Новый шагоход для Севера

Даты проведения
с 2021-01-01 по 2021-06-01

Конкурсный видеоролик [6]: Идея создания шагающих машин всё чаще рассматривается инженерами и учёными в связи с потребностями общества. В шагоходах есть главное преимущество, которого нет ни в каком другом виде транспорта – отсутствие касательных напряжений при движении по опорной поверхности. Все другие традиционные движители буквально срезают верхний слой почвы: колёса, гусеницы, шнеки. Традиционные виды транспорта не только перестают работать, но и губят природу. На севере понятия колеса в древности не было, зато хорошо были известны снегостопы, к которым близок принцип действия шагающих машин. Другое преимущество шагающего транспорта заключается в практически неограниченной возможности увеличения площади опор, чего нет в колёсных, гусеничных и, тем более, шнековых машинах. Направление работы соответствует приоритетам, основным задачам, большим вызовам, неразрешённым проблемам и ожидаемым результатам Стратегии научнотехнологического развития Российской Федерации. Модель новой шагающей машины была изучена и создана на основе имеющегося опыта сборки восьми предыдущих аналогов в школьном кружке «Юный физик – умелые руки» при Гимназии №5 города Королёва (мкр. Юбилейный) Московской области [1-3]. Базовую схему, или платформу, как принято говорить в автомобильной промышленности, предлагается не изменять по сравнению с кулачковым шагоходом А.А.Васильевой, выбранным в качестве прототипа [4]. Эта схема содержит силовую раму прямоугольной конструкции и восемь шагающих лямбдаобразных механизмов П.Л.Чебышева [1]. Но такая платформа потребовала принципиальной доработки размещённых на ней устройств. 1) Выполнена доработка силовой части платформы, потому что силовой привод, то есть электродвигатель и редуктор, предполагается применить другой. В модели было предложено отказаться от стандартного электродвигателя механизма стеклоподъёмника автомобиля «ВАЗ», и вместо этого перейти к синхронному электродвигателю постоянного тока напряжением 12 В серии 775, реальные характеристики которого соответствуют цели работы [5]. В частности, его можно форсировать по мощности от 2 Вт до 140 Вт, а обороты увеличить от 3500 в минуту до 21000! Однако, нужен редуктор. 2) Форсирование электродвигателя потребовало установить редуктор. Это планетарная зубчатая передача, потому что червяк и червячное колесо, а также волновой редуктор обладают очень большим трением, потерями мощности и малым к.п.д. 3) Восемь шагающих лямбдаобразных механизмов П.Л.Чебышева можно разместить на платформе разными способами, был выбран наиболее рациональный. 4) Наконец, самое главное, – потребовалось правильно синхронизировать работу восьми лямбдаобразных шагающих механизмов П.Л.Чебышева новым устройством. Получается, что даже известная платформа с известным набором механизмов приводят к принципиально новому результату и новой шагающей машине, если правильно составить рабочую схему машины. Основу новой кинематической схемы механизма составляет дополнительный пассивный синхрошатун. Авторский вклад в новую разработку распределился следующим образом: А.И.Драцкая предложила вспомнить о забытой схеме своего научного руководителя и разработала систему управления, А.А.Васильева предложила дополнить механизм пассивным синхрошатуном на известной платформе. После такой доработки механизм заработал без мёртвых зон, хотя с повышенными усилиями, но не критичными для создания шагающей машины. Главная особенность нового механизма заключается в верхнем синхрошатуне, шарнирно соединяющем две рабочие точки двух лямбдаобразных механизмов П.Л.Чебышева. Движение всего отрезка по шагающей траектории, а не одной точки, дало возможность без малейших затруднений сместить эту траекторию вниз, ниже корпуса транспортного средства. Схема нового опорного кулачка показана на рисунке. Электродвигатель 775-й серии взят из шуруповёрта. В быту такие двигатели часто называют «Монстрами» [5]. Такое название становится понятным, если посмотреть видеоролик об этом двигателе и оценить его характеристики и форсирование в 70 раз [5]. Первые испытания сразу же показали, что техническое решение выбрано правильным [6]. На рисунке показан новый шагоход. Главная особенность нового шагохода заключается в опорных пассивных шатунах, которые на этой машине выполнены в форме прямоугольных пластин. Особый интерес представляет развитие системы управления шагоходом, вплоть до решения технической задачи поворота во время движения, которая до сих пор не решена. Но это в перспективе. Сформулированы основные выводы и определена перспектива работы. 1. Основу новой шагающей машины составляет пара лямбдаобразных механизмов, синхронизированная параллелограммом горизонтальных шатунов, в том числе пассивным. 2. Новый механизм позволил сместить шагающую траекторию ниже корпуса. 3. Создан, проверен, испытан, изучается действующий макет новой. 4. Сформулированы ближайшие задачи исследования: создание электронной схемы управления и электромеханической синхронизации для поворотов и уменьшения ударов. 5. Новый механизм требуется исследовать на возможность и целесообразность патентования с целью правовой защиты результатов интеллектуальной деятельности. Список литературы 1. Артоболевский И.И., Левитский Н.И. Механизмы П.Л.Чебышева / Научн. наследие П.Л.Чебышева. Вып. 2. Теория механизмов. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1945. – С.52-54. 2. Скворцова А.А. Механизм шагающей машины. Патент на изобретение RU № 2712370. Заявка № 2017138076. Приоритет изобретения 01 ноября 2017 г.: https://yandex.ru/patents/doc/RU2017138076A_201905... 3. Жукова В.С. Шагающее колесо. - Заявка на изобретение RU 201813609. Приоритет 09.10.2018. - Публ.: Бюллетень №10 от 09.04.2020. - Патент на изобретение RU 2734175. 4. Васильева А.А. Кулачковая опора для шагающего механизма П.Л.Чебышева. Научный руководитель Дроботов В.Б. / Гении Подмосковья: Сборник статей по материалам фестиваля науки 28 ноября 2020 г. - М.: Изд-во "Научный консультант", 2020. - С.19-27. 5. 775 Монстр двигатель. 17 декабря 2017 г. 6. Васильева А.А., Драцкая А.И. Новый шагоход. 12.04 апреля 2021 г. – Электронный ресурс (видеоролик 5:01): https://youtu.be/xuLo4lkvgRg