может превысить 400кгс. Если же ударить металлическим кастетом по подвешенному металлическому шару того же веса, легко получим и 4000кгс.
Отсюда вывод: Погоня за рекордными по силе ударами приведет лишь к конструкциям силомеров с жесткими и тяжелыми мишенями, проверяющими ваши кости на прочность и победителем всегда будет специалист по разбиванию камней. Подведем итог:
Следует признать, что идея мерить силу удара и принимать этот параметр как основную характеристику удара была изначально ошибочна и в качестве основного параметра, характеризующего силу удара, следует выбрать энергию удара. В боевых единоборствах главная задача и состоит в том, чтобы при ударе передать мишени максимум энергии, это и определяет эффективность удара.
Думаю, что боксеры нас поддержат. Чтобы результаты измерений были вполне однозначны, в качестве измеряемой энергии удара выбираем кинетическую энергию мишени после удара. Мишень конечно должна обладать физическими свойствами (массой и упругостью), не нарушающими биомеханику конкретного вида удара, и свободно перемещаться в направлении нанесения ударов.
Для боксеров, например, можно взять боксерские груши именитых производителей, что позволит, во-первых, исключить проблему с биомеханикой, во-вторых, любой изготовитель будет абсолютно уверен в показаниях своего прибора, тем более что при правильно выбранной схеме калибровка вообще не требуется.
Предлагаю также ввести два дополнительных параметра, которые не только характеризуют силу удара, но еще и дают возможность оценить качество удара, правильность его нанесения.
В качестве таких двух параметров предлагаю выбрать максимальное значение силы, зарегистрированное за время удара (соударения) и само время удара (соударения).
Дополнительные параметры, которые хоть и сильно зависят от физических свойств, размеров и формы мишени и ударной конечности, при идентичных условиях измерений, то есть при одинаковой весовой категории спортсменов, при том же виде удара и той же мишени смогут характеризовать такие качественные характеристики удара как резкость, и мощность.
Например, при одинаковой энергии удара более резким и мощным естественно будет удар, имеющий большую максимальную силу и меньшее время соударения.
Выбрав в качестве основного параметра энергию удара, мы практически исключаем зависимость результата измерений от свойств, размеров и формы ударной конечности.
Точнее эта зависимость на порядок, на два становится менее выраженной.
В физическом плане эта зависимость объясняется тем, что часть энергии удара идет на деформацию мишени, а потери кинетической энергии при упругом ударе двух тел определяются коэффициентом восстановления, который в свою очередь как раз тоже зависит от упругих свойств соударяющихся тел, от их формы и массы. Но энергия деформации относительно энергии удара незначительна. Конечно, погрешность измерения слабых ударов будет велика, но они никого не интересуют, так как считаются неудачными. Как видим, точность измерений легко повысить, выбрав в качестве мишени каучуковый приемник удара, имеющий коэффициент восстановления близкий к единице, но это актуально больше для слабых ударов, а для сильных главное не нарушать биомеханику.
Могу предложить три, на мой взгляд, заслуживающих внимания способа определения энергии удара.
Простейший способ измерения энергии удара никакой техники вообще не требует. Достаточно знать школьный курс о кинетической и потенциальной энергии, а также ее сохранении. Для измерения энергии удара мишень известной массы «m» крепится на достаточно длинном подвесе (для точности) и замеряется величина отклонения мишени после удара по вертикали «h».
Энергия удара будет равна mgh (g-ускорение свободного падения). Этим способом можно было бы измерять энергию ударов еще до нашей эры, причем с достаточно высокой точностью, например энергию удара олимпийского чемпиона по кулачному бою математика Пифагора, жившего более 2500 лет назад, не говоря уж о чемпионах по боксу прошлого и позапрошлого века.
Кстати, этот достаточно эффектный, наглядный и точный способ, можно применить и сейчас для установления рекордов Гиннеса, которые, как правило, фиксируются в большом зале при широкой аудитории.
Для конца прошлого века подошел бы способ измеряющий скорость мишени после удара с помощью устройства использующего эффект Доплера при распространении ультразвука. При правильно выбранной схеме калибровка здесь также не требуется (Регистрационный номер патента 2006130981).
На сегодняшний день самый лучший вариант – использование для измерения энергии и силы ударов, прецизионных двухосных или трехосных интегральных акселерометров (Регистрационный номер патента 2006130906).
Достоинство этого способа заключается в том, что удары по мишени можно наносить не в определенном, а в любом направлении, кроме ударов сверху. Хотя, используя другую конструкцию можно измерять энергию и таких ударов.
