Большие и малые дороги опоясали нашу Землю, но осталось еще множество неизведанных и труднодоступных мест, таящих несметные природные богатства. И сегодня исследуются самые отдаленные и глухие районы: геологи ищут нефть и газ в пустыне, каменный уголь в заснеженной тундре; рабочие строят газопроводы и железные дороги, преодолевая горы и пески, болота и реки. Все эти люди нуждаются в таких вездеходных машинах, которые смогли бы легко и быстро преодолевать любые препятствия на своем пути и перевозить тяжелые грузы. Прибавьте к этому суровые климатические условия, при которых используются вездеходы: морозы до -60° или зной пустыни, повышенную влажность, разъедающую металл…
Существующие вездеходы способны в основном работать лишь в определенных условиях, и только некоторые опытные машины могут использоваться почти на любой местности. А ведь, кроме возможности преодолевать препятствия, вездеход должен иметь и достаточную скорость, легкое управление, комфортабельность и необходимую грузоподъемность.
Основное условие создания автомобилей повышенной проходимости и специальных колесных вездеходов — чтобы все оси были обязательно приводными, каждое колесо — ведущим, рабочим. Только в этом случае обеспечивается максимальное использование сцепления колес с дорогой.
Однако применения только ведущих колес для повышения проходимости уже недостаточно. Известные трудности вызывает использование и традиционных схем машин: маневренность ограничивается минимальным радиусом поворота, способность преодоления препятствий — дорожным просветом и диаметром колес машины и т. д. Поэтому конструкторы всех стран изыскивают необычные типы движителей и принципиально новые способы повышения вездеходных качеств машин.
МНОГОКОЛЕСНЫЕ
Для эксплуатации на сыпучих грунтах, в пустыне или а заснеженных районах увеличение проходимости достигается увеличением числа колес вездехода. Удельное давление на грунт дополнительно может быть понижено использованием широкопрофильных и арочных шин или пневмокатков низкого давления.
Среди многоосных вездеходов следует выделить прежде всего четырехосные машины (колесная формула 8X8). Удельное давление на грунт таких вездеходов составляет в среднем 0,7—0,8 кг/см2, что близко к гусеничным машинам. Они способны преодолевать рвы и канавы шириной в несколько метров и вертикальные препятствия высотой до одного метра. В конструктивном отношении они больше других вездеходов приближаются к стандартным автомобилям, поэтому наладить их серийное производство значительно легче.
На крупнейших стройках нашей Страны можно встретить самый распространенный советский тяжелый вездеход МАЗ-537 с приводом на все восемь колес (рис. 1). При работе с полуприцепом его грузоподъемность достигает 50 т. На этом вездеходе установлен двенадцатицилиндровый двигатель мощностью 525 л. с. и гидромеханическая трансмиссия. Максимальная скорость машины с полной нагрузкой 55 км/ч.
Рис. 1. Восьмиколесный вездеход МАЗ-537
За рубежом выпускаются вездеходы «8X8» от легких одно-двухместных до тяжелых, грузоподъемностью более 10т, специальной конструкции. Американские фирмы разработали серию средних машин «8X8» универсального назначения грузоподъемностью 4—5 т. Они воплощают в себе ряд новых тенденций в развитии вездеходов такого класса: многотопливный двигатель, работающий на самых низких сортах топлива, легкий алюминиевый кузов, механическую или гидромеханическую трансмиссию, систему регулирования давления воздуха в шинах тормозных механизмов, герметизацию. Все машины обладают плавучестью и передвигаются по воде со скоростью до 5 км/ч за счет вращения колес, а при установке обычного лодочного мотора скорость повышается до 10 км/ч.
Интересная конструкция универсального четырехосного вездехода «Татра-813» создана в ЧССР. Он оснащен мощным двигателем воздушного охлаждения, центральной рамой — трубой и независимой подвеской всех колес.
Другое решение проблемы уменьшения давления на грунт — применение вместо обычных колес пневмокатков, представляющих собой бочкообразные «пневматики» с низким внутренним давлением воздуха. Их диаметр — 1 м при ширине 1—1,5 м. Такие катки легко приспосабливаются к неровностям дороги и поглощают все толчки, поэтому оборудованные ими вездеходы (см. вкладку) вообще не нуждаются в подвеске. Обычно пневмокатки объединяются попарно в переднюю и заднюю тележки. Крутящий момент передается через систему шестерен. Такие машины способны легко передвигаться по болотам, песку, снегу и даже по железнодорожному полотну. На вкладке показан вездеход «Ураган» грузоподъемностью 8 т, построенный в нашей стране.
Интересный компромиссный вариант обычной многоколесной машины с вездеходом на пневмокатках — восьмиосный транспорт «Флекстрак-Нодуэлл 600ТТ», созданный в Канаде. У него 32 пневмокатка объединены в две четырехосные тележки. Все колеса ведущие. Длина вездехода более 14 м, а грузоподъемность около 30 т (рис. 2).
