Механика в электронике: как сопромат помогает инженеру делать устойчивые крепления видеокамер

Госзакупки Обслуживание Монтаж Статьи Контакты

Онлайн-заявка

sales@alti-group.ru

Каталог

8 (800) 775-26-33

звонок по России бесплатный

В статье простыми словами объясняются основные законы механики, влияющие на устойчивость видеокамер: от фокусного расстояния и центра тяжести до длины консоли и прочности кронштейна.

На реальных примерах показано, как ошибки в установке — шарнир «сзади», малая площадка крепления, длинная консоль или тросовые оттяжки — приводят к вибрациям и «плавающему» изображению. Автор делится инженерными решениями, проверенными на практике: как правильно подобрать кронштейн, рассчитать момент инерции, выбрать точку крепления и обеспечить стабильное видео даже при сильном ветре

211

Время чтения: 30 минут

29.12.2025

# Видеонаблюдение

Мой преподаватель по сопромату любил говорить: «Инженера без сопромата не бывает». Как же он был прав!

Уважаемые представители рынка, а у вас есть в штате специалисты, изучавшие когда-либо сопромат? На худой конец – теормех?

А между тем, когда потребовалось помочь своей однокласснице – врачу-травматологу высшей категории в расчетах конструкций для восстановления костей, настоящий «матерый» сопроматчик отыскался именно на предприятии электронной промышленности. Правда, военной электронной промышленности. Там все очень серьезно, и такими, казалось бы, не самыми первостепенными вопросами, как крепление аппаратуры на борту всевозможной военной техники, занимается специальный отдел высококвалифицированных инженеров-механиков.

На нашем рынке, похоже, производители в курсе отсутствия подобных специалистов, и позволяют себе зачастую решения, вызывающие, как минимум, недоумение.
Никаких жутких классических сопроматовских расчетов приводить не буду. Не буду пугать и устрашающими формулами. Но общее понимание самых ключевых и очевидных моментов дать хотелось бы. Может, и производитель тогда начнет двигаться в сторону более грамотных решений, а не руководствоваться исключительно максимально презентабельным дизайном. Сопромат – он такой – красиво еще не значит правильно.

Начну с актуальности самого вопроса для нашего рынка видеонаблюдения. И, зачастую, прямой связи параметров видеокамеры с вопросами механики.

Рис.1

Зависимость угла обзора и масштаба изображения от фокусного расстояния

Помимо классических канонов механики буду опираться в том числе и на наш собственный опыт в построении систем видеонаблюдения. Мы тоже зачастую учились на собственных ошибках – сначала делали, а потом анализировали, почему не получилось так, как задумывалось.

Итак, есть некая условная камера – Рис.1. Рассмотрим ситуацию для двух вариантов объективов – широкоугольного и длиннофокусного.

Вариант широкоугольной камеры – матрица «М1» и фокусное расстояние f1. Вариант узкоугольной камеры – матрица «М2» при фокусном расстоянии f2.

Лучи, проведенные от границ матрицы, расположенной на удалении фокусного расстояния от оптического центра объектива к самому этому центру и составят угол обзора. Поэтому, чем меньше фокусное расстояние и больше формат матрицы, тем больше угол обзора. И наоборот, чем больше фокусное расстояние и меньше формат матрицы, тем угол обзора будет уже.

Никакой объектив ничего не увеличивает, если только не работает формат макросъемки, когда объект находится на расстоянии от оптического центра от f до 2f. В абсолютном большинстве случаев объект наблюдения находится в условной бесконечности (или близко к ней), а оптический центр располагается на удалении f (фокусное расстояние) от матрицы. При узком угле обзора существенно меньшее поле зрения проецируется на матрицу, нежели при широком угле.

Соответственно, масштаб изображения в первом случае оказывается больше, нежели во втором.

Но важно понимать, что и все перемещения камеры вокруг своей оси будут иметь тоже разный масштаб отображения на матрице при одном и том же ее формате.

Почему камера трясётся на ветру и дрожит при увеличении

Чтобы понять, насколько чувствительно изображение к даже незначительным перемещениям камеры, рассмотрим конкретный пример. Если мы имеем широкоугольный объектив с углом горизонтального обзора 70 градусов, поворот камеры на 0,5 градуса сместит изображение на экране на 1/140 его ширины. Для визуального наблюдения не так уж и страшно, хотя непрерывные такие перемещения напрямую будут влиять на разрешающую способность далеко не в лучшую сторону.

