Автомобили для бездорожья

Р.Г.Данилов

Продолжение. Начало см. в "ТиВ" №7-11/2009

Испытания снегохода ЗИЛ-Э167 (см. «ТиВ» №4/2010 г.) выявили предельные значения проходимости колесного движителя. Машина, несмотря на огромный дорожный просвет (852 мм), не могла передвигаться по снегу глубиной более 1,5 м, не всегда преодолевала болота, т.е. не имела абсолютной проходимости. Это обстоятельство заставило главного конструктора-начальника СКБ ЗИЛ В.А. Грачева разрабатывать и испытывать машины с нетрадиционными ходовыми устройствами.

В 1961 г. в печати США появилось сообщение о постройке экспериментальной тележки «Аэролл» на пневматических гусеницах. Масса тележки составляла 8,6 т, длина – 7 м, ширина – 4,6 м, двигатель имел мощность 136 кВт. В движителе использовались пневмокатки размером 600x600-150 мм. Оси 16 катков консольно закреплялись с обеих сторон, образуя гусеничную цепь. Пневмокатки могли свободно вращаться вокруг своих осей. Вес машины воспринимался непосредственно корпусом, лежащим на пневмокатках. В конструкции этого движителя предусматривалось низкое давление пневмокатков на грунт, способность корпуса перекатываться по каткам и объемное зацепление грунтозацепами (этими же пневмокатками) с большим расстоянием между ними.

При движении на ровных участках пневмокатки не заглублялись в грунт, а прокатывались под днищем. При этом скорость передвижения корпуса машины превышала скорость перемотки ее гусениц в 2 раза.

При движении по болоту, снегу или рыхлому грунту, когда катки заглублялись, трение между днищем корпуса и опорными пневмокатками становилось меньше трения катка о грунт, вращение катков прекращалось, они становились грунтозацепами, как у обычной гусеничной

машины. Скорость движения корпуса машины при этом соответствовала скорости перематывания гусеничной цепи и уменьшалась вдвое по сравнению со скоростью на твердом грунте.

Таким образом, катки либо вращались, либо нет -в зависимости от величины трения между днищем машины и пневмокатком и между пневмокатком и грунтом. Переход с одного режима на другой происходил автоматически, независимо от водителя, в соответствии с дорожными условиями.

Принцип работы пневмокаткового движителя.

Для определения тяговоходовых качеств новой системы движителя в СКБ ЗИЛ совместно с кафедрой К-3 МВТУ им. Н.Э. Баумана и НИИ шинной промышленности (НИИШП) был спроектирован и построен опытный макет вездехода с движителем подобного типа, названный ПКЦ-1 («Пневмокатковая цепь»).

Проектированием узлов и агрегатов, предварительными расчетами механизма поворота, тяговой цепи, несущей конструкции рамы макета и выполнением рабочих чертежей занималось бюро «Подвески» СКБ ЗИЛ. Разработанные узлы и детали, рама корпуса, ведущие барабаны, звездочки, натяжной механизм изготавливались и доводились на механическом участке СКБ ЗИЛ. По договору о техническом сотрудничестве НИИШП поставил СКБ ЗИЛ пневмокатки размером 24x36-6, бывшие в употреблении, но годные для установки на опытную машину. Оси катков делали в производственных мастерских МВТУ им. Н.Э. Баумана по чертежам кафедры К-3. Установка силовой передачи и ведущего моста осуществлялись по месту в СКБ ЗИЛ с предварительной прорисовкой на компоновочном чертеже.

