Прокол, спустила...гусеница

Текст: Виктор Овчинников, Игорь Плиев
Фото: архив авторов

В свое время НАМИ вел очень серьезные работы в части повышения надежности движения стандартных автомобилей по бездорожью. Идея создания универсального транспортного средства, способного двигаться с высокими скоростями как по дорогам с твердым покрытием, так и по бездорожью, привела к разработке конструкций, работающих по принципиально новым схемам. В частности, речь шла о движителе, основной частью которого являлась... пневматическая гусеница.

Сама идея пневматической резино-кордовой гусеницы возникла из стремления конструкторов избежать недостатков, присущих как пневмокаткам низкого давления, так и обычным ленточным гусеницам. Таким образом, «пневмогусеница» явилась как бы логическим развитием колесных и гусеничных движителей. Под пневматической гусеницей следует понимать замкнутую оболочку (или совокупность таких оболочек) с избыточным внутренним давлением воздуха, функционально заменяющую гусеничную цепь. Пневмогусеничный движитель, совмещая свойства эластичного колеса и традиционной гусеницы, имеет целый ряд новых, присущих только ему качеств.

Анализ предполагаемых качеств пневмогусеничного движителя вкупе с рассмотрением запатентованных конструкций движителей и определили основные направления исследований по созданию движителя подобного типа. При этом конструкторские разработки и экспериментальные исследования выполнялись коллективом отдела автомобилей высокой проходимости НАМИ, а расчет технологии и изготовление движителя – коллективом Ленинградского шинного завода.

Одним из самых ранних проектов пневмогусеничного движителя, разработанных в НАМИ и относящихся примерно к 1960 году, является проект, предусматривающий создание пневматической гусеницы трапецеидального профиля. В ее опорную часть были завулканизованы стальные прутки, концы которых выступали за пределы профиля гусеницы. На них крепились направляющие ролики, которые служили одновременно для передачи вертикальной нагрузки. Интересной особенностью данного проекта является идея создания герметичного гусеничного обвода. Специальные элементы боковин гусеницы, находясь в соприкосновении с металлическим кожухом, служили уплотнением, препятствующим попаданию внутрь обвода грязи, снега и т.п. Впрочем, проект так и остался неосуществленным ввиду ненадежности конструкции.

В начале 1962 года был изготовлен первый макетный образец пневмогусеничного движителя трубчатого типа. Здесь в качестве пневмогусеницы были использованы камеры шин с внутренним диаметром 1140 мм, шириной 180 мм и толщиной стенок 4 мм. Любопытный момент: данный движитель был спроектирован как сменное приспособление к стандартному автомобилю МЗМА-415. Он состоял из двух балансирных тележек, качающихся в продольной плоскости относительно стандартного моста автомобиля МЗМА-415. Средний каток был связан с ведущей полуосью цепной передачей, которая также позволяла передавать крутящий момент на любой из двух других катков. Натяжение гусеницы осуществлялось винтами, перемещающими оси крайних катков. Все три катка снабжены ребордами для предотвращения спадания гусеницы с обвода. Как мы уже говорили, этот движитель устанавливался на место задних колес автомобиля МЗМА-415 . Доработанный автомобиль получил индекс НАМИ С-3. Пробные выезды С-3 показали удовлетворительное качество работы резино-кордовой оболочки в качестве гусеничной ленты. Средняя скорость движения составляла 40 км/ч, а максимальная доходила до 60. Следует также отметить нехарактерную для традиционных гусеничных машин высокую плавность и бесшумность движения.

Позднее на НАМИ С-3 устанавливались и испытывались модернизированные однокамерные гусеницы трапецеидального профиля. Исследование эксплуатационных качеств автомобиля проводились в осенне-зимний период 1963–1964 года. В частности, был совершен пробег протяженностью 120 км по маршруту Ступино – Москва. С-3 был способен «бесшумно» двигаться по асфальту со скоростями порядка 50-60 км/ч. Значительно улучшилась и плавность хода машины. Так, при переезде мелких неровностей ощущаются колебания только передних колес. Было также отмечено, что при движении по песку передние колеса образуют довольно глубокую колею, что резко повышает сопротивление. Впрочем, даже наличие стандартных передних колес не мешало машине уверенно двигаться по плывунам. И это при том, что полноприводные «Урал-375» и ЗИЛ-485 в этих условиях полностью теряли подвижность, погружаясь в грунт до мостов. А вот в условиях снежной целины ввиду отсутствия грунтозацепов гусеница легко буксовала по скользкой поверхности. Более того, передача тягового усилия с катков на ленту гусеницы посредством трения также оказалась ненадежной – ходовая часть интенсивно забивалась снегом.