Ну, а если имеем телеобъектив с фокусным расстоянием, например, 200 мм при формате матрицы даже 1/2 дюйма, угол обзора составит всего-то 2 градуса. Наше перемещение в 0,5 градуса – это уже четверть всего экрана. При такой амплитуде колебаний вы уже просто ничего не будете видеть, несмотря на дорогой длиннофокусный объектив и вполне приличный (по крайней мере, для нашего рынка) формат матрицы. Даже для формата в 1 дюйм смещение будет составлять более 1/8 части экрана – увеличение формата ситуацию не спасает.

А, значит, подобные колебания необходимо попросту исключить. И сделать это можно только надежной и точной фиксацией камеры в пространстве.

Кейсы из практики: длиннофокусная оптика против вибраций

Пример из жизни. При оснащении стадиона «Петровский» в Санкт-Петербурге в самом начале 2000-х стояла задача идентификации физиономии нарушителя общественного порядка с противоположной трибуны. Заказчик категорически отказался устанавливать камеру максимально близко к объекту с передачей видеосигнала в удаленный пост, что действительно сняло бы массу проблем, а предпочел решать задачу применением длиннофокусной оптики. Фокусное расстояние составило 300 мм. Достаточно было любого голевого момента, чтобы от даже незначительной вибрации трибуны, на которой была установлена камера, изображение становилось совершенно непригодным для какой-либо идентификации.

Если я еду куда-либо с видеокамерой с целью съемки, штатив является обязательным аксессуаром даже при весовом лимите багажа. Потому что ничто так не уродует изображение, как его любое дрожание. И, если в видеонаблюдении, может иметь место принцип «и так сойдет», то в видеосъемке это всегда однозначный брак.

А потому будем говорить о кронштейнах во всех их вариантах, как самом актуальном аксессуаре видеокамеры. Даже не аксессуаре, а обязательном приложении. Каким им надлежит быть и какие они могут быть на самом деле.

Почему нельзя крепить камеру на шарнир сзади

Если честно, очень меня удивили массово появившиеся на рынке всепогодные камеры с задним шарниром крепления (рис.2)

Рис.2

Кто может объяснить, чем мотивировано такое решение? Центр тяжести камеры вынесен далеко вперед за точку крепления. Таким образом, даже при отсутствии каких-либо внешних сил имеем постоянно действующий на шарнир крепления вращающий момент М= Р х L. А при наличии каких-либо возмущений момент этот будет расти. Если сама опора, на которой установлена камера, будет испытывать какую-либо вибрацию, момент этот будет возрастать многократно – ударная нагрузка в 6-7 раз превосходит статическую. И узел крепления, а это зажимаемый шарнир, будет находиться под постоянной и статической, и динамической нагрузкой. Так что, если вы установили такую камеру на какую-нибудь металлическую опору (вышку), имеющую собственные колебания, да еще снабдили длиннофокусным объективом, не удивляйтесь, если изображение будет казаться размытым – колебания опоры только усилятся такой схемой крепления. Да, и в принципе схема представляет собой консоль для всей камеры – весьма своеобразный тип балки, о чем еще скажем ниже.

Шарнир – весьма капризное соединение с точки зрения его фиксации. Вряд ли у такого изделия кто-то занимался долгой притиркой поверхностей соприкосновения. Да, и фиксация одним винтом не внушает особого доверия.

Есть у такого крепления и свои плюсы – независимость установки кронштейна на стену от расположения камеры в горизонте. Камера, помимо возможности установки по горизонтальному и вертикальному направлениям, имеет еще одну степень свободы – вращение вокруг продольной оси. На этом все плюсы и заканчиваются.

Самая первая модель нашей всепогодной камеры, выпущенной в 1994 году, имела, как раз, шарнирное крепление. Правда, в центре тяжести самой камеры. Тем не менее, мы от такого варианта очень быстро отказались в силу ненадежности крепления и относительно быстрого износа самого шарнирного узла.

Этот пример хорошо показывает, к чему приводит неверное распределение центра тяжести — к постоянным механическим нагрузкам, о которых пойдет речь дальше.

