Текст книги "Юный техник, 2006 № 09"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 4 страниц)

ПОЛИГОН
Мотор под башмаком

Каждому, кто успел хоть немного покататься на роликовых коньках, приходит в голову идея поставить на них мотор. Тем не менее изобретателей, работающих в этом направлении, очень немного, в XX веке их было всего… 7 человек.

Первым оказался голландец Макс Соблик. В 1901 году он получил в Германии первый патент на роликовые коньки с пневматическим двигателем. К сожалению, автор не сообщал, откуда взять для них сжатый воздух.

В 1924 году Ганс Гебхард из Мюнхена запатентовал, а затем изготовил коньки с бензиновым мотором. Мотор соединялся с колесами цепной передачей. Для охлаждения служил бачок с водой. О результатах их испытаний нам ничего не известно, но мы можем о них поразмышлять. Прежде всего, отметим, что условия работы всех элементов роликовых коньков весьма тяжелы. Вызвано это тем, что диаметр роликов невелик, а дорожное покрытие всегда имеет выбоины и шероховатости, сравнимые с ним по размерам. Поэтому качение ролика напоминает езду по булыжной мостовой. Ролики испытывают сильные удары как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. К ним добавляются удары от неизбежных при езде на коньках всякого рода прыжков и падений. Возникающие при этом ускорения намного превышают те, что появляются при самых крутых виражах самолета-истребителя.

Вот почему производство надежных роликовых коньков освоили лишь немногие предприятия, являющиеся филиалами аэрокосмических фирм. Все сказанное относится, прежде всего, к роликовым конькам обычного типа. Если же на них появится двигатель, то возникнут трудности особого рода. И здесь уместно вспомнить самолетный опыт.

Однажды во время войны на истребитель С.А. Лавочкина поставили 45-мм пушку. Ожидалось, что с ней самолет сможет крушить броню любых танков. Получалось прямо-таки сверхоружие, но надежды не оправдались. Как только пушка начинала стрелять, боковые удары, вызванные силой ее отдачи, тормозили движение поршней и двигатель самолета останавливался… Аналогичный эффект должен бы возникнуть и на коньках Ганса Гебхарда.

Кроме того, колеса коньков при движении по неровностям получают продольные удары, которые мгновенно то увеличивают, то уменьшают скорость их вращения. При жесткой связи вала двигателя с колесом эти ударные изменения скорости вращения могут разрушить кривошипно-шатунный механизм.

Получилось так, что после патента Ганса Гебхарда, относящегося к 1924 году, следующий патент США под № 4508187 на роликовые коньки с мотором был выдан лишь в 1985 году инженеру Виллиаму Венселу из Калифорнии.

Венсел предложил роликовые коньки с приводом от бензинового мотора, расположенного у человека за спиной. Мощность двигателя передается на переднее колесо при помощи гибкого вала (рис. 1).

Такая схема, по сравнению со схемой Гебхарда, имеет большие преимущества. Двигатель полностью защищен от дорожной тряски. Габариты его не столь ограничены, как при установке непосредственно на коньке. Поэтому В. Венсел применил бензиновый мотор с вентилятором, аналогичный тому, что применяется на газонокосилках. От ударных изменений скорости вращения колес двигатель спасает гибкий вал. ( Гибкий вал, напомним, представляет собой особым образом свитый из стальной проволоки трос, вложенный в гибкую оболочку. Трос передает крутящий момент, а оболочка защищает его от контакта с окружающими предметами и предотвращает перекручивание. Не будь ее, трос при малейшей нагрузке завязался бы узлом.)

Трос гибкого вала упруг и эластичен. Поэтому он не пропускает на вал двигателя силы ударного скручивания, но и сам нуждается в защите от нее. Вот как изобретатель решил эту проблему.

На рисунке 2 вы видите узел соединения гибкого вала с колесом конька. Он состоит из пары конических шестерен. Диаметр шестерни, сидящей на гибком валу, в 2–3 раза меньше, чем у шестерни на колесе.

Получается замедляющая передача. Она позволяет применить тонкий гибкий вал, вращающийся с большой скоростью. Между гибким валом и малой шестерней расположена пружинная муфта, гасящая крутильные колебания, способные передаться на вал. Подобная муфта расположена между большой шестерней и колесом. Она защищает уже сами шестерни от ударно-крутильных колебаний, поступающих с колес.

