ПОШЛО-ПОЕХАЛО!

ПОШЛО-ПОЕХАЛО!

В 1868 году Пафнутий Чебышев придумал плоский четырехзвенный шарнирный механизм, в котором вращательное движение одного звена обеспечивало перемещение некоторой точки другого звена по прямой линии без применения каких-либо направляющих устройств. Усовершенствовав это устройство, через 10 лет на Всемирной выставке в Париже им был продемонстрирован так называемый стопоход -первый в мире шагающий механизм. По сути, в нем четыре четырехзвенника объединены в одну схему, и четыре ноги, перемещаясь попарно и синхронно, обеспечивают движение машины.

В 2020 году Алексея Погодина из Подмосковья увлекли любопытные разработки великого русского математика, да и вообще тема шагающих машин показалась ему интересной. (Кстати, известны образцы, получившие, в отличие от экспериментальных, практическое применение: например, техника для заготовки леса с движителями в виде шарнирных ног-опор.) Встретившись с Алексеем, мы познакомились с его весьма неординарным транспортным средством, которое он сконструировал и воплотил в металле своими руками.

Как именно и почему ему пришла в голову мысль сотворить это чудо, Алексей ответить затрудняется. Наверное, можно было потратить время на что-то более полезное с практический точки зрения, но родилось вот это, и это здорово! Ну был бы еще один вездеход, мотоцикл или самолет – да мало ли что, тут же на свет появилась вещь совершенно уникальная!

Итак, герою нашего рассказа захотелось сделать повозку, приводимую в движение не колесом или гусеницей, а ногами. Впрочем, получился в итоге некий гибрид: сзади – колеса, а спереди -шагающий механизм. Именно он и тянет все устройство вперед. Или назад – в зависимости от того, в какую сторону крутишь педали. Вы уже догадались, наверное, привод тут педальный. В основе конструкции лежит обычный велосипед. Точнее, два велосипеда. Алексей приобрел пару совершенно идентичных детских моделей, взял в руки «болгарку»… Нет, сначала, конечно, была кропотливая работа мысли. Честно говоря, я до сих пор не пойму, как такое можно было придумать! Впрочем, труды упомянутого Чебышева, безусловно, содействовали успеху дела.

Имитирующая движение животного при ходьбе «стопоходящая машина» П.Л. Чебышева произвела фурор на Всемирной выставке в Париже в 1878 году
Имитирующая движение животного при ходьбе «стопоходящая машина» П.Л. Чебышева произвела фурор на Всемирной выставке в Париже в 1878 году

Прежде чем приступать к работе с металлом, была сделана небольшая модель шагающего механизма из тонких деревянных реек. Подгоняя их длину, меня точки шарнирного сочленения звеньев, определялась оптимальная траектория движения нижней части опорной рейки – ноги. Когда показалось, что все продумано более-менее верно, настало время попробовать сделать на основе макета натурный образец. С задней частью механизма все достаточно просто. От велосипедов были отпилены передние вилки, в верхней части они соединены поперечной балкой – получилась незамысловатая двухколесная опора, с колеей 800 мм. Затем к поперечине была приварена часть рамы одного из велосипедов с подседельной трубой.

На расстоянии 300 мм от последней приварена рулевая колонка – это узел сочленения двух частей машины: одна поворачивается относительно другой в горизонтальной плоскости, что обеспечивает поворот. Угол складывания небольшой и ограничен специальным рычагом, который, поворачиваясь вместе с передней рамой, упирается своим концом в ограничители на задней балке. Куда занимательнее передняя часть повозки, где, собственно, и смонтировано самое важное, поражающее воображение устройство – шагающий механизм.

Верхние качающиеся рычаги имеют одинаковую длину и единую опору для шарниров
Верхние качающиеся рычаги имеют одинаковую длину и единую опору для шарниров
Боковые рычаги одинарные, а средние сдвоенные, поскольку на их ноги нагрузка больше
Боковые рычаги одинарные, а средние сдвоенные, поскольку на их ноги нагрузка больше
Основа каждого шарнира - ось с подшипниками
Основа каждого шарнира – ось с подшипниками

Для привода его в действие, как замечено выше, служат педали. Каретка вместе с шатунами и педалями – все от того же велосипеда. Она расположена примерно посередине машины, чтобы, сидя на сиденье над задней осью, было удобно крутить педали. Цепная передача – прямая, то есть в качестве ведомой звездочки использована точно такая же, как и ведущая. Если бы передача была с повышением, то ноги машины шагали бы слишком резво – скорость получилась бы высокой, да и вообще неизвестно, поехала бы повозка. Ведомая звездочка, расположенная выше ведущей, вращается на самодельной оси в подшипниках. Можно было бы использовать обойму велосипедной каретки, выпиленной из его рамы, но Алексей посчитал, что выйдет громоздко. Эта ось служит одновременно и осью кривошипа, четыре (по числу ног) колена которого развернуты относительно друг друга на 90 градусов. Причем два боковых и два центральных колена работают в противофазе (развернуты относительно друг друга на 180 градусов). Длина колена равна 150 мм.

Схема привода шагающего механизма (условно показана только крайняя правая нога)
Схема привода шагающего механизма (условно показана только крайняя правая нога):
1 – опора коленчатого вала (часть рамы машины); 2 – коленвал привода ног; 3 – неподвижная опора верхнего рычага (часть рамы машины); 4 – верхний качающийся шарнирный рычаг; 5 – нога; 6 – обрезиненный подпятник
На первый взгляд кинематика шагающего механизма непонятна и сложна, но на самом деле все довольно просто!
На первый взгляд кинематика шагающего механизма непонятна и сложна, но на самом деле все довольно просто!

