Kocke klub - www.kocke.si
    Klub za kreativno igro - LEGO skupnost Slovenije

Danes je 16 Nov 2019, 03:26


Vsi časi so UTC + 1 ura [ DST ]




Napiši novo temo Odgovori na temo  [ 11 prispevkov ] 
Avtor Sporočilo
 Naslov prispevka: MOC - registrator vlečne sile
OdgovorObjavljeno: 13 Okt 2015, 00:56 
Odsoten
Technic
Technic

Pridružen: 10 Apr 2009, 00:19
Prispevkov: 561
Kraj: Ljubljana
Sestava kreacije je bila inspirirana s tem člankom. Torej, takole izgleda vagon - merilnik vlečne sile, ki izmerek zapisuje na papir. Delovanje temelji na raztezanju vzmeti zaradi vpliva vlečne sile, torej je merilnik popolnoma mehanski. Da je možno spreminjanje sile tekom vožnje vlakovne kompozicije po progi po končanem merjenju ovrednotiti, se sila registrira na papirnem traku. S tem lahko razberemo, s kolikšno silo je lokomotiva vlekla vagone na določenih delih proge - s tem lahko določimo oblike (ali radije) krivin, ki bodo lokomotivi povzročale največ preglavic.

Vizuelno vagonček ni nič posebnega, saj je to pač naprava za merjenje sile. Takole izgleda pozerska perspektiva. Svinčnik tu še ni vstavljen da se vidita oba valjčka s papirjem - s tistega, ki je na sliki videti višje se papir odvija, na drugega pa navija. Pogon navijalnega valjčka je speljan s koles prednjega vozička. Slika

Pod vplivom vlečne sile se vagon razteguje. Svinčnik je pritrjen na zadnji del vagona medtem ko se papir nahaja na prvem delu. Razmik obeh delov se bo na (pod svinčnikom potujočem) papirju izrisal kot odklon od ničelne lege. Ročica na stranici služi za dvig svinčnika, ko vagon miruje oziroma se menja papirni trak.
Slika

Svinčnik je seveda vpet na enostranskem nosilcu, da rahlo pritiska na papir in s tem registrira silo v odvisnosti od opravljene poti. Pritisno silo sem eksperimentalno nastavil z dodatkom uteži - črna 2x4 kocka.
Slika

Pogon valjčka za papir je speljan iz osi prednjega vozička. Na vagonu je še dodatna prestava, ki zagotavlja pomik papirja pod svinčnikom cca. 9mm / 1m prevožene poti. Vidi se tudi vzmet - elastika - ki zagotavlja primeren razteg vagona pri običajni vlečni sili. Vidi se tudi dvojno vodilo , ki zagotavlja zadostno togost vagona in hkrati nudi najmanjši odpor pri njegovem raztegovanju. Enojno vodilo je postavljeno še na "streho" vagona za izboljšanje vzvojne togosti.
Slika

Seveda sem moral delovanje merilnika praktično preveriti. Takšna je bila preizkusna proga, ki je vsebovala tri najbolj pogoste postavitve: ravni del, ovinek in vijuge. Testna vožnja se je vršila v smeri urinega kazalca (CW).
Slika

Seveda vlečne sile ni, če ni na lokomotivo priključena kompozicija, v testni konfiguraciji sestavljena iz petih vagonov. Sam merilni vagon povzroča kar precejšnji vlečni upor (predvidoma zaradi vlečenja papirja) in prikazane kompozicije običajna lokomotiva nikakor ni zmogla povleči. Hitra rešitev je bila sestava vlečnega agregata z dvema motorjema, ki se na sliki nahaja popolnoma desno. Sledi merilni vagon in pa seveda obremenitveni vagoni.
Slika

Rezultat meritve izgleda takole. Vodoravna smer prikazuje pomik kompozicije, navpična smer pa vlečno silo. Kompozicija je 3x prevozila testno progo. Začetek meritve na ravnem delu proge ni merodajen, saj je sila povečana zaradi pospeševanja kompozicije. Sledi povečevanje sile kot posledica vožnje skozi ovinek, kjer se prične pojavljati rahlo nihanje sile zaradi prehajanja kompozicije v vijugasti del proge. Največja sila se pojavi, ko so vsi obremenilni vagoni na tem delu proge. V drugem ovinku se prične sila zmanjševati in preide v minimum, ko kompozicija potuje po ravnem delu proge. Pri razlagi odvisnosti vlečne sile je potrebno upoštevati, da le-to povzročajo vsi obremenilni vagoni dolžine cca. 1 m. Iz grafa lahko še razberemo, da je dolžina proge približno 6,3 m.
Slika

Če imamo zares neustavljivo potrebo po tem, da izvemo vrednost dejanske sile, ki jo lokomotiva pri vlečenju vagonov premaguje, si pomagamo s spodnjim umeritvenim diagramom.
Slika