Вы видите, как солидно, прочно, с применением толстых стальных раскосов выполнен сам узел гибкого вала (рис. 3).

Однако закреплять его неподвижно изобретатель не счел нужным, ибо тогда на нем при малейшем толчке возникали ли бы значительные ломающие усилия. Виллиам Венсел избежал их, позволив узлу гибкого вала в небольших пределах поворачиваться относительно вертикальной и горизонтальной осей. Ради этого колесо конька он соединил с пружинной муфтой при помощи еще одной гибкой резиновой муфты, допускающей значительные изгибы оси вращения.

В начале 80-х годов в популярных журналах появлялась фотография американского инженера, разъезжающего по территории завода на роликовых коньках с мотором. Весьма вероятно, что это и был сам Виллиам Венсел.

На фотографии было видно, что с мотором соединены два конька. В таком случае при поворотах колеса коньков должны были бы вращаться с разной угловой скоростью, как это происходит при повороте автомобиля. Очевидно, что здесь, как и в автомобиле, пришлось применить дифференциал.

Несколько слов о возможности самостоятельного изготовления подобных коньков на основе готовых коньков с четырьмя роликами. Для движения человека к ним вполне достаточно подвести мощность около 200 Вт. Ее можно взять от мотора старой газонокосилки или бензопилы.

В качестве гибкого вала вполне пригодны валы от имеющихся в продаже шлифовальных машин. Их применяют слесари по штампам и зубные техники. Узел передачи мощности от вала к колесу содержит две конические шестерни. Их вы найдете в любой старой дрели. Останется лишь самостоятельно изготовить корпус узла, а также две пружинные и одну резиновую муфты.

В нашей стране единственным человеком, работавшим над коньками с мотором, был профессор электротехник Г. Бабат. В середине 30-х годов он предложил роликовые коньки с электромотором, получавшим энергию от проложенного под асфальтом провода, питаемого токами высокой частоты.

Провод подобно виткам первичной обмотки трансформатора создает электромагнитное поле. Его принимает вторичная обмотка, расположенная на коньках. Получается электрический ток, который после выпрямления при помощи диода приводил в действие электромотор.

Бабат построил и испытал тележку, работающую на таком принципе. Ходовые качества она имела великолепные, но потери при передаче энергии токами высокой частоты достигали 80 %. Кроме того, выяснилось, что высокочастотное электромагнитное поле небезопасно для человека, и работы в этой области были прекращены.

Профессор Бабат лишь ограничился сообщениями в печати, а патент на свое изобретение не оформлял. Однако идея электропривода коньков жива. В 1987 году во Франции, а годом позже в США патент на них получил Джим Баттл. Его коньки по сути миниатюрные автомобили. Каждый конек имеет независимую подвеску колес. Мощность к ним подается от электромотора с коробкой передач через дифференциал и шарниры. Одним словом, все как на автомобиле. Очевидно, и цена на такие коньки будет автомобильно-астрономическая.

Последним в XX веке был полученный в США в 1996 году патент японских изобретателей Садао Эндо, Юшито Токинаго и Казуо Сасаки. Они соединили колесо конька с электромотором (рис. 4) при помощи резинового пассика, а всю систему расположили на качающейся подвеске. Электромотору, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, вибрация и толчки не страшны. Коробка передач ему не нужна, поскольку электромотор, подобно паровой машине, сам изменяет крутящий момент в соответствии с дорожными условиями.

Получился универсальный приводной узел, который изобретатели предлагают ставить не только на коньки, но и на роликовые доски. Энергию для своей работы мотор получает от аккумуляторной батареи.

В одном из вариантов своего патента они предложили питание коньков от солнечных батарей, расположенных на одежде человека.

В 2003 году наконец появились экспериментальные образцы коньков с электромотором индийской фирмы «Аэроскэйт». В них мотор с угловой передачей укреплен позади ботинка.