Шатунные шейки (назовем их так, используя автомобильную терминологию) соединяются с продольной частью ноги, в целом представляющей собой треугольник с прямым углом в вершине. Чтобы этот угол не согнулся, приварена диагональ. Все сделано из профиля сечением 20×20 мм В вершине треугольника также находится шарнир, соединяющий ногу с тягой, идущей от верхней опоры шагающего механизма, общей для всех четырех ног. Вертикальный катет треугольника – это и есть опорная часть ноги. Снизу, в точке контакта с опорной поверхностью, приварены башмаки, «подкованные» толстой резиной, чтобы не цокали по асфальту и не проскальзывали. Высота ноги составляет 620 мм, ее продольная часть имеет длину 400 мм, а длина верхней тяги 230 мм. Все шарниры самодельные и представляют собой отрезки трубы с посаженными внутрь подшипниками и осями по внутреннему диаметру подшипника. Вначале Алексей думал использовать трубу с внутренним диаметром 52 мм – как раз под 205-й подшипник. Однако, поразмыслив, решил, что, учитывая количество подшипников, конструкция выйдет неоправданно тяжелой. Взял трубу поменьше – с внутренним диаметром 28 мм, подходящую под 101-е подшипники.

Кинограмма работы лямбда-механизма Чебышева, преобразующего вращательное движение одного звена в прямолинейное перемещение точки другого звена без каких-либо направляющих устройств
Кинограмма работы лямбда-механизма Чебышева, преобразующего вращательное движение одного звена в прямолинейное перемещение точки другого звена без каких-либо направляющих устройств

Можно предположить, что внешние обоймы (читай – труба), нарезались «болгаркой» – так поступило бы большинство самодельщиков, пожалуй. Но Алексей использовал для решения задачи труборез – он чуть заминает кромку, и получается хороший упор для внешнего кольца подшипника (по меньшей мере, с одной стороны), ведь иначе он может выскочить из трубы. Оси всех шарниров вращаются в подшипниках во всех звеньях, хотя, разумеется, достаточно было бы поставить подшипник в какой-нибудь одной части шарнира, закрепив ось неподвижно в смежной. Алексей посчитал, что так будет проще, и шарнир, возможно, самоустановится, даже если будет небольшой перекос оси. Но подшипников, конечно, раза в два потребовалось больше.

В задней части машины легко угадываются элементы детского велосипеда
В задней части машины легко угадываются элементы детского велосипеда
Шагающий механизм может двигаться вперед или назад в зависимости от направлении вращения педального привода
Шагающий механизм может двигаться вперед или назад в зависимости от направлении вращения педального привода
Причудливо изогнутые в пространстве S-образные дуги служат для усиления рамы машины
Причудливо изогнутые в пространстве S-образные дуги служат для усиления рамы машины

Соединив все описанное в единый механизм, получилась повозка, и… она поехала! Это, конечно, очень порадовало конструктора. Слегка омрачало восторг то обстоятельство, что рама с шагающим механизмом так «гуляла», что было очевидно – надолго ее не хватит. Тогда сверху из того же профиля 20×20 мм было сделано усиление в виде изогнутой восьмерки. Это что-то вроде диагональных связей, придающих пространственной конструкции жесткость. Выглядят здесь они причудливо, конечно. Но получилось неплохо, а механизм приобрел какой-то футуристический вид.

Пафнутий Львович Чебышев (1821 - 1894) -русский математик и механик, академик Петербургской академии наук, известен работами в области вероятностей, статистики, теории чисел и механики, автор нескольких концептуальных механизмов
Пафнутий Львович Чебышев (1821 – 1894) -русский математик и механик, академик Петербургской академии наук, известен работами в области вероятностей, статистики, теории чисел и механики, автор нескольких концептуальных механизмов

Для чего четыре ноги, не достаточно ли двух? В принципе достаточно, но четырехногая повозка идет плавней и меньше подпрыгивает Я, само собой, тоже попробовал ее в движении! Ощущения весьма необычные: то ли едешь на велосипеде, ведь педали-то крутишь, то ли катишь в повозке за лошадью. Скорость невелика, и по грунту ехать приятнее, чем по асфальту, но, разумеется, опора должна быть достаточно твердой, иначе ноги машины зароются в грунт.

Вопрос, который наверняка вертится на языке у многих: «А для чего, собственно, нужен такой транспорт?». Хотя, строго говоря, – это и не транспорт вовсе, далеко на нем не поедешь. Да и не нужно, поскольку это исключительно средство для развлечения, гарантированно поднимающее настроение при его использовании. И конечно, было увлекательно его сделать своими руками! Машинка строилась для детей, но катаются на ней больше взрослые И равнодушных среди них после выезда нет! Надо бы только сиденье пошире поставить. Но это не проблема, главное, «вело-конь» удался – он бегает! И если вдруг навстречу попадается случайный прохожий, то он неизменно сворачивает шею от изумления, а поняв, что к чему, расплывается в широкой улыбке.

Андрей ФАРОБИН

Рекомендуем почитать

  • БИОГАЗ НА ФЕРМЕБИОГАЗ НА ФЕРМЕ
    «Уважаемая редакция! При просмотре подшивок «Моделиста-конструктора» за прошлые годы заинтересовался материалами о биогазе, опубликованными в № 1’87, 5'88, 4’96 журнала. Только вот...
  • КОНДИЦИОНЕРЫКОНДИЦИОНЕРЫ
    +ВИДЕО. В воздушном кондиционере холодильный агент поглощает тепло изнутри здания, превращает его в газ, затем выбрасывает наружу. Оно проходит через компрессор, затем...
Тут можете оценить работу автора: