Čestné prohlášení

Čestné prohlášení

Název práce: Měření charakteristiky elektromotorů Jméno a příjmení autora: Barbora Šretrová

Osobní číslo: P10001093

Byla jsem seznámena s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č.

121/2000 Sb. o právu autorském, právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů, zejména § 60 – školní dílo.

Prohlašuji, že má bakalářská práce je ve smyslu autorského zákona výhradně mým autorským dílem.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultanty.

Prohlašuji, že jsem do informačního systému STAG vložila elektronickou verzi mé bakalářské práce, která je identická s tištěnou verzí předkládanou k obhajobě, a uvedla jsem všechny systémem požadované informace pravdivě.

V Liberci dne: 26.04.2013

Barbora Šretrová

Poděkování

Ráda bych poděkovala panu magistrovi Radimu Dejlovi za nápad tématu mé bakalářské práce a zprostředkování komunikací s firmou GFS a E-ARMY. Dále pak za konzultace v oboru Airsoftu a airsoftových zbraní, doporučení materiálů a dobíjení baterií.

Firmě GFC za zapůjčení měřeného materiálu a dodání dalších součástek, nutných pro dokončení měření.

Firmě E-ARMY za záštitu a dodání součástek.

Panu Pampelovi za jeho servis zapůjčeného mechaboxu V3, dodání náhradních součástek, konzultace výměny součástek v mechaboxu a samozřejmě za jeho čas a práci, který nám věnoval.

Mechanikovi naší katedry, panu Lustikovi, za jeho práci.

A především děkuji panu doktorovi Panošovi, za jeho čas a trpělivost, nápady, nadšení a odborné rady a vedení.

Anotace

Cílem bakalářské práce byl návrh zařízení pro měření charakteristiky elektromotorků používaných do airsoftových zbraní AEG. Motorky byly měřeny v mechaboxu, pro získání reálných výsledků při jejich běžném použití. Rovněž byla simulována zátěž pístu. Hodnoty byly zaznamenávány pomocí AD/DA převodníkové karty v počítači, která byla obsluhována pomocí programu Agilent VEE Pro 7.5.

Výsledné hodnoty příkonu, krouticího momentu, RPS a frekvence byly zapsány do přehledných tabulek a znázorněny graficky.

Klíčová slova: Airsoft, mechabox, elektromotorky

Annotation:

The aim of the bachelor’s thesis was to build a device for measuring characteristics of electric motors which are used for AEG airsoft guns. Motors were measured in the gearbox in order to obtain real results during their normal use. Next, piston load has also been simulated. Measurements values were recorded by a computer AD/DA card, which was operated by the Agilent VEE Pro 7.5 program. The resulting values of electric input, torque, RPS and frequency were entered into tables and presented in the form of graphs.

Keywords: Airsoft, gearbox, electric motors

Obsah

ÚVOD ... 15

1 KAPITOLA ... 16

1.1 Airsoft ... 16

1.2 Historie Airsoftu ... 16

1.3 Rozdělení zbraní ... 17

1.4 Střelivo ... 17

2 KAPITOLA ... 18

2.1 Popis zbraně a jejích součástí ... 18

2.2 Zbraň ... 18

2.2.1 Jednoduchý popis zbraně ... 18

2.3 Mechabox ... 19

2.3.1 Popis mechaboxu V2: ... 19

2.3.2 Fungování mechaboxu ... 21

2.3.3 Mechabox V1... 22

2.3.4 Mechabox V2... 22

2.3.5 Mechabox V3... 23

2.3.6 Mechabox V4... 23

2.3.7 Mechabox V5... 24

2.3.8 Mechabox V6... 24

2.3.9 Další typy mechaboxů ... 24

2.4 Pružiny ... 25

2.5 Elektromotorky ... 26

2.6 Akumulátory ... 27

2.6.1 NiCd baterie ... 27

2.6.2 NiMH baterie ... 27

2.6.3 LiFe baterie ... 27

2.6.4 LiPo baterie ... 28

3 KAPITOLA ... 29

3.1 Použité nástroje a vybavení ... 29

3.2 Měřené elektromotorky: ... 30

3.2.1 Délky motorků včetně os: ... 31

3.2.2 Fotografie měřených elektromotorků ... 31

3.2.3 Použité baterie: ... 33

3.3 Použitý mechabox V3 ... 34

3.4 Měření ... 35

3.4.1 Měřená soustava ... 35

3.4.2 Průběh měření ... 35

3.4.3 První série měření na pružině M100 ... 36

3.4.4 Druhá série měření na pružině M130 ... 38

3.4.5 Třetí série měření na M130 ... 40

3.5 Ukázkové měření motorku ... 40

3.5.1 Výstupní data z programu v grafech ... 41

3.5.2 Výstupní data měření .txt ... 41

3.5.3 Část tabulky měření z Excelu ... 42

3.5.4 Vzorce výpočtů a výpočty chyb ... 44

3.6 Tabulky výsledných hodnot ... 52

3.6.1 Tabulky hodnot pro 8,4 V a M100... 52

3.6.2 Tabulky hodnot pro 8,4 V a M130... 53

3.6.3 Tabulky hodnot pro 9,6 V a M130... 54

ZÁVĚR ... 56

Seznam grafů

Graf 3.1: Graf referenční frekvence generátoru ... 46

Graf 3.2: Graf závislosti vzorků na čase ... 47

Graf 3.3: Graf periody kmitání trysky přes fotozávoru ... 48

Graf 3.4: Graf závislosti proudu na čase ... 49

Graf 3.5: Graf závislosti napětí na čase ... 50

Graf 3.6: Graf závislosti výkonu na čase s porovnáním s rázy ... 51

Seznam obrázků

Obr. 2.1: Popis zbraně ... 18

Obr. 2.2: Mechabox V ... 20

Obr. 2.3: nákres mechaboxu ... 21

Obr. 2.4: Mechabox-V1 ... 22

Obr. 2.5: Mechabox-V2 ... 22

Obr. 2.6: Mechabox-V3 ... 23

Obr. 2.7: Mechabox-V4 ... 23

Obr. 2.8: Mechabox-V5 ... 24

Obr. 2.9: Mechabox-V6 ... 24

Obr. 2.10: Pružina M100 s pístem a pístovou hlavou ... 25

Obr. 2.11: Pružina M100 bez pístu ... 25

Obr. 2.12: Popis motorku ... 26

Obr. 3.1: Schéma zapojení ... 29

Obr. 3.2: Schéma fotozávory ... 30

Obr. 3.3: F2 HS SHORT ... 31

Obr. 3.4: F2 HS MEDIUM ... 31

Obr. 3.5: F2 HS LONG ... 31

Obr. 3.6: F1 HT SHORT ... 32

Obr. 3.7: F1 HT MEDIUM ... 32

Obr. 3.8: F1 HT LONG ... 32

Obr. 3.9: F1 HT LONG ALU ... 32

Obr. 3.10: 8,4V Sanyo 1700mAh Ni-Cd ... 33

Obr. 3.11: 9,6V Firefox 2000mAh Ni-Cd ... 33

Obr. 3.12: 8,4V Sanyo 1700mAh Ni-Cd ... 33

Obr. 3.13: Mechabox V3 (zprava) ... 34

Obr. 3.14: Mechabox V3 (zleva) ... 34

Obr. 3.15: Měřená soustava ... 35

Obr. 3.16: Originální klec (OK) ... 37

Obr. 3.17: Otevřený mechabox V3 ... 38

Obr. 3.18: TUL klec (TULK) ... 39

Obr. 3.19: Nová klec (NK) s měnitelnou délkou pomocí nástavných Al profilů ... 40

