NEW!
Что нам стоит танк построить

PDF версия
Идея создать транспортное средство своими руками рано или поздно приходит в голову, наверное, каждому автолюбителю. И если в момент раздумии? рядом оказываются квалифицированные помощники и единомышленники — идея просто обречена. Не обязательно результатом работы будет именно автомобиль вашеи? мечты, но удовольствие от погружения в эту интересную область гарантировано.

CE_6(54)_2014.inddПострои?ку автомобиля со мнои? согласился обсудить Фил Тоукач, глава небольшого внедорожного клуба «Фероза–Москва».

— Фил, я хочу разобраться в устрои?стве автомобиля, и мне кажется, что лучшии? способ — это его создание своими руками.

— Пожалуи?. Но нужно четко понимать, что гаражная построи?ка такого сложного объекта обои?дется в несколько раз дороже покупки готовои? машины, не говоря уже о затраченном времени.

— Существуют и более дорогостоящие увлечения… По краи?неи? мере мы можем обсудить предстоящие работы и оценить затраты. С чего начнем?

— Для начала даваи? определимся с типом машины. Чтобы примерно представить то, что у нас должно получиться, нужно понять, как предполагается использовать наш автомобиль.

CE_6(54)_2014.indd

Оптоволоконный лазер IPG

— Пожалуи?, мне интересно что-то вроде багги, но не для гонок по пересеченнои? местности, а для веселых выездов на бездорожье — от коротких прогулок до трехдневнои? автономнои? поездки, с возможностью передвижения по обычным
дорогам. В кабине должно быть предусмотрено место для штурмана, и в машине должен быть вместительныи? багажник.

— Тогда будем исходить из проходимости на уровне подготовленного внедорожника, но не болотохода, и веса около 700 кг. Эти свои?ства подразумевают относительно узкую грязевую резину диаметром 30–32″. Итак, мы строим легкии? и крепкии? двухместныи? автомобиль повышеннои? проходимости. Нам предстоит спроектировать и собрать раму и кузов, на которых будут закреплены все агрегаты, продумать трансмиссию, наи?ти подходящии? двигатель и определиться с типом подвески, обеспечить систему питания топливом и воздухом, рулевое управление, тормоза. После этого останется совсем немного — салон, дополнительное оборудование, электрика.

CE_6(54)_2014.indd

Инструмент для координатно-пробивного станка

— Если проектировать все по порядку, то как потом совмещать все системы?

— Проектирование автомобиля, даже любительское, — процесс сложныи? и многостадии?ныи?, по возможности включающии? в себя испытание отдельных узлов и агрегатов. Конечно, все будем проектировать согласованно, но вносить изменения по ходу работы все равно придется.

— Это деи?ствительно сложно. Мы можем коротко поговорить о каждои? системе отдельно?

— Конечно. В рамках короткои? беседы многие аспекты конструирования и работы этих систем останутся незатронутыми, но примерныи? круг проблем и решении? я очерчу.

— Предлагаю начать с рамы и корпуса.

— Хорошо. Исходя из требовании? веса и нагрузок, рама в нашем случае — это пространственная силовая структура. Она обеспечивает надежную защиту людеи?, в том числе при перевороте, а значит, в раме или кузове должны быть зоны деформации: при аварии что-то обязательно должно согнуться, чтобы деформация металла погасила импульс. Вместе с рамои? необходимо проектировать бамперы, пороги и багажник и продумать узлы крепления основных агрегатов. А кузов должен обеспечить защиту от ветра и воды, также на него можно будет закрепить какие-то легкие узлы. Если есть желание сделать красиво, будем формовать его из алюминия или клеить из стеклопластика. Но с учетом особенностеи? эксплуатации я бы сделал весь кузов из плоских фанерно-алюминиевых сендвичеи?, закрепленных на ушках и герметизированных уголками.

CE_6(54)_2014.indd

Кронштеи?ны после гибки и оцинковки

— Теперь поговорим про подвеску. Какую подвеску мы выберем для нашеи? машины?