Крепление камеры в центре тяжести — как правильно закрепить камеру видеонаблюдения

Гораздо более грамотная схема крепления камеры к кронштейну представлена на рис.3

Рис.3

Если еще и узел крепления имеет возможность перемещаться вдоль оси термокожуха, то и вовсе точка крепления может находиться точно на нормали, опущенной из центра тяжести камеры. В одной модели термокожуха могут размещаться разные модели и видеокамер, и объективов, поэтому каждая конкретная видеокамера в сборе может иметь разное местоположение центра тяжести, и возможность перемещения узла вдоль оси является несомненным плюсом. В этом случае какой-либо постоянный момент, приложенный к узлу крепления, отсутствует в принципе, и перечисленные выше возможные неприятности нас не касаются.
Заодно стоит обратить внимание на крепежные отверстия.

В отличие от варианта, представленного на рис.2, они имеют не круглую форму, а в виде вертикальных и горизонтальных пазов. И это совершенно правильно для этой схемы крепления. В данном случае камера не имеет возможности поворота вокруг горизонтальной оси. А такая необходимость хоть и на небольшой угол, но возникнет в большинстве случаев. Большинство случаев – это крепление к сложным поверхностям – кирпичным, бетонным стенам, к металлическим конструкциям. Очень редко удается сделать крепежные отверстия в таких поверхностях точно по разметке. Даже разметка может оказаться неточной (забыл монтажник взять уровень, и работает «на глазок»). При работе перфоратором отверстие почти всегда хоть на сколько-нибудь, но уйдет от разметки. В результате кронштейн при круглых отверстиях крепления оказывается установленным не строго горизонтально, а с некоторой погрешностью.

Могут иметь место и погрешности изготовления самого кронштейна. И в итоге горизонт на изображении оказывается «заваленным» в ту или иную сторону. Если для дрожания камеры ситуация с изображением ухудшается по мере роста фокусного расстояния, то с завалом горизонта наоборот – чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора и шире поле зрения, а, значит, и заметнее перекос изображения. Крепежные отверстия в виде пазов позволяют хоть и на небольшой угол, но скорректировать завал горизонта при не идеально ровной установке кронштейна. Совсем хорошо, когда такие пазы располагаются не по вертикали и горизонтали, а по радиусу, давая гораздо большую возможность для компенсации завала горизонта.

Если для стационарной камеры с небольшим завалом горизонта можно смириться, руководствуясь общим нашим принципом «и так сойдет», то для камеры на поворотном устройстве такое не должно допускаться в принципе. Поворот неизбежно будет сопровождаться и подъемом изображения. Придется всякий раз дополнительно корректировать направление обзора и по вертикали. Главное, что халтура будет налицо.

Поэтому, выбирая кронштейн для камеры на поворотном устройстве, следует всякий раз поинтересоваться возможностью компенсации завала горизонта на самом кронштейне.

Расчет кронштейна на прочность и устойчивость крепления

Далее рассмотрим основные моменты самого понятия «кронштейн» и то, что сегодня массово творится на нашем рынке.

Конечно, дизайн такого товара, как кронштейн, является весьма значимым конкурентным преимуществом. Но беда в том, что сегодня базовые основы механики зачастую просто игнорируются в угоду дизайну. Иначе чем можно оправдать прямо – таки массовую минимизацию крепежных площадок кронштейнов при том, что сами кронштейны имеют весьма солидные вылеты.

Рис.4

На рис.4 представлено схематическое изображение кронштейна видеокамеры примерно в массовых пропорциях – плюс-минус…

Что важно понимать? Чтобы наш кронштейн не падал со стены, равнодействующая всех сил должна быть равна нулю. Работают вниз сила тяжести видеокамеры и сила тяжести самого кронштейна. А чем они компенсируются? Очень мало, кто на этот вопрос дает правильный ответ. Обычно отвечают, что держится все на болтах (анкерах, саморезах) крепления. И это в корне неверно. Точнее, этого можно добиться, но это будет в корне неправильно.

Если крепежные элементы работают на срез ( а для этого их надо просто ослабить до тех пор, пока кронштейн не повиснет на них), значит, между площадкой и поверхностью опоры существует хоть какой-то, но зазор. И в пределах этого зазора появляется пусть и мизерная, но возможность вибрации площадки относительно опоры, а с учетом вылета в точке крепления камеры амплитуда такой вибрации становится уже очень значимой с точки зрения вибрации самого изображения от камеры с видимой потерей резкости – чем больше фокусное расстояние, тем этот негативный эффект будет проявляться больше.

Задача крепежных элементов обеспечить беззазорное прижатие пластины кронштейна к поверхности – создать для каждой точки крепления площадки достаточное F пр.

А дальше начнет работать сила трения, компенсирующая силы весов и камеры, и самого кронштейна. Величина Fтр будет зависеть и от коэффициента трения, который в свою очередь зависит от свойств материалов поверхностей соприкосновения, от самой силы прижатия (а точнее, от силы реакции опоры, которая равна суммарной силе прижатия, но направлена в противоположную сторону), и от площади поверхностей соприкосновения.

Поэтому, чем больше площадь крепежной площадки кронштейна, тем меньше требуется величина силы прижатия для удержания всей камеры на кронштейне на поверхности.
Но…это еще не все.

В гораздо большей степени сила прижатия будет зависеть не столько от самого веса камеры и кронштейна, сколько от их моментов в зависимости от величины этой самой крепежной площадки (Рис.4).

Для положения равновесия должно быть соблюдено равенство моментов. Рассмотрим для примера только моменты в вертикальной плоскости. Для горизонтальной рассуждения будут аналогичными для любой внешней горизонтальной силы. Для упрощения весом самого кронштейна пренебрежем (его вес окажется дополнительным доводом в пользу увеличения площадки).

Р – вес камеры, установленной на кронштейне.
L1 – вынос кронштейна
Fпр. – сила прижатия, обеспечиваемая крепежным элементом.
L2 - расстояние от низа (верха) площадки до верхнего (нижнего) крепежного отверстия.

Имеем равенство моментов: P х L1 = F пр. х L2
Или Fпр. = P х L1 / L2

Вывод из этой формулы очевиден – поскольку вес камеры конкретный и никак не меняется, сила прижатия будет напрямую зависеть от соотношения длины кронштейна и размера крепежной площадки в плоскости приложения внешней силы. В вертикальной плоскости это в первую очередь сила тяжести и всевозможные возбуждающие силы (например, падение льда с крыши на камеру), в горизонтальной плоскости – ветровые нагрузки и динамическое воздействие различного характера. Нам необходимо обеспечить силу прижатия не столько для обеспечения силы трения, способной противостоять весу камеры и самого кронштейна, сколько для обеспечения этого удерживающего момента.

А если не обеспечим?.... Крепежные элементы будут вырваны из поверхности крепления. Даже, если просто ослабнут, появится зазор между площадкой и поверхность и начнутся недопустимые колебания, напрямую влияющие на качество изображения.

Чем больше L1 и меньше L 2 тем больше потребуется F пр.
И вот вам прямая аналогия (Рис.5)

Рис.5

Чем больше имеем соотношение L1/L2, тем меньше потребуется величина усилия P, чтобы обеспечить как можно большую силу вытяжения F выт. И тем больше приближаемся в конструкции кронштейна к схеме классического гвоздодера, предназначенного исключительно для вытаскивания крепежных элементов из поверхностей.

Фактически при малых размерах площадки кронштейна мы усилием прижатия противостоим исключительно вытяжению крепежных элементов. Для обеспечения силы трения, компенсирующей вес камеры с кронштейном, прижатие могло быть меньше в разы. С увеличением площадки (увеличением L2) будет пропорционально уменьшаться и необходимая сила прижатия. И, вполне возможно, что для одного и того же веса камеры с кронштейном при одном и том же вылете в случае маленькой площадки для крепления потребовались бы мощные анкеры, требующие и мощной несущей конструкции, а при существенном увеличении площадки в направлении действия основных сил, можно ограничиться гипроковой поверхностью и «тридцатыми» саморезами.

Следует в первую очередь понимать, что для видеокамеры крепление должно не просто предотвратить падение, но и минимизировать возможные колебания, которые с увеличением их амплитуды все более негативно будут сказываться на сам результат всей системы – качество видеоизображения.
На наши камеры падали льдины с крыши шестиэтажного дома. Кабели все обрубило, но камера осталась на штатном месте.

