«Молодой учёный» №20 (79) / moluch_79_ch2

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Technical Sciences

171

инструментом и традиционными КИМ они позволяют

стабильность характеристик в повышении точности изме-

обеспечить высокую точность и универсальность значи-

рений [5].

тельно сэкономив на сложном роботизированном при-

На рисунке 7 представлен сравнительный анализ точ-

воде [4].

ности различных систем сканирования и универсального

КИМ-750 производства ООО «Лапик» (рисунок 6)

цифрового измерительного инструмента.

обладает самой высокой точностью среди аналогов. Она

Системы объемного сканирования могут решать из-

занесена в список НАТО как потенциально опасная тех-

мерительные задачи любой сложности в машино-

нология двойного назначения.

строении, архитектуре, медицине и множестве других об-

Конструкция КИМ обеспечивает шесть степеней сво-

ластей.

боды рабочего органа, шесть одновременно и согласовано

Уникальные возможности обеспечивают измерение

управляемых осей перемещения. Жесткость конструкции

объектов очень больших размеров и сложной формы, по-

превосходит аналоги в 5 раз. Измерительная система от-

зволяют создавать математические модели объектов,

делена от силовой, что обеспечивает долговременную

с возможностью их хранения, анализа и измерения.

Литература:

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Technical Sciences

173

Первое, и самое основное — быстрое изготовление про-

в качестве рабочего материала применяют гипс, который

тотипов, чтобы посмотреть, как модель будет выглядеть

твердеет при контакте с обычными, дешевыми водными

в материале. По словам представителя авиакосмической

чернилами для струйной печати.

компании Pratt&Whitney «стоимость разработки слож-

Лазерные 3D моделирующие устройства

ного продукта может очень сильно снизиться, если пред-

В процессе работы лазерного 3D моделирующие

ложить инженерами вместо десятков чертежей посмо-

устройства на рабочий стол послойно наносится жидкий

треть на реальную деталь».

фотополимер. После нанесения каждого слоя, в тех ме-

Кроме того, на готовой модели можно проводить раз-

стах, где фотополимер должен отвердеть, поверхность

личные тесты еще до того, как будет готов окончательный

фотополимера засвечивается лазерным лучом. Таким об-

вариант изделия. Более того, прототипы позволяют про-

разом объект наращивается послойно. После завершения

водить такие тесты, которые на готовом изделии и не про-

формирования последнего слоя достаточно извлечь за-

ведешь. Например, Porsche использовала прозрачную

твердевший объект из жидкого фотополимера.

пластиковую модель трансмиссии 911 GTI для изучения

Кроме этого существуют лазерные 3D моделирующие

тока масла в процессе ее разработки.

устройства, в которых вместо фотополимера использу-

Однако, прототипы это еще не все. Следующая сту-

ется металлический или полимерный порошок, который

пень — быстрое производство. Уже сейчас некоторые

при формировании каждого нового слоя спекается ла-

технологии печати позволяют изготовлять готовые пред-

зером до твердого состояния.

меты из различных материалов. Это идеальное решение

3D принтеры, основанные на экструзии пластика

для мало серийного производства, поскольку стандартный

В таких устройствах, на будущее изделие, методом

техпроцесс дает возможность сделать что угодно (в ра-

непрерывной экструзии, наносится расплав полимера

зумных пределах, конечно) за относительно небольшое

в форме струи, диаметром от нескольких десятых мил-

время.

лиметра до нескольких миллиметров. Склеиваясь между

риканец Чарльз Халл разработал технологию послойного

жением экструдера трехкоординатная кинематическая

выращивания физических трёхмерных объектов из фото-

система, сходная с той, что применяется в пишущих и ре-

полимеризующейся композиции (ФПК).

жущих плоттерах или гравировально-фрезерных станках.

Технология

получила название

«стереолитографии»

Известны так же специальные экструдерные насадки

(STL). Патент на своё изобретение автор получил только

на обычный фрезерный станок с ЧПУ, преобразующие

в 1986 году, тогда же он основал компанию 3D System

его в 3D моделирующие устройство.