— Существует довольно много типов подвесок. В качестве компромисса между проходимостью, динамическими свои?ствами, энергоемкостью и простотои? обслуживания я бы порекомендовал четырехрычажную пружинную подвеску с тягои? Панара и неразрезнои? мост сзади и независимую подвеску на двои?ных поперечных рычагах с торсинами и стабилизатором поперечнои? устои?чивости спереди. Несмотря на то, что для багги, а именно для движения с большои? скоростью по пересеченнои? местности, эта подвеска вряд ли самая оптимальная, такая конструкция хорошо проработана, потребует минимум экспериментов после расчета, хорошо держит удары и относительно легко ремонтируется. Можно попробовать вместо неотключаемого стабилизатора соединить крест–накрест верхние и нижние емкости амортизаторов, создав тем самым отключаемыи? гидравлическии? стабилизатор.

— Расскажи теперь про двигатель.

— Строить самому механическую часть двигателя — дело очень длительное и дорогое, к тому же ошибки выявляются только на конечном этапе. А готовых двигателеи? на рынке достаточно, и многие из них уже доведены до совершенства. Будем искать атмосферныи? бензиновыи? двигатель объемом от литра до полутора, среднеи? степени форсированности. Нам не требуется огромная мощность, а вот плато крутящего момента на низких оборотах желательно. Поэтому берем проверенныи? годами впрысковыи? четырех-цилиндровыи? рядныи? или, если наи?дем, V-образыи? двигатель, без наддува, под 92-и? бензин. Останется только оптимизировать впускнои? и выпускнои? тракт, добавить шноркель, возможно, слегка подправить фазы, наи?ти оптимальную прошивку «мозгов» и сконструировать систему питания, разместив бак с учетом свободного места и развесовки. Соединение мотора с трансмиссиеи? может потребовать фрезерных работ, а сам двигатель — переборки.

CE_6(54)_2014.indd

Сварщик за работои?

— Что насчет остальных компонентов?

????— Сначала о трансмиссии. В общих чертах механическая трансмиссия состоит из сцепления, коробки передач, раздаточнои? коробки, мостов или редукторов с дифференциалами и приводов колес. Мы будем по возможности использовать существующие агрегаты, попытаемся обои?тись без зуборезных и сложных токарных работ. Чтобы соединить выбранные нами компоненты, придется точить проставки, переходники, кроить опоры. Для упрощения конструкции я предлагаю использовать самоблокирующиеся дифференциалы в мостах и бездифференциальную раздаточную коробку с жестко подключаемым передним или задним мостом. Если нам понадобится увеличить управляемость на твердых грунтах, в будущем заменим ее на дифференциальную. А вот как минимум одну понижающую передачу предусмотрим сразу. Коробка передач, разумеется, будет механическая. Портальные мосты для таких легких автомобилеи? наи?ти почти невозможно, так что ограничимся обычными, а главные пары подберем, исходя из параметров доступных дифференциалов и размера колес.

Рулевое управление и тормоза, вплоть до дисков, возьмем с существующих машин. Скорее всего, это будет механизм «червяк–ролик» с гидроусилителем, а тормозная система — классическая двухконтурная без АБС и с вентилируемыми дисковыми механизмами: они эффективнее самоочищаются. Передние тормоза попробуем разместить около редуктора, чтобы снизить неподресоренную массу спереди.

— Похоже, основные агрегаты мы обсудили. Что еще остается?

— Остается электрика и дополнительное оборудование. Так как кузов будет не силовои?, тяжелое и нагруженное оборудование должно крепиться на раму. Значит, на этапе проектирования рамы надо не забыть про расположение и крепление бамперов, однои? или двух лебедок, ящика для инструментов, багажника, сидении?, педалеи?, рулевого вала, бензобака, запасного колеса. Кроме этого, хаи?джек, сендтраки и канистры также требуют надежного крепления с учетом высоты центра тяжести. Электрику можно взять даже от мотоцикла, самую простую, укомплектовать ее автомобильными аккумулятором, стартером и генератором, в салоне предусмотреть радиосвязь и устрои?ство для навигации. Предполагаю, что обвес двигателя, форсунки, датчики, «мозги» и прочее будут приобретены вместе с мотором.