Torej, izmerimo odmik krivulje na registrirnem papirju od ničelne lege (v milimetrih), vrednost množimo z 28 prištejemo 495 in dobimo dejansko silo v mili-newtonih (mN). Za normalne smrtnike: 10 mN = 1g teže. Odmik od ničle (495 mN) je posledica prednapetja vzmeti/elastike. Torej, da lahko silo še izmerimo, mora biti le ta večja od te vrednosti. Največja sila, ki jo lahko izmerimo, je 1360 mN. Iz diagrama se vidi, da ima merilnik max. histerezo +- 50 mN, kar znaša približno 8% merilnega območja. Torej, prav točen tale merilnik ni. Poglejmo še, kolikšni sta bili mejni sili pri vlečenju kompozicije (razberemo iz krivulje na registrirnem papirju): max. sila=1139 mN in min. sila=579 mN (0,13 kg oziroma 0,057 kg teže).

Zaključek: z merilnikom lahko opazujemo spremembo vlečne sile, ki je odvisna, poleg števila obremenilnih vagonov, od konfiguracije proge (radij krivin). Pričakoval sem, da bo ta sila večja, zato je bilo potrebno prvotno zamišljeno vzmet nadomestiti z vzmetjo (elastiko) manjše togosti. Poizkus je tudi pokazal, da je vlečna sila, ki razklene magneta (razklopi vagona), vsaj 3x večja od max sile, ki jo s tem merilnikom še lahko izmerimo (med testom je bilo doseženo max 2/3 največje izmerljive sile). Ob dejstvu, da je že to kompozicijo običajna lokomotiva komaj povlekla, je torej nemogoče, da bi se med vožnjo klasične kompozicije vagoni odpeli od lokomotive.

S KF-jem je prišla priložnost preizkusiti merilnik tudi na progi s krivinami, katerih krivinski radij je večji, kot je radij LEGO tirov. Poizkus je bil izveden na dveh progah, zunanji in notranji; predvidoma sta bili sestavljeni iz krivin različnih radijev. Takole izgleda rezultat meritve, kjer je merilni vagon opravil dva obhoda po progi. Pri notranji progi (mali krog) svinčnik ni dobro deloval in je izrisan samo en obhod. Obremenitev z vagoni je bila podobna, kot pri osnovni meritvi, vendar ne enaka; tako je primerjava prvotne meritve (LEGO krivine) z novimi najbrž ni popolnoma merodajna.
Slika

Označena so mesta največje in najmanjše vlečne sile za oba radija krivin. Po računski obdelavi izmerkov pridemo do naslednjih podatkov (sila je v mN):

Slika


Torej, vlečna sila se z večanjem krivinskega radija manjša, za koliko pa prikazuje zadnji stolpec. Seveda je govora o max. sili, ki se pojavi v krivini. Min. sila na ravnem delu proge pa naj bi bila enaka v vseh treh primerih in približno tudi je. Nekako bi si upal trditi (tako "čez palec"), da se bo isti vlak po progi z največjim krivinskim radijem peljal za dobro četrtino dlje, kot po LEGO progi. Najbrž bo marsikateremu ta podatek koristil toliko, kot "voda v kolenu", ampak poizkus je bil pa le uspešno izveden.


Zadnjič spremenil abnormal, dne 16 Okt 2015, 20:51, skupaj popravljeno 3 krat.

Deli na Facebook-u Deli na Twitter-ju
Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 13 Okt 2015, 02:20 
Odsoten
System
System

Pridružen: 15 Nov 2014, 01:41
Prispevkov: 462
Čestitam za uspeli preizkus. Ko sem tole prebiral sem se počutil kot, da bi bil zopet v šoli.


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 13 Okt 2015, 07:55 
Odsoten
Mindstorms
Mindstorms

Pridružen: 28 Mar 2008, 16:31
Prispevkov: 5291
Kraj: Ljubljana
Super tole!
Ko bo zadeva izpiljena do konca, jo lahko preverimo tudi na večjih radijih.
Če boš imel čas v soboto ali nedeljo pridt na KF, prinesi vagon s sabo in bomo stestirali. Velja?
LPG


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 13 Okt 2015, 11:16 
Odsoten
Moderator
Uporabniški avatar

Pridružen: 16 Maj 2008, 09:27
Prispevkov: 3571
Kraj: Ljubljana
Samo bo treba pisalo odžagat, da bo šel vagon skozi tunel!

