ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФТОРОПЛАСТОВОЙ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ БЕГОВЫХ ЛЫЖ

Герасимов Н.П.

Доцент,  Набережночелнинский филиал ФГБОУ ВПО "Казанский национальный исследовательский технический университет  им. А. Н. Туполева-КАИ", Набережные Челны

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФТОРОПЛАСТОВОЙ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ БЕГОВЫХ ЛЫЖ 

Аннотация

В статье рассмотрено  повышение эффективности скольжения беговых  лыж  использованием  монолитной фторопластовой ленты  для изготовления скользящей поверхности лыж.    

Ключевые слова: Скользящая поверхность лыж, скольжение лыж, фторопласт, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, парафин, топография, штайншлифт.

Gerasimov N.P.

 Assosiate professor,  Naberezhnye Chelny branch of Tupolev’s Kazan National Research Technical University (KNRTU-KAI), Naberezhnye Chelny

USING OF TEFLON  SLIDING SKIS SURFACE FOR CROSS-COUNTRY SKIS SLIDING EFFICIENCY  INCREASE

Abstract

The article considers   cross-country skis sliding efficiency  increase  using ftoroplast (ptfi, teflon), as the sliding surface creating  material.

Keywords:  Sliding skis surface, sliding, ftoroplast (PTFI, Teflon), ultra-high molecular  polyethylene, paraffin, topography, steinslift.

Эффективность скользящей поверхности лыж при наличии оптимальной топографии (структуры)  скользящей поверхности лыж, получаемой механической  машинной и ручной обработкой может быть улучшена за счет:

• применение  мазей скольжения [1,2];
• использование  монолитной фторопластовой ленты  для изготовления скользящей поверхности лыж [3].

В настоящее время ведется активный поиск, как составов мазей скольжения, так и технологий их нанесения, позволяющих повысить эффективность скольжение беговых лыж. Следует отметить, что подход к улучшению скольжения беговых лыж за счет использования мазей скольжения имеет ряд принципиальных ограничений. Такой подход:

• не позволяет обеспечить скольжение в широком диапазоне условий проведения соревнований: температура и влажность воздуха и снега, а также тип и структура снега;
• не позволяет обеспечить одинаковую эффективность скольжения лыж на сложных трассах с изменяющимися условиями (например, температура и влажность снега, структура снега и пр.) проведения соревнований;
• требует подбора состава мази перед проведением каждой гонки.

В связи с этим актуальной задачей является разработка скользящей поверхности лыж, обеспечивающей без нанесения мази эффективное скольжение в широком диапазоне условий проведения соревнований.

Сопоставительный анализ современных материалов для создания скользящей поверхности беговых лыж показал, что использование в качестве скользящего покрытия фторопласта, наполненного порошком проводящего материала (например, ПТФЭ CSC 1,2, в соответствии с обозначениями, принятыми производителем этого материала) позволяет обеспечить наименьший коэффициент трения и хорошую проводимость. Последнее снимает проблему образования статических зарядов при эксплуатации лыж со скользящей поверхностью из фторопласта. Низкий коэффициент трения и слабая адгезия фторопластов с одной стороны обеспечивает эффективное скольжение беговых лыж в достаточно широком диапазоне условий проведения соревнований. С другой стороны, низкая адгезия фторопласта ограничивает применение этого материала для создания скользящей поверхности беговых лыж, так как не позволяет обеспечить требуемую адгезионную прочность соединения монолитных фторопластовых покрытий с основанием лыж известными способами [4].

В Казанском Национальном Исследовательском Техническом Университете им. А.Н.Туполева (КНИТУ-КАИ) разработана технология, позволяющая создать на одной поверхности фторопластовый ленты тонкий слой полимера другого химического состава, обеспечивающего надежное соединение с основанием лыж [5]. Вторая поверхность фторопластовой ленты не модифицируется и обладает всеми свойствами, присущими фторопласту.

Цель исследования. Экспериментальное определение эффективности скольжения беговых лыж со скользящей поверхностью из фторопласта.

Методика и организация исследования.

Для проведения экспериментальных исследований эффективности скольжения беговых лыж со скользящей поверхностью из монолитной фторопластовой ленты в Казанском Национальном Исследовательском Техническом Университете им. А.Н.Туполева (КНИТУ-КАИ)  в отделе «Техники и технологии» лаборатории «Технологий синтеза фрактальных структур и сложных технических систем» на конструктивной  базе  лыж  «FISCHER RCS carbon lite  skating plus medium 192см» были изготовлены тестовые беговые лыжи для конькового хода с тремя различными скользящими поверхностями (СП):

1. СП из сверхвысокомолекулярного  полиэтилена (СВМПЭ) - лыжи №1, с нанесением во время эксперимента мазей скольжения на соответствующие погодные условия для сравнительного анализа
2. СП из 100% ПТФЭ (фторопласт-4) - лыжи №2;
3. СП из ПТФЭ + 1,2% проводящего наполнителя - лыжи №3.

Экспериментальные исследования проводились в периоды с 11.01.2013 г. по 30.03.2013 г. и с 09.01.2014 г. по 03.04.2014 г. при различных внешних (погодных) условиях  на базе КНИТУ-КАИ по схеме, показанной на рис. 1.

