Творческий проект "Шагающий грузовик"

Комитет по образованию города Барнаула

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

дополнительного образования детей

«Барнаульская городская станция юных техников»

Творческий проект

«Шагающий грузовик»

                                                                    Авторы: Жабин Никита – 10 лет

                                                                              Чертенков Кирилл – 10 лет

                                                                  Руководитель: Пискун П. П.

Барнаул, 2014 год

Введение

В наши дни человек все стремительней проникает в самые глухие уголки земли, где не только нет никаких дорог, но и нога исследователя никогда не ступала. Как ни удивительно, за свою многовековую историю мы не успели освоить большую часть суши. А таит она в себе несметные богатства, которые природа скрывает в непроходимой тайге, в джунглях, неприступных скалах.

Но пробраться в большинство из таких районов но под силу ни одному из существующих вездеходов. И остается человеку полагаться на собственные ноги или на помощь древних четвероногих помощников — лошадей, верблюдов, быков. Где уж тут обычному колесу сравниться с живыми шагающими «механизмами»!

Однако не здесь ли таится ответ на вопрос о будущем вездеходного транспорта! Ведь заманчиво построить специальные шагающие автомобили-вездеходы, которые по проходимости могли соперничать с человеком или животным. Достаточно вспомнить хотя бы горного козла с его захватывающими дух прыжками над пропастью или «вездепролазность» какого-нибудь жучка. Вот бы научить этому и машину.

Фантазия! Нет. Реальные «ходячие» механизмы уже сегодня делают первые, пусть еще робкие, шаги.

Природа подсказала человеку многие гениальные изобретения. И лучшим пример — появление шагающих машин. Правда, изобретатели прошлого не продвинулись дальше проектов или примитивных моделей. Увы, таков был тогда уровень техники. Дело в том, что, помимо ходового аппарата, живые существа наделены еще и разумом, что и позволяет им легко проходить там, где вязнет машина, выбирать место, суча поставить ногу, соизмерять длину и высоту шага. Вот создание «разумных» механических копий животных или человека стало возможным только с появлением и развитием таких областей науки и техники, как бионика и электроника, кибернетика и гидравлика высоких давлений.

 В чём особенности и преимущества шагающих машин?

  В первую очередь это сам шагающий принцип перемещения. В отличие от колеса или гусеницы, ноги шагающей машины не перемещаются по грунту, а переносятся на новое место. Благодаря этому, машина почти не испытывает сопротивления среды при перемещении, что практически исключает пробуксовку на месте, и во многих случаях позволяет обойтись без грунтозацепов. Также шагающий принцип перемещения позволяет использовать очень широкие и длинные стопы, благодаря чему давление на грунт шагающей машины может быть существенно ниже, чем гусеничной или, тем более, колёсной. Шагающая машина способна «перешагивать» препятствия, что ещё больше повышает её проходимость. Травяной покров меньше страдает благодаря тому, что стопы «наступают» на грунт, а не накатываются на него. Наконец, шагающая машина способна оставлять не сплошную колею, а дискретную следовую дорожку, что существенно уменьшает эрозию почвы, практически исключая риск образования оврагов. Именно эти два фактора позволяют говорить о хороших экологических свойствах шагающего движителя. Следует отметить, что на практике указанные особенности конфликтуют друг с другом. Например, увеличивая стопы, приходится мириться с тем, что следовая дорожка сливается в сплошную колею, а если стремиться к сохранению больших расстояний между следами, то приходится уменьшать стопы и увеличивать тем самым давление на грунт. Поэтому для конкретных условий эксплуатации следует уделять большее внимание тому или иному фактору. Например, «Восьминог М» можно непосредственно в полевых условиях «переобуть», заменив большие лыжеобразные стопы маленькими копытообразными.

Недостатки шагающих машин

Но и живой шагающий «механизм» небезупречен с точки зрения требований современного транспорта. Экономичность его невысока, и особенно на повышенных скоростях. Достаточно вспомнить, что каждый шаг сопровождается ритмичными ускорениями, замедлениями и остановками ноги в момент соприкосновения ее с землей. Если у обычных транспортных средств при движении положение центра тяжести не изменяется, то у многих шагающих механизмов он с каждым шагом колеблется вверх-вниз, корпус движется с ускорениями и замедлениями, на что непроизводительно расходуется драгоценная энергия. Ну и, конечно, шагающие движители значительно сложнее и дороже простого колеса. Эти противоречия, их преодоление — тема разработок многих конструкторов.

Первый шагающий механизм

Первое в мире применение шагающего механизма на самоходном экипаже отнюдь не было связано с описанными его преимуществами. В 1824 году англичанин Давид Гордон построил трехколесный паровой дилижанс со специальными «ногами». Изобретатель почему-то не верил в возможности колесного движителя, поэтому и соорудил сложнейшую систему из шести «ног», с приводом от паровой машины. При поочередном соприкосновении с дорогой «ноги» отталкивались от нее, сообщая экипажу поступательное движение.

Пути развития шагающих машин

Долог и труден путь к шагающим автомобилям. Они развиваются по двум основным направлениям: комбинированные или переходные модели вездеходов, у которых используются только какие-либо элементы шагания, и чисто шагающие машины. Первая группа, по идее конструкторов, должна объединять в себе все лучшие качества и колесных, и гусеничных, и шагающих машин.

