Путь одной проблемы Часть 2
Шофер-автомат [1]
В прошлом номере журнала, в статье о магистралях, было отмечено, что для автомобильного транспорта нужна целая армия высококвалифицированных водителей. Работа водителя автомашины на скоростных магистралях очень ответственна и напряженна, между тем технически она достаточно проста – нужно веста машину вдоль дороги, регулировать скорость и останавливать автомашину в случае необходимости. Во всем этом водителю может помочь автомат, который в состоянии выполнять многие операции даже точнее, чем человек.
В настоящее время техника уже приступает к решению подобных задач. Например, в авиации делаются опыты по созданию пилота-автомата, т. е. механизма, который может автоматически вести самолет по заданному курсу. При дальнейшем усовершенствовании такие автоматы смогут совершать и более сложные эволюции, например взлет или посадку на аэродром.
Если может быть создан пилот-автомат, то создание шофера-автомата или, во всяком случае, создание приборов, облетающих работу шофера, – задача, вполне осуществимая для современной техники. Возможности нашей техники так разнообразны, что мы можем решать эту проблему сразу по нескольким путям. Здесь полезно отметить, что вообще решение всякой новой изобретательской ‘задачи следует проделывать по возможно большему числу вариантов. Сопоставляя получаемые разными путями результаты, можно потом найти наилучшее решение.
Прежде всего разделим нашу задачу на отдельные элементы и будем решать их последовательно. В первую очередь рассмотрим вопрос о том, как вести машину точно по определенному направлению. Напрашивается простой ответ – нельзя ли устроить нечто вроде рельсов, по которым катилась бы машина. Такое решение предлагалось многими конструкторами. Например, во Франции несколько лет тому назад был сконструирован автобус, который мог ходить по обычным железнодорожным рельсам. Внизу, около колес, опускались специальные ролики, которые препятствовали соскакиванию колес с головки рельса. Однако такие ролики широкого применения не нашли, хотя в отдельных случаях они могут оказаться полезными.
Можно упомянуть о другом, еще более простом способе использовать рельсы для автотранспорта. Так, японцы, подготовляясь к грабительской войне в Китае и стремясь использовать китайские и манчжурские железные дороги для быстрой переброски бронеавтомобилей, надевали на колеса этих бронеавтомобилей поверх шин или взамен шин обыкновенные бандажи вагонных колес. Такой способ тоже представляет некоторый интерес, но не решает поставленной нами задачи.
Всякое применение механических рельсов, направляющих движение машин, превращает автомагистраль просто в железную дорогу, требует устройства сортировочных станций и разъездов со сложной системой стрелок и сигнализации. Не говоря уже о большой стоимости таких рельсовых путей, они были бы очень неудобны для скоростных автомобильных магистралей. Идущая по рельсам машина не может сойти с рельсов, чтобы обойти остановившийся впереди другой автомобиль или чтобы свернуть на боковую дорогу. Ясно, что направление движения с помощью обычных механических рельсов не является приемлемым решением для автомагистралей.
Но механический рельс можно заменить, например, рельсом магнитным. Представим себе, что в асфальте автомагистрали уложена тонкая железная полоска. На автомашине устанавливается сильный электромагнит, который может качаться на оси, совпадающей с направлением движения автомашины. Этот магнит будет притягиваться к железной полоске. Если автомашина отклонится в ту или другую сторону от направления железной полоски, то качающийся электромагнит выйдет из положения равновесия. При этом он будет включать ток в цепи контрольного электромоторчика, который автоматически повернет руль автомашины и возвратит се в первоначальное направление.
При желании или необходимости можно легко выключить сцепление руля с электромоторчиком, и тогда машина будет управляться обычным способом. Железная полоска, заделанная вровень с поверхностью автомагистрали, не мешает двигаться по другим направлениям, поворачивать или объезжать в случае необходимости какое-либо препятствие. В любом месте магистрали можно снова поставить автомашину на магнитный рельс и включить автоматическое управление, которое снимет с водителя изрядную долю его напряженного труда.
Впрочем, и «то решение обладает одним существенным недостатком. Как бы хорошо ни была устроена поверхность автомагистрали, нельзя гарантировать, что автомашина будет итти без всяких толчков и сотрясений. На поверхности дороги может оказаться тот или иной изъян, небольшой посторонний предмет, снег или лед. От случайного сотрясения машины электромагнит выйдет из равновесия, контакты могут замкнуться, и управление машиной нарушится.
Поэтому лучше вместо качающегося магнита расположить в центре шасси два неподвижных электромагнита. Через их обмотки пропускается переменный ток. Если один из этих электромагнитов оказывается над самой железной полоской, его самоиндукция увеличивается, и переменный ток, идущий через обмотку магнита, уменьшается. В результате этого приводится в действие особый механизм, включающий электромотор, который управляет рулем. Можно отрегулировать взаимодействие этих электроприборов так, что вделанная в асфальт железная полоска будет все время находиться между концами электромагнитов, и машина будет идти как по нитке, повинуясь направлению полоски. Такая система существенно надежнее предыдущей и не боится толчков, но электрическая схема в этом случае будет значительно сложнее.
В южных районах нашего Союза, где не бывает снегопадов, вместо магнитного рельса можно применить оптический рельс. Идея этого устройства состоит в следующем. На темном асфальте вдоль движения автомашин накрашивают светлую полосу, В нижней части автомашины устанавливается фотоэлемент, воспринимающий свет, отраженный от полосы. Днем полоса может освещаться естественным дневным светом, ночью – особым фонариком, установленным на автомашине. Если автомашина свернет вбок, фотоэлемент перестанет получать свет, отраженный от белой полосы; в результате сила тока, идущего через фотоэлемент, измениться, это подействует на реле – устройство, включающее электромотор рулевого управления.
Оптический рельс является наиболее дешевым способом автоматического управления. В этом случае требуется только нанести на асфальте белую линию. Что же касается дополнительного оборудования самой автомашины, то оно будет при массовом изготовлении настолько дешевым, что лишь незначительно увеличит стоимость машины.
Итак, мы рассмотрели вопрос о направлении движения машины. Мы затронули здесь далеко не все возможные способы решения этой задачи. Конечно, на пути их осуществления может возникнуть множество неожиданных конструктивных трудностей, но в принципе задача автоматического управления автотранспортом вполне разрешима средствами современной техники.
Посмотрим теперь, можно ли решить вторую часть нашей проблемы, можно ли сконструировать такой прибор, который автоматически тормозил бы машину и вновь пускал ее в ход, в зависимости от того, свободен или занят путь впереди.
С первого взгляда эта задача кажется более трудной, чем автоматическое управление, но на самом деле такой автоматический тормоз, пожалуй, не сложнее и во всяком случае дешевле автомата-шофера, потому что не требует специального оборудования поверхности автомагистрали.
Автоматический тормоз может быть устроен различно. Мы рассмотрим наиболее простой вариант, напоминающий по своему принципу аппарат звуковой сигнализации, какой устанавливается на кораблях для обнаружения подводных лодок. Посмотрим, как будет работать такой автоматический тормоз?
На передней части автомашины устанавливается источник ультразвуковых волн. Эти волны не воспринимаются человеческим слухом, число их колебаний очень велико – более 50 тыс. в секунду. Ультразвуковые волны обладают способностью распространяться почтя точно по прямолинейному пути, наподобие лучей света. Встречая на своем пути те или иные предметы, волны будут частично отражаться от них и возвращаться назад. Это «ультразвуковое эхо» будет действовать на микрофон, установленный также в передней части автомашины. Микрофон при помощи электропроводки соединяется с реле, которое включает тормоза машины, как только будет получен сигнал о препятствия.