Рис. 2. Вездеход на пневмокатках
Своеобразная конструкция колесного движителя применена на американском вездеходе «Носорог» (см. вкладку). На нем установлены полусферические колеса из алюминиевого сплава с радиальными ребрами-грунтозацепами (передние диаметром 1,8 м, задние вдвое меньше). По шоссе колеса катятся по наибольшему диаметру, а по мере погружения такого колеса в мягкий грунт поверхность контакта увеличивается, следовательно, уменьшается и давление на грунт. Машина обладает плавучестью и передвигается по воде с помощью водометного движителя и за счет вращения колес.
Эта оригинальная конструкция не нашла широкого практического применения, но породила многочисленные проекты транспорта будущего с полусферическими и сферическими колесами. В одном из зарубежных проектов (см. вкладку) предлагается многоколесный транспортер со сферическими, эластично связанными между собой колесами для передвижения по Луне. Машина точно копирует профиль пути и больше всего напоминает механическую гусеницу, состоящую из колес-шаров.
ТРАНСПОРТЕРЫ-ГИГАНТЫ
У большинства вездеходов дорожный просвет, то есть расстояние от самой нижней точки шасси до поверхности грунта, составляет не менее 350—500 мм. Для сравнения укажем, что просвет обычного легкового автомобиля не превышает 150—200 мм. Конечно, весьма заманчиво было бы создать вездеход с большим просветом. Это возможно достигнуть прежде всего за счет увеличения диаметра колес. Известно, что два колеса диаметром 1,6 м равноценны по своим тяговым и сцепным показателям десяти колесам диаметром 1 м. Кроме того, большие и широкие колеса с шинами низкого давления дают большую площадь контакта с грунтом и, следовательно, малое удельное давление.
Оригинальную конструкцию с четырьмя огромными колесами-барабанами из легкого металла построили специалисты киевского отделения института связи. Вездеход смонтирован на базе обычного трактора и предназначен для прокладывания линий связи в болотистой Местности. На автомобиле-лесовозе повышенной проходимости МАЗ-532 тоже установлены четыре колеса большого диаметра, но уже с пневмошинами.
Аналогичные машины построены двумя американскими фирмами. Один из вездеходов (рис. 3) снабжен четырьмя полыми металлическими колесами диаметром 2,7 м и шириной 1,5 м, которые одновременно служат и поплавками. На внешней поверхности цилиндров колес имеются высокие ребра-грунтозацепы. Они необходимы как для сцепления с грунтом, так и для движения по воде, где они играют роль лопаток водяного колеса. Скорость машины на суше до 20 км/ч, на воде — 10 км/ч.
Рис. 3. Полые колеса служат на воде поплавками
Двухосный вездеход «Сноу-Багги» имеет восемь неподрессоренных колес диаметром 3 м. На машине установлен дизель мощностью 400 л. с. и генераторная установка для питания электродвигателей, встроенных в колеса. Поворачивает эта громоздкая машина, притормаживая колеса с той или другой стороны. Благодаря низкому давлению в шинах не требуется дополнительной амортизации ходовой части и в то же время обеспечивается высокая проходимость. При собственном весе в 20 т скорость вездехода по бездорожью достигает 13 км/ч.
Самый большой в мире вездеход, названный «Биг-Уил» («Большое колесо»), создан в Канаде. Он предназначен для перевозки геологических партий и нефтедобывающих станций по самым труднопроходимым местам. На вездеходе монтируется целая нефтяная вышка, а в корпусе имеется жилое помещение на 40 человек. Четыре огромных колеса Диаметром по 15 м и четыре газотурбинных двигателя общей мощностью 12 тыс. л. с. позволяют ему свободно преодолевать практически любые препятствия — небольшие речки, болота, мелколесье, каждое колесо имеет независимую подвеску с ходом 2,7 м.
Полный вес машины-гиганта 540 т. Когда при одном из первых испытаний этот металлический мастодонт застрял в глубокой расщелине, никакими существующими подъемными средствами вызволить его не удалось.
ШАРНИРНЫЕ И СОЧЛЕНЕННЫЕ
Для передвижения по сильнопересеченной местности с высокими вертикальными препятствиями и крутыми холмами вездеходы с классической компоновкой практически непригодны. Для этого разработаны различные варианты машин с «ломающейся» рамой и особые сочлененные вездеходы.
Отличительной чертой их является то, что они состоят из нескольких шарнирно связанных между собой частей, которые могут свободно перемещаться относительно друг друга в одной или нескольких плоскостях (рис. 4). Как гусеница, переползает такой транспорт через препятствие, повторяя все его контуры.
