Разработки

ВМЕСТО ГУСЕНИЦ — ШНЕК

13.04.2014
ВМЕСТО ГУСЕНИЦ — ШНЕКС каждым годом все интенсивнее идет освоение труднодоступных районов страны, хранящих в своих недрах неисчислимые богатства, столь необходимые народному хозяйству. Разыскивая эти тайники природы, работают многочисленные геологоразведочные партии. Они преодолевают сотни и тысячи километров непроходимой тундры, форсируют болота и топи, не замерзающие и в суровые зимы реки, глубокие снега.
 
В этом им помогают различные транспортные машины — гусеничные вездеходы-амфибии, автомобили высокой проходимости, вертолеты и самолеты. И тем не менее в особо сложных условиях имеющаяся техника часто оказывается бессильной. Приходится использовать вьючных животных, оленьи упряжки, а порой пробираться пешком, надев охотничьи лыжи или снегоступы.
 
Поэтому понятны попытки разработать такой движитель, который обеспечивал бы высокую проходимость не только машинам, но и более простым, малым транспортным средствам, не менее необходимым для работы в отдаленных осваиваемых районах.
 
И движитель подобного рода существует: шнековый, или винтовой. Он, конечно, имеет свои недостатки, но и обладает многими преимуществами. Главное из них — обеспечение вездеходности в таких условиях бездорожья, где все остальные транспортные средства проходимости не обеспечивают.
 
У шнекового движителя есть своя довольно долгая история. Его появление относят к 1900 году, когда русскому изобретателю Ф. Дергинту был выдан патент на сани, приводимые в движение шнеком. Вслед за тем во Франции и Швеции появляются шнековые движители, приспособленные к автомобилям и предназначенные для обеспечения им возможности передвижения по снегу.
 
Шнекоход «дороти»
 
Шнекоход «дороти»
 
Шнекоход ШН-1 форсирует болото
 
Шнекоход ШН-1 форсирует болото
 
Лыжно-винтовой снегоход ГПИ-05
 
Лыжно-винтовой снегоход ГПИ-05
 
ВМЕСТО ГУСЕНИЦ — ШНЕК
 
Эти машины имели винтовой движитель, установленный между задними колесами автомобиля. Шнек приводился во вращение от двигателя через специальную передачу. Первоначально на автомобили ставился один такой движитель, а позднее два параллельных.
 
Что же представлял собой сам шнек! Внешне он напоминал винт в мясорубке: это определенного диаметра стержень, на который навито высокое спиральное ребро. Шнеки устанавливались на шарнирной подвеске, водитель машины, посредством системы рычагов мог опускать и поднимать их, то есть регулировать высоту по отношению к колесам автомобиля. Что это давало! При движении по глубокому, рыхлому снегу, например, достаточно было опустить шнек, чтобы он погружался в более плотный слой, обеспечивая лучшее сцепление. Позднее шнек начали ставить на пружинной подвеске — и та же операция выполнялась автоматически, упразднялась сложная рычажная система управления движителем.
 
Но в первых вездеходах шнек все же работал недостаточно надежно, а сами машины имели слишком узкие колеса, которые под весом автомобиля глубоко погружались в снег и создавали большое сопротивление движению. Да и конструкция шнека была также несовершенна. Небольшого диаметра стержень и высокое узкое ребро его винтовой нарезки не уплотняли снег, а на твердом насте автомобиль мог перемещаться и без такого движителя.
 
Следующий этап развития шнекового транспорта — увеличение диаметра винтового движителя, резкое уменьшение высоты спирального ребра и замена колес на лыжи. Эти усовершенствования резко повысили эффективность работы шнека. Теперь он превратился в цилиндр большого диаметра, который при перемещении хорошо уплотнял снег, а винтовое ребро, хотя и было меньшей высоты, работало значительно лучше. Испытания показали, что сцепление такого шнека с грунтом возрастает с увеличением приходящейся на него нагрузки.
 