_________________
Slika


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 13 Okt 2015, 11:32 
Odsoten
Mindstorms
Mindstorms
Uporabniški avatar

Pridružen: 28 Dec 2012, 21:17
Prispevkov: 2086
Kraj: Ajdovščina
Ikea svinčnik :-) Res zelo fajn zamišljen testni vagon. A kakega majhnega silomera se ne bi dalo gor namontirat? Če me spomin ne vara so nam pri fiziki v OŠ kazali več različnih velikosti. Tam je za znani raztezek znana sila in ni treba posebej kaj umerjati... upam da bomo videli eksperiment tudi v živo.
LP, miha

_________________
It's not me, it's my alter LEGO!


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 16 Okt 2015, 20:50 
Odsoten
Technic
Technic

Pridružen: 10 Apr 2009, 00:19
Prispevkov: 561
Kraj: Ljubljana
Dodani so podatki meritve na KF progi. Za rezultate meritev pa ne bi dal roke v ogenj. Histereza zaradi trenja pri raztezanju vagona namreč ni zanemarljiva.
Majkl, za merjenje tako majhne sile najbrž tudi v OŠ niso pokazali dinamometra.
Subix, ravno takrat, ko jaz kaj takega sestavim, mora biti na progi tunel. Ali je do sedaj na KF že bil, tunel namreč? Sicer pa, prehod za pešce je že bil, ampak kdo bi pomislil na to pri uresničevanju tako gatetrgajoče ideje.
ZFA, saj tu ni nobenih kontrolk in spraševanja!


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 17 Okt 2015, 23:32 
Odsoten
Moderator
Uporabniški avatar

Pridružen: 16 Maj 2008, 09:27
Prispevkov: 3571
Kraj: Ljubljana
Tunel je bil prvič in presenečenje. No, merjenje je uspelo kljub tunelu.

_________________
Slika


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 19 Okt 2015, 08:31 
Odsoten
Admin
Uporabniški avatar

Pridružen: 28 Dec 2009, 15:09
Prispevkov: 1722
Kraj: MB / MS
Tunel je že bil na KFju (4 KFje nazaj)...
http://www.kocke.si/kockefest/kf11/10.jpg
http://www.kocke.si/kockefest/kf11/16.jpg

Glede merilca pa :cool2:!!! Jaz bi zadevo sigurno 10x bolj zakompliciral, če bi se spravil merit :)

Glede na informacije iz sestanka po KFju, so baterije zdržale precej več (ampak naj Kivi / Redhead1982 kaj več o tem povesta).

_________________
Don't give up on your dreams. Keep sleeping.


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 19 Okt 2015, 08:31 
Odsoten
Moderator
Uporabniški avatar

Pridružen: 16 Maj 2008, 09:27
Prispevkov: 3571
Kraj: Ljubljana
Se opravičujem, na tega sem pozabil.

_________________
Slika


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 19 Okt 2015, 17:31 
Odsoten
Moderator
Uporabniški avatar

Pridružen: 27 Maj 2011, 19:38
Prispevkov: 1092
Kraj: Koper / Ljubljana
Res je, razlika v porabi energije je bila zelo opazna, saj se ne spomnim, da bi kdaj tako malo menjavali baterije, pa sta skozi vozila dva vlaka. Tudi obremenitev motorjev je bila zaradi večjih radijev manjša, saj se vlaki praktično niso ustavljali zaradi preobremenitev, oziroma jim je že zelo kratek počitek omogočil, da so spet 'leteli' naprej. Dokaz je vlak od abnormala, ki je v nedeljo po zunanji progi vozil vseh pet ur brez premora z enim kompletom baterij.


Na vrh
 Profil  
 
OdgovorObjavljeno: 19 Okt 2015, 18:42 
Odsoten
Technic
Technic

Pridružen: 10 Apr 2009, 00:19
Prispevkov: 561
Kraj: Ljubljana
Mislim, da so pri LEGO-tu točno preračunali pogonske pogoje za dva ali tri vagone, katerih teža je v določenih mejah. Takoj, ko so ti pogoji prekoračeni pride do povečane porabe energije. Torej so za daljše vlake nujne večje krivine. Opazil sem tudi, da lokomotiva z dvema pogonskima vozičkoma brez problema povleče tudi daljšo kompozicijo, ki je enojni pogon nikakor ne zmore. Torej, vse je dimenzionirano za določen obseg obremenitev.

Kar se tiče BNSF lokomotive: baterije so štiri AA velikosti (2,5 Ah), medtem ko so v original vlakih AAA baterije (0,9 Ah). Ta stari IR vlaki so imeli BB za AA baterije, vendar je imel stari pogonski voziček slabši izkoristek. Torej, idealna kombinacija je PF voziček in AA baterije in vlak lahko pelje dlje.


Na vrh
 Profil  
 
Prikaži prispevke prejšnjih:  Razvrsti po  
Napiši novo temo Odgovori na temo  [ 11 prispevkov ] 

Vsi časi so UTC + 1 ura [ DST ]


Kdo je na strani

Po forumu brska: 0 registriranih uporabnikov in 1 gost


Ne morete pisati prispevkov v temi
Ne morete odgovarjati na teme v forumu
Ne morete urejati prispevkov v temi
Ne morete brisati vaših prispevkov forumu

Išči za:
Pojdi na:  
cron
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group