ВЕЗДЕХОДЫ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА
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 применение 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.
Для эксплуатации на сыпучих грунтах, в пустыне или в 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 8Х8)-Удельное давление на грунт таких вездеходов составляет в среднем 0,7-0,8 кг/см 2 , 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.
Рис. 1. Восьмиколесный вездеход МАЗ-537.
За рубежом выпускаются вездеходы «8X8» от легких одно-двухместных до тяжелых, грузоподъемностью более 10 т, 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.
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 а 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.
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.
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.
Рис. 4. Многосекционный колесный вездеход.
Рис. 5. Шарнирный вездеход.
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.
Грузоподъемность одиночной, пусть и вездеходной, машины ограничена, поэтому конструкторы усиленно работают над созданием автопоездов высокой проходимости.
Рис. 6. Автопоезд ЗИЛ-137 с активным полуприцепом.
Привод от тягача на колеса этих полуприцепов механический, через систему карданных валов.
Рис. 9. Гигантский многозвенный автопоезд.
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/см 2 , но есть и рекордсмены-снегоходы с давлением до 0,03 кгс/см 2 , что почти равно давлению лыжника на снег.
Рис. 7. Сочлененный гусеничный вездеход.
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 создан 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 «ленд-ровер». Он оборудован двумя вентиляторами, и даже при минимальном подъеме на воздушной подушке удельное давление на грунт снижается до 0,0243 кг/см 2 .
Рис. 8. Вездеход с «треугольным» движителем.
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 маханизмов и управления ими отодвигают их практическое применение в далекое будущее. Хотя несколько опытных машин, а также переходных образцов уже создано.
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.
1. Один из первых вездеходов — полугусеничным 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.