и приступил к разработке первого промышленного

Рассмотрим наиболее популярные модели принтеров

устройства для трёхмерной печати, которое было пред-

разных фирм различающиеся классом и принципом ра-

ставлено общественности год спустя, в 1987 году. Так

боты.

как термин «3D принтер» ещё не был введён в оборот,

CubifyCube — разработан компанией 3D Systems —

аппарат Чарльза Хала получил название «установка

ведущим производителем в области трехмерной печати

для стереолитографии». Устройство выращивало смо-

(рисунок 2, а). Работает на принципе экструзии пла-

делированный

на компьютере

трёхмерный объект

стика. Имеет область построения 140×140×140 и не-

из жидкой фотополимеризующейся композиции, нанося

большой вес — всего 4,3 кг. Цена приблизительно 80 т. р.

её слой за слоем на подвижную платформу, погружаемую

Печатает одноцветным пластиком с толщиной слоя 200

в ванну с ФПК. Толщина каждого слоя составляла при-

мкм. Считается моделью начального уровня, и это под-

мерно 0,1…0,2 мм.

тверждают его характеристики. Тем не менее, он имеет

Современные устройства можно разделить по прин-

яркий запоминающийся дизайн качественного быто-

ципу работы на следующие классы.

вого прибора и выглядит уже не как плод размышлений

Струйный 3D принтер

сумасшедшего учёного, а как хорошее серийное устрой-

Струйное моделирующее устройство, конструкцией,

ство [2].

очень схоже с обычным струйным принтером. Ключевое

3D Builder — разработка российской компании

отличие — наличие механизма послойного нанесения

Picasoи является уже принтером персонального уровня.

полимеризуемого или твердеющего материала на по-

Наиболее востребованная модель Picaso 3D Builderрабо-

верхность каждого рабочего слоя. В процессе работы,

таетна принципе экструзии пластика и обеспечивает пе-

на каждый вновь сформированный слой наносится по-

чать моделей с минимальной толщиной слоя100 мкм ис-

лимеризуемый или твердеющий материал. После нане-

коростью до 25 см 3/час (рисунок 2, б). Размер области

сения каждого слоя струйная печатающая головка, в тех

построения — 200×200×200, вес — 6,5 кг. Приблизи-

участках, где полимеризуемый или твердеющий материал

тельная стоимость 90 т. р. Использование 3D Builderпо-

должен затвердеть наносит полимеризующую добавку

зволяет ускорить производственный процесс и за макси-

или иной активатор твердения. Цикл повторяется до за-

мально короткие сроки получить высокоточную копию

вершения формирования твердого тела внутри массива

моделей. Ее хорошо применять для изготовления архитек-

не полимеризованного порошкового материала. Часто,

турных макетов, подарков, сувениров, скульптур [3].

“Young Scientist” . #20 (79) . December 2014

Technical Sciences

175

ДМ используются с целью содержания дорог в ра-

сопряжено с пониженными скоростями движения, что со-

Кботоспособном состоянии. Выполнение техноло-

здаёт дополнительные условия для возникновения транс-

гических операций с их использованием, как правило,

портных проблем.

176

Технические науки

«Молодой учёный» . № 20 (79) . Декабрь, 2014 г.

Для того чтобы рассмотреть возможность снижения

8.1. Уборка с использованием: тротуароуборочной ма-

негативного влияния, используем подход, реализо-

шины; подметального оборудования к малогабаритному

ванный в [1,6]. Подход основан на том, чтобы обеспе-

трактору.

чить локализацию затора на участке дороги без пере-

8.2. Мойка с использованием: моечного оборудования

крёстков. В таком случае будет страдать только тот

к малогабаритному трактору.

участок, на котором есть затруднение. Для этого необхо-

9. Очистка проезжей части на мостовых сооружениях

димо определить скорость движения КДМ, при которой

от грязи и посторонних предметов при помощи: подме-

она успеет свернуть с дороги в заданном месте, скопив

тально-уборочной машины; моечного оборудования КДМ

за собой затор длиной, не превышающей участок пути

на автомобильном шасси.

без перекрестков.