И еще несколько слов о возможности самостоятельного изготовления. Привод, предложенный японскими изобретателями, на первый взгляд, предельно прост. Но он требует мотора с замедляющим редуктором внутри. Такие моторы можно взять из механической отвертки, но лучше достать отечественные моторы марки МУ-100, которые применяются в узлах промышленной автоматики. При наличии электромоторов изготовление коньков станет делом сравнительно несложным. В качестве источника энергии подойдут герметичные аккумуляторы для электроинструмента.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

* * *

_{Незнакомец, проникший в журнал, оказался одноклассником Васи и Пети Бобой Белоручкиным.}

_{– Знаете, ребята, я решил перейти в эту школу. Здесь приятная творческая атмосфера.}

* * *

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Сколько баллов в невидимом шторме?

Двадцать лет назад один из больших московских заводов получил задание скопировать зарубежную печь СВЧ. Вообще-то ничего особенного в этом устройстве нет. Печь по сути всего лишь металлический ящик с установленной внутри мощной генераторной лампой и кое-какая автоматика. Все это для завода было позавчерашнем днем, однако выполнить задание в срок не удалось.

Хотя печи сделали и выглядели они прекрасно, к тому же замечательно парили-жарили, их не приняли медики. Дело в том, что любые СВЧ-печи какую-то часть энергии должны пропускать наружу. Весь вопрос – сколько. Медики сочли тогда, что безопасный уровень СВЧ-излучения, принятый на Западе, слишком высок, и потребовали, чтобы излучение наших печей было в пятьдесят раз ниже.

Чтобы обеспечить столь низкий уровень излучения, конструкцию печи пришлось не копировать, а делать заново. В конце концов печи, отвечающие нашим стандартам, были изготовлены и запущены в производство.

Сейчас с излучением от СВЧ-печей все нормально, печи конструируют так, чтобы их излучение не превышало нормированный уровень, однако, как показывает практика, при интенсивном использовании и недостаточно внимательном уходе излучение печи может многократно возрастать из-за износа узлов крепления дверцы камеры или попадания жира на контур прилегания дверцы к корпусу. Еще опаснее неумелый ремонт печи. Поэтому уровень излучения необходимо время от времени контролировать. Для этого пригодно устройство, принципиальная схема которого приведена на рисунке 1.

Излучение печи наводит на выводах диода VD1 сигнал, который им же детектируется и по витому шнуру поступает на вход операционного усилителя DA1. Его выходной сигнал попадает на эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе VT1. При достаточной амплитуде сигнала загорается светодиодный индикатор HL1.

Устройство работает при нажатии на кнопку SB1. Если световой сигнал появляется при расстоянии 5… 10 см от печи, значит, она исправна. Свечение светодиода на значительно большем расстоянии свидетельствует о неисправности печи.

В контрольном устройстве можно использовать резисторы МЛТ-0,125, а на месте VD1 другие сместительные СВЧ-диоды, способные работать на частотах выше 1000 мегагерц. При этом для повышения чувствительности прибора целесообразно подобрать номинал резистора R1. Источником питания устройства может служить малогабаритная батарейка типа «Кроны».

* * *

_{– Ты человек с узкими интересами, – сказал Петя. – Быть радиолюбителем, торчать всю жизнь возле радиоприемников…}

_{– Радио – узкая специальность? А знаешь ли ты, что радиотехника сейчас всюду? В любой статье журнала я ее найду.}

_{– Спорим! Если ты окажешься прав, я тоже стану радиолюбителем.}

* * *

У устройства, изображенного на рисунке 2, своя, не менее важная функция.

Вы знаете, в недалеком прошлом тишину эфира нарушали лишь разряды молнии. Сейчас радиостанции, промышленные установки, линии электропередачи постоянно излучают в эфир свои сигналы. И хотя они не так опасны, как СВЧ-излучение, от неисправной микроволновки все же лучше, по возможности, держаться подальше.

Особенно важно знать электромагнитную обстановку при перемене места жительства, покупке новой квартиры. В таком случае полезно при помощи одного и того же прибора сравнить мощность радиоизлучений в том месте, где вы живете в данный момент, и там, где собираетесь жить.

В индикаторе электромагнитных полей приемником низкочастотных колебаний служит магнитная антенна WA1, представляющая собой многовитковую катушку L1 с коротким ферритовым стержнем внутри. Наводимый полем сигнал усиливается транзистором VT1 и подается далее на умножитель напряжения и выпрямитель, собранный на транзисторе VT2, диодах VD1, VD2 и конденсаторе С4. При достаточно сильном сигнале его постоянная составляющая, имеющая отрицательную полярность, отпирает транзистор VT2, заставляя светиться светодиоды HL1; это укажет, что прибор находится в зоне интенсивного электромагнитного излучения.