В общих чертах, это все. Когда мы обнаружим подводные камни автоконструирования, тогда и познакомимся с ними поближе.

— Что нам понадобится кроме деталеи??

— Как минимум, инструменты, материалы, пресс, сверлильныи?, точильныи? и простои? токарныи? станки, сварочныи? полуавтомат и большои? гараж с подъемником. А также возможность заказать токарные работы, фрезеровальные, трубогибные. И, конечно, много энтузиазма и готовность заплатить больше, чем стоимость серии?ного автомобиля и его «стандартно–внедорожнои?» переделки. Но мы же ради процесса работаем!CE_6(54)_2014.indd

Теперь мне предстоит приступить к черчению, но для начала хотелось бы выяснить, какие возможности металлообработки нам доступны. Реализацию моих идеи? в металле согласился обсудить Александр Витшас, генеральныи? директор компании «Страж Лазер», одного из крупнеи?ших отечественных предприятии?, занимающихся лазернои? резкои? и металлообработкои?.

— Александр, может ли ваша фирма помочь мне в реализации моего проекта?

— Конечно, тем более что у нас уже есть опыт работы с командои? МГТУ им. Баумана Bauman Racing Team, создавшеи? гоночныи? болид для соревновании? «Формула Студент». По их чертежам мы изготавливали трубы для рамы гоночного болида.

— Почему они обратились именно к вам? Есть ли альтернативы лазернои? резке?

— Достои?ных альтернатив нет, ведь речь идет о довольно сложнои? конфигурации реза, которыи? позволяет соединять трубы под разными углами практически без зазора, и добиться этого другими способами краи?не трудно. По словам ребят, технология лазернои? резки позволила им существенно сократить время сборки рамы.

— За счет чего это получилось?

— Чтобы соединить две трубы, мы делаем сложныи? рез: в однои? трубе шипы, в другои? пазы, и когда они вставляются друг в друга, соединение фиксируется достаточно надежно, остается только проварить его. Можно нарисовать в трехмерных программах необходимое соединение, сделать развертку, а из развертки — программу для лазера, и лазер вырежет в трубе необходимые отверстия, в точности соответствующие чертежу. Заранее нарисованная конструкция с этими соединениями собирается двумя людьми без навыков и приспособлении? достаточно быстро.

CE_6(54)_2014.indd

Ручная резка

— Замечательно. А если для силового каркаса понадобится сделать дугу? Мы можем согнуть трубу?

— Да, мы можем это сделать. Для гибки водопроводных труб на любом строительном рынке продаются ручные бездорновые трубогибы. Они представляют собои? ролик и ответную часть — дугу, труба вставляется в зазор между ними, ролик прокручивается и труба изгибается по соответствующему радиусу. Проблемы возникают, когда требуется согнуть трубу на очень маленькии? радиус, или когда она тонкостенная. В месте перегиба одна стенка трубы вытягивается, а другая складывается, и велика вероятность просто переломить изделие. Чтобы гнуть трубу с минимальнои? деформациеи?, используют дорновую гибку. Принцип гибки тот же самыи?, но внутрь трубы помещается специальная оснастка — дорн, гибкая металлическая структура. Таким образом стенка трубы не мнется и не может сломаться.

— Можем согнуть любую трубу под любым углом?

— Да, в очень широком диапазоне. Надо будет только менять ролики и дорн — он должен точно соответствовать внутреннему диаметру трубы.

— А как это происходит на производстве?

— Точно также, только больше автоматики. А вот лазернои? резкои? труб мало кто занимается, таких труборезных станков, как у нас, на всю Россию несколько штук.

CE_6(54)_2014.indd

Пульт листогиба с ЧПУ

— Получается, мы сможем по чертежу нарезать и согнуть трубы для рамы, а как мы соединим их?

— Лазерная резка позволяет состыковать трубы и зафиксировать их в нужном положении, а потом места соединении? необходимо проварить. У нас есть робот-сварщик, но его целесообразно использовать при работе с большои? партиеи? изделии?, например когда нам понадобится сварить тысячу одинаковых рам. Тогда мы делаем специальную оснастку, в которои? будет жестко зажиматься конструкция.

— Наверное, еще необходимо написать программу работы?

— Сеи?час программирование довольно простое: можно вручную подвести робота к нужнои? точке и установить начало линии сварки, потом подвести к другои? и назначить конец, а в случае сложного шва используется линеи?ная интерполяция дуги.

— Так просто? И насколько сложную программу ему можно задать?

— Сварка очень сложных конструкции?, как ни странно, это один из тех случаев, когда использовать робота оказывается выгоднеи?, чем варить вручную.

— То есть, можно задать настолько непростую программу, что человеку с неи? будет сложно справиться?

— Да, для того, чтобы выполнять сложные работы, сварщика необходимо долго обучать. Например, мы выполняем заказы по резке металла для бамперов внедорожников от разных фирм, и обычно сварка конструкции происходит вручную, но один из заказчиков делает довольно сложные объекты, и, хотя им не нужно варить тысячу бамперов, компания купила робота, были написаны программы и изготовлена оснастка для всего модельного ряда. Это решение было принято после того, как несколько раз производство вставало по причине неявки на работу с таким трудом обученных сварщиков. Кроме того, обнаружилась существенная выгода во времени: человек работает несколько часов, а робот — двадцать минут, при этом точно известна скорость и практически нет форс-мажорных обстоятельств.

— Моему автомобилю тоже понадобится бампер.

— У нас есть все технологии для этого, но в первую очередь бампер надо спроектировать. Самыи? простои? вариант — когда конструктор берет штангенциркуль, линеи?ку, рулетку и производит необходимые замеры. Потом на основе измерении? создает 3D-модель, потом, как правило, вырезает и склеивает картонную модель, прикладывает ее к машине, проверяя, все ли было правильно замерено, и только потом проектируется сам бампер и делается оптимальная конструкция, которая встанет точно на место, не будет щелеи?, все сочленения будут ровные. Но есть более прогрессивныи? способ: использовать трехмерныи? сканер. Машину со снятым бампером сканируют в автоматическом режиме, и к полученнои? модели в программах трехмернои? графики дорисовывают бампер, которыи? точно подходит к машине. Созданныи? по этои? модели бампер обеспечит идеальное сопряжение.

При конструировании бампера возникает несколько противоречивых требовании?: с однои? стороны, он должен быть достаточно прочным (особенно бампер для внедорожника), а с другои? стороны — он должен быть достаточно легкии?, потому что избыточныи? вес скажется на проходимости машины. И, кроме того, он должен быть достаточно безопасным.

— То есть, в бампере тоже должны быть зоны деформации?

— Да, на стальных бамперах их обычно делают в местах крепления. Кронштеи?ны, крепящие бампер к раме, делают сминаемыми: в них предусмотрены специальные перемычки, которые в случае достаточно сильного удара ломаются и кронштеи?н сминается. В этом случае бампер принимает на себя удар и частично гасит импульс.

А для того, чтобы облегчить конструкцию, сохранив при этом ее жесткость, ее усложняют. Самыи? простои? вариант бампера — это швеллер, или рельс. Но он будет очень тяжелыи?. Продвинутыи? бампер представляет собои? структуру более сложного профиля, из довольно тонкого металла (буквально 2,5 мм), но зато в определенных местах в него вставляются ребра жесткости, которые могут быть трех- или даже пятимиллиметровои? толщины. Эти ребра нужно вваривать, что делает работу довольно сложнои?, но за счет применения лазернои? резки, технологии «шип–паз», можно сделать так, что под эти ребра в бампере четко предусмотрены пазы, они просто вставляются и провариваются без специального кондуктора.

— Теперь нам предстоит сделать корпус. Это возможно с помощью ваших технологии??

— Да, можно раскроить металл лазером, сделать сложную выкрои?ку, которую потом согнем и получим панели, которыми будем обшивать.

— Как резать лазером понятно, кладем материал на координатныи? стол и по заданнои? программе режем. А что насчет гибки?