Рис.1 - Схема экспериментов по определению расстояния выбега лыж при их спуске с наклонной плоскости

На рис.1 приняты следующие обозначения: 1 – начальная точка отрезка замера скорости; 2 – конечная точка отрезка замера скорости; L1 – место остановки лыж со скользящей поверхностью из  сверхвысокомолекулярного  полиэтилена (СВМПЭ) – лыжи №1;  L2 – место остановки лыж со скользящей поверхностью из 100% ПТФЭ (фторопласт-4) – лыжи №2;  L3 – место остановки лыж со скользящей поверхностью из  ПТФЭ + 1,2% проводящего наполнителя – лыжи №3;    Н – высота склона (Н~1,8-2м);

Экспериментально оценивались длина выбега лыж при спуске лыжника по наклонной плоскости и средняя скорость на контрольном отрезке.

Предварительно все тестовые лыжи проходили соответствующую механическую обработку, обеспечивающую получение максимально одинаковых скользящих поверхностей, наносилась структура скользящей поверхности, соответствующая данным погодным условиям[1].

Лыжи   №1 (контрольная пара)  обрабатывались высокофтористым (HF) парафином на данные погодные условия.

Ограниченность метода. При спуске лыжника по наклонной плоскости возникают методические погрешности, обусловленные низкой воспроизводимостью погодных условий, положения тела лыжника,  конструктивных параметров лыж.

Результаты исследования и их обсуждение.

Экспериментальные исследования проводились при различных внешних (погодных) условиях: при температура воздуха от -20˚С до +2 ˚С.

В таблице 1 приведены результаты исследований проводившихся при следующих внешних условиях:

• температура воздуха: ~ -4˚С;
• температура снега: ~ -7˚С;
• влажность воздуха: ~ 95%;
• снежный покров устойчивый, чистый, основание лыжни – твердое.

До начала эксперимента проведена предварительная укатка лыжни.

Таблица 1 - Результаты экспериментов по определению расстояния выбега лыж и средней скорости прохождения контрольного отрезка при  спуске лыжника с наклонной плоскости

 

 По результатам экспериментов наибольшая длина выката и скорость была у лыж №2 и №3. Выигрыш по длине выката составлял от 6 м до 10 м по сравнению с лыжами №1, причем лыжи №2 и №3 попеременно лидировали в зависимости от меняющихся погодных условий.

 Анализ результатов экспериментов, проведенных при различных погодных условиях (от -20˚С до +2˚С)  показывает, что использование фторопласта в качестве скользящей поверхности лыж позволяет увеличить длину выбега лыж на 20-25%, а также увеличить скорость на 18-20%, что свидетельствует об увеличении эффективности скольжения лыж.

Выводы. Анализ полученных результатов показывает, что:

• скользящая поверхность  из фторопласта позволяет увеличить выбег лыж и скорость скольжения по сравнению со скользящей поверхностью из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), как без мазей, так и с различными мазями скольжения;
• скользящая поверхность  из фторопласта эффективно работает в широком диапазоне погодных условий без использования дополнительных мазей скольжения, парафинов и ускорителей.

Литература

1. Герасимов Н.П., Золотов Ю.Ф. Лыжная подготовка на занятиях по физической культуре в ВУЗе. Методическое пособие. Казань, 2011. 42 с.
2. Пат. 2203300 Российская федерация, МПК7 C09G3/00. Лыжная мазь / Апарин В.И., Безруков А.П., Губатенко Б.А., Духовской Е.А., Ляпунов А.Я., Рожкова Н.Н.; заявитель и патентообладатель НИИ по спортивно-техническим изделиям. – №2001126332/04; заявл. 28.01.2001; опубл. 27.04.2003.
3. Кузьмин Л. Поверхностное трение скольжения лыж: природа, пути и методы их улучшения. Всероссийская научно-практическая конференция «Современная система спортивной подготовки в биатлоне» 24-25 апреля 2012 года, г. Омск.
4. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М., Химия.1977. 352 с
5. Пат. 2439096 Российская федерация, МПК7 С08J 7/12. Способы модификации полимерного пленочного материала (варианты) и устройство для его реализации / Польский Ю.Е., Михайлов С.А., Данилаев М.П.; заявитель и патентообладатель Казан. гос. техн. ун-т. – №2010117480/05; заявл. 30.04.2010; опубл. 10.01.2012, Бюл.№1.

References

1. N.P.Gerasimov, Y.F.Zolotov. Ski training on a Physical culture classes in high school. Methodological guide. Kazan, 2011.
2. V.I.Aparin, A.P.Bezrukov, B.A.Gubatenko, E.A.Dukhovsky, A.Y.Lyapunov, N.N.Rozhkova, “Ski wax”, RU Patent 2203300, Apr. 27, 2003.
3. L.Kuzmin. Surface sliding friction of skis: nature, paths and methods of improvement. All-Russian scientific-practical conference ‘Modern system of sports training in biathlon’. Omsk, 2012.
4.  A.D.Zimon. Adhesion of films and coatings. Moscow, 1977.
5.  Y.E.Polsky, S.A.Mikhailov, M.P.Danilaev, “Methods of polymer films modification (options) and device for its realisation”, RU Patent 2439096, Jan. 10, 2012.