Энергетическое несовершенство трубчатой пневмогусеницы (связанное со значительными затратами мощности на перематывание), увеличенная поперечная податливость, а также стремление увеличить тягово-сцепные качества на грунтах с низкой несущей способностью, привели к созданию деформированной протекторной поверхности. Гусеница подобного типа получила название «сотовой» пневмогусеницы. Наличие «сот» должно было значительно повысить поперечную жесткость профиля и резко уменьшить потери на перематывание. Поперечные трубки служили мощными грунтозацепами, а впадины обеспечивали уплотнение рыхлого грунта и снега без выдавливания его из зоны деформации.

«Сотовые» пневмогусеницы имели внутренний диаметр 1500 мм, максимальную ширину профиля 360 мм и высоту профиля 90 мм. Они устанавливались на движитель, смонтированный на чулках заднего моста автомобиля УАЗ-451 «Д» (он получил обозначение НАМИ С-4). В принципе, схема движителя данного автомобиля осталась такой же, как и у С-3, но несущая рамка и цепной привод были усилены.

Ведущим мог быть как передний, так и задний каток. Средний каток имел съемные резиновые обода, а крайние – резиновые звездочки. Передача тягового усилия на гусеницу осуществлялась цевочным зацеплением. Балансирное крепление движителя к заднему мосту обеспечивало ему значительную свободу угловых перемещений и улучшало приспособляемость к неровностям грунта. Правда, в ходе предварительных испытаний было выявлено, что удержание гусеницы на обводе лишь зубьями крайних катков приводило на поворотах к соскакиванию гусеницы. Ввиду этого, на опорную поверхность гусениц стали крепить съемные гребни из листовой стали. Автомобиль С-4 был опробован в октябре-ноябре 1964 года в условиях движения по сыпучему перекристаллизованному снегу глубиной 0,15–1,2 м; вместо передних колес устанавливались авиационные лыжи. Что же касается асфальта, то здесь НАМИ С-4 продемонстрировал высокую плавность хода, устойчивость прямолинейного движения и хороший накат (последнее косвенно свидетельствовало о малых потерях на перематывание гусеницы по обводу). Проходимость и тягово-сцепные качества автомобиля НАМИ С-4 на снегу были вполне удовлетворительные. С-4 уверенно двигался по целине и преодолевал небольшие подъемы.

Позднее, с учетом результатов испытаний автомобилей НАМИ С-3 и НАМИ С-4, их движители подверглись изменениям. Модернизированный макетный образец автомобиля НАМИ С-3 получил обозначение НАМИ С-3М. Принципиально схема движителя С-3М не изменилась – жесткая балансирная тележка с тремя катками, но несущий элемент движителя обладал повышенной жесткостью. Катки крепились консольно. Ступицы катков стандартные от автомобиля ГАЗ-69. Передний каток ведущий (привод от полуоси шестеренчатый), задний натяжной (натяжение осуществляется винтовым механизмом). Все катки взаимозаменяемы. Предусмотрена установка пальцев для принудительного гребневого зацепления. В августе 1965 года автомобиль НАМИ С-3М в ходе испытаний совершал регулярные рейсы по маршруту Москва – Ленинград.

Испытания вездеходов НАМИ С-3 и НАМИ С-4 наглядно показали, что «полугусеничный» вариант не позволяет выявить все качества пневмогусениц ввиду погрешностей, вносимых передними колесами. Чтобы более подробно исследовать особенности их работы, в 1964 году был спроектирован, а в 1965 году изготовлен макетный образец сочлененной машины НАМИ-О106.

