Мне очень интересна тема создания машин с высокой проходимостью. Такие машины могут оказаться необходимы для оказания помощи и спасения людей в трудной ситуации. Примером такой ситуации может послужить случай экстренного или аварийного приземления космического аппарата с космонавтами на борту. Иногда природа может разыграться так не на шутку, что при приземлении любого космического аппарата в болотных топях, во время пурги, когда каждая минута на счету, ибо от этого зависят жизни космонавтов, быстро прийти на помощь крайне затруднительно. Многие гусеничные вездеходы, судна на воздушных подушках и современные вертолёты оказываются бессильны в экстримальных погодных условиях. Тогда незаменимым помощником может оказаться шнеко-ротерный-снего-болото-ход, или шнекоход.
Помимо спасательных операций шнекоход может применяться геологами и нефтяниками, которые с его помощью могут осваивать труднодоступные районы нашей страны, хранящих в своих недрах запасы полезных ископаемых.
Поэтому понятно стремление изобретателей разработать конструкцию вездехода с двигателем, который обеспечивал бы самую высокую проходимость в любых погодных условиях. И такой двигатель существует – это шнековый или винтовой двигатель.
Что же представляет собой сам шнек? Внешне он напоминает винт в мясорубке: труба или баллон, на которую навито спиральное ребро. Вездеход оборудуется двумя или более шнеками. При вращении они отталкиваются от кашеобразной или жидкой субстанции, по которой движется вездеход, и продвигают его вперед.
Шнекоходу не страшно ничего! Даже в самые экстремальные погодные условия , там где будет вязнуть болотоход, а судно на воздушной подушке из-за неровностей рельефа не сможет продолжать движение, шнекоход будет медленно, но верно продираться вперёд не смотря ни на что. Кроме того, полые роторы-шнеки могут служить поплавками, превращая вездеход в плавающую амфибию.
2. История шнекохода.
У этого шнекового двигателя есть своя довольно долгая история. Его появление относят к 1900 г., когда русскому изобретателю Ф. Дергинту был выдан патент на сани, приводимые в движение шнеком.
Наиболее известным и эксплуатирующимся по сей день шнекоходом является советский шнекоход — ЗИЛ-2906. С 1980 по 1991 год на заводе имени Лихачева было построено 20 таких поисково-спасательных комплексов повышенной проходимости под названием «Синяя птица». Заказчиком «Синей птицы» выступило конструкторское бюро им. С.П.Королева, которое занималось разработкой советских космических кораблей. Основным назначением комплекса было спасение космонавтов после приземления. В состав комплекса входили пассажирский автомобиль ЗиЛ-49061, грузовой вездеход ЗиЛ-4906 и собственно снегоболотоход-шнекоход. Последний помещался в кузов грузовика и выгружался в случае необходимости.
К сожалению, помимо неоспоримых преимуществ, у шнекохода есть единственный но очень существенный недостаток — это полная неспособность шнекохода передвигаться по хотя бы чуть-чуть твердой поверхности. Как только шнек «чувствует» землю, машину начинает сносить в сторону и трясти. Именно по этой причине шнекоходы так и не получили широкого распространения.
3. Цель
Целью данной работы является постройка и испытание вездехода-шнекохода с дистанционным управлением. Мне хочется построить действующую модель шнекохода и проверить на практике его сильные и слабые стороны.
4. Описание модели шнекохода.
Рассмотрим чертёж будущего шнекохода. Основа конструкции это два шнека – газового баллона с навитыми ребрами, которые вращаются одновременно. При вращении валов шнекоходу передаётся поступательное движение вперёд или назад, в зависимости от направления вращения валов.
5. Технология изготовления шнекохода.
Операции:
1. Подготовка чертежей деталей шнекохода.
2. Изготовление деталей.
3. Сборка корпуса и шнеков.
4. Подготовка электрической схемы управления шнекохожом.
5. Покраска.
Корпус и кабина шнекохода сделаны из трёхслойной фанеры. Детали выпиливались лобзиком и обрабатывались наждачной бумагой (шкуркой). Между собой детали склеены термоклеем, при помощи термопистолета.
