ВМЕСТО ГУСЕНИЦ — ШНЕК

С 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 оссбо 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. Глазное 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 ка сани, приводимые в движение шнеком. Вслед за тем во Франции и Швеции появляются шнековые движители, приспособленные к автомобилям и предназначенные для обеспечения мм возможности передвижения по снегу. 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 скег 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.

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 техники, которые были организованы в Подмосковье в конце двадцатых годов. Проверялись возможности различных снегоходных машин, автомобилей, тракторов и приспособлений к ним, повышающих проходимость по скегу. 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 в 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.

Испытания легкой шнекоходкой 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 по 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.

Мотоциклетный двигатель «Иж-Планета» 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 лыж — 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 ГПИ-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-02, 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 10 000 м3 илообразных осадков в сутки. Будучи обезвожены, эти массы могут быть использованы в промышленности и сельском хозяйстве. Но практика показана, что цикл обезвоживания затягивается на несколько лет, в основном из-за зарастания поверхности площадки сорными травами которое препятствуют интенсивному испарению влаги.

Машина ГПИ-02 помазала хорошую проходимость по иловым отстойникам при любой влажности, а роторно-винтовые движители к тому же интенсивно разрушают и погружают в ил 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 были созданы и на Московском автозаводе имени Лихачева. Шнекоход ШН-1 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 размещенное по два с каждой стороны. Причем любой шнек может вращаться в обе стороны. Благодаря этому машина обладает исключительней 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 на неровностях пути.

В 1973 году инженер П. В. Олейников из поселка Зареченский Мурманской области построил шнекокарты 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.

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 крепится 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 изготовлен 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 ст 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