Обратная сторона... колеса

Вячеслав Мамедов

рисунки Эрнеста Царукяна

Автомобили, о которых сегодня пойдет речь, можно смело назвать машинами с ходовой частью принципиально нового типа. Задача одна: кардинально улучшить главное для внедорожного транспортного средства качество — проходимость. Но колесо как основа движения при этом остается неизменным. От модели к модели менялись лишь их количество, взаимное расположение и способы взаимодействия...

Вездеход Terrastar

Вездеход Terrastar был построен американской компанией Lockheed Aircraft Service специально для опробования нового типа движителя, который самими авторами конструкции был назван «движитель планетарного типа». Компактный плавающий транспортер с габаритами 3368х2032х1440 мм, рассчитанный на размещение в нем одного водителя, снабдили ходовой частью из четырех трехкатковых элементов. Каждый такой элемент представлял собой как бы часть планетарного механизма — водило с тремя пневмокатками-сателлитами, вращающееся на жестко закрепленной в корпусе автомобиля опоре.

слева - вращается движитель в целом, справа - колесная формула 8х8

Пневмокатки благодаря закреплению их осей в ступицах водила в свою очередь сами могли вращаться вокруг оси водила. Угол между пневмокатками каждого из четырех колес- элементов ходовой части составлял 120°. Для передачи крутящего момента к каждому из трех колес на наружном конце полуоси закрепляли цилиндрическую шестерню, передающую вращение на шестерни, жестко соединенные со ступицами пневмокатков через паразитные шестерни. Все шестерни колесной передачи были смонтированы внутри полой внутренней ступицы водила. Таким образом, при движении по дорогам с твердым покрытием автомобиль Terrastar опирался на четыре пары пневмокатков и имел колесную формулу 8х8.

Terrastar легко мог выйти из воды на грунт

Отличительной особенностью машины в этом случае являлся и способ управления: поворот осуществлялся, подобно гусеничному трактору, за счет разной скорости вращения колес правого и левого бортов. А поскольку ступица водила свободно поворачивалась относительно оси, то уменьшение величины ударных нагрузок на корпус со стороны неровностей дороги достигалось не только за счет упругой деформации шин, но и за счет балансирной подвески каждой пары пневмокатков. Лучшие качества колесного движителя планетарного типа в первую очередь проявились на испытаниях по преодолению рвов, вертикальных стенок, выходе из водоемов и в прочих условиях резкого нарастания сопротивления качению. В этих случаях происходила как бы блокировка пневмокатков-сателлитов с водилом и вся конструкция превращалась в лопастное колесо, к которому подводился момент, в три раза больший, чем к каждому из пневмокатков.

Terrastar. Габаритные размеры

Например, при наезде передних колес на препятствие с вертикальными стенками происходил поворот водил этих колес вокруг своей оси, в результате чего с вершиной препятствия контактировали верхние колеса движителей. Суммарная тяга передних и задних колес продвигала автомобиль вперед до тех пор, пока задние колеса не упирались в стенку, и повторяли тот же процесс. Примерно таким же образом происходил выход плавающей машины из воды на твердый обрывистый берег.

слева- необычные элементы ходовой части автомобиля Metrak , справа - его балансиры с цепными передачами

Автоматический переход вращения пневмокатков на вращение движителя в целом облегчал и вход автомобиля в воду. В этом случае пневмокатки создавали тягу до тех пор, пока имелся надежный контакт с грунтом. Когда же автомобиль начинал всплывать, то автоматически приходили во вращение водила движителей, тем самым беря на себя функции водяного колеса с развитыми лопастями. В то же время при плавании в водоемах с отмелями и подводными камнями сила удара колес о препятствие значительно снижалась за счет автоматического перехода вращения движителя на вращения пневмокатков.