— Это делается на листогибах с ЧПУ. Принцип простои?: есть матрица, U-образныи? инструмент, которыи? имеет две опорные грани, и пуансон, между ними помещается лист металла, и пуансон прогибает его между опорными гранями матрицы. Конечно, все происходит гораздо сложнее, но принцип работы именно такои?.

— Таким образом мы сделаем складку. А если понадобится криволинеи?ныи? сгиб?

— Вообще для формообразования мы можем использовать координатно-пробивнои? станок. Он представляет собои? координатныи? стол с расположенным над ним пробои?ником, и позволит выдавить ребра жесткости, закатать кромку, сделать офсет.
Как и в листогибочном станке, используется матрица и пуансон, матрица представляет собои? отверстия, пуансон — такои? же формы выступы, которые бьют в отверстия матрицы, прорывая металл, находящии?ся между ними. Между матрицеи? и пуансоном должен быть зазор, определяемыи? толщинои? материала. Но мы используем различные инструменты, которые позволяют не только пробивать металл, но и делать формообразование. В этом случае матрица представляет собои? углубление, а пуансон — ролик, которыи? не пробивает металл, а продавливает. Перемещая лист металла по заданнои? программе, мы получим продавленную полосу практически любои? формы, а если выбрана матрица в виде уступа, получим офсет.

— Если я правильно поняла, с помощью ваших технологии? можно изготовить весь корпус автомобиля!

— Да, технологии это позволяют, но это не наша специализация. Вообще компаниями–производителями автомобилеи? применяются станки трехмернои? лазернои? резки.

На автомобильном заводе для производства, например, двери автомобиля используют сочетание традиционнои? и инновационнои? технологии: сначала выполняется штамповка деталеи? на огромных прессах, куда закатывается рулон металла и одним ударом вырубается контур будущеи? двери и придается еи? объем. После этого деталь переносится на станок трехмернои? лазернои? резки, где в этои? сложнои? форме прорезаются необходимые отверстия. Это возможно потому, что головка лазера может не только перемещаться в трех направлениях, но и поворачиваться, что позволяет резать наклонные поверхности.

— Готовые детали надо будет покрасить.

— У нас есть технология порошковои? покраски. В электростатическом поле на деталь наносится порошок, потом в камере при +200° происходит запекание изделия. Покрытие получается очень прочным и позволяет защитить поверхность от коррозии.

— Итак, с помощью этих технологии? можно будет собрать корпус и раму для моего автомобиля. А как это делается в промышленных масштабах, на автомобильных заводах?

— Везде по-разному. На заводе Мерседес, например, все в основном делают роботы, и очень мало ручного труда. Кажется, что попал в будущее. Для нас удивительно, но на конвеи?ере все автомобили разные, они маркированы штрих-кодом, по которому автомат определяет, какие операции необходимо произвести с машинои?: какую приборную панель поставить, вклеивать ли стекло в крышу. Без участия человека выбирается необходимая деталь, и манипуляторы аккуратно ее монтируют. У немцев есть роботизированные листогибы. В работе обычного листогиба много ручного труда: оператор должен поместить листовои? материал в станок, запустить его, вытащить материал, посмотреть, правильно ли все согнулось. А в роботизированном станке это все происходит автоматически.

— А как же ошибки?

— Меньше человеческого фактора — меньше ошибок. Весь корпус собирается роботами: клеится, варится, монтируется, а люди стоят только на конечном этапе производства, на контроле. Полностью собранныи? кузов машины поступает в зал, где к нему присоединяется множество различных датчиков, и люди, получая данные, видят, в норме ли все параметры.

— А если нет?

— Если какои?-то параметр выходит за допустимые пределы, люди исправляют неполадки вручную, отправляют на переделку или списывают автомобиль. Контроль осуществляется на нескольких стадиях, и бракованныи? кузов не дои?дет до сборки, его исправят или отбракуют раньше.

— Да, пожалуи?, если я задумаю сделать серию багги, нужно будет продумать роботизированное производство. Спасибо за помощь.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *