Юный техник, 2006 № 08

Самое интересное, что при этом наиболее выгодно, если ветер будет дуть паруснику строго поперек его курса. При той же скорости масса парусного вооружения может быть в 5 раз меньше, чем обычно, и управлять судном становится намного легче.

«Более того, продувки в аэродинамической трубе показали, что движущую силу можно увеличить вдвое, если накрыть цилиндр сверху диском в виде «летающей тарелки», — поясняет Ю.Л. Сидорюк. Ну, а если и боковинам самого цилиндра придать особую, рассчитанную мной форму, то КПД системы увеличится еще в несколько раз»…

Так что, как видите, багаж идей у бывших юных техников богатый.

Станислав ЗИГУНЕНКО

Интеллект на производстве

Этот научно-исследовательский труд представил нам 11-классник из лицея с углубленным изучением математики и физики г. Орехова Зуева Андрей ТЮЧКОВ. Вообще-то он хотел, чтобы мы напечатали саму работу. Однако его довольно-таки объемистое исследование изобилует таким количеством таблиц, схем и формул, что мы договорились с автором: лучше он сам расскажет в популярной форме, в чем здесь суть. И вот что получилось.

Пожалуй, все началось с того, что два года назад 14-летний Андрей летом пошел работать на местный завод «Респиратор» помощником лекальщика. Это дало ему возможность ознакомиться с современным промышленным производством. И свежим взглядом увидел, что «все станочное оборудование можно разбить на две большие группы — обычные станки (токарные, фрезерные, сверлильные и т. д.) и так называемые обрабатывающие центры с числовым программным управлением».

В последнем случае станок представляет собой многопрофильный агрегат, состоящий из специализированных блоков-модулей, рассказывал Андрей. Один модуль оснащен сверлами, другой — фрезами, третий — резцами. И по заранее заданной программе в дело вступает тот или иной модуль, обеспечивая на одном станке комплексную обработку детали. Причем тот или иной модуль всегда можно дооснастить тем или иным специализированным инструментом, разработать для него соответствующую программу обработки детали. В общем, получается очень удобно: не случайно обрабатывающие центры позволяют в 3–4 раза повысить производительность труда рабочего, которого в данном случае, наверное, правильнее будет назвать уже не станочником, а оператором обрабатывающего центра.

Поразмыслив, Андрей Тючков пришел также к выводу, что модульную систему построения можно применить и ко всему производству в целом, начиная, скажем, с конвейера и кончая какими-то отдельными технологическими операциями.

И тут нам, наверное, придется на некоторое время прервать повествование, чтобы пояснить, как это Андрей до всего этого додумался и почему его вообще интересуют подобные темы. Все оказалось довольно просто.

Во-первых, Андрею, по его собственному признанию, очень нравится информатика. Заслуга в том, наверное, прежде всего отца Андрея. Тючков-старший долгое время преподавал информатику в учебных заведениях Орехова-Зуева; от него Андрей и перенял навыки общения с компьютерной техникой. Составление же компьютерных программ приводит в порядок мозги, заставляет смотреть на мир, так сказать, системно.

Схема обычного токарного резца, с которого Андрей начал свое исследование:

_{1 — передняя поверхность; 2 — главная режущая кромка; 3 — вспомогательная режущая кромка; 4 — вершина резца; 5 — главная задняя поверхность; 6 — вспомогательная задняя поверхность; 7 — вспомогательная часть.}

Во-вторых, Андрею с малых лет просто правится решать разного рода задачи, разгадывать логические ребусы. Не случайно он постоянный участник разного рода олимпиад. А на последней декаде науки Орехова-Зуева занял второе место среди участников физико-математической олимпиады. Поэтому когда к ним в лицей заглянул Алексей Владиславович Щедрин, доцент Электростальского политехнического института и один из кураторов программы «Шаг в будущее», проводящейся под эгидой МГТУ имени Н.Э. Баумана, — он искал кандидатов для участия в очередной, 9-й по счету, конференции молодых исследователей, — ему среди прочих назвали и фамилию Андрея.

Принцип тепловой трубы применительно к резцу позволяет эффективно отводить тепло за счет изменения агрегатного состояния вещества (жидкость — пар — конденсат).

Так они познакомились — учитель и ученик. И дальше стали работать вместе. После ряда совместных обсуждений родилась тема будущей работы. Называется она по-научному строго — «Использование физических принципов для системного решения технологических задач» — и показывает, как мы уже сказали в самом начале, каким образом следует научно подходить к решению подобных проблем. Проиллюстрированы же смысл и выгода такого подхода на примере всем известного традиционного инструмента — токарного резца.

«Инструмент этот используется в машиностроении уже несколько столетий, продолжал свой рассказ Андрей. — И, казалось бы, все, что можно изобрести по этой части, уже придумано. Но при внимательном рассмотрении проблемы оказалось, что это не совсем так.

Прежде всего, отсутствует как раз системный подход — почему при изготовлении данной детали нужно использовать именно данный резец, а не другой, почему применяется охлаждающая жидкость такого состава, а не другого…»

Андрей попытался собрать вместе все известные ему новшества и разложить их, так сказать, по полочкам. В итоге получилось примерно следующее.

При точении резцом, как известно, происходит сильный разогрев его рабочей части, что сказывается и на долговечности инструмента, и на точности выполняемой работы. С такой бедой борются разными средствами и методами: ставят на резец твердосплавные, а то и керамические накладки, вводят воздушное и жидкостное охлаждение. Андрей предлагает не забывать и о так называемых чашечных резцах, рабочая часть которых представляет собой диск-чашку (см. рис.). При работе этот диск вращается, и в дело вступают все новые фрагменты резца; он не так быстро изнашивается и нагревается.

Так работает чашечный самовращающийся резец.

«Очень часто заготовку и резец во время работы поливают смазывающе-охлаждающей жидкостью (СОЖ), — поясняет Андрей в своей работе. — Если в качестве СОЖ использовать раствор медного купороса, то слой меди будет осаждаться на рабочих гранях резца и, как металлическая смазка, будет уменьшать трение резца о заготовку».

Далее в своей работе он также предлагает использовать другие технологические хитрости — металлокерамические державки, виброгасители, ребра жесткости, кинематическое дробление стружки.

А как и когда простой рабочий должен разбираться во всем этом, чтобы выбрать оптимальный режим решения задачи? До того ли ему в условиях реального производства? Андрей, оказывается, подумал и об этом. Все то, что изложено пока на бумаге, он собирается перенести на компьютерный диск, создав программу оптимального выбора технологии. Технологу или тому же рабочему будет достаточно ввести в персональный компьютер исходные данные; на дисплее тут же будет показан и оптимальный режим работы, и лучший инструмент для ее выполнения.

Точение в барокамере под статическим давлением СОЖ:

_{Р — статическое давление СОЖ; L — длина обработки; Sпп, Sпр— соответственно поперечная и продольная подачи резца.}

Более того, разработанный алгоритм системного анализа-синтеза может в перспективе стать основой соответствующих систем «искусственного интеллекта». Стало быть, производственникам вскоре и вообще ломать головы не придется — станки сами во всем разберутся и все сделают.

Подумал, кстати, Андрей Тючков и о собственных перспективах. Он договорился с руководством своего лицея, что компьютерная программа, представленная им, будет зачтена ему как реферат по информатике вместо выпускного экзамена.

Рисунки автора работы

КОЛЛЕКЦИЯ «ЮТ»

Редкий американский роман о полицейских и бандитах обходится без упоминания пистолета GLock, и неудивительно: он быстро завоевал любовь всех, кому приходится пользоваться оружием. Хотя справедливости ради нужно сказать, что он был разработан для австрийской армии в 1980 г. австрийским же конструктором Гастоном Глоком.

Сейчас GLock 17 состоит на вооружении армии и полиции Австрии, сил безопасности и полиции около 60 стран, в том числе США, Нидерландов, Норвегии и Швеции. Он легок и прост. Менее чем за одну минуту его можно полностью разобрать при помощи гвоздя.

Техническая характеристика:

Калибр… 9 мм

Емкость магазина… 17 патронов

Вес без магазина… 620 г

Вес заряженного пистолета… 370 г

Длина пистолета… 188 мм

Длина ствола… 114 мм

Начальная скорость пули… ок.350 м/с

Энергия пули… ок. 500 Дж

Метро — транспорт удобный, быстрый и вместительный. Но прокладка его линий обходится дорого, а расстояния между станциями обычно составляют километры. Так что наземный транспорт вполне может составить ему конкуренцию.

Понимая это, в Бразильском отделении компании Volvo разработали на базе хорошо известного в мире автобуса В12 модель, которая, возможно, побьет рекорд вместительности. Длина нового автобуса — трехзвенной «гармошки» составляет 26 м, а ехать в нем разом могут почти 300 пассажиров. Первый заказ на 30 сверхдлинных В12М корпорация Volvo уже получила от крупной бразильской компании общественного транспорта, имеющей автопарк из 4000 автобусов.

Техническая характеристика:

Длина… 26,80 м

Объем двигателя 12 000 см3

Количество цилиндров… 6

Мощность двигателя… 420 л.с.

Уровень выброса вредных веществ… Euro 3

Вес:

Двухсекционный вариант… 19 т

Трехсекционный вариант… 26 т

Количество пассажиров… до 270

ПОЛИГОН

Чем горячее, тем… прохладнее

Всем известно: для работы настольного вентилятора нужна электрическая сеть или хотя бы батарейка. Но не всегда.

Вентилятор, сделанный студентами технической школы японского инженера Койнш Хирата, о работах которого мы рассказывали в «ЮТ» № 4 за этот год, дает прохладу, получая энергию от свечи.

Инженер К.Хирата с супругой.

Устройство очень изящно с технической точки зрения и при этом отнюдь не бесполезно. Его можно взять в поход и поставить в палатке, использовать в доме на садовом участке, где нет электричества. Если еще учесть, что треть человечества сегодня живет при керосиновых лампах, то вентилятор, работающий от свечи, должен иметь громадный рынок сбыта.

Двигатель вентилятора состоит из двух цилиндров. Один из них, назовем его главным, представляет собою плоскую цилиндрическую коробку. Ее дно подогревается свечой, а верхняя крышка отдает тепло окружающему воздуху. Крышка и дно сделаны из металлов, хорошо проводящих тепло, например, из меди или латуни. Соединяющая их цилиндрическая стенка сделана, например, из материалов, плохо проводящих тепло, стекла или пластика.

На крышке смонтирован силовой цилиндр, поршень которого при помощи шатуна, соединен с одним из кривошипов коленчатого вала. Внутри коробки ходит вытеснитель из пенопласта. Его шток соединен со вторым кривошипом коленчатого вала. Оба эти кривошипа расположены под углом 90° друг к другу.

Вот как двигатель работает. Представим, что в первый момент поршень силового цилиндра находится в нижней мертвой точке (1). При этом вытеснитель, соединенный при помощи шатуна с другим кривошипом, окажется в среднем положении. Воздух под ним будет нагреваться и расширяться. Это заставит поршень силового цилиндра подниматься вверх, совершая работу (2). Вытеснитель при этом начнет двигаться к крайнему верхнему положению, и процесс нагревания пойдет еще быстрее.

Вскоре силовой поршень достигнет своей верхней мертвой точки (3). Вытеснитель при этом опять окажется в среднем положении. (Отметим, что на его движение почти не затрачивается работа, ведь воздух, благодаря зазору, свободно обтекает его кромки.)

Когда вытеснитель окажется внизу (4), начнется охлаждение воздуха через верхнюю крышку цилиндра. Давление уменьшится, и поршень начнет движение к нижней мертвой точке. И так без конца.

Устройство вентилятора:

_{1 — пропеллер; 2 — коленчатый вал; 3 — шатун вытеснителя; 4 — муфта; 5 — шатун; 6 — силовой цилиндр; 7 — втулка; 8 — вытеснитель}

Самая сложная часть двигателя — главный цилиндр из двух пластин, стянутых болтами с гайками, между которыми зажато пластиковое кольцо диаметром 120 мм. Его можно отрезать от бутылки из-под минеральной воды. Края кольца должны быть идеально ровными и параллельными друг другу, иначе вы не добьетесь герметичности цилиндра. (Для того чтобы аккуратно отрезать кольцо, лучше сделать простейшее приспособление для резки, показанное на рисунке.)

Нижняя и верхняя пластины — крышки главного цилиндра — лучше сделать из латуни или алюминия толщиною 1–2 мм. Применять сталь, особенно нержавеющую, из-за ее низкой теплопроводности не стоит.

Каждая крышка имеет шесть отверстий диаметром 3 мм для болтов, а верхняя — еще два дополнительных. Одно — для втулки, через которую должен проходить шток вытеснителя, другое — для установки силового цилиндра.

В качестве втулки штока цилиндра можно применить отрезок карандаша, из которого удален графитовый стержень. В качестве штока вытеснителя возьмите короткую вязальную спицу. Если ее диаметр окажется больше диаметра отверстия, сделайте из нее так называемое «пушечное сверло». Поставьте его в дрель и на малых оборотах рассверлите отверстие втулки. При аккуратном выполнении этой работы вы получите отверстие, в котором шток будет двигаться легко, но почти без зазора. В качестве смазки можно применить графит от карандаша.

Силовой цилиндр сделайте из куска латунной гильзы от патрона для охотничьего ружья. Если крышка латунная, то гильзу можно к ней припаять. Если алюминиевая — припаяйте к гильзе жестяной фланец и прикрутите к крышке винтами-саморезами.

Поршень лучше выточить на токарном станке, но, если станка нет, можно спаять его из жести. Для этого отрежьте полоску жести и несколько раз протяните ее вокруг гладкого стержня. В результате она приобретет упругость и способность сворачиваться в спираль.

Вставьте два куска такой спирали в гильзу и, постепенно выдвигая, пропаяйте в ней шов. К получившемуся цилиндрику припаяйте крышку, опилите, просверлите отверстие, и у вас получится поршень.

Вытеснитель вырежьте из пенопласта при помощи раскаленной нихромовой проволоки. (Нихром можно взять от старого паяльника.) Схема приспособления для изготовления вытеснителя показана на рисунке.