10. Очистка тротуаров от грязи при помощи: подме-

Для того чтобы дать способу дальнейшее развитие,

тального оборудования к малогабаритному трактору; мо-

рассмотрим состав работ, которые выполняются с ис-

ечного оборудования КДМ на автомобильном шасси

пользованием КДМ, а также дорожные условия. В летнее

11. Очистка элементов мостовых сооружений и других

время, несмотря на лучшие климатические условия, си-

элементов при помощи: моечного оборудования КДМ

туация зачастую хуже в сравнении с зимним периодом.

на автомобильном шасси с ручным гидромонитором.

В документе [2], а также в [6] приводится классифи-

Данные работы осуществляются в конкретных до-

кация работ по летнему содержанию:

рожных условиях. Рассмотрим, как можно классифи-

1.

Механизированная очистка дорожных покрытий

цировать дорожные условия и ситуации применительно

от мусора и грязи на дорогах с бордюрным камнем.

к решаемой задаче. КДМ движется по полосе задан-

1.1. Подметание с использованием подметально-убо-

ного направления, на степень помех с её стороны ока-

рочных машин на базе автомобиля.

зывают влияние: число полос в заданном направлении;

1.2. Мойка с использованием подметального прицепа

возможность обгона по полосе встречного движения;

к колёсному трактору.

расстояние до возможного съезда; а также наличие пре-

1.3. Уборка с использованием: моечного оборудо-

пятствий — пешеходных переходов и светофоров. В ре-

вания к КДМ на базе автомобиля; моечного оборудо-

зультате дорожную планировку можно описать сле-

вания на базе колёсного трактора; моечного оборудо-

дующим образом: одна полоса со сплошной линей; одна

вания к универсальному базовому шасси.

полоса с прерывистой линией; две полосы; три полосы;

2.

Механизированная очистка дорожных покрытий

расположение съезда; ширина полос; пешеходный пе-

от пыли и грязи на участках без бордюрного камня с ис-

реход; светофор.

пользованием: автогрейдера; щёточного оборудования

В отличие от дорожной планировки, дорожная си-

КДМ на базе автомобиля; щёточного оборудования к ко-

туация может меняться за короткий промежуток времени,

лёсному трактору; щёточного оборудования к универсаль-

поэтому дорожную ситуацию можно описать следующим

ному базовому шасси.

образом: препятствия на дороге (ДТП, дорожные работы

3. Очистка и мойка стоек дорожных знаков с исполь-

и пр.); скоростной режим дороги; скорость объезда в за-

зованием: ручного гидромонитора к поливомоечному обо-

висимости от состава потока; скорость объезда в зависи-

рудованию КДМ на автомобильном шасси; моечного обо-

мости от полосы движения.

рудования к колёсному трактору

Если на дороге присутствует непреодолимое препят-

4. Очистка и мойка световозвращающих элементов

ствие (ДТП и пр.), то независимо от КДМ затруднение

с использованием ручного гидромонитора к поливомоеч-

будет, поэтому нет смысла производить расчёт скорост-

ному оборудованию КДМ на автомобильном шасси.

ного режима в таких условиях.

5. Очистка и мойка барьерных ограждений с исполь-

Условия, для которых необходимо производить расчёт

зованием: оборудования для очистки и мойки барьерных

скорости движения, определяются сочетанием типа вы-

ограждений к КДМ на автомобильном шасси; оборудо-

полняемой работы, типа дорожной и планировки и до-

вания для очистки и мойки барьерных ограждений к ко-

рожной ситуации.

лесному трактору; оборудования для очистки и мойки

Произведём расчёт характеристик движения КДМ

барьерных ограждений к универсальному базовому

со щёточным оборудованием для случая очистки от пыли

шасси.

и грязи дороги без бордюров с одной широкой полосой

6.

Уборка и мойка подземных и надземных пеше-

движения в заданном направлении, разделённых преры-

ходных переходов и автопавильонов с использованием:

вистой линией, без ДТП. Будем использовать технологи-

ручного гидромонитора к поливомоечному оборудованию;

ческую схему из [3], см. рис. 1.

КДМ; автогидроподъемника.