Проверить работу прибора можно, поднеся антенну WA1 к звучащему электромагнитному звонку телефона либо к включенной вибрационной электробритве на расстоянии порядка 10 см. Тот же сигнал индикатора, вызванный излучением, укажет на потенциальную опасность последнего. Направление на него можно определить, пользуясь свойством направленного приема антенны WA1. Ее катушка L1 должна содержать порядка 2000 витков провода ПЭЛШО-0,12, намотанных между картонными щечками, отстоящими друг от друга на 25 мм. Щечки приклеивают к трубке из плотной бумаги, внутрь которой вставлен стерженек из феррита 600 НН длиной 25 и диаметром 8 мм.

Для питания прибора можно использовать три последовательно включенных гальванических элемента типоразмера «ААА». Цоколевка (расположение выводов) упоминаемых в статье микросхемы и транзисторов приведена на рисунке 3.

Заметим, что выводы базы, коллектора и эмиттера у транзисторов серий КТ315 и КТ361 расположены одинаково, но они имеют разный тип проводимости ( n-p-nу КТ315 и p-n-pу КТ361); обозначение группы «Б» у серии КТ315 располагается сбоку широкой грани корпуса, а у КТ361 – посередине.

Ю. ПРОКОПЦЕВ

* * *

_{– Сдавайся! – торжествующе воскликнул Верхоглядкин на деревообделочном заводе. – Где радио?}

_{За Дотошкина ответил мастер завода:}

_{– Как же, мы сушим древесину с помощью радио! – И он показал ошеломленному Верхоглядкину простейшую схему высокочастотной электросушилки.}

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Кто первым придумал передавать электроток по проводам?

Виктор Самохвалов,

г. Смоленск

Говорят, первым случаем передачи электричества на расстояние считается эксперимент, проведенный в середине XVII века во Франции аббатом Жаном-Антуаном Нолле. По его указанию 200 монахов Картезианского монастыря взялись за руки, составив шеренгу длиной около мили. И когда аббат разрядил на первого в шеренге электрозаряд лейденской банки – первого в мире конденсатора, – самый сильный удар почувствовал последний монах.

В промышленности передачу электроэнергии по проводам начали осуществлять в 90-х годах XIX века. Сначала эксперименты велись с постоянным током, но потери при этом достигали 75 %. Так что пришлось перейти к току переменному. Уже первая линия электропередачи трехфазного переменного тока, начавшая действовать в 1891 году на территории США, позволила снизить потери до 25 %.

Насколько часто люди видят НЛО?

Аркадий Семенцов,

г. Воронеж

Это как кому повезет. В частности, говорят, что именно в Воронеже наблюдатели фиксируют «летающие тарелки» наиболее часто. Или, быть может, здесь живут люди с наиболее богатой фантазией?..

Ну, а если серьезно, то всемирно известный писатель-фантаст Артур Кларк утверждает, что видел НЛО за свою жизнь несколько десятков раз. Однако всякий раз, подумав, находил увиденному вполне прозаичное объяснение. По его словам, наиболее часто за НЛО люди принимают Венеру, пролетающие самолеты и спутники, редкие оптико-атмосферные явления…

«Представьте себе, что мог бы подумать человек, впервые увидевший радугу, – пишет он. – Геометрически правильная, разноцветная дуга наверняка должна была бы вызвать у него мысль об ее искусственном происхождении. Однако с раннего детства все мы видим радугу достаточно часто, знаем, как она получается, а потому и не выдвигаем подобных гипотез.

Аналогичные объяснения в подавляющем большинстве случаев можно найти и для других, более редких, атмосферных или иных явлений. Нужно только не лениться и подумать хорошенько. Пока мне это удавалось, а потому я и не верю ни в какие «летающие тарелки»…

Не знаете ли вы. что такое «буккроссинг»?

Наталья Смирнова,

г. Вышний Волочек

На Западе, прежде всего в США, этим термином обозначают новомодное веяние, главную идею которого можно, пожалуй, выразить так: «Прочитал книгу – передай другому».