Еще один пример необычного способа повышения проходимости: Land Rover применил воздушную подушку с компрессором в помощь ведущим колесам

То, что во время испытаний автомобиль несколько раз «зависал» на валунах, послужило поводом для создания механизма блокировки полуосей со ступицами водил колесных движителей. Были установлены специальные блокировочные муфты на каждой из четырех полуосей автомобиля. Любопытны и результаты испытаний по замеру силы тяги на крюке для песчаного и глинистого грунта. Полученные данные инженеры сравнили с результатами испытаний колесных и гусеничных типов движителей. Оказалось, что Terrastar в силу особенностей планетарного движителя имел неоспоримое преимущество над обоими.

Общий вид вездехода Metrak

Первый образец машины Terrastar был оснащен 41- сильным бензиновым двигателем и при собственном весе в 1,41 т имел грузоподъемность 270 кг. Автомобиль с пневмокатками размером 16х14,50-6 развивал скорость до 40 км/ч (на воде — до 6,4 км/ч) и легко преодолевал 60- процентный подъем. Вскоре по заданию военных был построен второй образец — Terrastar II. Масса машины была снижена до 1,2 т, а допустимая нагрузка возросла до 450 кг. Одновременно до 53 л.с. была увеличена и мощность двигателя.

Вездеход швейцарской фирмы Meiley Metrak преодолевает вертикальное препятствие

Принципиальное же отличие Terrastar II состояло в применении иного механизма поворота. Как уже было сказано, первый образец осуществлял поворот по-«тракторному» (с помощью дифференциального механизма) и его маневренность оставляла желать лучшего. Одновременно испытания показали, что межколесные дифференциалы значительно снижают общую проходимость машины. Причем расчет на подтормаживание буксующей полуоси оправдал себя лишь частично, по- скольку в этом случае при выходе из воды машина часто совершала непредвиденный бросок в сторону. Именно поэтому на втором образце Terrastar II вместо дифференциального механизма были установлены бортовые фрикционы, а барабанные тормоза заменены дисковыми.

Вездеход швейцарской фирмы Meiley Metrak преодолевает вертикальное препятствие

Второй образец получил также пневмокатки большего размера (20х14-10). Его скорость на суше выросла до 56 км/ч, а на воде — до 9,6 км/ч. Что же касается плавности хода машины, то при скорости до 24 км/ч испытатели оценивали этот параметр на «удовлетворительно». Но главное было достигнуто — автоматический переход с вращения пневмокатков на вращение водил колесных движителей больше не приводил к нарушению устойчивости и управляемости автомобиля. Также была отмечена и высокая стойкость шин к истиранию протектора. И это несмотря на постоянную пробуксовку в поворотах!

Вездеход швейцарской фирмы Meiley Metrak преодолевает вертикальное препятствие

Военные эксперты оценили и высокую эффективность колесного движителя при движении на воде. Испытания также выявили способность автомобиля Terrastar II преодолевать сильнозаросшие водные преграды. Оказалось, что водоросли не накручивались на пневмокатки и ступицы водила, а перемалывались. При испытаниях на затопленной местности, когда уровень воды над почвой слишком мал для плавающих машин, использующих водяные движители, а несущая способность скрытого водой грунта слишком мала не только для колесного, но и для гусеничного транспорта, автомобиль Terrastar II показывал хорошие результаты. Мало того, в ходе преодоления подобных участков у машины даже сохранилась удовлетворительная управляемость.

Вездеход швейцарской фирмы Meiley Metrak преодолевает вертикальное препятствие

Таким образом, работа над образцами Terrastar I и Terrastar II показала, что автомобили, оснащенные колесными движителями планетарного типа, не только обладают высочайшей проходимостью в условиях бездорожья, но и могут эксплуатироваться на дорогах с твердым покрытием.

А теперь давайте познакомимся еще с двумя уникальными образцами внедорожной техники, оснащенной нетрадиционными движителями. Швейцарская фирма Meiley построила и провела испытания сочлененного автомобиля Metrak, прекрасно приспособленного для работы в гористой местности. Основой шасси этого внедорожника служила жесткая средняя ось, вокруг которой качались как передняя и задняя части кузова, так и четыре полых балансира с установленными на них колесами.

Вездеход швейцарской фирмы Meiley Metrak преодолевает вертикальное препятствие

Передняя часть машины состояла из подрамника, двигателя, коробки передач и кабины. Подрамник при помощи двух вертикальных гидроцилиндров со спиральными пружинами внутри опирался на балансиры передних колес. В свою очередь задняя часть кузова, представляющая линдров соответственно опиралась на задние балансиры. В конструкцию также были введены два продольных горизонтальных цилиндра двойного действия. Они служили для управления взаимным положением подрамника и балансиров задних колес (машина могла принимать V-образную форму).

Компоновка автомобиля: 1 — двигатель; 2 — коробка передач; 3 — колесный редуктор; 4 — цепные передачи в качающихся кожухах; 5 — раздаточная коробка

При преодолении вертикальных препятствий передняя и задняя части автомобиля поворачивались вокруг средней оси на угол до 30°. Кроме того, горизонтальные цилиндры, будучи заблокированными, придавали шасси жесткость, необходимую для преодоления узких канав. Что же до вертикальных гидроцилиндров, то с их помощью автомобиль мог приподнять над дорогой любое из колес. Но и это еще не все: опустив колеса одного борта, Metrak мог перемещаться по косогору, сохраняя горизонтальное положение кузова. В случае же движения с отключенными гидроцилиндрами колеса копировали рельеф, подрессоривание осуществлялось с помощью спиральных пружин.

вездеход Metrak

Возникает закономерный вопрос: а каким же образом происходила передача тяги на ведущие колеса? От двигателя крутящий момент передавался через коробку передач к дифференциалу средней оси и далее при помощи втулочно-роликовых цепей, расположенных внутри полых балансиров, на передние и задние колеса. Таким образом, привод каждого борта у внедорожника Metrak был дифференцированным. Причем по шоссейным дорогам машина двигалась на четырех крайних колесах, а управление осуществлялось передними. Поворот передних колес производился двумя продольными рулевыми тягами, параллельными качающимся балансирам. А поскольку поперечная рулевая тяга располагалась достаточно близко от средней оси, то качание балансиров не оказывало существенного влияния на угол поворота колес.

Автомобиль Metrak вызвал среди специалистов такой интерес, что его конструкция годы спустя была практически повторена в экспериментальном образце одной из американских фирм, работающих на армию США.

Двухсекционный вездеход Go-Devil преодолевает препятствие

Третий, очень любопытный образец автомобиля, названного Go-Devil, можно без всякой натяжки назвать «шагающим». Машина была создана в США компанией Wagner. Каждое из четырех колес этого транспортного средства было закреплено на конусе полого балансира и имело индивидуальный цепной привод. В свою очередь балансиры колес могли поворачиваться вокруг собственной оси на 360 градусов, что позволяло внедорожнику передвигаться по сильнопересеченной местности.

Управляя балансирами, можно было преодолевать вертикальную стенку, ров, двигаться по косогору и буквально «перешагивать» отдельные препятствия. А для удобства погрузки или разгрузки кузова автомобиль просто ложился «брюхом» на грунт. Секции машины соединялись шарниром с вертикальной осью, а поворот осуществлялся принудительным разворотом секций при помощи гидроцилиндров.

Go-Devil обладал водонепроницаемым корпусом и гребным винтом для движения на плаву. Причем в последнем случае для уменьшения сопротивления движению колеса поднимались над водой. Что же до подвески, то у данного внедорожника она отсутствовала полностью, а подрессоривание осуществлялось путем применения шин низкого давления. Ну вот, пожалуй, и все.

Что же касается будущего этих удивительных механизмов, то с уверенностью можно сказать лишь одно: их история еще не закончена. Ведь и сегодня работы по созданию «экзотических» внедорожников ведутся во многих странах мира. Так что, похоже, у нас еще будет повод поговорить о творениях конструкторов, работающих в этой интересной области.

статья была опубликована в журнале "Club 4x4" №3 за 2002 год