Момент инерции кронштейна простыми словами

Кронштейн – это в первую очередь балка с точки зрения сопромата. Главная формула расчета балки имеет, на самом деле, очень простой вид (можете блеснуть при случае в компании тем, что знаете, как считается балка на изгиб). Всего-то три составляющие в формуле. Считать балки не обязательно в каждом конкретном случае, но представлять, что чего означает, будет полезно.

Итак, сама формула:

Ϭ = М/W

Ϭ – напряжение, измеряется в н/м2,
М – изгибающий момент, измеряется в нм,
W – момент сопротивления, измеряется в м3.

Вычисляем напряжение, испытываемое материалом, сравниваем с допустимым напряжением, которое является свойством используемого материала и определяется по справочникам. Еще существует такая вещь, как коэффициент запаса прочности, который задается, исходя из условий эксплуатации. Например, если эксплуатация связана с риском для жизни и здоровья человека (например, лифтовое оборудование), коэффициент запаса прочности чаще всего равен 5.

Если это просто какой-нибудь подъемный кран, то 2,5. Каким он должен быть для кронштейна видеокамеры, с этим не сталкивался ни разу. Какой считаете нужным, такой и задавайте – не велика потеря, если что. Умножаем расчетное напряжение на коэффициент запаса прочности и сравниваем с допустимым.

Если меньше допустимого, значит все хорошо. Если больше, то конструкцию надо усиливать. Вот и все. Если в общем. А если в частности, то сложности начнутся с определения реального суммарного момента и момента сопротивления. Вот тут уже и логарифмы запросто могут появиться. Но мы считать ничего не будем, а только понимать.

Изгибающий момент – это характеристика внешних воздействий – сил и плеч, на каких они действуют. А момент сопротивления – это характеристика уже самой конструкции, подверженной воздействию моментов внешних сил.

В свою очередь момент сопротивления W = I/r, где I – момент инерции сечения балки; r – расстояние до нейтральной оси. Нейтральная ось – это то множество точек, которые при изгибе не испытывают ни растяжения, ни сжатия.

Становится понятно, что прочность балки является функцией ее геометрии. И помимо свойства самого материала, важнейшим параметром является момент инерции сечения.

Для примера рассмотрим прямоугольное сечение (Рис.6)

Рис.6

Ширина прямоугольника – b; высота – h. Очень рекомендую запомнить, чему равен момент инерции прямоугольного сечения:
I = b x h³ / 12

Любой, кто когда-либо изучал сопромат, эту формулу помнит наизусть. Высотой в данном случае считается сторона прямоугольника, находящаяся в плоскости приложения изгибающего момента. Если наш прямоугольник положим на бок, продолжая изгибать балку в вертикальной плоскости, то h и b в формулах поменяются местами. Для нас же важно понимание, что от высоты момент инерции зависит аж в кубической зависимости, а вот от ширины только в линейной.

А, чем больше момент инерции сечения, тем меньше напряжение в балке (грубо говоря, балка существенно мощнее в вертикальной плоскости при изгибе, нежели в горизонтальной). До недавнего времени я лично считал это просто очевидным для всех фактом, пока меня не попросили дать свое мнение относительно именно кронштейна для камеры – как будет красивее – при вертикальном расположении прямоугольного сечения несущей балки или горизонтальном? Если решение безграмотное, говорить о его эстетике уже нет смысла.

Попутно, если кому-то интересно: момент инерции круглого сечения:

I = ∏d⁴/64 = ∏r⁴/4

И еще важное дополнение – момент инерции какого-то сложного сечения представляет собой сумму моментов инерции простых сечений, из которых составлено полное сечение. Причем, это правило справедливо и при вычитании одних сечений из других. Например, сечение кольца (трубы) может быть представлено, как разность круглого сечения внешнего диаметра и круглого сечения диаметра внутреннего.
При изгибе балки (Рис.6) волокна, находящиеся над центральной плоскостью О будут испытывать растяжение, а те, что внизу этой плоскости – сжатие (или наоборот при изгибе в противоположную сторону). А волокна, находящиеся в самой этой плоскости не будут испытывать никаких нагрузок. Пересечение этой горизонтальной плоскости с сечение носит название нейтральной оси.