Это наблюдение привело к следующему этапу развития вездеходов рассматриваемого типа, который можно назвать современным, так как он захватывает и сегодняшний день. Конструкторы отказались от приспособления шнекового движителя к автомобилю, а стали строить специальные машины, в которых вся масса распределяется между двумя винтовыми движителями и передними управляемыми лыжами.
 
Схема установки шнека и лыжный автомобиль с винтовым движителем.
 
Схема установки шнека и лыжный автомобиль с винтовым движителем.
 
Почти одновременно появилась и еще одна разновидность шнековых машин. У них уже не было ни колес, ни лыж, а движители представляли собой цилиндры большого диаметра с трех-, четырехзаходной навивкой рабочего ребра. Управление осуществлялось как на гусеничных машинах: торможением одного из шнеков. Такая конструкция считается наиболее перспективной, поскольку дает возможность использовать подобные машины не только зимой, но и в условиях полного бездорожья.
 
Здесь стоит упомянуть об испытаниях зимней техник», которые были организованы в Подмосковье в конце двадцатых годов. Проверялись возможности различных снегоходных машин, автомобилей, тракторов и приспособлений к ним, повышающих проходимость по снегу. В испытаниях участвовала техника, созданная институтом НАМИ, отдельными конструкторами. Были и зарубежные машины, среди них шнекоход «мотобоб» и трактор «фордзон» на червячных барабанах.
 
Проведенное сравнение позволило выявить ряд преимуществ машин со шнековыми движителями: относительная простота, плавность хода, хорошее тяговое усилие. Но тогда же вскрылись и минусы, в основном заключавшиеся а небольшой скорости, плохой маневренности, недостаточной надежности конструкции. Немаловажным фактором явилась и ограниченность мест целесообразного использования шнекоходов по сравнению с гусеничными машинами и автомобилями повышенной проходимости. Все это послужило причиной ослабления внимания транспортных организаций к шнековому движителю.
 
Возрождение интереса к машинам с «винтовыми» движителями как у нас в стране, так и за рубежом, приходится на 60-е годы. Оно связано с поиском вездеходных конструкций, применимых не только в ЗИМНИХ, но и в других особо тяжелых дорожных условиях. Различные экспериментальные шнекоходные машины, предназначенные специально для работы на сильно заболоченной местности, были созданы в США, Англии, Японии.
 
В нашей стране большую исследовательскую работу, в том числе и по теории шнековых движителей, проделала лаборатория снегоходных машин Горьковского политехнического института имени А. А. Жданова. Под руководством кандидата технических наук, доцента С. В. Рукавишникова был разработан ряд легких шнековых машин (ГПИ-16Р, ГПИ-16ВА, ГПИ-16ВС и ГПИ-0,5), испытания которых подтвердили предположение о перспективности применения «роторно-винтовых» движителей для снегоходов и выявили ряд неоспоримых преимуществ этих движителей: более высокий КПД, повышенная долговечность и надежность, более высокие тягово-сцепные качества, меньший вес и простота конструкции.
 
«Мотобоб» — лыжко-винтовая машина.
 
«Мотобоб» — лыжко-винтовая машина.
 
Трактор «фордзон» на червячных барабанах.
 
Трактор «фордзон» на червячных барабанах.
 
Испытания легкой шнекоходной машины ГПИ-16Р с двигателем «Иж-Планета» мощностью 12 л. с. показали, что машина устойчиво движется по снегу глубиной от 200 до 800 мм, свободно преодолевает заструги высотой до 400 мм. Шнекоход имеет винтовые барабаны с диаметром Цилиндра 300 мм и шагом винтовой линии зацепов 840 мм, что соответствует углу подъема винтовой линии зацепа 42°. Длина барабана, включая передний и задний конусные участки, — 1650 мм, при числе витков 3 и высоте зацепов 50 мм. Зацепы выполнены в форме трапеции с основанием 35 мм и углом при вершине 20°.
 
При испытаниях были проведены сравнения с полугусеничным ГПИ-15, имевшим аналогичные весовые и мощностные характеристики: обе машины показали одинаковые результаты по замеряемым параметрам. В выводах по испытаниям указано, что использование винтовых барабанов с углом подъема спиральной линии зацепов 42° возможно для снегоходной машины, однако желательно уменьшение угла, что позволит увеличить запас тяги го сцеплению. Отмечалось также, что боковые перемещения во время движения — наиболее существенный недостаток винтоходной машины. Необходимы устройства, стабилизирующие прямолинейное движение, особенно на неровностях пути.
 
О боковых смещениях винтовых барабанов известно давно. Еще инженер А. А. Крживицкий писал об этом в книге «Механические средства передвижения по снегу», вышедшей в 1926 году. И уже тогда рекомендовал ограничивать шнеки врезающимися по бокам в снег полозьями, стабилизирующими движение и воспринимающими боковые усилия, возникающие на винтовом ребре барабанов.
 
Созданные лабораторией машины ГПИ-0,5, выпущенные небольшой партией, были использованы зимой на Камчатке для объезда линий электропередачи, где заменили применявшиеся до этого мощные гусеничные машины ГАЗ-71.
 
Лыжно-винтовой снегоход ГПИ-0,5 состоит из кузова, двигателя, силовой передачи (трансмиссии), ходовой части, рулевого управления и систем питания двигателя и электрооборудования. Кузов — цельнометаллический, сварной, открытый, рассчитанный на перевозку 2—3 человек. Он является основным несущим элементом конструкции снегохода. Передний капот, под которым размещен двигатель, сделан откидным для обеспечения удобства обслуживания двигателя в эксплуатации.
 
Схема образования на шнеке силы Р2, смещающей барабан в сторону
 
Схема образования на шнеке силы Р2, смещающей барабан в сторону:
 
Р — равнодействующая сила, перпендикулярная рабочей плоскости винтовой нарезки зацепа, Р1 — сила тяги, α — угол наклона рабочей плоскости винта по отношению к плоскости его вращения.
 
Схема бокового ограничения шнека стабилизирующими полозьями
 
Схема бокового ограничения шнека стабилизирующими полозьями:
 
1 — стабилизирующий полоз, 2 — корпус снегохода, 3 — винтовой барабан-шнек.
 
Мотоциклетный двигатель «Иж-Плакета» снабжен принудительным охлаждением. При частоте вращения коленчатого вала 3200—3500 об/мин он развивает мощность 15,5 л. с. Силовая передача включает в себя цепные передачи на сцепление и коробку передач, выполненные в блоке с двигателем, от коробки передач — на редуктор, а также бортовые — с главного вала на конические редукторы привода движителей. На главный вал посажен тормозной диск.
 
Ходовая часть состоит из двух управляемых лыж с амортизацией листовыми рессорами и двух винтовых барабанов движителя с их подвесками. Барабаны клепаные, негерметические, с зацепами из нержавеющей стали, число заходов навивки — 4. Шаг зацепов 1100 с углом по барабану 40°. Движители сзади подрессорены, что позволяет им иметь лучшее сцепление с грунтом для преодоления неровностей пути.
 
Рулевое управление у шнекохода — с обычным рулевым колесом и механизмом реечного типа; соединение с поворотными рычагами пыж — тягами.
 
Следует остановиться и на разработанных в Горьковском политехническом институте имени А. А. Жданова машинах особого назначения. В 1968 году вышли на испытания специальные вездеходы на шнековых движителях типа ГПН-63 и ГПИ-72, созданные под руководством профессора А. Ф. Николаева (см.: «М-К», 1972, № 4). Эти машины, имея высокую энерговооруженность, снабжены герметичными винтовыми барабанами большого диаметра, которые обеспечивают возможность свободного передвижения не только по снегу или заснеженному льду со скоростью до 20 км/ч, но даже по воде и непроходимым болотам. На них смонтированы ледово-фрезерные установки для окалывания льда вокруг зимующих судов в северных портах, для охраны от разрушения льдом гидротехнических сооружений. При толщине льда в 1,5 м скорость такой фрезерной проходки достигает 560 м/ч.
 
Большой интерес представляет и машина ГПИ-92, сконструированная специально для механизации обработки илообразных осадков на площадках очистных сооружений больших городов. Такие отстойники имеют площадь до нескольких сот гектаров и должны при современных очистных мощностях поглощать в крупных городах до 16000 м3 илообразных осадков в сутки. Будучи обезвожены, эти массы могут быть использованы в промышленности и сельском хозяйстве. Но практика показала, что цикл обезвоживания затягивается на несколько лет, в основном из-за зарастания поверхности площадки сорными травами, которые препятствуют интенсивному испарению влаги.
 
Машина ГПК-82 показала хорошую проходимость по иповым отстойникам при любой влажности, а роторно-винтовые движители к тому же интенсивно разрушают и погружают в их растительный покров без применения каких-либо дополнительных навесных орудий. Они перемешивают верхний слой на глубину 500—600 мм, что способствует более интенсивному испарению влаги.
 
При мощности двигателя 115 л. с. и диаметре герметичных роторно-винтовых барабанов 800 мм машина обеспечивает скорость от 5 до 20 км/ч, в зависимости от степени влажности ила.
 
Мощные машины на шнековых движителях быки созданы и на Московском автозаводе имени Лихачева. Шнекоход ШН-I снабжен двигателем в 180 л. с. и герметичными роторно-винтовыми барабанами с Ø 800 мм, с рабочим зацепом трапециевидной формы высотой 120 мм и углом наклона 17°. Для повышения жесткости на внутреннюю поверхность барабанов напылен слой полиуретана. Машина рассчитана на передвижение по глубокому снегу, болотам.
 
Необычной конструкции шнековая болотоходная машина создана в Московском институте народного хозяйства имени М. Н. Губкина. Ее два шнека, вращаясь в противоположных направлениях, позволяют двигаться вперед и назад; когда же они движутся в одну сторону, машина может перемещаться боком, причем даже по асфальту. Этот болотоход предназначен для транспортировки бурового оборудования по труднопроходимым грунтам — например, грузовой платформы на воздушной подушке.
 
Из зарубежных машин особый интерес представляет японская модель шнекохода «дороти». У нее не два, а четыре шнека, последовательно размещенные по два с каждой стороны. Причем любой шнек может вращаться в обе стороны. Благодаря этому машина обладает исключительной маневренностью.
 
Не обошли вниманием роторно-винтовой движитель и любители технического творчества. В 1965 году инженер П. Г. Гаврилов из Темиртау предложил переоборудовать стандартный автомобиль «Победа», установив на нем два шнека и передние управляющие лыжи. Шнеки монтировались на специальных кронштейнах без элементов амортизации и приводились во вращение карданными валами, идущими от закрепленного на двигателе редуктора с угловыми шестернями.
 
Тому же автору принадлежит проект лыжно-винтовой машины, в которой шнековые барабаны имели пневмогидравлические амортизаторы, что улучшало сцепление движителя с грунтом ка неровностях пути.
 
В 1973 году инженер П. В. Олейников из поселка Зареченский Мурманской области построил шнеконарты КРАБ-1. Надо отдать должное настойчивости любителя технического творчества: потребовалось три года, чтобы сделать машину не только работоспособной, но и надежной: она эксплуатируется в течение всего зимнего периода без поломок.
 
Конструктивная схема снегохода ГПИ-05.
 
Конструктивная схема снегохода ГПИ-05.
 
Винтовой движитель конструкции П. Г. Гаврилова и его шнекоход на базе автомобиля «Победа» М20
 
Винтовой движитель конструкции П. Г. Гаврилова и его шнекоход на базе автомобиля «Победа» М20:
 
1 — управляемая лыжа, 2 — редуктор, 3 — двигатель, 4 — радиатор и вентилятор системы охлаждения, 5 — карданный вал, 6 — шнековый движитель, 7 — опорный подшипник.
 
Схема шнеконарт П. В. Олейникова
 
Схема шнеконарт П. В. Олейникова:
 
1 — управляемая лыжа, 2 — упорный подшипник рулевой колонки, 3 — корпус, 4 — рулевая колонка, 5 — руль, 6 — сиденье водителя и пассажира, 7 — бензиновый бак; 8 — двигатель, 9 — редуктор, 10 — муфта соединения двигателя с редуктором, 11 — цепь привода шнека, 12 — подшипник, 13 — ведомая звездочка, 14 — ось шнека, 15 — шнек, 16 — винтовые зацепы, 17 — передний подшипник, 18 — поворотная ось рамы шнека, 19 — амортизатор, 20 — упорная резиновая подушка, 21 — рессора; α — угол отклонения рамы шнека по отношению к корпусу.
 
Шнеконарты КРАБ-1 состоят из лыжи-корпуса, одного шнека, моторной установки и одной передней управляемой лыжи, которая при движении уплотняет снег перед шнеком. Корпус имеет П-образную форму: боковые плоскости, снабженные подрезами, скользят по снегу, а в вырезе размещается шнек. Подрезы нейтрализуют боковые силы, возникающие на работающем шнеке, обеспечивая устойчивое прямолинейное движение машины. А сами плоскости-лыжи ограничивают пространство, в котором работает шнек, что значительно повышает его эффективность. Движитель закрепляется на раме, которая передней частью шарнирно кропится к силовым узлам П-образного выреза. Ее задняя часть не связана с корпусом-лыжей и выходит за его задний обрез. На ней с помощью специального кронштейна установлен двигатель Иж-56 с принудительным воздушным охлаждением, а также редуктор (реверс). Последний из/оговлен из заднего моста инвалидной мотоколяски. От редуктора на привод шнека идет цепная передача.
 
Такая схема при движении позволяет раме шнека совместно с двигателем перемещаться в вертикальной плоскости, обеспечивая улучшение сцепления движителя с дорогой на неровностях. Этому же способствует оптимальная нагрузка шнека, несущего на себе вес двигателя и редуктора.
 
Движитель, как и у всех подобных машин, представляет собой цилиндрический барабан Ø 320 мм и длиной 1500 мм с тремя спиралями зацепов, сдвинутых относительно друг друга на 120°. Шаг зацепов 450 мм — это означает, что за один оборот шнек продвигается вперед на 0,45 м. Трехзаходная спираль увеличивает сцепление со снегом, так как на расстоянии 1,5 м Длины шнека в зацеплении участвуют . одновременно 9 ребер. Для изготовления зацепов конструктор использовал отработавшие свой срок диски от муфты сцепления трактора.
 
Передняя управляемая лыжа снабжена мягкой подвеской из рессоры, двух амортизаторов от мопеда «Рига» и ограничителей: резиновых подушек, предотвращающих жесткие удары и предохраняющих рессору от поломок.
 
Даже столь краткий обзор шнекоходных машин показывает, что развитие этого специфического вида транспортной техники продолжается, как продолжаются и поиски новых конструктивных решений.
 
И. НИКОЛАЕВ, инженер




Рекомендуем почитать
  • МАЛЕНЬКАЯ ЛЕБЕДКА - БОЛЬШОЙ ИНТЕРЕС
    МАЛЕНЬКАЯ ЛЕБЕДКА - БОЛЬШОЙ ИНТЕРЕСПо следам практически каждой информации, публикуемой под рубрикой «ВДНХ — молодому новатору», в редакцию приходит множество писем. На конверте адреса участников НТТМ, молодых новаторов производства, а также предприятий, строительных организаций, хозяйств, и всех их интересуют дополнительные сведения о напечатанных в журнале рационализаторских разработках. А объединяет стремление применить их у себя, чтобы добиться нового повышения производительности труда, улучшения технологии, качества продукции.

Комментарии 

 
+2 #1 Алексей Бурдин 03.02.2015 14:04
Альтернативный шнекоход ТЕШ Алексея Бурдина - эволюция шнекороторного движителя. TESH-driven concept:
http://www.youtube.com/channel/UCG23FECq14KLzBL5Zc54bhA
http://vk.com/dlordvk
https://www.facebook.com/DLORDtesh?pnref=lhc
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.