Ультразвуковые волны испускаются источником колебаний отдельными импульсами. Отражаясь от препятствия, они возвращаются к прибору через некоторый промежуток времени, в зависимости от того, на каком расстоянии находится препятствие. Микрофон, воспринимающий «ультразвуковое эхо», также включается импульсами – через определенные промежутки времени после посылки сигнала. Таким образом, микрофон не воспринимает отражения волн от предметов, находящихся на далеком, безопасном расстоянии от машины, а реагирует лишь на препятствия, находящиеся достаточно близко. Ясно, что если скорость машины возрастает, то этот «запас расстояния» должен быть увеличен, чтобы тормоза были приведены в действие заблаговременно. Поэтому вся система торможения должна автоматически перестраиваться в зависимости от скорости машины. Это можно осуществить, если соединить механизм, регулирующий испускание ультразвука, со спидометром, т.е. с прибором, измеряющим скорость движения автомобиля.
Такое автоматическое торможение можно не выключать и в том случае, если машиной управляет водитель. Автомат будет помогать водителю и «страховать» его, когда сам водитель не успеет вовремя нажать тормоза.
Автоматический тормоз может действовать в сочетании с путевой сигнализацией. Вместо светофоров обычного типа можно применить ультразвуковые светофоры, которые будут посылать ультразвуковые сигналы разной частоты, в зависимости от того, свободен или занят ближайший отрезок пути. А на машине, кроме микрофона, направленного вперед, можно установить другой микрофон, направленный вбок или вверх и улавливающий сигналы ультразвуковой блокировки. Эти сигналы будут тормозить машину перед занятым участком и вновь пускать ее в ход, как только участок освободится. Такая система потребует, конечно, более значительных затрат, так как нужно будет оборудовать всю магистраль специальной автоблокировкой.
Освоение автоматических водителей и тормозов будет происходить, разумеется, постепенно. Первое время такие приборы будут лишь облегчать работу водителя, не заменяя его полностью. Но не исключена возможность, что в некотором, не столь отдаленном будущем появятся на магистралях машины, которые будут с громадной скоростью двигаться по дорогам, управляясь только автоматически.
Но проблема автомагистралей этим не исчерпывается. Чем более усовершенствованными станут приборы управления, тем заметнее выявятся другие слабые участки автотранспорта. На больших магистралях, по которым беспрерывно движутся десятки и сотни автомашин, «узким местом» может стать, например, заправка моторов горючим. При плохой организации этого дела машины будут тратить очень много времени на подъезд к колонкам, на ожидание и на самую заправку. Это может свести на нет весь тот выигрыш в скорости, которого мы добьемся с помощью усовершенствованных дорог и автоматических приборов. У автомобильных моторов есть я еще один существенный недостаток/ их коэффициент полезного действия гораздо ниже, чем у стационарных машин значительной мощности.
Возникает вопрос – рационально ли вообще применять для движения машин по магистралям работу обычных автомобильных моторов. Может быть, лучше воспользоваться каким-либо централизованным источником энергии для движения автомашин на в сам протяжении автомагистрали?
Мы вернемся к этому вопросу в следующей статье. Пока же предлагаем читателям самим подумать над подобной задачей.
Холодильные шкафы [2]
Продовольственные магазины, столовые, рестораны, имеющие дело с мясом, рыбой, маслом и другими скоропортящимися продуктами, весьма нуждаются в холодильных шкафах. В Советском Союзе начато производство электрохолодильников-автоматов, предназначенных в первую очередь для продовольственных магазинов.
На подольском заводе «КЭС» изготовляются шкафы марки «Т-170», что означает – «торговые с полезным объемом в 170 декалитров».
Этот большой шкаф, шириной свыше 2 метров и примерно такой же высоты, может вместить до 500 килограммов различных пищевых продуктов. Продукты размещаются на пяти полках общей площадью около 7,5 квадратного метра.
Каково же устройство шкафа?
Шкаф состоит из остова, теплоизоляции и оболочек – внутренней и наружной.