Рис. 4. Многосекционный колесный вездеход
Рис. 5. Шарнирный вездеход
В начале 50-х годов в Швейцарии создали трехосную машину «Метрак», состоящую из двух секций, шарнирно связанных между собой. Основанием служила средняя ось (рис. 5). На нее навешивалось четыре балансира, на концах которых крепились передние и задние колеса. На передней секции установлены силовой блок и кабина, задняя предназначена для перевозки грузов. При помощи системы гидроцилиндров обе секции могут перемещаться на угол 30° относительно друг друга. Любое из колес способно приподняться над землей, что дает машине возможность двигаться по косо, ору, сохраняя горизонтальное положение. При движении на шоссе средняя ось поднимается, и вездеход движется только на передних и задних колесах. Передача крутящего момента на колеса осуществляется с помощью ценной передачи, заключенной внутри балансиров. Управление и проходимость целиком зависят от опыта и сноровки водителя.
В США построено несколько сочлененных колесных машин, у которых силовой блок установлен на передней секции так, что она может отсоединяться и передвигаться самостоятельно. Задняя секция, приводимая системой карданных валов, служит для перевозки людей и грузов. Соединительный шарнир между обеими секциями имеет три степени свободы и позволяет им принимать практически любые положения относительно друг друга, что значительно повышает проходимость и маневренность машины.
У плавающего двухсекционного вездехода «Дьявол», построенного в США, каждое из четырех колес крепится на конце длинного балансира и имеет индивидуальный цепной привод. Балансиры могут вращаться вокруг точки крепления к раме на 360°, а колеса — занимать самые разнообразные положения, приспосабливаясь к профилю местности. Максимальный просвет у вездехода составляет 1080 мм. Машина в буквальном смысле может перешагивать через препятствия высотой до 1,5 м и глубиной до 2 м, поочередно перенося свои «ноги»-балансиры. Она свободно идет по косогору, сохраняя горизонтальное положение. Для облегчения погрузки и разгрузки способна опускаться на днище. Движение по воде обеспечивает гребной винт. «Дьявол» представляет собой класс переходных конструкций вездеходов от обычных, колесных, к шагающим.
АВТОПОЕЗДА
Грузоподъемность одиночной, пусть и вездеходной, машины ограничена, поэтому конструкторы усиленно работают над созданием автопоездов высокой проходимости.
В Советском Союзе на базе грузового автомобиля повышенной проходимости ЗИЛ-131 (6X6) создан автопоезд ЗИЛ-137 (рис. 6) с двухосным полуприцепом грузоподъемностью 10 т. Недавно Мытищинский машиностроительный завод разработал еще один активный полуприцеп ММЗ-881 на 14 т груза для работы с седельным тягачом КрАЗ-255Д.
Рис. 6. Автопоезд ЗИЛ-137 с активным полуприцепом
Привод от тягача на колеса этих полуприцепов механический, через систему карданных валов.
Такие конструкции разрабатываются и в других странах. Во Франции для передвижения по пескам пустынь построен активный полуприцеп «Титан» с гидроприводом. В Финляндии на вездеходе «Сису» (4X4) установлен специальный гидронасос для привода мотор-колес активного прицепа. Гидропередача к мотор-колесам прицепов является весьма перспективной благодаря удобной компоновке и большой компактности. Недостатки, тормозящие развитие этой системы, — высокое удельное давление (150—200 кгс/см2), необходимость точной обработки деталей и высокое качество уплотнений. Поэтому многие фирмы предпочитают использовать механические или электрические передачи. Например, американская фирма «Летурно» разрабатывает серию многозвенных автопоездов с индивидуальным электроприводом каждого колеса. Они предназначены для эксплуатации в условиях Крайнего Севера. Один из этих автопоездов состоит из пяти активных прицепов, другой из десяти, достигая длины около 200 м (рис. 9). На тягаче устанавливается дизельгенераторная установка мощностью до 3500 л. с., питающая все электромотор-колеса тягача и прицепов.
ГУСЕНИЧНЫЕ
Траковый движитель известен уже более 100 лет, и за это время он практически не изменился. Главное его преимущество перед колесным — малое удельное давление на грунт, а один из основных недостатков — сложность поворота, особенно на пересеченной местности.
Гусеничные вездеходы не отличаются таким большим разнообразием конструкций, как колесные, но основные направления их развития такие же: увеличение длины и ширины гусениц, создание шарнирных и многосекционных машин. В зависимости от назначения они выпускаются грузоподъемностью от сотен килограммов до десятков тонн, с шириной гусениц до 1 м и более. Для большинства из них среднее удельное давление в пределах 0,15—0,33 кгс/см2, но есть и рекордсмены-снегоходы с давлением до 0,03 кгс/см2, что почти равно давлению лыжника на снег.
