Техника - молодёжи 1969-11, страница 10

Я*

колесного транспорта). Огромную роль играет и то, что центр тяжести машины на горизонтальном участке колеи все время остается на одной высоте.

Иное дело — животные. При ходьбе или беге центр тяжести тела колеблется вверх-вниз. Много энергии тратится на подъем корпуса и на торможение его при опускании. Поэтому коэффициент г\ у живых существ обычно больше, чем у автомашины.

Нельзя ли избавиться от недостатков «живой» походки у искусственных ша-гоходов?

Первым над этим задумался русский математик П. Чебышев. Он сконструировал «стопоходящую» машину, представляющую собой комбинацию четырех лямбдообразных механизмов (рис. 1). Пока башмак опирается о грунт, корпус машины равномерно по горизонтальной прямой продвигается вперед. Оторвавшись от земли, башмак описывает в воздухе кривую, напоминающую траекторию стопы пешехода. П. Чебышев стал

родоначальником целого направления в конструировании шагоходов — траек-торного синтеза. Последователи ученого стараются, чтобы лапы машин копировали движения наших ног. Некоторые изобретатели используют тот или иной готовый механический преобразователь— инверсор; другие — сначала выбирают оптимальную, по их мнению, кривую и потом синтезируют механизм, воспроизводящий ее. Например, американский ученый Дж. Шигли считает наилучшей траекторией башмака «овал» из двух полуокружностей и двух прямых. Именно по такой замкнутой кривой движется опорная точка его пантографа (рис. 2).

К сожалению, у «траекторных» шагоходов больше недостатков, чем преимуществ. Эти механизмы чрезвычайно громоздки, их кинематическая схема слишком сложна и ненадежна, они очень плохо приспосабливаются к непрерывно меняющимся условиям дороги.

Мы, когда нужно, легко изменяем свою походку: сбавляем или прибавляем шаг, выше или ниже поднимаем ноги, ступаем на носок или на пятку. Считая «камнем преткновения» именно эту удивительную способность, конструкторы, приверженцы моделирующего синтеза, старательно воспроизводят механику человеческой ноги или лап иных животных. Действительно, их механизмы тоньше «чувствуют» дорогу. Но вот энергетически они крайне невыгодны. Траектория башмака далека, как правило, от оптимальной. Ради пущей простоты изобретатели заведомо лишь частично копируют живую природу. Посмотрите на рисунок 3. На нем изображен шагоход итальянца С. Муратори. Разве похожи неуклюжие качающиеся телескопические трубы на ноги человека? Весьма отдаленно. Подобные «урезанные» модели никакого практического значения не имеют.

И уж никак нельзя отнести к шаго-ходам «шагающий экскаватор». По бо-

кам этой машины — лапы (лыжи). Эксцентриковый механизм или система гидроцилиндров продвигает их вперед. Лапы упираются в землю и слегка приподнимают корпус. Для устойчивости кормовая часть днища в этот момент опирается о землю. Другая гидросистема подтягивает махину к лапам. Затем цикл повторяется.

Очень неэкономный способ, ибо приходится поднимать весь экскаватор. Да и по типу передвижения это не ходьба, а ползание: так перемещается крокодил, так крадутся по-пластунски. А ползание может пригодиться разве только для тихоходных систем.

Поиск рациональной конструкции стоит вести, по-видимому, одновременно в двух направлениях — траекторного и моделирующего синтеза.

При равномерном движении башмака по оптимальной траектории другие звенья механизма дергаются, порождая значительные инерционные силы. Если слегка отойти от «оптимума», чуть-чуть изменить кривую опоры, можно существенно смягчить нежелательные рывки всех

СКОНСТРУИРОВАННЫЕ

ПОЛЗАТЬ

И. ВЕСНИН, кандидат технических наук

Отличительная особенность колесных, гусеничных н шагающих машин — движитель, механизм довольно сложный и капризный, дорогой и ненадежный, работающий в самых тяжелых условиях. Он в большей или меньшей степени разрушает грунт, и именно это обстоятельство ограничивает развитие бездорожного транспорта. Так нельзя ли вообще обойтись без движителей, решительно и определенно отказаться от всего, что оставляет за собой губительные следы? Нельзя ли попытаться создать транспорт

бев колес, бев гусениц» бев «йог»?

В поисках ответа обратимся к опыту Природы. Она подсказывает несколько таких способов движения. Взять хотя бы ползание и пресмыкание. Змеи. Они неплохо «внают» механику грунтов: угол между телом гада (извивающимся по синусоиде) И направлением движения никогда не превосходит угла внутреннего трения песка или глины, дерна или мокрой от дождя земли. Пресмыкание — передвижение посредством вертикальных колебаний тела — присуще гусеницам и червям. Оба способа движения основаны на использовании следующих друг за другом импульсов — вибраций — раз

личной продолжительности (частоты) и интенсивности (амплитуды).

Под воздействием чередующихся импульсов в грунтах происходят так называемые вибровязкне изменения свойств. Если, получив от вибратора ускорение, кусочек почвы может сместиться на расстояние большее, чем его размер, — грунт «потечет», если же нет — то уплотнится. Эту истину хорошо усвоила обитающая в среднеазиатских пустынях ящерица песчанка (иногда ее называют круглоголовкой). Внимание, опасность! Тело ящерицы начинает вибрировать, и через несколько секунд она погружается в песок, как в воду. Круглоголовка надежно спряталась. Исследования показали, что частоты и амплитуды вибраций тела ящерицы точно соответствуют свойствам именно данной разновидности песка.

Вибровязкие изменения грунтов широко используются в технике при строительстве насыпей для дорог, земляных плотин, при бетонировании, при забивании свай, шпунтов. Многие, вероятно, видели, как работает самоходная вибромашина, и многих озадачивал вопрос: как же так, колес, гусениц или ног нет, а конструкция движется?

«Сердце» такой машины — вибратор — механизм, сообщающий жесткому основанию периодические импульсы, направленные под углом к горизонту в направлении движения. Под влиянием этих импульсов машина слегка подпрыгивает и немного продвигается вперед. Затем она падает вниз и своим весом (а вернее — энергией удара) уплотняет бетон. Цикл повторяется. При достаточно большой частоте и незначительных амплитудах создается впечатление непрерывного движения, отдельные толчки незаметны.

Нельзя ли применить такие устройства, как транспорт? Были проведены соответствующее опыты, и оказалось: вибромашина не имеет себе равных. При собственном весе свыше двух тонн и с двигателем всего в 14 л. с. (мощность мотоциклет-

в