Obr. 3.20: Výstup programu s grafy ... 41

Seznam tabulek

Tab. 3.1: Část tabulky meření z Excelu ... 42

Tab. 3.2: Tabulka výpočtů frekvence z grafů ... 43

Tab. 3.3: Tabulka s převodovým poloměrem, výpočtů RPS a RPM ... 43

Tab. 3.4: Hodnoty referenčního motorku (M100) ... 52

Tab. 3.5: Hodnoty SHORT a MEDIUM motorků série HS (M100) ... 52

Tab. 3.6: Hodnoty LONG motorku série HS (M100) ... 52

Tab. 3.7: Hodnoty referenčního motorku v klecích OK a TULK (M130) ... 53

Tab. 3.8: Hodnoty SHORT motorku série HS (M130) ... 53

Tab. 3.9: Hodnoty MEDIUM motorku série HS v klecích NK a TULK (M130) ... 53

Tab. 3.10: Hodnoty SHORT a MEDIUM motorků série HT (M130) ... 54

Tab. 3.11: Hodnoty LONG a LONG ALU motorků série HT (M130) ... 54

Tab. 3.12: Hodnoty SHORT motorku série HS v klecích OK a NK (M130) ... 54

Tab. 3.13: Hodnoty MEDIUM a LONG motorků série HS (M130) ... 55

Tab. 3.14: Hodnoty SHORT motorku série HT v klecích OK a NK (M130) ... 55

Tab. 3.15: Hodnoty MEDIUM motorku série HT (M130) ... 55

Tab. 3.16: Hodnoty LONG a LONG ALU motorků série HT (M130) ... 55

13

Seznam použitých zkratek

8,4V – baterie Sanyo 8,4 V 9,6V – baterie Firefox 9,6 V AEG – Automatic Eletric Gun AEP – Automatic Eletric Pistol

AK47/74 – útočné pušky Mikhaila Kalashnikova, podle roků 1947 a 1974 AR-15 – Armalite model 15, typová řada civilních zbraní

E-ARMY – obchod se součástkami a potřebami pro Airsoft

F1 HT – elektromotor řady Tornado, High Torque – vysoko momentový F2 HS – elektromotor řady Tornado, High Speed – vysoko rychlostní FN Herstahl – belgická firma Fabrique Nationale de Herstal, výroba zbraní G3 – útočná puška H & K

GFC – GunFire Company

H & K – německá firma Heckler & Koch

Hop-Up – komora slouží jako spoj mezi mechaboxem a zásobníkem HS – High Speed – vysoko rychlostní

HT – High Torque – vysoko momentový

CH – mezinárodní značka Švýcarska (Confederariu Helvetica)

KAC PDW – Knights Armament Company Personal Defence Weapon (USA) KNOW-HOW – vědět-jak, znalost návodů, postupu nebo receptur

LiFe – baterie Lithium-Ferit, LiFePO₄ LiPo – baterie Lithium-Polymer LONG – elektromotor s dlouhou osou

LONG ALU – elektromotor s dlouhou osou, a vylepšením součástek z hliníku M100 – označení pružiny M100

M130 – označení pružiny M130

M16 – útočná puška firmy Colt vyrobená podle modelu AR-15 M16/M4 – americké útočné pušky, vyporobené podle AR-15

M249 – americký lehký kulomet podle FN MINIMI (belgické firmy FN Herstahl) M4 – karabina, zkrácená verze pušky M16A2

MEDIUM – elektromotor se středně dlouhou osou MP5 – samopal H & K Maschinenpistole 5

MP5K – zkrácená verze samopalu MP5

14 MXXX – označení pružiny kde XXX je číslo udávající úsťovou rychlost

NiCd – baterie Nikel-Cadmium NiMH – baterie Nikel-Metal Hybrid NK – nová klec na motorky

OK – originální klec na motorky

P90 – Project 90, automatická zbraň FN Herstahl

PDW – Personal Defence Weapon (osobní útočná zbraň)

PSG1 – odstřelovačská puška Präzisionsschützengewehr 1 od H & K REF – referenční motorek

RIS – Rail Interface Systém, umožňuje připevnění dalšího příslušenství RPM – otočky za minutu

RPS – otočky za sekundu

SHORT – elektromotor s krátkou osou

SIG 550-552 – útočné automatické pušky firmy W + K (Waffenfabrik Bern – CH) Thompson M1A1 – americký samopal, modifikace z roku 1943

TM – japonská firma (Tokyo Marui), výroba airsoftových zbraní a RC modelů TM UZI – UZI od firmy TM

TORNADO – řáda motorků firmy GFC (F1 HT a F2 HS) TULK – klec TUL na motorky

UZI – samopal Izraelského typu, pojmenováno podle důstojníka Uziho Gala VX – verze, kde X je číslo {0 – X}

15

Úvod

Parametry motorků jsou často diskutovaným tématem mezi příznivci airsoftu.

Protože trh s airsoftovými zbraněmi ve střední Evropě je relativně malý, jsou mezi výrobci a zákazníky poměrně těsné vazby. (Tato situace není ojedinělá a panuje i v jiných odvětvích zájmové činnosti.) Proto firma GFC, dodávající elektromotorky pro airsoftové zbraně, zapůjčila několik vzorků pro měření. Samotná firma, sídlící v Polsku, má výrobní kapacitu v Číně. Již v minulosti si nechala některé z hodnot změřit jinou společností, ta však motorky měřila bez zátěže a nezměřila krouticí moment. Z tohoto důvodu souhlasila s ověřením parametrů a zapůjčením motorků řady TORNADO.

Cílem měření byly teploty motoru při zátěži, otáčky za minutu a krouticí moment.

Testovali jsme několik variant uspořádání experimentu a ve výsledku jsme se rozhodli využít pro měření kompletní mechanickou část airsoftové zbraně, tzv.

mechabox. Snažili jsme se napodobit zatížení elektromotorků, kterým procházejí při běžném používání, a tím tak dosáhnout co nejrealističtějších hodnot. Použití kompletní mechaniky zbraně umožnilo tohoto efektu velmi jednoduše dosáhnout. Chtěli jsme měření provádět po vyjmutí mechaboxu ze zbraně, abychom měli možnost měřit hledané parametry. Zvolili jsme mechabox V3, protože u tohoto typu motor a mechanika tvoří společný celek, který lze ze zbraně vyjmout. U ostatních typů po vyjmutí mechaboxu ze zbraně zůstává motor ve zbrani. Bylo by tedy nutné řešit uchycení motoru k mechaboxu.

Společnost GFC nám přes firmu E-ARMY zapůjčila mechabox V3 a sadu motorků. Obdrželi jsme celkem 7 motorků k testování a mechabox verze 3 s vloženým referenčním motorkem. Jednalo se o 3 kusy vysokootáčkových motorků „high speed“

(HS) a 4 motorky s vysokým krouticím momentem „high torque“ (HT) motorky. V sadě se nacházely motorky s různými délkami osiček, a to krátké - short, střední - medium a dlouhé - long.