Ходовая часть вездехода НАМИ-О106 была унифицирована с ходовой частью автомобиля НАМИ С-3М. Но на ней установили четыре пневмогусеницы шириной 300 мм. НАМИ-О106 состоит из двух активных секций. Передняя – ведущая постоянно, привод же на заднюю включается по желанию. Двигатель М-21 «Волга». Коробка передач четырехступенчатая, сблокированная с раздаточной коробкой от автомобиля УАЗ-452. Главные передачи ГАЗ-69. Тормоза дисковые с раздельным гидравлическим приводом на правый и левый борт. Поворот осуществляется изломом рамы в плане с помощью гидроусилителя «Урал-375». Также было возможно и самостоятельное движение одной передней секции. В этом случае маневры производились бортовыми тормозами, привод которых по желанию мог соединяться с рулевым механизмом. Поскольку кузов был выполнен герметичным, вездеход также мог держаться на плаву.

Пробные выезды на машине НАМИ-О106 начались сразу же после сборки шасси. Машина показала хорошую проходимость. Она уверенно двигалась по пересеченной местности, хорошо приспосабливалась к неровностям и преодолевала крутые подъемы. Сочлененная машина показала хорошую проходимость на снегу, болоте и проселочной дороге. Автомобиль обладал очень хорошей маневренностью на снегу. Радиус поворота составлял 5,5 м по колее наружной гусеницы. Вездеход уверенно преодолевал заснеженные подъемы крутизной около 25°.

Испытания на озере показали, что машина вполне прилично держится на плаву, обладает хорошей маневренностью, но тяги гусениц в этом случае явно недостаточно – желательна установка гребного винта. Также было отмечено, что вездеход легко выходит на заболоченный берег.

Дальнейшее стремление улучшить показатели пневматических гусениц привело к созданию звенчатых (секционных) пневмогусениц. Они устанавливались на движители, смонтированные на заднем мосту автомобиля УАЗ-469 по схеме, аналогичной с автомобилями НАМИ 3-С и НАМИ 4-С. Впрочем, последующие испытания автомобиля, оборудованного звенчатыми пневмогусеницами, показали, что он не имеет значительных преимуществ по проходимости и одновременно является более дорогим и менее надежным, чем трубчатые аналоги.

В целом же исследования по созданию и использованию пневмогусениц на автотранспортных машинах показали, что их конструктивная и технологическая сложность, недостаточная надежность и высокая стоимость не позволяют рекомендовать их к широкомасштабному использованию на автотранспортных вездеходах. Впрочем, на тихоходных машинах, предназначенных для работы на топких грунтах (экскаваторах), они нашли некоторое применение...

Преимущества и недостатки.

Преимущества пневматической гусеницы по сравнению с наиболее распространенными типами движителей:

• Более высокие тягово-сцепные показатели на грунтах с низкой несущей способностью и на снегу, причем по сравнению не только с колесом (за счет большой опорной поверхности), но и с металлической гусеницей (за счет более равномерного распределения удельных давлений).
• Более высокие скорости движения и «мягкий», по сравнению с металлической гусеницей, ход (особенно на дорогах с асфальтобетонным покрытием).
• Снижение динамических нагрузок, действующих на ленту гусеницы и на ходовую часть, благодаря резкому уменьшению инерционных сил от паразитных ускорений. И соответственно, более высокий срок службы агрегатов ходовой части и трансмиссии за счет демпфирования динамических нагрузок.
• Более высокий срок службы пневмогусеничного движителя по сравнению с металлической гусеницей (особенно на дорогах с асфальтобетонным покрытием и песке) благодаря отсутствию шарниров трения и жесткому контакту катков ходовой части с дорогой.
• Меньший вес по сравнению с металлической гусеницей того же периметра и ширины.
• Меньшие затраты мощности (по сравнению с металлической гусеницей) при повороте за счет упругой деформации профиля и уменьшения потерь на скольжение в контакте с дорогой.
• Значительно меньшие разрушения растительного покрова, асфальтобетонных, грейдерных и проселочных дорог по сравнению с колесом при одинаковой их грузоподъемности.
• Более высокая комфортабельность при движении по асфальтобетонной дороге низкого качества, булыжному шоссе, грейдеру и сухому проселку за счет облегания и перекрытия гусеницей часто чередующихся неровностей дороги.

Основные недостатки пневмогусеничного движителя по сравнению с...

• традиционной гусеницей

Возможность банальных проколов. Низкие тягововые качества на скользких покрытиях. Чувствительность к низким температурам воздуха. Низкая ремонтопригодность.

• автомобильным колесом

Заметно более сложная конструкция движителя. Высокие потери мощности на перемещение по твердым дорогам. Относительно низкий срок службы ходовой части.