Рис. 7. Сочлененный гусеничный вездеход
Создаются и двухсекционные вездеходы, передняя и задняя секции которых связаны специальным шарниром. Таковы, например, шведские «Болиндер-Мунктель» и американские «Поулкэт». На советском снегоболотоходе НАМИ-0157М грузоподъемностью 8 т, опытная партия которых недавне выпущена Уральским автозаводом, установлены четыре гусеницы, объединенные в две тележки, каждая со своим приводом и системой управления. В новой пятилетке такие машины будут работать в самых труднодоступных районах Сибири, обслуживая геологов, нефте- и газодобытчиков. По этому же принципу построены мощные канадские вездеходы фирм «Флекстрак-Нодуэлл» (рис. 7) и «Формоуст».
НОВЫЕ ИДЕИ
Большой интерес представляют собой поисковые конструкции, использующие принципиально новые способы передвижения по местности.
Так, американский вездеход «Эйролл» — комбинация колесной и гусеничной машин, у которого имеется две гусеницы с 13 пневмокатками вместо траков. Причем все катки — ведущие. При движении по сложной местности вращаются и гусеницы и катки, а на шоссе — только нижние катки гусеницы. Скорость машины по суше 40 км/ч, по воде — 10 км/ч.
Принцип Архимедова винта использован в так называемых червячных или шнековых вездеходах. Винты-роторы или червяки как бы ввинчиваются в грунт и обеспечивают машине поступательное движение. При вращении роторов в разные стороны происходит движение вперед или назад, при вращении в одну сторону — боком. Поворот осуществляется, как и у гусеничных машин, притормаживанием роторов одной из сторон. Полые движители такого типа обеспечивают также плавучесть и передвижение на воде. Такой вездеход ГПИ-72 создай в Горьковском политехническом институте на Базе грузовика ГАЗ-66. Похожие экспериментальные образцы двухроторных машин строятся в США и Голландии. Четырехроторный вездеход «Дороти» с последовательным расположением барабанов создан в Японии.
Интересен принцип использования воздушной подушки для повышения проходимости транспортов. Нагнетаемый под днище воздух приподнимает вездеход над землей, и его удельное давление на почву значительно снижается. Один такой образец создан в Англии на базе легкого вездехода «лендровер». Он оборудован двумя вентиляторами, и даже при минимальном подъеме на воздушной подушке удельное давление на грунт снижается до 0,0243 кг/см2.
Рис. 8. Вездеход с «треугольным» движителем
Рис. 9. Гигантский многозвенный автопоезд
Необычный вездеход построен американской фирмой «Локхид» (рис. 8). На месте каждого из колес у него оригинального вида движитель из трех пневмокатков, которые, словно по вершинам треугольника, крепятся на радиальных кронштейнах под углом 120°. При движении по пересеченной местности при наезде на препятствие кронштейны с катками поворачиваются вокруг своей оси, а на ровной дороге оси кронштейнов блокируются и машина едет только на нижних парах катков.
В последнее время много говорят и пишут о шагающих машинах — шагоходах. Живые их «прототипы» в природе без значительных трудностей могут проходить там, где не под силу проехать ни одному из самых совершенных транспортных средств. Но сложности создания таких механизмов и управления ими отодвигают их практическое применение в далекое будущее Хотя несколько опытных машин, а также переходных образцов уже создано.
1. Один из первых вездеходов — полугусеничный автомобиль (Франция).
2. Вездеход «Носорог» на полусферических колесах из алюминиевого сплава. На твердом покрытии движитель перекатывается по наибольшему диаметру; на мягком грунте «подключается» остальная часть полусфер.
3. Широкие, до 1,5 м, пневмокатки обеспечивают высокую проходимость и заменяют мягкую подвеску.
4. Сочлененному вездеходу-«амфибии» с прицепом-амфибией не страшны топкие почвы и водные преграды.
5 Шароход — транспорт со сферическими колесами и гибким соединением звеньев — предназначен для передвижения на Луне.
6. Пневмокатки вездехода «Ураган» (СССР), спаренные между собой в переднюю и заднюю тележки, позволяют легко преодолевать и пески, и болота, и глубокие снега. Все колесные пары — ведущие.
Несколько лет назад советский профессор Г. Катыс предложил проект колесно-шагающего механизма, основанного на перенесении его передних колес вперед через препятствие по воздуху с последующим перенесением на них всего веса машины и подтягиванием задних колес, — полная механическая имитация движений, встречающихся у живых существ. Может быть, именно таким вездеходным аппаратам принадлежит будущее?
Итак, много конструкций, много идей, много споров. И вряд ли решение их будет однозначно. Ясно одно: вездеход будущего станет синтезом лучших качеств всех своих предшественников. И наверное, свое слово могла бы сказать здесь и большая армия моделистов, опробовав в миниатюре то, что потом может быть заложено в реальные конструкции.
Е. КОЧНЕВ, инженер