В работе над ПКЦ-1 принимали участие: конструкторы В.А. Грачев (руководитель работы), С.Г. Вольский (ответственный исполнитель), А.А. Соловьев, Б.И. Терновский, В.А. Бойко, А.О. Малашкин (все из СКБ ЗИЛ), А. Митрофанов (ВНИИПРХ); испытатели В.М. Андреев, В.Б. Лаврентьев, А.Г. Антонов, Г.А. Семенов, Н.И. Герасимов, Н. Колпаков (все из СКБ ЗИЛ); водители-испытатели Е.Ф. Бурмистров, Н.А. Большаков (оба из СКБ ЗИЛ); ученые д.т.н. Н.Ф. БочароЕ (МВТУ), к.т.н. Н.Ф. Кошарный, Н. Оболонский (оба из КАДИ): д.т.н. В.Ф. Евстратов, к.т.н. Б.В. Ненахов, к.т.н. Э.Е. Абрамова (все из НИИШП).

Рама макета ПКЦ-1 представляла собой сварную конструкцию включавшую продольные и поперечные швеллеры и переднюю часть рамы автомобиля ЗИЛ-164, которая служила для крепление двигателя. Корпус был выполнен сварным, герметичным, из стальных листов толщиной 1,5-3,5 мм. Днище корпуса имело пять отверстий для слива масла при обслуживании агрегатов и слива воды после движения на плаву.

Кинематическая схема ПКЦ-1:

1 – силовой агрегат; 2 – корпус; 3 – пневмокатковая цепь; 4 – главная передача с дифференциалом; 5 – бортовая передача.

Монтаж пневмокатковой цепи в процессе сборки машины.

Ведущая звездочка и элементы ходовой части вездехода ПКЦ-1.

Испытание вездехода ПКЦ-1 в районе базы «Чулково». Февраль 1965 г.

В нишах беговых дорожек корпуса по бортам располагались два бензобака и четыре воздушных баллона пневмосистемы. Каждая ниша закрывалась щитами. На верхних беговых дорожках над заливными горловинами бензобаков были выполнены люки с крышками. Для удобства накачки катков каждый борт снабжался выводом пневмосистемы с краном. На верхней и нижней беговой дорожке были приварены по три ребра для направления движения катков.

Серийная кабина от автомобиля ЗИЛ-164 (с обрезанной нижней частью) находилась в передней части машины. Вход в кабину осуществлялся через люк в задней стенке. В кабине располагались кресло водителя, рычаги управления, педали сцепления и акселератора, а также рычаг блокировки ведущего моста. Лобовое стекло – оригинальное, выполненное из оргстекла.

Верхние ветви катков с обеих сторон были закрыты крыльями, которые крепились к корпусу и кабине. В передней части на крыльях устанавливались две фары, два подфарника и звуковой сигнал, в задней части – два габаритных фонаря. Для удобства посадки в машину на правом крыле (в задней части) смонтировали подножку и два поручня. По всей длине крыльев размещались кронштейны для крепления дуг тента. Грузовое отделение имело съемный пластмассовый пол. Мотоотсек сверху закрывался дюралюминиевым листом.

На ПКЦ-1 первоначально был установлен серийный двигатель ЗИЛ-123Ф мощностью 97 л.с., расположенный в задней части машины. Двигатель снабжался системой подогрева для облегчения пуска в зимний период. Сцепление – двухдисковое, сухое. Привод управления сцеплением – гидравлический, осуществлялся двумя гидроцилиндрами.

Для охлаждения двигателя забор воздуха производился в верхней части; поток воздуха проходил через радиатор и выбрасывался в боковые окна в корпусе машины. Система питания двигателя состояла из двух баков по 150 л. Распределительный кран позволял поочередно осуществлять питание двигателя из левого и правого бака.

Коробка передач – серийная ЗИЛ-120, сфланцованная с двигателем ЗИЛ-123Ф. Управление коробкой – дистанционное.

В качестве ведущего был применен задний мост колесного трактора «Беларусь», который крепился в трех точках на упругих резиновых подушках. Управление приводом тормозов осуществлялось двумя рычагами. При торможении отстающего борта звездочки забегающего борта начинали вращаться с большей скоростью вследствие работы дифференциального механизма ведущего моста; происходил поворот ПКЦ-1 в сторону заторможенного борта.

Ведущие звездочки крепились к фланцам барабана. Барабаны звездочек были изготовлены из трубы диаметром 300 мм с приваренными к ней фланцами и имели две точки опоры: с краю (с помощью конических подшипников) и в центре – при помощи шпонки и регулировочного червяка ступицы трактора «Беларусь» к полуоси ведущего моста. Положение ведущего барабана регулировалось по ведомым звездочкам при помощи червяка, вращением которого добивались совмещения положения ведущих и ведомых звездочек по бортам.

Ведомые звездочки крепились к кронштейну натяжного механизма (состоял из гайки и винта с упорной резьбой).

В качестве тяговой цепи использовалась втулочно-роликовая цепь с усилием разрыва 16 т. На двух цепях по каждому борту крепились 14 пневмокатков, свободно вращавшихся на осях. Накачка пневмокатка осуществлялась через вентиль, впаянный к фланцам оси катка.

Вездеход ПКЦ-1 на базе «Чулково». Слева направо: слесарь Н. Колпаков, инженер-исследователь Н.И. Герасимов, водитель-испытатель Е.Ф. Бурмистров.

ПКЦ-1 на переувлажненной луговине (на спущенных прудах рыбхоза «Нара»).

Кинематическая схема вездехода ПКЦ-1 после модернизации:

1 – двигатель ЗИЛ-375; 2 – коробка передач ЗИЛ-135Л; 3 – демультипликатор; 4 [ карданная передача; 5 – главная передача без дифференциала; 6 | механизм поворота; 7 – тормозные ленты; 8 – бортовая передача; 9 – ведущая звездочка; 10 – цепь; 11 – ведомая звездочка с механизмом натяжения.

Постройка макета ПКЦ-1 завершилась 29 января 1965 г., после чего была проведена его обкатка по территории завода. Испытания показали, что движитель имел преимущества при движении по глубокому снегу, но машина нуждалась в более мощном двигателе, трансмиссии с переключением передач под нагрузкой, усиленной главной передаче с механизмом поворота.

Для получения более достоверных данных по подвижности, управляемости и другим показателям макет ПКЦ-1 было решено модернизировать путем замены силовой установки, совершенствования трансмиссии и системы управления.

При модернизации двигатель ЗИЛ-123Ф вместе со ступенчатой механической коробкой уступил место двигателю ЗИЛ-375 с автоматической коробкой передач ЗИЛ-135Л. Внедрение нового двигателя привело к изменению системы охлаждения: был установлен радиатор автомобиля ЗИЛ-135Л и два масляных радиатора для охлаждения масла гидромеханической передачи (ГМП).

Карданную передачу от коробки передач к главной передаче взяли (с незначительными изменениями) от автомобиля ЭИЛ-135К.

Главную передачу трактора «Беларусь» заменили главной передачей гусеничного транспортера ММЗ-561 (на выходных валах имелись бортовые фрикционы с ленточными тормозами).

Для улучшения работы пневмокатков движителя на нижних беговых дорожках понтонов корпуса устанавливались направляющие.

В результате масса макета возросла до 7865 кг (до модернизации – 7230 кг). Обкатка показала, что после модернизации улучшилась управляемость и повысилась динамика машины.

С 23 февраля по 29 марта 1966 г. на полигоне «Чулково» прошли сравнительные испытания модернизированного макета ПКЦ-1 с колесными вездеходами ЗИЛ-Э167, ЗИЛ-135ЛМ, ЗИЛ-157К и гусеничным ГАЗ-47. В начальный период испытаний условия были близкими к зимним. Глубина плотного, слежавшегося снега составляла 500-600 мм. Проходимость макета по заснеженным неровностям рельефа местности определялась в оврагах, на занесенных снегом ямах, подъемах и уклонах. Температура воздуха в этот период испытаний изменялась от -18 до +3°С. Плотность снега на глубине достигала 0,52 г/см3 , у поверхности – до 0,22 г/см3 . Временами выпадали дождь и снег, в результате заморозков образовывались ледяные прослойки и наст.