Кстати сила удара (как дополнительный параметр) в отличие от известных мне конструкций этим способом измеряется реально однозначно и очень точно (и не в каких-то там условных единицах, а в кг-с или ньютонах).
Но хочу еще раз подчеркнуть – не придавайте этому параметру большого значения.
Этот способ позволяет не терять точности измерений даже в случае нанесения быстрой серии ударов, когда мишень раскачивается и не успевает принять исходное положение.
Это позволяет суммировать энергию ударов с высокой точностью и правильно оценить физическую форму спортсменов. Например, в режиме определения физической формы спортсмена имитируется боксерский поединок с 3 или 12 раундами по три минуты с одноминутным перерывом.
Суммируя энергию ударов за время поединка можно легко оценить физическую форму спортсмена.
В качестве акселерометров могут быть использованы интегральные акселерометры с цифровым выходом, высокая линейность и чувствительность которых позволит обойтись без дополнительной калибровки.
В случае выбора акселерометров с аналоговым выходом калибровка также очень проста, так как в процессе измерений постоянно вычисляется g – ускорение свободного падения и появляется возможность организовать само калибрующуюся систему.
Таким образом, предлагаемый способ решает проблему достоверности измерений силы удара в спортивных единоборствах. Заявленное решение кроме точности обеспечивает технологичность измерений и решает вопрос об оценке физической формы спортсмена.
Применяя этот способ, мы и через тысячу лет будем знать «у кого был самый сильный удар», а не спорить об этом.
Related Posts
Полиция. Черные пояса. Солдаты. Зэки. “Крутые”. Наблюдается…
1. «ПОПАДАНИЕ ВО ВРЕМЯ» Сам боксер, при…
Что будет, если не растягиваться? Если вы…
Источник: https://silaest.com.ua/math/3-izmerenie-sila-udara/
Осваиваем технику нокаутирующих ударов на наших тренажёрах
ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРЕНАЖЕРА
В настоящее время ни в России, ни в мире
не существует методики измерения силы
удара в абсолютных единицах (можете
поинтересоваться в НИИ метрологии и
стандартизации). Поэтому нет и рекордов
Гиннеса в этой области. Каких только
забавных рекордов нет, а сила удара не
измеряется.
А проблема была в том, что
для измерения силы удара пытались
использовать датчики давления – это
тензодатчики, пьезорезистивные и
пьезоэлектрические датчики силы. Все
они обладают высокой точностью и активно
используются для измерения силы на
производстве. Но человек не может бить
по датчику – он жесткий.
Он бьет по
демпфирующей подушке, которая защищает
его от травм. Это вроде не проблема –
нужно просто откалибровать прибор. Но
эталонных ударов тоже нет. Поэтому силу
удара оценивали каждый по своему, и
результаты измерений были совершенно
различными.
Мы решили эту проблему
достаточно классическим способом, почти
учебным, но в прошлом веке он был
неосуществим из-за отсутствия
акселерометров (датчиков ускорений)
требуемых характеристик.
Для того чтобы измерить неизвестную
силу, достаточно ее приложить к телу
известной массы и измерить ускорение
этого тела (F = ma). В случае продолжительной
по времени силы свойства материала тела
не важны (главное чтобы оно не разрушилось
под действием силы).
В случае кратковременных
(ударных) сил тело, несомненно, должно
быть упругим, чтобы вся энергия удара
(или почти вся) перешла в энергию движения
(кинетическую энергию). Иначе значительная
часть энергии удара уйдет на изменение
внутренней структуры тела, и результат
измерения будет некорректным.
Также
следует учитывать волновые процессы
при ударе, так как время соударения
сравнимо со временем распространения
волны деформации, а конструкция такова,
что эта волна как бы фокусируется на
датчике.
Все эти проблемы удалось решить, и
внутренняя структура и набивка наших
мешков сейчас такова, что мешок при
ударах ведет себя как упругое тело и
подчиняется законам физики Ньютона.
Теперь, наконец, есть устройство, с
помощью которого Вы можете измерить
свою силу удара так же, как Вы меряете
прыжок в длину или высоту или вес взятой
штанги.
В процессе экспериментов выяснилось,
что максимальная сила удара человека
остается практически одинаковой на
всех используемых стандартных мешках
и может характеризовать ударные
возможности конкретного спортсмена.
Сила удара «F», энергия удара «Е» и время
соударения «Т» определяются по форме
ударного импульса:
Сила удара «F» равняется произведению
массы мешка на максимальное значение
ускорения, зарегистрированное в процессе
удара: F = mamax.
Проинтегрировав ускорение мешка за
время соударения, определяем скорость
мешка в момент завершения удара:
Зная массу мешка, вычисляем его
кинетическую энергию, которая и будет
являться энергией удара:
Такой подход сделал возможным создать
методику измерения силы и энергии удара
в абсолютных величинах, что позволило
получить реальные данные. На основе
этих данных была создана физико-математическая
модель удара человека по упругой мишени.
С помощью этой модели можно очень точно
описать и понять весь процесс соударения
и объяснить форму ударного импульса.
Используя эту модель при анализе формы
ударного импульса, удалось выявить
принципиальные отличия в технике
нанесения ударов профессиональных
спортсменов, обладающих нокаутирующими
ударами, и обычных спортсменов, и на
этой основе создать методику, позволяющую
объективно определять уровень ударной
техники спортсмена.
Сейчас на индикаторы наших тренажёров
вместо общего времени соударения «Т»
выводится удвоенное время нарастания
удара «2Т», которое является более
информативной величиной (это время
соударения с ударной конечностью – см.
физико-математическую модель удара) и
позволяет контролировать технику
нанесения прямых и боковых ударов. Это
дает возможность «поставить» эти удары
у спортсменов в короткие сроки.
В тех случаях, когда сила удара действует
не непосредственно на объект, а через
сложные демпфирующие системы и исследуется
как раз эффективность этих систем,
правильнее измерять не силу удара, а
ускорение объекта. Этот способ применяется,
например, в краш-тестах.
Измеряя ускорение
в разных частях манекена, объективно
оцениваются повреждения при известных
скоростях и условиях столкновения, в
результате чего появляется возможность
разрабатывать конструкцию корпусов
автомобилей и подушек безопасности,
обеспечивающих максимальную защиту
водителя и пассажиров при различных
типах столкновений.
Также при испытаниях
на прочность ноутбуков и сотовых
телефонов с помощью датчиков измеряется
ускорение самых хрупких деталей и, таким
образом, разрабатываются корпуса,
максимально защищающие свою начинку
от внешних ударов.
Надо понимать, что,
измеряя ускорение, нельзя определить
силу удара, а можно только оценить ее
относительно других ударов. Сказать,
например, что предыдущий удар, был
сильнее или слабее последующего на
20–30%. Поэтому даже революционные средства
измерения силы пропущенных ударов во
время боя
(https://ko-news.com/2007/04/25/izmerenie_porvrezhdeniy.html) и
цифровой тренажер Herman
(https://www.goherman.com/herman.aspx) не решают проблемы
измерения силы удара, а могут всего лишь
оценить его по шкале «слабый – сильный».
Следует также учитывать, что тяжелые
измерители, рассчитанные на удары 1000
кгс и более, во избежание травматизма
имеют самую толстую и относительно
мягкую демпфирующую подушку, которая
неизбежно поглощает большую часть
энергии слабых ударов, занижая их силу
на величину до 150 кгс. Это справедливо
для измерителей любого типа (например,
с датчиками давления и силы). Поэтому
для детей и женщин рекомендуется
использовать более легкие (чувствительные)
конструкции.
Измерители непрерывно совершенствуются
как функционально, так и в плане
аналитической обработки параметров
ударного импульса. Поэтому с течением
времени все наши изделия можно
модифицировать, перепрограммировав
встроенные в них микроконтроллеры.
Конструкция тренажера и способ измерения
являются изобретениями и защищены
патентами Российской Федерации и других
стран. Их подделка и использование
(полностью или частично) в составе других
устройств без согласования с авторами
является нарушением авторских прав и
преследуется по закону.
Техника удара определяется
последовательностью и временем сокращения
отдельных мышц, задействованных при
ударе. Техника ударов, в том объёме,
которые нам могут дать тренеры, как
правило, недостаточна для того чтобы
её освоить.
Тренеры могут дать только
её основы, а саму технику (при максимальных
по силе ударах у спортсмена используется
большая часть мышц – до 70%), когда нужно
с точностью до миллисекунды в определенной
последовательности сократить и расслабить
десятки мышц, освоить непросто.
К
тренировке по развитию силы удара
следует относиться как тренировке
навыков сложного двигательного движения
(например, акробатического элемента),
которое при этом ещё настолько быстрое,
что даже с трудом анализируется нашей
зрительной системой. Простое внешнее
копирование движения, как правило, не
ведёт к нужному результату.
Поэтому
освоить это движение не удаётся
большинству спортсменов даже при высокой
квалификации тренера. Только по-настоящему
талантливые в состоянии освоить эту
технику сильных ударов, и именно они
быстро продвигаются по лестнице
спортивной карьеры. А абсолютное
большинство продолжают свои тренировки,
даже не подозревая, что произошло и что
они упустили.
Когда спортсмен тренируется на мешке,
он тренирует прежде всего свою физику
и выносливость, а не технику. Но если
физические данные спортсмена растут,
растёт и сила его удара. Поэтому сила
ударов всегда растет с увеличением
мышечной массы тренирующегося.
Создается
видимость правильного тренировочного
процесса. Прогресс в развитии силы
удара, как правило, останавливается
после двух-трёх лет тренировки с
прекращением роста физической силы
спортсмена.
Но, как Вы уже поняли, все
эти спортсмены не смогли по различным
причинам (недостаточная квалификация
тренера, просто не хватило способностей,
использование слишком жёсткого мешка
при тренировках, вызвавшего подсознательный
страх получить травму) использовать
резервы в виде нереализованной техники
исполнения ударов. Но эта проблема на
самом деле достаточно легко решаема,
если у Вас есть измеритель удара, подобный
нашему.
С помощью простого теста нужно сначала
узнать свои физические ударные возможности
– несколько раз максимально сильно
ударить мешок сбоку рукой, сжатой в
кулак (удар приходится на основание
ладони и средние фаланги пальцев).
Максимальные показатели силы удара в
этом случае определят силу бокового
удара, с которой Вы теоретически можете
ударить, если Ваша техника удара станет
совершенной.
Реально Вы в течение
полугода можете достичь 80% от максимума.
Этот результат соответствует ударной
технике примерно кандидата в мастера
спорта по боксу.
Обязательно обратите
внимание при тестировании на показатель,
определяющей уровень ударной техники
(нужно запомнить минимальные значения
этого показателя), так как именно на
него надо прежде всего ориентироваться
при тренировках на развитие ударной
техники.
Для тренировки на развитие
ударной техники прямого удара следует
знать, что показатель уровня ударной
техники должен быть в полтора раза
больше, чем в случае бокового удара, а
сила самого удара на 30% меньше. Всё
сказанное выше справедливо для каждой
руки.
Не следует также забывать, что
тренировки для развития силы удара
возможны, только если подготовлены
кисти тренирующегося, что невозможно
без длительной (не менее года) «набивкой»
кистей. Также перед этой тренировкой
нельзя иметь сильные физические нагрузки,
только лёгкие, разогревающие мышцы
движения, иначе мышечное чувство
изначально не будет достаточно ясным
и чётким.
Вы должны наносить по мешку
один и тот же боковой (самый нокаутирующий)
удар, только его и одной и той же рукой,
визуально контролируя силу Ваших ударов.
Старайтесь нанести более сильный удар,
разогнав как можно быстро Вашу ударную
конечность, используя плечевой пояс,
корпус и ноги. Не бойтесь экспериментировать
с Вашим телом.
С каждым ударом сила Ваших
ударов будет сначала увеличиваться, а
потом начнет уменьшаться. Когда сила
ударов начнёт падать, тренировку нужно
прекратить, чтобы мышечное чувство о
Ваших достижениях осталось в памяти.
Как правило, вся тренировка занимает
не более 5 минут. Нежелательно сразу же
переходить к другим тренировкам
(отдохните минут 10).
Огромную помощь Вам
может оказать Ваш знакомый, который уже
освоил эту технику, а в середине тренировки
подойдёт и нанесёт несколько правильных
и сильных ударов (типа «делай как я»).
Были случаи, что спортсмен в этом случае
начинал осваивать новую технику прямо
на первой тренировке. Показателем того,
что новая техника удаётся, является
скачкообразное увеличение результатов
силы удара сразу на 15–20%. В дальнейшем
такие удары получаются всё чаще и чаще,
и начинает расти их сила. Средневесам
и тяжеловесам следует обратить внимание
на лёгкость и быстроту в сочленении
плеча с предплечьем (локоть), а легковесам
– на использование для разгона ударной
конечности корпуса и ног.
Если результаты «теста» почти совпали
с результатами Вашего бокового удара,
то Ваш удар поставлен. Это не значит,
что сильнее бить Вы не сможете. Это не
предел – теперь надо начинать работать
над своей «физикой». Над «физикой»
всегда есть смысл поработать, если стала
буксовать техника (замедлился или вовсе
остановился рост результатов).
Люди, освоившие технику сильных ударов,
не забывают её, даже не тренируясь многие
годы.
Источник: https://studfile.net/preview/3538810/
Загрузка...