Остов представляет как бы скелет шкафа и делается из деревянных щитов, которые скрепляются друг с другом стяжными болтами. По остову крепится теплоизоляционный слой, толщина которого достигает почти 80 миллиметров. Материалом для изоляции служит мятая алюминиевая фольга, которая обладает способностью отражать тепловые лучи. К тому же в фольге имеется много тонких воздушных прослоек, а воздух, как известно, плохой проводник тепла.
Внутренняя оболочка шкафа делается из оцинкованного железа, которое очень легко моется и поддерживается в чистоте. Снаружи холодильник покрыт приятной для глаза белой эмалью.
Для загрузки и выемки продуктов устроено шесть небольших дверей. Если бы была одна большая дверь, то при открывании ее температура внутри холодильника сильно поднималась бы, не говоря уже о других неудобствах.
Двери также имеют теплоизоляционные прокладки, а по краям они отделаны резиной, что обеспечивает плотное закрывание их.
Полки сделаны решетчатые, из металлических прутков. Крючки, на которых полки подвешиваются, могут переставляться по высоте в особых планках; благодаря этому полки можно раздвинуть на различное расстояние в зависимости от размеров сохраняемого продукта.
Таким образом шкаф представляет как бы громадный термос, через стенки которого тепло почти не проникает. Но этого мало: необходимо, чтобы внутри шкафа поддерживалась достаточно низкая температура. Для этой цели служит специальная холодильная установка.
В верхней части шкафа помещается испаритель. В нем происходит испарение жидкого сернистого ангидрида. Это вещество при испарении поглощает большое количество тепла из окружающей воздушной среды и тем самым охлаждает ее.
Охлажденный испарителем воздух опускается вниз вдоль задней стенки шкафа, вытесняя при этом согревшийся воздух, который поднимается вверх вдоль передней стенки. Таким образом внутри холодильника происходит циркуляция воздуха.
Испаряющийся сернистый ангидрид отсасывается компрессорам» сжимается в нем до давления в 5—6 атмосфер, после чего нагнетается в конденсатор. Здесь пары ангидрида конденсируются в жидкость, которая снова направляется через поплавковый регулирующий вентиль в испаритель. Следовательно, в холодильной установке происходит замкнутый круговой процесс. Компрессор вместе с конденсатором помещается вне шкафа.
Поплавковый регулирующий вентиль автоматически поддерживает в испарителе постоянный уровень жидкого сернистого ангидрида. При усиленном испарении уровень жидкости начнет понижаться. Следовательно, пойдет книзу и поплавок, который посредством рычажков приоткроет клапан для пополнения испарителя жидким сернистым ангидридом. Как только жидкость поднимется до определенного уровня, поплавок закроет клапан.
Чтобы поддерживать в испарителе определенное давление, применяется особый прибор – баростат. Он автоматически выключает электромотор компрессора, как только давление в испарителе достигает нижнего предела. Когда же давление снова повышается и достигает верхнего предела, баростат включает электромотор компрессора.
В шкафу поддерживается температур» обычно плюс 5°. В зависимости от величины загрузки шкафа и Частоты открывания дверец она несколько колеблется. Однако эти незначительные температурные колебания при краткосрочном хранении продуктов не оказывают заметного влияния на их качество.
Так примерно работает холодильная установка «СА-7», выпускаемая московским заводом «Красный факел». «СА» – начальные буквы рабочего вещества – сернистого ангидрида, а цифра 7 показывает часовую холодопроизводительность в сотнях калорий, т. е. 700 калорий в час.
Помимо поплавкового регулирующего винта и баростата, в холодильной установке имеется еще одни автоматический прибор. Он выключает электромотор компрессора при его перегрузке и перегреве.
Все эти автоматические приборы заменяют машиниста, содержание которого для обслуживания одного шкафа было бы явно нецелесообразно. К тому же эти приборы действуют круглосуточно, и они весьма чутко и быстро реагируют на изменение температуры в шкафу, чего не в состоянии делать самый квалифицированный машинист.
[1] проф. Г. Покровский
[2] проф. Н. Комаров
источник: проф. Г. Покровский, проф. Н. Комаров «Путь одной проблемы» «Техника-молодежи» 1939-05