Испытания макета ПКЦ-1 проходили без нагрузки. Давление воздуха в катках поддерживалось на уровне 0,6-0,8 кг/см2 .

На мерных горизонтальных участках снежной целины длиной 200 м и глубиной 550 мм ПКЦ-1 развил скорость 18,1 км/ч, в то время как ЗИЛ-Э167 при давлении воздуха в шинах 0,5 кг/см2 на этом участке показал скорость 27 км/ч. При движении по снежной целине глубиной 450-500 мм макет достиг скорости 15,5 км/ч при расходе топлива 334,2 л/100 км. ЗИЛ-Э167 в этих условиях при давлении в шинах 1 кг/см2 и при той же максимальной скорости расходовал 545 л/100 км.

ПКЦ-1 преодолел заснеженный подъем 23° с глубиной снеп 800-1000 мм. Снегоход ЗИЛ-Э167 этот подъем взять не смог.

Маневренность макета на заснеженной дороге, целинном снеп и подъемах была приемлемой, однако усилия на рычагах управле ния оказались велики. ПКЦ-1 вписывался в радиусы поворотов hj лесных дорогах и осуществлял разворот на месте. Тормозные ленть при этом не перегревались. Повороты и развороты на заснеженного подъеме выполнялись свободно; тормозная система обеспечивал; остановку и удержание макета от движения вниз по склону.

Тяга и сопротивление сравниваемых вездеходов определялись при движении по снежной целине. Крюковая нагрузка создавалась путем торможения буксируемого автомобиля, причем торможеним осуществлялось до полного буксования испытуемого автомобиля с записью всего процесса на ленту осциллографа. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

За время испытаний вышли из строя восемь малых осей пневмокатков, наблюдалось биение венца ведомой звездочки, утечки воздуха из катков и заклинивание винта натяжного устройства.

Движение вездехода ПКЦ-1 по болоту.

ПКЦ-1 преодолевает подъем 31 в 44^о

Совместные испытания вездеходов ГАЗ-47 и ПКЦ-1.

Совместные испытания ПКЦ-1 и БТР-152В на бетонном шоссе.

В целом испытания подтвердили, что ПКЦ-1 обладал более высокой проходимостью по сравнению с гусеничными и колесными вездеходами. Он сохранял подвижность на крутых заснеженных подъемах (более 20°) с глубиной снега 800-1000 мм. Маневренность была на уровне гусеничных вездеходов. Тем не менее снегоход ЗИЛ-Э167 обладал лучшей подвижностью на целинном снегу глубиной 400-600 мм. Кроме того, отмечалось частое соскакивание цепей движителя. Требовалось усилить конструкцию осей катков.

Летние испытания макета ПКЦ-1 проходили в период с 5 по 30 августа 1966 г. на луговине, болоте и водоеме с открытой водной поверхностью на испытательной базе ЗИЛ в районе д. Чулково и на испытательном участке НИИИ-21 с песчаным покрытием. Для сравнения в испытаниях участвовали колесный бронетранспортер БТР-152В, автомобиль на пневмокатках ЭИЛ-132С и гусеничный вездеход ГАЗ-47.

На луговине, песке, пашне движение всех испытуемых машин проходило без затруднений. Результаты летних испытаний приведены в таблице 2. По заболоченной местности и мокрому лугу БТР-152В двигался медленно при сниженном давлении воздуха в шинах; ПКЦ-1 и ГАЗ-47 в этих условиях передвигались уверенно. На болоте ЗИЛ-132С потерял подвижность при небольшом заглублении и забуксовал.