Bylo zřejmé, že budeme muset mechabox pro měření hodnot k něčemu připevnit. Navrhli jsme šroubové uchycení k desce z dřevotřísky. Toto uchycení se v praxi osvědčilo. Ke konektorům na přívodních kabelech motorku byly naletovány vodiče pro snímání hodnot napětí. Pomocí proudové sondy jsme měřili proud z baterie a díky fotozávoře u ústí hlavně periodu pohybu trysky. Hodnoty byly zaznamenávány pomocí AD/DA převodníkové karty v počítači. Obsluhu AD/DA karty zajišťuje ovládací program vytvořený v programovacím prostředí Agilent VEE Pro 7.5.

16

1 Kapitola

Zabývá se popisem Airsoftu, jeho historie a dalších základních údajů.

1.1 Airsoft

Airsoft je moderní sport zaměřující se na simulaci vojenských strategií za použití realisticky vyhlížejících zbraní určených ke střelbě plastových kuliček (BB 6 mm, broků).

Hrají se buď čistě sportovní verze (bez větší výzbroje), nebo častěji provozované simulace reálných vojenských jednotek. Mezi povinnou výbavu v obou verzích patří, kromě zbraně a munice, především brýle či maska kryjící obličej, a to z důvodu bezpečnosti.

Při simulacích reálných vojenských jednotek se často zavádějí příběhy (či konkrétní situace) a RPG (role playing game). Samozřejmostí (u simulací) je pak vojenský stejnokroj a další možné vybavení dané jednotky. Výzbroj se mění podle simulovaného děje, například: odehrává-li se děj v lese, pak vzor maskování odpovídá výzbroji do lesa, do pouště pouštní apod.

1.2 Historie Airsoftu

Za kolébku Airsoftu je považováno Japonsko na přelomu 70. - 80. let 20. století.

Díky místním zákonům bylo pořizování ostrých zbraní takřka nemožné, Japonci tedy hledali nějakou jinou možnost. Toho využili výrobci hraček a modelů, kteří začali vyrábět airsoftové zbraně pro sběratele a nadšence do zbraní. Mezi průkopníky se řadí hlavně firma Tokyo Marui (TM), která svým vynálezem AEG přinesla průlom ve vývoji Airsoftu.

Díky vylepšování střeleckých vlastností a zavedení elektromotorů se podařilo simulovat činnost skutečné zbraně, včetně realistického pohybu patřičných částí.

Zlepšilo se využití zbraní ke hře a simulaci boje. Z Japonska se Airsoft rozšířil hlavně do Taiwanu a Hong Kongu. A odsud se pak dál šířil do USA, Evropy a dalších zemí.

A to především jako nástroj k simulaci boje.

Do České republiky se dostal v první polovině 90. let. Začaly tak vznikat první týmy a soutěže. Dnes jsou celorepublikové i mezinárodní soutěže. Airsoft hrají lidé takřka všechny věkových kategorií i různých povolání, kupříkladu policisté, vojáci,

17 studenti. A airsoft hrají dokonce i dívky. Při hrách jsou přítomni fotografové, kteří mnohdy simulují válečné zpravodaje.

Výroba zbraní a jejich komponent je však stále doménou asijských zemí.

1.3 Rozdělení zbraní

Základní dělení airsoftových zbraní je na zbraně manuální, plynové a elektrické (AEG/AEP). Dále se používá klasické dělení na krátké, dlouhé zbraně a pistole. Existují ale i speciální typy, jako je třeba kulomet.

Manuální zbraně fungují na principu pístu a stlačené pružiny, kterou hráč musí po každé ráně znovu natáhnout. Princip je dobře známý ve vzduchových sportovních zbraních, tzv. vzduchovkách.

Z plynových zbraní je kulička vystřelována tlakem plynu, ten je umístěn v nádržce, která je obvykle součástí zásobníku. Plynové zbraně mají delší dostřel než zbraně manuální. Mezi hlavní nevýhody patří nutné doplňování plynu a reakce na výkyvy teplot, které ovlivňují fyzikální vlastnosti plynu. Další rozdíl je pak v přítomnosti zpětného rázu (blowback), který z těchto zbraní dělá ještě realističtější kopii zbraní reálných.

A nakonec máme zbraně elektrické, které jsou u nás hned po manuálních nejrozšířenější. Dělíme je na AEG (Automatic Eletric Gun), AEP (Automatic Eletric Pistol) a dále. Opět fungují na principu stlačené pružiny a pístu. O stlačování pružiny se stará soukolí, které pohání elektrický motorek napájený akumulátorem.

Upgrade airsoftových zbraní je běžná věc pro všechny airsoftové nadšence.

Častá je například výměna pružiny za typ s vyšší tuhostí, což zvětší dostřel zbraně.

1.4 Střelivo

Plastové projektily (kuličky, broky) jsou kulovitého tvaru a mají označení BB.

Za zkratkou BB je uvedena ráže (průměr kuličky), nejčastěji 6 mm.

18

2 Kapitola

Obsahuje teoretické popisy airsoftových zbraní a jejich součástí.

2.1 Popis zbraně a jejích součástí

V této kapitole jsou obsažena základní rozdělení součástí airsoftových zbraní jako mechaboxů, pružin, akumulátorů a motorků.

2.2 Zbraň

Tato kapitola je do práce zařazena pro ukázku umístění jednotlivých součástí v airsoftové zbrani.

2.2.1 Jednoduchý popis zbraně

[1] hlaveň [2] RIS [3] zásobník [4] spoušť

[5] pažbička s uchycením motorku

[6] kovové tělo, v něm umístěn mechabox [7] pažba

Obr. 2.1: Popis zbraně [zdroj: http://www.airsoftguns.cz/pic/big/CA_AEG_M15A2C_NEW.jpg]

19

2.3 Mechabox

Mechabox, anglicky gearbox, je vlastně převodová skříň s ozubenými koly, která umožňuje stlačit píst. Jedná se většinou o odlitek ze slitiny kovů s převodovými koly a dalšími součástkami, které jsou popsány na obrázku níže.

U levných mechaboxů je skelet vyroben z plastu. Takové mechaboxy se vyznačují nižší odolností než mechaboxy s kovovým skeletem. Mezi nejznámější výrobce patří Systema a TM.

2.3.1 Popis mechaboxu V2:

[1] skelet mechaboxu [2] šrouby

[3] vodící trn, trn pružiny s ložiskem

[4] pružina s progresivním vinutím

[5] válec typ 2 [6] ložiska

[7] ramínko podavače trysky [8] pružinka ramínka

[9] hlava válce [10] tryska

[11] ložisko hlavy pístu [12] píst s odlehčením [13] o-kroužek

[14] kovový hřeben pístu [15] hlava pístu

[16] spoušťové kontakty [17] motorové kolo

[18] západka zpětného chodu (antirevers)

[19] středové kolo [20] pístové kolo [21] spoušť [22] ložiska

[23] zesílený skelet mechaboxu [24] kulisa přepínače

[25] kabeláž k baterii [26] kabeláž k motorku

20

Obr. 2.2: Mechabox V2 [zdroj: http://www.actionsportgames.com]

21

2.3.2 Fungování mechaboxu

Při stisknutí spouště dojde k sepnutí elektrického obvodu a tím se spustí motor.

Pastorek motoru rozpohybuje motorové kolo, které rozpohybuje středové kolo, to potom rozpohybuje kolo pístové. Pístové kolo, jak již jeho název napovídá, natáhne píst a ten stlačí pružinu. K pístovému kolu je připojeno i ramínko podavače trysky, takže při natahování pístu se posune tryska dozadu a tím umožní pružině v zásobníku natlačit kuličku do Hop-Up komory, kde čeká kulička na vystřelení tryskou pomocí pístem stačeného vzduchu. Pístové kolo má ozubení do poloviny svého obvodu, po přetočení kola do této polohy se ztrácí kontakt pístu s kolem a píst je vytlačován doposud stlačenou pružinou vpřed. Stlačený vzduch se soustředí do trysky a tím vystřelí nabitou kuličku. To se opakuje při každém stisku spouště.

Obr. 2.3: nákres mechaboxu [zdroj: http://www.airsoft-underground.cz/news.php?readmore=68]

22

2.3.3 Mechabox V1

Mechabox verze 1 je první typ mechaboxu od firmy TM. Tento typ je malý a kompaktní, motor je vsazen přímo v těle mechaboxu, kde je umístěn ve směru hlavně.

Vyniká svou rychlostí, má kadenci 1000-1010 ran za minutu. Další výhodou je pak silné převodové ústrojí, které je silnější než u jeho nástupce mechaboxu V2, a přepínač, ten totiž uvolňuje nataženou pružinu bez vystřelení kuličky. Přepínač je ale umístěn těsně před motorem, jako u reálných zbraní, a je tak daleko od spouště. Mechabox V1 má malý prostor pro motor, takže limituje možnost upgradu víceméně pouze na výměnu pružiny.

2.3.4 Mechabox V2

U mechaboxu verze 2 není elektromotor zabudován v mechaboxu, jak tomu bylo u mechaboxu V1, ale je umístěn v pažbičce zbraně, která je připevněna k mechaboxu pomocí šroubů. Do mechaboxu motor zasahuje pouze svým pastorkem.

Tento typ mechaboxu se používá především u zbraní MP5 a M16/M4.

Obr. 2.4: Mechabox-V1 [zdroj:

http://xavier.r.free.fr/10_REVIEWS/Review_FAMAS_Cybergun_by_LePoulpe556/154_GB_Review_Famas_Cy bergun_by_LePoulpe556_.JPG]

Obr. 2.5: Mechabox-V2 [zdroj: http://www.airsoft-

underground.cz/images/photoalbum/album_17/mechabox2.jpg]

23

2.3.5 Mechabox V3

V3 mechabox je v současné době jeden z nejvíce rozšířených mechaboxů.

Motor má vlastní pevnou klec, na rozdíl od V2, kde je motor umístěn v pažbě.

U mechaboxu V3 je motorek umístěn v kleci a pažbě. Kabeláž je u toho typu vedena vnějškem, je k ní tedy mnohem snazší přístup (například při výměně vodiče). V3 byla použita při měření charakteristiky zapůjčených elektromotorů od GFC, více v kapitole 4.

2.3.6 Mechabox V4

Verze 4 je specializovaná na odstřelovačskou pušku PSG1. Má uzamykání stlačené pružiny, to znamená, že se dá střílet bez zpoždění, což je pro odstřelovače důležité. Po ukončení střelby je ale nutné pružinu povolit. Pokud pružina zůstane stlačená, dochází k její únavě a potom jsou všechny části mechaboxu též namáhané stlačenou pružinou. Má větší válec a píst, díky tomu pojme víc vzduchu a uděluje kuličce větší hybnost. Další výhodou je, že se dá vzduchotechnika oddělit od mechaboxu, což usnadňuje demontáž. A motor je ve vlastní kleci podobně jako u V3.

Obr. 2.6: Mechabox-V3

Obr. 2.7: Mechabox-V4 [zdroj: http://www.airsoft-underground.cz/images/photoalbum/album_17/v4_-_psg1.jpg]

24

2.3.7 Mechabox V5

Je určen pro zbraně typu UZI, především TM UZI AEG. Má netradiční design a existuje pouze v plastové verzi. A je odlišně uspořádán. Oproti ostatním typům nestlačí pružina píst ve směru hlavně, ale obráceně. Mechanismus kol je umístěn vzadu a pracuje přesně opačně, než je tomu u jiných typů mechaboxů. Motor se tedy točí obráceně, a to proti směru hodinových ručiček. Kvůli plastové konstrukci skeletu nelze používat pro silné pružiny.

2.3.8 Mechabox V6

Mechabox V6 se používá do malých zbraní, je podobný V1, liší se hlavně dostatečným prostorem pro motor. Má jiný poměr převodů ozubených kol než V2 a V3.

Má dva typy klece, jednu pro P90 a druhou pro Thompsona M1A1.

2.3.9 Další typy mechaboxů

Existují samozřejmě i další typy mechaboxů, různé netypické. Například mechabox V7 (určen pro zbraň M14), V8 (vylepšený V2 mechabox) umožňuje dávku o 3 střelách. V9 je vylepšená verze V3 mechaboxu a je zatím používán pouze u zbraní od TM. A další speciální typy mechaboxů od jiných firem, například Systemy, Real Sword nebo Classic Army.

Obr. 2.9: Mechabox-V6 [zdroj: http://www.airsoft-underground.cz/images/photoalbum/album_17/mechabox6.jpg]

Obr. 2.8: Mechabox-V5 [zdroj: http://www.airsoft-underground.cz/images/photoalbum/album_17/mechabox5.jpg]

25

2.4 Pružiny

Pružiny se většinou označují MXXX nebo SPXXX, kde za XXX je dosazeno číslo, které uvádí úsťovou rychlost a je pouze přibližné. U některých pružin se uvádí procentuální označení, například pružina M85 má úsťovou rychlost přibližně 85 m/s.

Nebo potom označení pružiny M130, kde pružinu stlačíme na definovanou délku hmotností 13,5 kg.

Pro AEG zbraně existují dvě délky pružin (17,5 cm a 16,5 cm), mají ale stejný počet závitů (27), při stlačení jsou obě stejně dlouhé. Vnější průměr pružiny je cca 14 mm, vnitřní pak 11,5 mm. Průměr drátu pružiny je přibližně 1,2 mm.

Další dělení je potom podle stoupání závitů. Dělí se tedy na s lineárním a s progresivním vinutím. U progresivních pružin jsou závity na několika místech zhuštěné, výrobci uvádí, že díky progresivnímu vinutí pružin se méně zatěžují zuby pístu a pístového kola. Dál se pružiny dělí podle použitého pístu na pružiny s háčkem nebo bez háčku.

.

Obr. 2.10: Pružina M100 s pístem a pístovou hlavou

Obr. 2.11: Pružina M100 bez pístu

26

Obr. 2.12: Popis motorku

2.5 Elektromotorky

Jako motorky se pro airsoftové zbraně používají stejnosměrné komutátorové typy se statorem tvořeným permanentními magnety. Z konstrukčního hlediska se motorky pro airsoftové zbraně rozdělí podle délky osy. Motorky typu short type (SHORT) s krátkou osou jsou určeny k použití například u AK47/74, MP5K či M249.

Typy medium (MEDIUM) se středně dlouhou osou jsou používány například u SIG 550-552 nebo KAC PDW. A motorky long type (LONG a LONG ALU) s dlouhou osou se používají například u M16/M4, MP5, G3 a P90. U některých typů motorků jsou rotorové plechy položeny se skosením ke straně (kvůli jejich vlastnostem). Přesný návrh motorku je KNOW-HOW výrobce a distributora.

[1] pastorek

[2] pružina motorku [3] tělo motorku [4] kontakt [5] patka motoru

[6] osa motoru [7] rotorové plechy [8] rotorové vinutí [9] komutátor

27

2.6 Akumulátory

Mezi nejčastěji používané baterie k napájení elektromotorků ve zbraních se používají NiMH a NiCd, dále pak LiFe a LiPo.

2.6.1 NiCd baterie

Nikl-kadmiové baterie jsou levné, spolehlivé, odolné a rychle se nabíjí, jsou ale i bezpečné. Tyto baterie mají takzvaný paměťový efekt. Je nutné je před nabíjením zcela vybít, jinak dochází k poklesu kapacity v důsledku znehodnocení elektrolytu baterie. Proto je lepší investovat do kvalitního nabíjecího zařízení, které baterii před nabíjením nejprve vybije a po nabití se vypne, aby nedocházelo k přebití. To levné verze nabíječek neumožňují. Pracovní teplota NiCd baterií je mezi -20 až +50 °C, což umožňuje použití při airsoftových akcích po celý rok. Baterie by se měly skladovat vybité. NiCd baterie dokážou dodávat vysoký proud ve chvílích špičkového odběru při staru motorku a prvním výstřelu. Mezi nevýhody patří vyšší hmotnost a uchovávání menší energie. Oproti NiCd baterii udrží LiPo o 350% více energie. U hráčů airsoftu se mezi nejoblíbenější výrobce baterií řadí firma Sanyo, především kvůli kvalitě a výdrži svých baterií.

2.6.2 NiMH baterie

Nikl-metal hydridové baterie jsou podobné NiCd bateriím, především jsou levné. Na rozdíl od NiCd baterií má NiMH přibližně dvakrát větší kapacitu a netrpí tolik na paměťový efekt. Je doporučeno je skladovat nabité. Provozní teplota NiMH baterií je 0-50 °C, nejsou tedy vhodné pro použití na zimních akcích. Už kolem 5 °C se mohou baterie zdát vybité, ale po opětovném zahřátí se zase vzpamatují. Vyznačují se vyšším samonabíjením než NiCd akumulátory.

2.6.3 LiFe baterie

Lithium-železo-fosfátové baterie jsou odolné vůči tepelným ztrátám, to je činní bezpečnými. A dokážou dodávat vysoký proud při špičkových odběrech stejně jako NiCd baterie, to je důležité při rozběhu motorku. Energetická kapacita je ale menší než u LiPo baterií. Dalším problémem je, že baterie selžou, jsou-li vybité pod 33%. Rychlé nabíjení zkracuje životnost těchto baterií. Provozní teplota se pohybuje mezi -25 až +70 °C.

28

2.6.4 LiPo baterie

U Lithium-polymerové baterie jsou nejčastěji na anodě použity LiCoO₂ nebo LiMn₂O₄ sloučeniny. Baterie jsou malé, lehké a mají velkou kapacitu. Jsou bez paměťového efektu, dají se rychle nabít a mají minimální samovybíjení (přibližně 1%). Článek je chráněn pomocí elektrického obvodu proti přebití, přehřátí a přílišnému vybití. Provozní teplota je mezi -20 až 50 °C. Ale teploty pod 0 °C snižují dobu výdrže baterie, což opět omezuje použití těchto baterií během zimních akcí. Jsou také méně náchylné vůči nárazům a při jejím nabíjení se musí dodržovat přesná specifikace baterie, při jejím nabíjení, jinak může dojít ke snížení životnosti nebo i úplnému zničení baterie.

29

3 Kapitola

Tato kapitola popisuje průběh samotného měření, použité vybavení, vzorce a grafy z měření. A obsahuje tabulky s výsledky měření.

3.1 Použité nástroje a vybavení

Naprogramováno v: Agilent Vee Pro 7.5 Infra teploměr: Termometr TM-2000 (3 v 1) Další vybavení: posuvné měřidlo, vodiče Schéma zapojení:

[1] AD/DA karta PCA-7408AS 14b/20kHz [2] proudová sonda AGILENT 1146A [3] fotozávora LTH 301-07

[4] baterie

Popis činnosti fotozávory:

Vysílací část tvořená světlo emitující diodou LED vytváří světelný paprsek dopadající na aktivní plochu fototranzistoru. Elektrický proud protékající obvodem přijímače je dán otevřením tranzistoru, které je úměrné intenzitě dopadajícího světla.

Elektrický proud procházející obvodem vytváří na snímacím rezistoru úbytek napětí, který představuje výstupní signál. Mezi vysílací a přijímací částí fotozávory se pohybuje tryska mechaboxu s nasazenou hadicí z půhledného materiálu. Tím dochází k přerušování světelného paprsku a generování střídavého elektrického signálu

Obr. 3.1: Schéma zapojení

30 o frekvenci shodné s frekvencí kmitání trysky. Pro zvýšení odolnosti fotozávory vůči rušení okolním světlem pracuje fotozávora v infračervené oblasti světelného spektra.

Snímací rezistor byl zvolen tak, aby na něm při plném osvětlení paprskem přijímače vznikalo napětí cca 1V. V praxi dosahovalo výstupní napětí fotozávory nižších hodnot z důvodu snížení intenzity světelného paprsku průchodem přes průhlednou hadici nasazenou na výstupní trysce.

Popis fotozávory LTH 301-07:

[1] kladný pól zdroje [2] vysílací LED

[3] přijímací fototranzistor

[4] rezistor 500 Ω – nastavení proudu vysílací částí [5] rezistor 1 kΩ

3.2 Měřené elektromotorky:

U motorků byla změřena jejich délka, pomocí posuvného měřidla, kvůli nastavitelnosti klecí (TULK a NK). Dále byly ze stránek distributora zjištěny údaje o použití jednotlivých motorků u různých typů zbraní.

Obr. 3.2: Schéma fotozávory

31

3.2.1 Délky motorků včetně os:

 SHORT

 

l  74,30,5

 MEDIUM

 

l  78,70,5

 LONG

 

l  88,70,5

3.2.2 Fotografie měřených elektromotorků

Obr. 3.3: F2 HS SHORT

Obr. 3.4: F2 HS MEDIUM

Obr. 3.5: F2 HS LONG

32

Obr. 3.6: F1 HT SHORT

Obr. 3.7: F1 HT MEDIUM

Obr. 3.8: F1 HT LONG

Obr. 3.9: F1 HT LONG ALU

33

3.2.3 Použité baterie:

Celkem byly použity dvě Ni-Cd baterie Sanyo 8,4V a Firefox 9,6V.

Obr. 3.10: 8,4V Sanyo 1700mAh Ni-Cd Obr. 3.12: 8,4V Sanyo 1700mAh Ni-Cd

Obr. 3.11: 9,6V Firefox 2000mAh Ni-Cd

34

3.3 Použitý mechabox V3

Obr. 3.13: Mechabox V3 (zprava)

Obr. 3.14: Mechabox V3 (zleva)

35

3.4 Měření

Měření bylo rozděleno do tří etap z důvodu výměny pružiny a baterie. V první etapě bylo měřeno na pružině M100 a 8,4V baterii. V druhé na M130 pružině a opět 8,4V baterii. A v poslední třetí sérii bylo měření provedeno na M130 pružině a 9,6V baterii.

3.4.1 Měřená soustava

3.4.2 Průběh měření

Veškeré měření probíhalo od 30. 7. 2012 do 23. 11. 2012. Každý motorek byl přeměřen alespoň dvakrát. Referenční motorek (REF) byl měřen pouze na baterii Sanyo 8,4 V a pružinách M100 a M130. Vysokootáčkové motorky (HS) byly změřeny na obou typech baterií (9,6 V a 8,4 V) a pružin (M100 a M130). Výjimkou je motorek F2 HS LONG, který na M130 pružině a baterii Sanyo 8,4 V nebyl změřen, kvůli zničenému pastorku. Motorky vysoko momentové (HT) byly přeměřeny na 9,6 V i 8,4 V bateriích, ale pouze na pružině M130. Teplota byla změřena pouze při měření z 9,6 V baterií.

Obr. 3.15: Měřená soustava

36 Měření probíhalo dle dostupnosti laboratoře, kde měření probíhalo, a dostupnosti nabitých akumulátorů.

3.4.3 První série měření na pružině M100

Firma GFC nezaslala k měření baterii, byli jsme tedy nuceni si baterii opatřit.

Zapůjčili jsme si baterii Sanyo 8,4 V. Po připojení jednotlivých komponentů na desku (připevněním mechaboxu a fotozávory) jsme mohli měřené zařízení připojit k měřicím přístrojům a počítači. Pro větší napodobení reálného provozu mechaboxu jsem navrhla vertikální upevnění desky. Toho jsme docílili pomocí upevnění desky do svěráku.

Začali jsme s měřením přiloženého referenčního motorku. Referenční motorek měl osičku délky short (nejkratší), které se používají například do pistolí. K mechaboxu byl připevněn pomocí šroubů standardní klece, v které byl umístěn. Nastavili jsme přítlak a pomocí pár výstřelů jsme ověřili, zdali je přítlak přiměřený. V této době jsme nijak nezatěžovali píst. Provedli jsme 3 sady měření a objevil se první problém. Píst zůstal viset s částečně stlačenou pružinou. Po návštěvě servisu jsme zjistili, že se zasekla hlava pístu, následkem čehož se kromě kovového trnu zcela zničili zuby pístu.

V servisu jsme také zjistili, jaké konkrétní součástky mechabox obsahuje. Například pružina M100, která v něm byla již z výroby namontována, naprosto nevyhovovala dalším měřením. Pro vysokootáčkové motorky (HS) byla použitelná, avšak pro vysoko momentové (HT) motorky, bylo takto malé zatížení špatné. Neodpovídalo by reálným podmínkám a navíc hrozila destrukce součástí mechaboxu daná příliš malým zatížením motorku. V servisu nám pan Pampel vyměnil píst za jiný a upozornil mě na nutnost výměny všech podložek za robustnější, aby nedošlo ke zničení ozubených kol.

Náhradní ozubená kola do mechaboxu se totiž prodávají pouze jako komplet, a to za přibližně 1500 Kč. Dohodli jsme se tedy, že tuto změnu spojí s výměnou pružiny po odměření všech HS motorků. Během této návštěvy jsme se shodli, že je potřeba zatížit píst. Za běžného provozu, při střelbě kuliček, protlačuje píst vzduch relativně malým průřezem hlavně. Pohybu vzduchu navíc brání vystřelovaná kulička. Píst hnaný rozpínající se pružinou je intenzivně brzděn stlačovaným vzduchem. Pokud pístu neklade odpor hlaveň a vystřelovaná kulička, pohybuje se vysokou rychlostí.

V takovém případě naráží na konci své dráhy do hlavy válce s vysokou energií a dochází k jeho zasekávání. Z nápadů na simulaci jsme zvolili 2 metry dlouhou hadici do akvárií. Odpor, který hadice klade vzduchu vytlačovanému pístem, dostatečně brzdí pohyb pístu a k destrukci nedochází. S tímto zatížením proběhla všechna následující

37 měření. Při následném rozebrání mechaboxu nevykazovaly součásti pístu větší opotřebení.

Po výměně pístu jsme znovu přeměřili referenční motorek a pokračovali jsme motorkem F2 HS SHORT. Pro měření motorků jiných typů než short (s krátkou osou)

bylo nutné modifikovat uchycení motorku. Použitý mechabox verze 3 je určen pro krátké zbraně, především pistole. Takže klec pro uchycení motorku s jinou než short osou prostě neexistuje. Existují nástavce, avšak pouze na mechabox V2. Museli jsme tedy vymyslet a zkonstruovat vlastní uchycení motorků s delšími osami. První variantou byla klec, pracovně nazvaná TULK. Princip byl prostý, rozhodli jsme se připevnit motorek k desce pomocí hliníkových profilů. Na desku jsme si zakreslili osu, abychom získali správný sklon a pastorek zapadl do motorového kola. Bohužel problém nastal s přesným uchycením motorku v této kleci. Motorek má totiž i v originální kleci určitou vůli k pohybu, a tak jsme museli přesné uchycení motorků testovat přímo na jednom z motorů (konkrétně F2 HS LONG). Museli jsme tedy motorek uchytit co nejpřesněji, přitom mu nechat určitou vůli k pohybu a zároveň ideálně nastavit přítlak. Při jednom měření povolilo upevnění motorků z vrchu. Došlo k obroušení zubů pastorku na motorku. Je štěstí, že výrobci, proti všem pravidlům, volí měkčí materiál na pastorcích a tvrdší na převodových kolech. Je to ze stejného důvodu jako používání silikonových ložisek. Opotřebuje se tedy levná součástka. Při špatném přítlaku či sklonu pastorku tedy dochází k o opotřebování pastorku, jehož pořizovací cena je přibližně 80 Kč (cena se může lišit podle použité slitiny), místo opotřebování převodových kol (1500 Kč).

Obr. 3.16: Originální klec (OK)

38 Klec TULK byla napevno připevněna k desce a mechabox se vůči ní mohl nepatrně pohybovat. Mechabox se oproti své originální kleci vůbec nepohybuje, protože je klec napevno připojena k mechaboxu. Pohybuje se tedy pouze motorek v kleci.

U klece verze TULK se motorek pohyboval vůči své kleci i mechaboxu. Což činí problém při uchycení, přítlaku a poloze vůči převodovým kolům.

3.4.4 Druhá série měření na pružině M130

Pro měření motorků HT s vysokým krouticím momentem jsme nechali vyměnit pružinu z M100 na M130 a provést další nezbytné práce.

Kvůli porovnání výsledků jsme změřili referenční motorek na nové pružině M130. Po změření všech 7 motorků TORNÁDO na této pružině a vyhodnocení výsledků měření jsme nebyli spokojeni s některými naměřenými hodnotami. Naměřené hodnoty motorků se totiž měly lišit pouze mezi jednotlivými typy motorků, a to mezi referenčním (REF), vysokootáčkovými (HS) a vysoko momentovými (HT). Délka os v těchto jednotlivých typech nemá mít na naměřené hodnoty vliv. Například u vysokootáčkových (HS) motorků se ale lišily naměřené hodnoty mezi SHORT, MEDIUM a LONG typy motorků. Dospěli jsme tedy k názoru, že uchycení skutečně není optimální, výsledky se lišily podobně jako u HS motorků na pružině M100. Nešlo totiž zajistit zcela reprodukovatelné upevnění každého motorku.

Obr. 3.17: Otevřený mechabox V3

39 Přemýšleli jsme tedy nad vytvořením nové klece, začala jsem se ptát i v našem servisu. Zde nám byla darována starší originální klec na motorky typu SHORT.

Rozhodli jsme se ji přizpůsobit motorkům s dlouhou osou tím, že klec bude rozříznuta na půl a nastavena pomocí lišt z hliníkového profilu do dožadované délky. Aby bylo měření co nejpřesnější, požádali jsme GFC o náhradní pastorky. Původně jsme chtěli mít na každou délku motorku speciálně upravenou klec. Nakonec bylo rozhodnuto uzpůsobit klec na libovolnou délku motorku pomocí různě dlouhých hliníkových profilů. Na opotřebených motorcích byly vyměněny pastorky. Byly vyrobeny tři trojice hliníkových lišt, pro nastavení jednotlivých délek. Jedna trojice pro motorky typu LONG, druhá pro motorky typu MEDIUM a třetí pro typ SHORT, která sloužila k přeměření přesnosti klece. Po snaze přeměřit motorek LONG ALU, jsme byli nuceni vyrobit další trojici lišt, speciálně pro ALU motorek, který je svým tvarem lehce atypický (přestože by měl být přímou náhradou typů long), a tak v kleci neseděl ideálně.

Obr. 3.18: TUL klec (TULK)

40

3.4.5 Třetí série měření na M130

Baterie Sanyo 8,4V, zapůjčená od pana Pampla, musela být vrácena kvůli jedné airsoftové akci. Pokusili jsme se shánět stejný typ baterie, avšak k výše zmíněné akci nám tento typ baterie nikdo nemohl zapůjčit. Můj bratr již na airsoftové akce nejezdí, tak nám byla nabídnuta jeho baterie Firefox 9,6V. Vzhledem ke změně byly motorky znovu přeměřeny. Ve třetí sérii byla měřena teplota motorků při použití baterie 9,6 V.

3.5 Ukázkové měření motorku

Tato podkapitola představuje příklad jednoho měření a zpracování jeho výsledků. Konkrétně motorku F1 HT SHORT, který vykazoval nejméně šumů ze všech měřených motorků. Každý motorek byl v každé sérii přeměřen několikrát, kupříkladu tento byl dne 9. 11. 2012změřen sedmkrát. Výstupem bylo sedm .txt souborů o 8192 řádcích hodnot. Použitý ovládací software umožňoval letmou kontrolu naměřených dat.

Ihned po měření byl k dispozici náhled změřených hodnot v podobě grafů, s odhadem efektivních hodnot proudu a napětí a průměrného příkonu motorku. Bylo tak možno ihned reagovat na případnou chybu v testovací aparatuře, např. uvolněný vodič apod.

Vzorkovací frekvence AD karty se pohybovaly v rozmezí 10kHz až 25 kHz (obvykle 20kHz a 25kHz).

Obr. 3.19: Nová klec (NK) s měnitelnou délkou pomocí nástavných Al profilů

41

3.5.1 Výstupní data z programu v grafech

Obr. 3.20: Výstup programu s grafy

Na vstupu 0 je napětí U [V] na motorku, vstup 1 je pro proud I [A] na baterii, vstup 2 je pro rázy (kmitání trysky přes fotozávoru) a vstup 3 je pro referenční frekvenci, pro srovnání vzorkování.

3.5.2 Výstupní data měření .txt

Data změřená pomocí programu Agilent VEE Pro 7.5, byla uložena do souborů ve formátu .txt, zde je fragment dat první ze sedmi měření. Data obsahují hlavičku se základními informacemi a s odhady efektivních hodnot napětí, proudu a příkonu.

Samotná data z jednoho vzorku měření představují jeden řádek textového souboru.

Uložení dat ve formě textu umožňuje jejich jednoduché prohlížení a import do dalších programů, např. Excelu.

42 Příklad textového souboru s daty:

Vzorek: F1_HT_short_ 9_11_2012_M130 Efektivní hodnoty veličin

Primarni napeti:7.465036938902843 Primarni proud:17.06567326443982 Prikon:123.5908684572097

Datum09/Nov/2012 11:33:59 Sonda A/V100

Poradove cislo, U [V], I [A], razy [V], ref [V]

---

1, 7.1675, 18.57640625, 0.007281874999999999, 0.8989493749999999 2, 7.74456, 13.83365625, 0.006976875, 0.985569375

3, 7.8324, 13.10165625, 0.006976875, 0.997464375

…

…

8191, 7.444439999999999, 18.17990625, 0.008044374999999999, -0.969633125 8192, 7.55058, 17.27253125, 0.008044374999999999, -0.882708125

3.5.3 Část tabulky měření z Excelu

Tabulka obsahuje vstupní data z počítače převedeného do Excelu a výpočty:

krouticího momentu, okamžitého příkonu a času. Hodnoty příkonu a krouticího momentu byly zprůměrovány za několik celých period.

Vzorek: F1_HT_short_ 9_11_2012_M130

Efektivní hodnoty veličin

Primární napětí:7.465036938902843 Primární proud:17.06567326443982

Příkon:123.5908684572097

Datum09/Nov/2012 11:33:59

Sonda A/V100

č. U [V] I [A] rázy ref t [s] P [W] 50*rázy

M [mN.m]

1 7,1675 18,57641 0,007282 0,8989 0,000000 133,1464 0,364094 74,34508 2 7,74456 13,83366 0,006977 0,9856 0,000040 107,1356 0,348844 59,8214 3 7,8324 13,10166 0,006977 0,9975 0,000080 102,6174 0,348844 57,29859

…

…

8191 7,44444 18,17991 0,008044 -0,9696 0,3276 135,3392 0,402219 75,5695 8192 7,55058 17,27253 0,008044 -0,8827 0,32764 130,4176 0,402219 72,82142

průměry 123,583 69,00515

Tab. 3.1: Část tabulky meření z Excelu

43

Graf. 3.1: Graf odečtu hodnot pro výpočet periody

Zde je část z grafu kmitání trysky přes fotozávoru pro ukázku odečítání hodnot pro výpočet periody. Byla odečtena hodnota na ose x u červeně vyznačených bodů.

Body byly odečteny z grafu všech změřených hodnot, a to 6 bodů u tohoto prvního ze série měření. Odečtené body byly zapsány do tabulky jako čas špičky. Perioda byla potom vypočítána odečtením času špiček. Následně byla vypočítána frekvence a hodnoty byly zprůměrovány. Ze známého převodového poměru mechaboxu byly stanoveny otáčky motorku.

mechanika

rázy čas špičky rozdíly=T [s] f [Hz]

1 0,02784

2 0,08328 0,05544 18,03751804

3 0,14064 0,05736 17,43375174

4 0,19732 0,05668 17,64290755

5 0,2532 0,05588 17,89549034

6 0,30856 0,05536 18,06358382

T, fprůměry 0,056144 17,8146503 Tab. 3.2: Tabulka výpočtů frekvence z grafů

převodový poměr 16 RPS [ot/s] RPM [ot/min]

285,0344 17102,06

Tab. 3.3: Tabulka s převodovým poloměrem, výpočtů RPS a RPM -0,05

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

rázy

t [s]

Graf odečtu hodnot pro výpočet periody

44

3.5.4 Vzorce výpočtů a výpočty chyb

Výpočet času

 

    ^s

1000 x

1 t n



 

kde n je pořadí a x je počet vzorků v souboru (číslo řádku) během periody (v kHz, proto násobeno 1000)

Výpočet okamžitého příkonu

  W I

U P  

Výpočet krouticího momentu





RPS 2

1000

M P 







 

krouticí moment M je uveden v miliNewton metrech Výpočet frekvence

  ^Hz

T f  1

perioda je vypočítaná z průměru rozdílů mezi špičkami z grafu kmitání trysky přes fotozávoru

Výpočet aritmetických průměrů





i

x

x n

1

1

Výpočet otáček za jednu sekundu

 ^{ot / s} 

f i RPS  

kde f je frekvence a i je převodový poměr ozubených kol Výpočet otáček za jednu minutu





60 RPS RPM  Výpočet chyby výkonu

  ^W

% 2 ,

P

 4



kde 4,2% je odhad chyby P, _P _I _U 4%0,2%4,2% kde

σ

σ

45 Výpočet chyby krouticího momentu





% 3 ,

M 4 



kde 4,3% je odhad chyby M ze vztahu _M _P _f 4,2%0,06%4,3% Výpočet chyby frekvence

 

   

n n

f f

n

i i

f 1

2

1

´















 







Výpočet chyby RPS

] s / ot [

% 2 ,

RPS

 0



kde 0,2% je odhad chyby RPS

46

Graf 3.1: Graf referenční frekvence generátoru -1,5

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

U [V]

číslo vzorku

Referenční frekvence generátoru

47

Graf 3.2: Graf závislosti vzorků na čase -1,5

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5

0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014

U [V]

t [s]

Graf závislosti vzorku na čase

48

Graf 3.3: Graf periody kmitání trysky přes fotozávoru -0,05

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

rázy

t [s]

Graf závislosti kmitání trysky přes fotozávoru na čase

49

Graf 3.4: Graf závislosti proudu na čase 0

5 10 15 20 25 30

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

I [A]

t [s]

Graf závilosti proudu na čase

50

Graf 3.5: Graf závislosti napětí na čase -2

0 2 4 6 8 10

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

U [V]

t [s]

Graf závislosti napětí na čase

51

Graf 3.6: Graf závislosti výkonu na čase s porovnáním s rázy -15

5 25 45 65 85 105 125 145 165 185

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

t [s]

razy*50 P [W]

52

3.6 Tabulky výsledných hodnot

V této podkapitole jsou obsaženy závěrečné hodnoty z celého měření v podobě tabulek.

3.6.1 Tabulky hodnot pro 8,4 V a M100

Výsledky měření pro pružinu M100 měřené na baterii Sanyo 8,4 V. Motorek SHORT a referenční motorek byly měřeny v originální kleci (OK). Motorky MEDIUM a LONG byly usazeny v kleci TUL kleci (TULK).

3.6.1.1 Referenční motorek

ref_short_OK (M100/8,4V) RPS 232 σRPS [r/s] 0,5 RPM 13945 σRPM [r/m] 28 f [Hz] 15 σf[Hz] 0,1

P [W] 100 σP [W] 4

M [mN.m] 69 σM [mN.m] 3

Tab. 3.4: Hodnoty referenčního motorku (M100)

3.6.1.2 F2 HS motorky

F2_HS_short_OK (M100/8,4V) F2_HS_medium_TULK (M100/8,4V) RPS 300 σRPS [r/s] 1 RPS 234 σRPS [r/s] 0,5 RPM 17971 σRPM [r/m] 36 RPM 14041 σRPM [r/m] 28 f [Hz] 19 σf[Hz] 0,04 f [Hz] 14,63 σf[Hz] 0,1

P [W] 126 σP [W] 5 P [W] 143 σP [W] 6

M [mN.m] 67 σM [mN.m] 3 M [mN.m] 97 σM [mN.m] 4

Tab. 3.5: Hodnoty SHORT a MEDIUM motorků série HS (M100)

F2_HS_long_TULK (M100/8,4V) RPS 283 σRPS [r/s] 1 RPM 16957 σRPM [r/m] 34 f [Hz] 18 σf[Hz] 0,1

P [W] 146 σP [W] 6

M [mN.m] 82 σM [mN.m] 4

Tab. 3.6: Hodnoty LONG motorku série HS (M100)

53

3.6.2 Tabulky hodnot pro 8,4 V a M130

Měření bylo uskutečněno pro pružinu M130 na baterii Sanyo 8,4 V. Motorky SHORT (HT, HS), byly měřeny v originální kleci (OK). Motorky MEDIUM (HT, HS), LONG (HT) a LONG ALU (HT) byly usazeny v kleci TUL kleci (TULK). Referenční motorek (typ SHORT) byl měřen v kleci originální kleci (OK) i TUL kleci (TULK).

Elektromotor MEDIUM (HS) byl přeměřen i na nové kleci (NK). Motorek LONG (HS) nebyl přeměřen kvůli zničenému pastorku.

3.6.2.1 Referenční motorek

ref_short_OK (M130/8,4V) ref_short_TULK (M130/8,4V) RPS 186 σRPS [r/s] 0,4 RPS 161 σRPS [r/s] 0,3 RPM 11152 σRPM [r/m] 22 RPM 9685 σRPM [r/m] 19 f [Hz] 12 σf[Hz] 0,1 f [Hz] 10 σf[Hz] 0,1 P [W] 122 σP [W] 5 P [W] 124 σP [W] 5 M [mN.m] 105 σM [mN.m] 5 M [mN.m] 122 σM [mN.m] 5

Tab. 3.7: Hodnoty referenčního motorku v klecích OK a TULK (M130)

3.6.2.2 F2 HS motorky

F2_HS_short_OK (M130/8,4V) RPS 269 σRPS [r/s] 1 RPM 16125 σRPM [r/m] 32 f [Hz] 17 σf[Hz] 0,03

P [W] 121 σP [W] 5

M [mN.m] 71 σM [mN.m] 3

Tab. 3.8: Hodnoty SHORT motorku série HS (M130)

F2_HS_medium_TULK (M130/8,4V) F2_HS_medium_NK (M130/8,4V) RPS 247 σRPS [r/s] 0,5 RPS 269 σRPS [r/s] 1 RPM 14842 σRPM [r/m] 29 RPM 16145 σRPM [r/m] 32 f [Hz] 15 σf[Hz] 0,03 f [Hz] 17 σf[Hz] 0,02

P [W] 113 σP [W] 5 P [W] 125 σP [W] 5

M [mN.m] 73 σM [mN.m] 3 M [mN.m] 74 σM [mN.m] 3

Tab. 3.9: Hodnoty MEDIUM motorku série HS v klecích NK a TULK (M130)