Шагоход по подобию живых «механизмов»

Конструкторы другого направления в развитии шагоходов — моделирующего — поставили перед собой более сложную задачу: создать шагающие машины по образу и подобию живых «механизмов», с полным повторением их механики. Однако с технической точки зрения они крайне неэкономичны, да и моделирование живых существ удается пока лишь частично. Например, у шагохода итальянца С. Муратори четыре «ноги» — это гидроцилиндры, являющиеся жалкой имитацией ноги животного, И в связи с этим такие механизмы пока не имеют практического значения и существуют лишь в виде моделей. Более или менее приемлемый шагающий аппарат в восемью поочередно работающими «ногами» построен в Калифорнии в ходе разработки проблем, связанных с поисками наиболее оптимальных конструкций новых вездеходных машин для передвижения по Луне. Он представляет собой своеобразное шагающее кресло для одного человека и уже нашел практическое применение в клиниках для больных детей. Аппарат обладает высокой маневренностью, неплохой скоростью, может взбираться по уступчатым препятствиям — например, по лестницам.

В наши дни

В наше время развитие получают комбинированные колесно-шагающие вездеходные автомобили, использующие пока лишь отдельные элементы шагания.

Взять, к примеру, модель американского вездехода «падди-вэгон». У него вместо каждого из четырех колес установлены три колесика небольшого диаметра, с шинами низкого давления, расположенные звездообразно на концах коротких рычагов, находящихся под углом 120° относительно друг друга и закрепленных на общей оси. Все двенадцать колес машины ведущие. При передвижении ее по шоссе положение этих колес фиксируется таким образом, что вездеход едет только на восьми колесах, расположенных в нижней части каждой звездочки. При переходе на пересеченную местность все звездочки вращаются свободно, и. в результате при встрече машины с препятствиями находящиеся на концах звездочек колеса как бы перешагивают через препятствия.

Сложности в управлении

И все же, несмотря на преимущества таких шагоходов, управление ими требует специальной тренировки и отнюдь не является легкой задачей для водителя. Здесь механизм лишь повторяет движения человека, иначе говоря, водитель несет на себе непосредственно все тяготы тяжелого пути. Недаром при использовании шагоходов на ровной дороге предполагается оснащать их автоматической системой движения без участия водителя.

И вот здесь-то перед учеными и инженерами многих областей науки и техники — электроники, кибернетики, механики, бионики и многих других — стоит сложнейшая задача создания автоматических «разумных» шагающих машин, способных полностью заменить человека и проникнуть в самые заповедные уголки нашей земли. Шагающие механизмы — огромное поле деятельности для самодеятельных конструкторов.  Может быть, именно за шагающими вездеходными автомобилям, будущее в освоении неисследованных земель нашей планеты.

Цель проекта: Создание модели шагающего автомобиля.

Задачи проекта:

- Изучение истории развития шагающих машин;

- Изучение различных вариантов развития в данной сфере;

- Выявление для себя самого оптимального варианта модели, с учетом минимизации затрат;

- Разработка эскиза модели;

- Изготовление модели;

- Оценка проделанной работы, через участие в технической выставке.

Наш выбор

Любопытный шагающий автомобиль построила одна немецкая фирма в конце прошлого века. Это был грузовик, медленно передвигавшийся на своих ногах-полозьях. Судьба этой машины неизвестна, однако в то время диковинка не имела никакой поддержки. Действительно, неповоротливый аппарат не только не мог передвигаться по бездорожью, но и по дорогам-то «ходил» с великим трудом. Однако в современных условиях, когда робототехника и другие технические науки очень быстро развиваются, вполне возможно, что уже в ближайшее время люди вернутся подобных аппаратов. Ведь если, применив новые технологии, люди смогут модернизировать подобные аппараты и устранить недостатки, то их можно будет использовать для доставки грузов в такие места, куда колёсная и гусеничная техника пройти не может. Поэтому мы решили изготовить подобный шагающий грузовик.  

Изготовление модели

Для того что бы минимизировать затраты на изготовление модели шагающего грузовика, мы решили использовать те материалы, которые уже имеются в наличии в нашем объединении.

Наша работа по созданию шагающей модели началась с того, что мы нашли сломанный механизм игрушки, который получилось отремонтировать на занятиях в объединении. Мы изготовили сломанные детали из пластика и проволоки и установили их. Механизм заработал. Затем мы изучили историю шагающих машин и решили изготовить модель шагающего грузовика.

Корпус, кабину и кузов мы изготовили из пластика. Сначала изготавливались отдельные детали корпуса, а затем они склеивались специальным клеем для пластика. Тоже самое с кабиной и кузовом. Размер кабины подбирался с учетом размещения в нем элемента питания. Ноги подбирались экспериментальным путём. Они изготавливались по шаблонам из пенополистерола.

После этого проводились предварительные испытания.

 (Видеоролик с испытаниями прилагается).

Затем мы решили установить на модель внешние световые приборы. Лампочки на фары и тумблер мы взяли с одной из наших сломанных машинок. Многоцветную лампочку для мигалки купили в магазине за 30 рублей. Также купили квадратную батарейку за 40 рублей.

После того как мы припаяли провода и собрали цепь, при включении, грузовик идёт и у него горят фары и мигалка на крыше моргает разными цветами.

Затем следовала многослойная покраска модели красками на водной основе и декоративная отделка с использованием самоклеющейся бумаги.

  После этого проводились заключительное испытание.

 (Видеоролик с испытаниями прилагается).

Заключение

С учетом того, что все необходимые материалы имелись в объединении, модель обошлась нам в 70 рублей. Нам кажется, что несмотря на небольшие затраты наша модель шагающего грузовика выглядит очень эффектно. Мы верим, что всё-таки в будущем по земле будут передвигаться шагающие машины и возможно даже без водителей. Лично мы продолжим работу в данном направлении и постараемся создать более сложную и практичную шагающую модель.

Тумблер для включения модели находится снизу на корпусе.