Формула расчета балки на изгиб принимает вид:

Ϭ = М х r/I

М - изгибающий момент, приложенный к балке;
I - момент инерции сечения;
r – расстояние до нейтральной оси.

Из формулы понятно, что при r=0 – на нейтральной оси – напряжение равно нулю. Далее, по мере удаления от нейтральной оси напряжение будет возрастать и достигнет своего максимума на краю сечения. Ввиду неравномерности напряжения нет смысла делать ее равнопрочной по всему сечению балки, если внешние силы имеют заведомо известное направление.

Есть возможность сильно облегчить конструкцию без ущерба для ее прочности. И, конечно, ощутимо снизить расход материала. В качестве примера на рис. 6 без существенного снижения прочности можно «вырезать» четырехугольники АМLК и DFGH. В результате получим одну из самых популярных балок – двутавр (две буквы «Т» навстречу друг другу). Именно поэтому железнодорожные рельсы имеют не сплошное сечение, а двутавровое. По этим же соображениям (убрать не нагруженные элементы из сечения) существуют и тавровые балки, и швеллеры и даже простейший уголок, используемый в качестве балки.

На рис. 3 кронштейн имеет именно двутавровое сечение. Судя по внешнему виду, очень мощный кронштейн. И отверстия в площадке выполнены грамотно. Ему бы площадку чуточку побольше, цены бы не было.

Но нам мало иметь просто механическую прочность, чтобы кронштейн не сломался, а камера не свалилась бы со штатного места. Нам недостаточно даже сохранить направление обзора. Необходимо исключить любую вибрацию с амплитудой, выше допустимой, чтобы камера могла реализовать свои возможности по разрешающей способности в полном объеме.

Влияние длины консоли на устойчивость камеры

В большинстве случаев основу кронштейна составляет балка. И нередко только она. (Рис.7)

Рис.7

Балка, закрепленная только с одного конца, носит название консоли (Рис.8).

Рис.8

С одной стороны, если говорить о кронштейне, это самый простой вариант. С другой, как говорят, «простота хуже воровства». Именно, как кронштейн, консоль – вещь весьма коварная. И «коварство» это обусловлено т.н. правилом Верещагина. Если совсем упрощенно, то

Х ~ P L3/I

Где Х – смещение на конце консоли,
L – длина консоли,
P- сила, приложенная на конце консоли ,
I- момент инерции сечения консоли

То есть, смещение на конце консоли пропорционально кубу длины.

А об этом очень часто забывают, если вообще изначально что-нибудь про это слышали. Стандартная ситуация – длины кронштейна не хватает, чтобы в сектор обзора камеры не попала какая-нибудь водосточная труба или какие-то архитектурные элементы на стене здания. И стандартное же решение – крепление штатного кронштейна к концу консоли, сделанной «на скорую руку» из трубы прямоугольного сечения. Потом удивление по поводу невозможности настройки резкости, «обвинение» объектива, попытка его замены и снова удивление. В действительности надо было изготавливать совершенно новый кронштейн для заданного выноса с совершенно другими конструктивными элементами.

В любом случае, при наличии нагрузки какое-то смещение на конце будет иметь место. Просто для штатного кронштейна оно настолько мизерное, что обеспечивает реализацию характеристики камеры по разрешающей способности. Но, как только мы консольно увеличиваем длину, скажем, в два раза, это смещение увеличивается в 8 раз; для троекратного увеличения длины смещение возрастет уже в 27 раз. И, чтобы компенсировать такую резко возросшую возможную амплитуду вибрации на конце, необходимо в первом случае увеличить момент инерции сечения в 8 раз, а во втором – в 27.

Увеличение момента инерции сечения – это, в первую очередь, увеличение геометрических размеров. А это повлечет за собой резкое увеличение веса, а, значит, увеличение в том числе и опорной площадки по всем измерениям. Поэтому, задача снижения амплитуды колебаний на конце решается в подобных случаях установкой так называемых подкосов в плоскостях всех возможных внешних сил (Рис.9)

Как уменьшить колебания камеры на высоких опорах

Понимание «коварства» консоли важно еще и с точки зрения оценки самого места установки камеры. Даже, если камера со штатным кронштейном представляют собой совершенно правильную, сбалансированную систему, само место установки способно эту «правильность» разрушить.

Просто вертикальный столб может представлять собой классическую консоль для боковых сил (ветровые нагрузки, динамические колебания). С одной стороны, чем выше будет установлена камера, тем существенно эффективней может оказаться наблюдение с точки зрения минимизации теневых зон. Но и от смещения пропорционально кубу высоты никуда не деться. И подкосы на столбы не поставишь. Поэтому, всегда надо задуматься об объективных ограничениях в каждой конкретной ситуации – не все может пойти во благо, даже, если это и технически возможно.

И такое было в нашей практике – на мощнейших опорах освещения были установлены видеокамеры на двадцатиметровой высоте. Для прожекторов амплитуда колебаний и в полметра, и даже в метр абсолютно не принципиальна. Зато нам на существенно меньшей высоте наших камер, нежели установлены прожекторы на этих опорах, резкости видеоизображения добиться так и не удалось.

Существуют решения даже установки видеокамер на корабли с возможностью эксплуатации и на ходу, и на волнении. Лично мне приходилось их видеть. Но уверяю, это совсем не типовое решение для нашего рынка – камера устанавливается на гиростабилизированном основании. Главные свойства гироскопа – сохранение положения в пространстве (в пределах незначительного дрейфа) и устойчивость к ударным нагрузкам. Но стоимость такого решения сделает его просто абсурдным для всех типовых задач рынка. Цена простейшего гиростабилизатора для видеосъемки с рук начинается от 200 000 рублей.

Почему тросовые оттяжки не помогают при вибрации камеры

Для полноты картины следует еще остановиться на всевозможных оттяжках при установке кронштейнов.
Это первое, что приходит в голову, когда обеспечить должную жесткость установки камеры не удалось. Именно в отношении консоли такие решения встречаются чаще всего. И горизонтально расположенных, и вертикально. И…как правило, без какого-либо положительного результата. Потому что тросовая оттяжка, как и консоль, – вещь не менее специфическая.

Во-первых, работа с оттяжками требует совершенно конкретных технологий – любое крепление к конструкции осуществляется только через т.н. коуши или с помощью такелажных скоб. Никакие узлы на тросах не допускаются. Только специальными зажимами под конкретные диаметры троса. Вряд ли кто-либо из монтажников способен заплести гашу (Для общей эрудиции – на швартовых концах зажимы не допускаются, только заплетение). Потребуется установка талрепов.
Второе – каждое конкретное такое крепление потребует расчета расположения мест крепления и на поверхности установки кронштейна, и на самом кронштейне, допустимых нагрузок на трос или выбор троса в зависимости от нагрузки и т.п.

А самое главное, что невозможно измерить реальную нагрузку на трос, которая в разы отличается от разрывной для обеспечения длительной устойчивой эксплуатации.

Допустимая нагрузка определяется по формуле

P= R/K
Где R – разрывное усилие, а К- коэффициент запаса, определяемый условиями эксплуатации.

Например, разрывное усилие стального троса диаметром 2 мм составляет 2,35 кН (килоньютоны), а допустимая нагрузка - 0,47 кН; для троса диаметром 4 мм рабочая допустимая нагрузка составляет 1,88 кН при разрывной – 9,41.

И эксплуатироваться растяжка должна именно при допустимой нагрузке, которую в нашем случае измерить вряд ли получится.

Условия эксплуатации могут накладывать серьезные ограничения и по типу троса, и по срокам эксплуатации. Если это эксплуатация под открытым небом, то обычный стальной трехмиллиметровый трос «проживет» от силы года три. Нужен нержавеющий или в ПХВ-оболочке.

Любой трос имеет первоначальное вытяжение. Кто хоть раз ставил новые струны на гитару, хорошо знает, что в течение первого дня придется настраивать инструмент через каждые пару часов. А кроме того, каждый металлический трос подвержен существенным температурным расширениям и сжатиям. Настанет зима – для обеспечения рабочей нагрузки придется натяжение ослабить, чтобы не началось разрушение, а летом, наоборот, надо будет снова трос натянуть. Ездить по объектам и крутить талрепа, причем, исключительно «на глазок»? Кто-нибудь готов этим заниматься?

И самое главное! Колебания растяжками не ликвидировать. Потому что любой натянутый трос – это струна, которая создана, как раз, для того, чтобы колебаться. Сделаете частоту колебаний 440 Гц, получите ноту «ля».

Почему растяжка – это струна?

Для очень многих моих собеседников с нашего рынка явилось откровением то, что усилие натяжение прямой линии равно бесконечности. Для меня этот факт был всегда практически очевидным, поэтому решил на нем остановиться (рис.10)

Рис.10

Любой трос имеет собственный вес Р, приложенный в некоторой точке весового среднего. Если трос однородный, то к центру отрезка. Этот вес Р уравновешивается суммой сил натяжения F н , приложенных в этой же точке. Сумма находится по правилу параллелограмма, а поскольку силы натяжения одинаковые в одну и другую стороны, то параллелограмм превращается в ромб, и:

Р= 2 Fн Cos a.
Тогда Fн = Р/2 Cos a

При положении троса без провиса угол «а» равен 900, соответственно Cos a= 0, тогда Fн =

Вот и все. Поэтому, провис, пусть и не заметный глазу, будет присутствовать всегда. А может быть и заметный при очень большой разрывной нагрузке троса и большом усилии натяжения. И всегда будут присутствовать колебания. Любой более-менее грамотный моряк знает, что при морской буксировке (когда одно океанское судно тащит другое такое же на буксире), если буксирный трос вышел из воды, надо мгновенно падать за какое-нибудь мощное препятствие, потому что неминуемо последует обрыв буксирной линии с сокрушительными разрушениями, ею создаваемыми. Там провис измеряется метрами при разрывной нагрузке на трос. Не стоит забывать о бесконечном усилии натяжения горизонтали и при организации воздушных кабельных линий – выбирать трос, исходя из действительного веса кабеля, а не «на глазок», и не пытаться вытянуть линию в максимально горизонтальную – сначала разорвется несущий трос, а следом мгновенно оборвется сама линия. И с растяжками мы имели собственный опыт. Для установки поворотных камер с мощными трансфокаторами все на том же стадионе Петровский были изготовлены специальные сварные конструкции в виде усеченных пирамид, которые крепились к горизонтальной поверхности трибуны. А жесткость конструкции попытались обеспечить именно тросовыми растяжками. Наша затея успеха не возымела – от вибрации камер нам уйти не удалось. Но мы всегда анализировали собственный отрицательный опыт, находили причины и не допускали впредь подобное.

Итоги и выводы

С той же целью и была написана эта статья – проанализировать типичные ошибки и дать возможность монтажникам и проектировщикам не наступать на заведомые «грабли», а производителю не создавать заведомо безграмотные товары.

Кроме всего прочего, на камеру на кронштейне может воздействовать еще и вращательный момент внешних сил, в результате чего камера может испытывать вращательные колебания вокруг оси кронштейна. На этом мы подробно останавливаться не будем, поскольку случай этот довольно редкий и связан с совсем уж хлипкой конструкцией кронштейна.

Хотя формулу для расчета такого возможного угла поворота привести можно:

– читаем «Фи» - угол закручивания в радианах,
М – закручивающий момент,
L- длина кронштейна,
G – читаем «Ж» - модуль Юнга,
Ip – читаем «Ип» - полярный момент инерции.

А теперь, если вы дочитали до этого места, сможете легко запомнить эту формулу наизусть на всю жизнь. Пусть не будете никогда считать по ней свои кронштейны, зато незаурядными знаниями сопромата сможете блеснуть в любой компании. Потому что по первым буквам:

«Если хочешь быть «фифой», то сверху «мой» «лицо», а снизу «Ж» «Ип»». Вот так нам давал сопромат профессор Гаврилов.

Как ни крути, он был прав, утверждая, что настоящего инженера без сопромата не бывает. А точнее, никуда от сопромата инженеру не уйти. Даже, если он – инженер-электронщик.

Бизнес-патологоанатом
А.Попов

Поскольку мнение автора, как было заявлено, может не совпадать с мнением компании, приобретая товар самой компании к нему надо относиться с должной осторожностью, проверяя, как и товары других производителей, на грамотность исполнения.