Ширина полосы магистральной дороги имеет интервал

7. Мойка шумозащитных экранов с использованием:

значений 3,5–3,75 м, см. [4]. В настоящем случае полоса

оборудования для очистки и мойки шумозащитных эк-

имеет ширину 4,5 м, что значительно больше нормы. Это

ранов; ручного гидромонитора к поливомоечному обору-

определяет возможность движения в два ряда для лег-

дованию КДМ;

ковых автомобилей. В соответствии со схемой машине

8.

Уборка тротуаров.

для обработки полосы требуется совершить 2,5 прохода.

178

Технические науки

«Молодой учёный» . № 20 (79)

. Декабрь, 2014 г.

Таблица 2. Результаты расчёта

Наименование пункта

Обозначение

Ед. изме-

Численные значения для случаев:

результата расчёта

рения

1

2

3

4

5

1

Допустимое время движения КДМ

Тпред. нак

мин.

11,59

10,07

11,45

10,56

12,00

по дороге

2

Скорость накопления пробки

Vнак. пр

км/час

52,08

48,01

52,71

45,80

50,29

3

Скорость пробки

Vпр

км/час

37,92

41,99

37,29

44,20

39,71

4

Минимально возможная рабочая

Vкдм

км/час

33,96

39,07

34,37

37,28

32,79

скорость перемещения КДМ

5

Относительная (приведённая)

Vоб

км/час

3,96

2,92

2,92

6,92

6,92

скорость объезда КДМ

Коэффициенты зависимости

-

-

-

-

-

-

-

Vоб = k·Вкдм+b

6

Слагаемое функциональной зави-

b

км/час

5

5

5

9

9

симости Vоб (Bкдм)

7

Коэффициент функциональной

k

-

–4

–4

–4

–8

–8

зависимости Vоб (Bкдм)

скорость vкдм, автомобили на свободном участке дороги

Наибольшее значение vкдм соответствует проходу

имеют скорость vдор. Затруднение за КДМ движется

2–39,07 км / час. Здесь КДМ находится у осевой и явля-

со скоростью vпр, отличной от величины vкдм, поскольку

ется помехой скоростному транспорту, а также занимает

машины совершают обгон со скоростью vоб. Расчёт ско-

большую долю от ширины полосы. Такая же ситуация имеет

рости vоб производится по линейной зависимости с ко-

место и для прохода 3, однако здесь больше дистанция L1,

эффициентами b и k. Для расчёта коэффициентов необ-

поэтому допустимо более длинное затруднение.

ходимо знать скорость объезда Vоб1 для ширины КДМ

Наименьшее значение vкдм приходится на проход 5.

Вкдм1 и скорость Vоб2 для Вкдм2.

В данной ситуации КДМ частично перемещается по обо-

Скорость накопления затруднения Vнак. пр зависит

чине и препятствует низкоскоростному транспорту, а рас-

от скоростей vдор и vпр. Расстояние L1+ L2 занимается

стояние L1 здесь больше, чем для прохода 4, для которого

затруднением со скоростью Vнак. пр за время Тпред. нак.

скорость vкдм выше.

За это время КДМ должна преодолеть расстояние L2, по-

Выводы:

кинув дорогу.

1. Приведена классификация работ по летнему со-

зованием математических моделей, словесное описание

водить расчёт скоростей движения.

которых приведено выше.

2.

Рассмотрены дорожные планировки и ситуации,

Из табл. 2 видно, что скорость vкдм меняется в ин-

которые необходимо выделить при расчете скоростей дви-

тервале от 32,79 до 39,07 км / час (строка 4). При такой

жения.

незначительной разнице длина затруднения отличается

3.

Рассчитаны скорости движения КДМ при очистке

на 2 км, поскольку для случаев 2 и 4 она составит 8,06 км,

дороги от пыли и грязи за 5 проходов на захватке. Для каж-

а для случаев 1, 3 и 5–10,06 км. Таким образом, малое от-

дого из проходов скорость движения КДМ отлична. Выяв-

личие в скорости КДМ приводит к существенной разнице

лено, что степень возрастания затруднения весьма чув-

в длине затруднения.

ствительна к скорости движения КДМ.