Придумал его в 2001 году специалист по интернет-технологиям Рои Хорнбеккер. Когда количество книг в его доме перевалило разумные пределы, он взял несколько книг, наклеил на каждую бумажку с просьбой нашедшего книгу отметиться на его сайте и начал оставлять томики на скамейке в парке, в вагоне метро, на столике кафе.

Скоро его примеру последовали другие, и сейчас в мире насчитывается уже около полумиллиона буккроссеров в 130 странах мира. Есть такие и у нас. Так что при желании вы можете отметиться на сайте www.bookcrossing.ru, приклеить к обложке книжки бумажку-объяснялку и оставить томик в людном месте.

Интернет, впрочем, предоставляет еще одну возможность. Вы можете найти себе партнера и просто поменять нужную ему книжку на ту, что интересует вас. Самый же простой и полезный для общества в России способ избавиться от ставших ненужными вам книг – просто отнести их в ближайшую библиотеку, где у вас их примут с большой благодарностью.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Еще в XVIII веке даже короли могли с гордостью заявить, что мылись всего раз в жизни. Соответствующей была и обстановка на производстве. В цехах с земляными полами и черными от сажи потолками гулял ветер. На деталях будущих механизмов оседали пыль и песок.

Но в силу низкой точности изготовления грязь спокойно проходила в зазоры между зубцами шестерен, подшипниками и валами, нисколько не мешая их работе.

Эту «идиллию» нарушило появление механизмов, требующих высокой точности изготовления – паровых машин, автоматических ткацких станков, нарезных пушек и ружей. В грязи их детали не только изготовить, но даже проверить было невозможно. И с грязью стали бороться. Особенно в этом преуспела Германия. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на одежду немецкого инженера конца XIX века, проверяющего качество поверхности закаленной стали.

Но вот в 1951 году был изобретен транзистор, и стало ясно, что с прежними, даже самыми высокими, представлениями о чистоте на рабочем месте сделать его почти невозможно. Особенно мешала пыль.

Борьба с ней стоила дорого. Мало того, что каждый предмет, станок, инструмент, участвующий в производстве, подвергался очистке, приходилось создавать специальное производство для их очистки и производство для очистки этого производства. Поступающий в цех воздух тщательно фильтровали, а в производственное помещение входили через шлюзовые камеры, переодевшись в чистую, даже сверхчистую одежду. Лишь немногие страны смогли наладить у себя такие производственные комплексы.

С уменьшением размеров электронных компонентов требования к чистоте растут. Сегодня оборудование одного квадратного метра высокочистой поверхности установки для производства микропроцессоров стоит около 200 000 $.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Почему уголь горит жарче дров?

2. Какие системы для глубоководного робота рациональнее – гидравлические или пневматические? Почему?

3. Какие соображения определяют минимальную мощность мотора? Почему?

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 4 – 2006 г.

1. Пыль в космосе – это «строительный материал», оставшийся после образования небесных тел.

2. Звуки высокой частоты распространяются лучше, поскольку их меньше поглощает воздушная среда.

3. Электропроводность черной бумаге обеспечивают частицы сажи, содержащиеся в туши. Масляная краска после высыхания, напротив, становится изолятором.

* * *

Поздравляем с победой Василия МИЛИНАиз г. Ухты! Правильно ответив ка вопросы нашего традиционного конкурса, он стал обладателем приза «ЮТ» № 4 за 2006 г. – набора «Юный шпион».

* * *

_{А почему?Почему у березы листья осенью желтеют, а у осины краснеют? Что еще, кроме знаменитой Эйфелевой башни, построил французский инженер Эйфель? Какую тайну хранит озеро Кок-Коль в Казахстане? Когда и где вошли в обиход швейные иголки? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть в Италию, к подножию вулкана Везувий, который, по мнению ученых, вновь грозит извержением.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВШАВ 30-е годы прошлого столетия на Миусском авторемонтном заводе разработали модель пожарной машины ПМЗ-1, которая по своему оснащению превосходила все выпускаемые тогда образцы пожарной техники. Бумажный макет ПМЗ-1 вы сможете собрать по нашим разверткам для своего «Музея на столе».}

_{Любители электроники смогут собрать по нашим схемам миниатюрный FM-радиоприемник.}

_{Неутомимые самодельщики найдут описание лестницы-невидимки.}

_{Владимир Красноухов представит свои новые головоломки, а советы «Левши», как всегда, помогут в домашнем хозяйстве.}

* * *