Стойки для крепления шнеков и моторов к корпусу тоже выпилены из фанеры и крепятся к корпусу при помощи отрезков алюминиевого профиля квадратного сечения.
Крепление несъемных деталей выполнялось при помощи вытяжных заклёпок. Детали, которые необходимо снимать крепились при помощи винтов с гайками.
Шнеки модели изготовлены из аэрозольного баллончика от освежителя воздуха. После того как из баллона был выпущен весь газ, в нем были просверлены два отверстия, через которые закреплена ось вращения баллонов – металлическая шпилька диаметром 4 мм.
Главная часть шнека — винтовая спираль сделана из медного изолированного провода. Сначала провод изгибался в виде пружины. Затем полученная спираль закреплялась на поверхности баллонов при помощи суперклея. Для закрепления концов спирали на баллоне просверлены два отверстия: одно в передней части, а другое в задней. В эти отверстия вставлены и заклеены концы спирали.
Всего было сделано две пары шнеков, с одной и двумя спиралями. На шнеках использовалась проволока различного сечения.
Чтобы повысить эффективность поисково-спасательных операция я предлагаю реализовать и использовать:
Высокотехнологичный современный дрон-квадрокоптер с помощью которого в более-менее лётную погоду можно будет просмотреть всю местность поблизости. Стоять дрон будет на специальной платформе располагающейся на кабине шнекохода. Главный недостаток дронов это ограниченное время полёта которое определяется ёмкостью батареи.
В следствии чего был придуман второй способ сканирования местности при помощи шара наполненного гелием с прикреплёнными к нему камерой и поисковой антеной. Шар с гелием это более простой, надёжный вариант постоянного сканирования местности. Такой шар позволит держать поисковую антенну на нужной высоте постоянно. Для чего? Камера, работающая на высоте делает поиск более эффективным так как рельеф местности не мешает ей сканировать большие площади. Это будет значительно расширять зону поиска.
По сравнению с дроном шар может использоваться на протяжении большого количества времени и не зависит от погодных условий. Не наполненный шар в сложенном виде размещён в специальном контейнере. При использовании контейнер будет открываться, а шар наполняться гелием и подниматься в воздух на заданную высоту, которая будет определяться длиной каната. Шар всегда остаётся привязанным к вездеходу при помощи каната намотанного на лебёдку. При запуске канат сматывается с электрической лебёдки и шар поднимается на заданную высоту.
6. Электрооборудование шнекохода.
Самая главная часть шнекохода это электродвигатель с мощным металлическим редуктором. Этот металлический редуктор был заказан в интернет-магазине. Напряжение питания электро-двигателя составляет 6 В, скорость вращения эл. двигателя несколько тысяч оборотов в минуту. Вращение от вала двигателя поступает на редуктор, который замедляет скорость, но увеличивает силу вращения. Выходной вал редуктора вращается с частотой 90 оборотов в минуту.
Питание шнекохода осуществляется от литий-полимерного аккумулятора напряжением 12 В, который находится в дистанционном пульте управления.
Для подключения аккумулятора используется стандартный переключатель – тумблер.
В цепи аккумулятора установлен предохранитель, который защищает аккумулятор и провода от перегрева в случае короткого замыкания.
В качестве фар шнекохода используются светодиоды. Передние фары зажигаются при движении вперёд, а задние стоп-сигналы при движении назад.
Управление движением шнекохода осуществляется при помощи четырёх кнопок, установленных на пульте дистанционного управления. Две кнопки служат для управления левым шнеком и две для управления правым. Принцип управления шнекоходом напоминает управление гусеничным трактором. Только имеется одна особенность. Повороты надо осуществлять путём останова одного из шнеков. Если подать команду на движение левого и правого шнеков в разные стороны то вместо разворота шнекоход начинает двигаться вбок, получается эффект параллельной парковки. Две кнопки для подачи команды на движение «вперёд» или «назад». И две
Схема, по которой осуществляется пуск двигателя в одну или в другую сторону называется схема реверса. Схема реверса электродвигателя приведена в Приложении 1.
Всё электрооборудование устанавливается в корпус шнекохода и пульт управления.
7. Технологическая карта изготовления изделия.
Технологическая карта изготовления шнекохода представлена в проектной папке.
8. Требования охраны труда и техника безопасности.
1.При пилении древесины:
— пользуйся упорами и направителями;
— не держи левую руку близко к полотну пилы;
— не сдувай опилки, сметай их щеткой-сметкой.
2.При зачистке древесины:
— надежно закрепляй заготовку;
— не сдувай отходы зачистки, сметай их щеткой;
— не проверяй качество защищенной поверхности.
3.При сверлении:
— правильно установи сверло;
— надежно закрепи деталь;
— плавно и равномерно подавай сверло;
— заканчивая сверление, ослабляй нажим на сверло.
4.При выполнении сборочных работ:
— используй инструменты по назначению;
— не клади в карманы острые предметы;
— гвозди, шурупы должны находиться в отведенном для них месте.
5.Особая осторожность при работе с электроинструментами:
— проверяй состояние изоляции токопроводящих частей;
— по окончании работы не забывай выключить электроприбор из розетки.
9. Экономические расчёты.
C=M+T+Э+A
Где: С – себестоимость изделия
М – материальные затраты
Э – энергозатраты
А – амортизация оборудования
Т – трудозатраты
Рассчитаем себестоимость шнекохода.
Материальные затраты на изготовление шнекохода:
№ Оборудование Кол-во,
(шт.) Цена, (руб.)
1 Электродвигатель с редуктором 2 500*2
3 Аккумулятор 2 500+300
4 Кнопки 4 50*4
5 Тумблер 1 70
6 Светодиод 3 30*3
7 Фанера трёхслойная 3 мм (100х100 см) 1 200
8 Алюминиевый профиль 10х10 мм (длина 0,5 м) 1 200
9 Провода, припой, болты, гайки, клей, краска. — 200
Итого 2760
Трудозатраты по изготовлению шнекохода:
— изготовление модели, чертежи: 3 часа х 3 дня= 9 ч.;
— сборка: 2 часа х 3 дней= 6 ч.;
— наладка, настройка: 2 часа х 1 день= 2ч.;
ИТОГО ШНЕКОХОД: 17 часов.
Амортизации оборудования нет, т.к. все оборудование и инструменты стоимостью менее 10000 руб.
Сводная таблица себестоимости шнекохода:
Материалы Кол-во Цена Стоимость (руб)
Комплектующие 1 комплект 2760 2760
Работа Время Цена Стоимость (руб)
Освещение 1кВт 17 часов 8,05 руб/кВт*ч 136,85
Трудозатраты 17 часов 14000 руб/мес (87,5 руб/час) 1487,5
Амортизация оборудования 0 0
Итого 4385
Итого: себестоимость шнекохода = 4385 руб
10. Экологическое обоснование.
Построенный прототип шнекохода является экологичной моделью из-за следующих характеристик:
— Материалы, из которых изготовлена модель, являются экологичными и почти не наносят вреда окружающей среде.
— Экологичность применяемых электродвигателей (по отношению к двигателям внутреннего сгорания).
— Функционирование шнекохода не наносит ощутимого вреда окружающей среде.
11. Проведение испытаний шнекохода.
Испытания шнекохода прошли успешно. Модель показала уверенное движение по самым труднопроходимым поверхностям, по песку и по грязи.
В тоже время, действительно, на твёрдой поверхности шнекоход передвигается нестабильно.
12. Выводы
Постройка и испытание действующей модели шнекохода прошли успешно.
Модель показала очень хорошую проходимость и подтвердила, что шнеки могут успешно использоваться в реальной жизни.
Главный вывод моей работы в том, что идея использования шнекового двигателя не должна забываться. Учёные и изобретатели должны продолжать использовать данный принцип движения используя новые технические решения и новые материалы.
13. Используемая литература
1. Архивные номера журнала «Юный Техник»;
2. Ермаков А. М. «Простейшие авиамодели: Кн. для учащихся 5-8 кл. сред.шк.», издание 2, Издательство: Просвещение, 1989 г.
3. Проспекты и инструкции фирм: HobbyKing и Turnigy., доступны на сайте http://www.parkflyer.ru.