ГАЗ-47 по заросшему болоту глубиной 900-1000 мм перемещался свободно, однако при прорыве верхнего травяного покрова гусеницы прорезали плывун, вездеход погружался до днища, и его движение стало неустойчивым. Выход на воду сопровождался падением маневренности. Самостоятельно на плывун из воды ГАЗ-47 выйти не мог.

ПКЦ-1 во всех вышеперечисленных условиях двигался уверенно. Маневренность сохранялась и на болоте, и на воде. При движении по болоту на движитель и понтоны попадала тина и растительность, удаление-которой оказалось затруднено.

Преодоление препятствий предусматривало проход ям, заполненных водой, канав, подъемов и оврагов. ПКЦ-1 преодолел все препятствия, но при этом часто соскакивали цепи движителя в результате сползания корпуса по косогору. Максимальный подъем с дерновым покрытием, пройденный макетом, составил 31°44'. При большем подъеме наблюдалась пробуксовка в трансформаторе ГМП, ПКЦ-1 останавливался и сползал по склону.

Движение макета ПКЦ-1 по бетонному шоссе сопровождалось значительными угловыми колебаниями, вынуждавшими снижать скорость движения.

Испытания на воде проходили с 19 сентября по 5 октября 1966 г. на прудах рыбхоза «Нара» Нарофоминского района Московской области. Герметичное выполнение корпуса макета способствовало его плавучести, верхняя ветвь с катками находилась над поверхностью воды. Однако движение ПКЦ-1 было нестабильным, наблюдался увод с курса, что компенсировалось подтормаживанием забегающего борта. Средняя скорость движения на спокойной воде достигала 6 км/ч. Тяговое усилие на швартовых доходило до 290-300 кг. При перемещении по воде возникало большое сопротивление из-за входа катков в воду против движения макета, с сильным разбрызгиванием воды перед фронтом движения.

Нахождение верхней ветви пневмокатковой гусеницы над поверхностью воды обеспечивало выход макета с «чистой» воды на плывун. Гусеничный вездеход ГАЗ-47 на «чистой» воде терял управление и ход из-за того, что его гусеница была полностью скрыта под водой; выход на плавун не обеспечивался.

В результате проведенных испытаний макета вездехода с движителем в виде пневмокатковой цепи были сделаны следующие выводы:

Испытания ПКЦ-1 на р. Пахра в районе базы «Чулково». Хорошо видны брызги, образуемые вездеходом при движении на плаву.

Результаты совместных испытаний.

1. Отличительной особенностью пневмокаткового движителя являлось объемное взаимодействие пневмокатков с грунтом. Со снижением прочности грунта катки погружались в фунт, увеличивалась площадь контакта пневмокатка с фунтом и, следовательно, уменьшалось удельное давление на грунт машины до 0,12-0,13 кг/см2 . Сцепление пневмокатка с грунтом принимало объемный характер. С погружением пневмокатков в топкий грунт начинали действовать гидростатические силы выталкивания, а работа движителя несколько напоминала работу гребного колесно-лопастного движителя. Следует отметить, что переход движителя с колесного вида движения на гусеничный осуществлялся автоматически по мере изменения характера грунтового покрытия.

2. Поскольку с увеличением давления воздуха в пневмокатках тяга на крюке машины значительно возрастала, то целесообразным являлось поддержание высокого давления в катках при движении по всем видам грунтов, с грузом или без груза. Необходимости регулирования давления путем спуска или подкачки воздуха не было.

3. С изменением характера грунтового покрытия (с уменьшением его твердости) улучшались ходовые качества машины (плавность хода, уверенность движения, устойчивость на прямолинейном курсе, маневренность).

Испытания на прудах рыбхоза «Нара» показали, что машина с движителем в виде пневмокатковой цепи может быть с успехом применена в условиях прудового рыболовства как шасси для навешивания технологического оборудования и в любое время года как транспортное средство в условиях труднопроходимой местности и бездорожья.

Отрицательной особенностью: ПКЦ-1 являлось наличие галопирования при движении по всем грунтам, кроме топких и разжиженных (ил, вода).

Вездеход ПКЦ-1 прошел испытания вполне успешно, продемонстрировав свою универсальность и возможность передвигаться на всех видах грунтов и местности. Тем не менее он не послужил прототипом для создания опытного образца снегоболотохода с абсолютной проходимостью. Причина, в первую очередь, заключалась в том, что в то время в СКБ ЗИЛ уже проходил испытания другой макетный образец снегоболотохода с роторно-винтовым движителем, отличающийся лучшей технологичностью и столь же исключительной проходимостью, хотя и не обладающий такой же, как у ПКЦ-1, универсальностью. Об этом снегоболотоходе мы расскажем в отдельной статье.

Литература

1. Антонов А.Г., Соловьев А.А., Терновский Б. И. Отчет о проектировании и постройке макета экспериментального снегоболотохода с движителем в виде цепи с пневмокатками. – М.: ЗИЛ, 1965: – 19 с.

2. Вольский С. Г, Терновский Б. И., Антонов А. Г., Митрофанов А. Акт-отчет о проведении испытаний макета снегоболотохода на пневмокатковой гусенице. – М.: ЗИЛ-ВНИИПРХ, 1966.-36с.

3. Терновский Б. И., Герасимов Н. И., Кошарный Н.Ф. и др. Модернизация и испытания макета транспортного средства на пневмокатках (ПКЦ-1) в период 1966-1968 гг. Технический отчет №71 -05. – М.: ОГК ЗИЛ, 1969. – 72 с.

Технические параметры ПКЦ-1

Число мест в кабине 1

Колея, мм 2034

Длина макета, мм 6000

Ширина, мм 3272

Высота по кабине, мм 2485

Дорожный просвет, мм 622

Преодолеваемый подъем, град.:

на луговине ЗГ44'

на снежной целине 23°

Преодолеваемый поперечный уклон, град. 15

Снаряженная масса, кг 8225

Распределение снаряженной массы, кг:

на переднюю часть машины до середины 3490

на заднюю часть машины до середины 4835

Двигатель ЗИЛ-375

Тип двигателя Бензиновый, карбюраторный

Номинальная мощность, л.с./кВт 180/132

Частота вращения при номинальной

мощности, мин-1 3200

Максимальный крутящий момент, кгс-м/Н-м 47,5/466

Частота вращения при макс, крутящем

моменте, мин'1 1800

Число и расположение цилиндров 8, V-образное

Диаметр цилиндра, мм 108

Ход поршня, мм 95

Рабочий объем, л 7,0

Степень сжатия 6,5

Трансмиссия

Гидротрансформатор Комплексный, 4-колесный,

коэффициент трансформации 2,6

Коробка передач Автоматическая, планетарная,

3-ступенчатая, передаточные числа:

1-я – 2,55; 2-я – 1,47;

3-я – 1,0; ЗХ- 2,26

Демультипликатор Планетарный, одноступенчатый,

передаточное число i = 2,73

Главная передача Коническая пара

с бортовыми фрикционами,

передаточное число / = 1,6

Бортовая передача трактора «Беларусь» Одинарная цилиндрическая,

передаточное число 5,3

Ходовая часть

Радиус ведущей звездочки, мм 435

Количество пневмокатков 14x2=28

Количество пневмокатков в контакте с фунтом 6x2=12

Шаг пневмокатков, мм 815

Пневмокатки 600x900-150

Давление воздуха в катках, кг/см2 0,1-1,0

Эксплуатационные данные

Объем топливных баков, л 2x150

Объем смазочной системы двигателя, л 10,5

Объем системы охлаждения, л 33

Расход топлива на максимальной скорости, л/100 км:

на шоссе 121,5

на снежной целине 311,5

Максимальная скорость, км/ч:

на шоссе 26

на снежной целине 18,1

на болоте и воде 5…6