Неделимые грузы

Текст: Константин Колев, Денис Орлов
Фото: Из архива

Наверное, трудно себе представить груз, более необычный для автомобиля, чем... баллистическая ракета. Например, авторам подобный транспортный комплекс видится неким сплавом опыта, накопленного человечеством в самых разных областях знаний. Удивительной истории многоосных шасси и посвящается данный материал...

Зато мы делаем ракеты,
Перекрываем Енисей,
А также в области балета
Мы впереди планеты всей
Юрий Визбор

Ракетную эру наша страна, впрочем, как и ее главный противник – США, открывала с достаточно увесистым багажом, прихваченным у Вернера фон Брауна. Но немцев вполне устраивали стационарные стартовые площадки, на которые их печально знаменитые V-2 вывозились при помощи самых обычных 100-сильных тягачей Hanomag, на прицепах существующей и поныне фирмы Meiller (она выпускает самосвалы). После этого 14-метровые ракеты поднимались в вертикальное положение гидроподъемниками, приводимыми в действие двигателями... Volkswagen.

Но реалии ядерной войны выдвигали совсем иные требования. Даже шахтное размещение ракетных комплексов не гарантировало защиты их от поражения противником. В этом случае на первый план выступал такой защитный фактор, как маневренность.

Первые наши самоходные ракетные установки оперативно-тактического назначения базировались на гусеничных шасси, однако они не отвечали целому ряду требований, среди которых – высокая скорость передвижения. Начались поиски альтернативы. При этом все «ракетно-транспортные» разработки велись под таким покровом тайны, что даже спустя годы после снятия тягачей с вооружения продолжали составлять полную тайну для нашего «вероятного противника». В этом нетрудно убедиться, листая зарубежные справочники).

Что ж, поступая в соответствии с отечественными конспиративными традициями, мы расскажем вам не о ракетовозах, а о машинах для перевозки... «длинномерных неделимых грузов», как то трубы большого диаметра или стрелы башенных кранов. Ведь «эзопов язык», при помощи которого данная тема освещалась в открытых источниках (надо же было готовить будущих конструкторов), тоже неотъемлемая частичка истории этой техники.

Информация к размышлению

Получить представление о перевозимом грузе можно из информации, предоставленной в рамках официального обмена данными (согласно Договору РСМД) по ракете средней дальности «Пионер» (известной на Западе как SS-20 Saber). Длина контейнера с ракетой около двадцати метров, диаметр около двух. Вес объекта составляет 42 700 кг. Перевозку комплекса обеспечивает шасси МАЗ-537 с колесной формулой 12х12. При полной массе шасси в 28 000 кг на каждое колесо транспортера приходится нагрузка примерно в 6 тонн. Увеличение числа осей каждого следующего шасси (14х14 у МАЗ-7917, предназначенного для комплекса «Тополь», и 16х16 у МАЗ-79221 для «Тополь-М») вызвано, как нетрудно догадаться, увеличением массы перевозимого груза и желанием уменьшить давление на покрытие дороги.

Одно из главных требований к передвижному ракетному комплексу – его мобильность в жестких климатических и сложных дорожных условиях. Но как может выглядеть мобильная установка? Поскольку никто подобного не делал, первоначально отрабатывалось несколько концепций: самоходное шасси, автопоезд и нетрадиционное транспортное средство. Лучшие силы привлекались для этой работы в Ленинграде, Москве, Минске и Волгограде. Предстояло открыть многие закономерности поведения много-опорных шасси. Например, как расположение осей по базе влияет на вертикальные и продольно-угловые колебания машины?

Макетные образцы

Важным этапом на пути формирования концепции многоосных транспортных машин стал натурный макет И-103. Это было транспортное средство с «симметричной» схемой шасси. Приведем его некоторые технические данные. Макет имел полную массу 36 000 кг, его длина равна 14 000 мм, ширина 3025 мм, высота 3350 мм, база (между тележками) 9450 мм. Радиус раз-ворота составлял 17,9 метров. Макет И-103 развивал скорость до 70 км/ч.

«Сто третья» обладала одной принципиальной особенностью: для уменьшения центра тяжести и снижения габаритной высоты у машины были раздельные кабины для водителя и командира. Ну а «длинномерный груз» предполагалось опускать в освободившийся проем. Это решение впоследствии будет реализовано на серийных многоосниках.

Образец И-103 позволил не только подтвердить правильность теоретических выкладок, но и наметить пути дальнейшего усовершенствования конструкции. Но, как и прежде, главным противником инженеров оставались колебания.

Возникающие при скорости 23–27 км/ч нагрузки приводили к тому, что экспериментальный шестиколесный автокран (зад-ние колеса не имели упругой подвески) в процессе движения по грунтовой дороге с неровностями длиной 8–10 м и высотой 100–150 мм, подвергался резонансным нарастаниям продольно-угловых колебаний уже на третьей «волне». В результате передние колеса начинали отрываться от грунта на полметра (!), а после падения машины возникали динамические нагрузки, приводившие к потере управляемости, поломке рычагов подвески и осыпанию пластин в аккумуляторе. Можно себе представить, что чувствовал водитель, чье рабочее место располагалось над передней осью (в месте наиболее сильных амплитудных возмущений)! В дальнейшем было установлено, что, если прочность и надежность узлов автомобилей с числом осей до четырех определяется динамическими нагрузками в результате колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, то при большем количестве осей на первый план выступают профильные нагрузки.

Запредельный бульдозер

Как ни крути, а многоосные автомобили – это совсем не то же самое, что машины с двумя и даже тремя осями. Например, скольжение одной из осей многоосника еще не означает потерю устойчивости всего автомобиля. Да и проходимость таких машин нельзя оценивать по дорожному просвету в существующем его определении. Дело в том, что запас тяги многоосного автомобиля таков, что единичные препятствия, за которые может зацепиться какая-то из нижних точек, его не останавливают. Кстати, в замечательном документальном фильме «Запредельный конструктор» (авторы сценария и режиссеры Эллина Лавриненко и Денис Филюков) есть впечатляющий кадр, где экспериментальный вездеход ОКБ ЗиЛ проламывает корпусом дорогу в небольшом леске, а шины со сниженным давлением преспокойно перекатываются через острые пни! Предел проходимости многоосного шасси чаще всего наступает при развитии так называемого бульдозерного эффекта (машина нагребает перед собой вал грунта или снега деталями несущей конструкции).

Что же до такого понятия, как удельная мощность (используется для определения тягово-динамических показателей обычных автомобилей), то для многоосных гигантов оно просто теряет смысл. Например, вы представляете, каковы потери мощности в шинах и трансмиссии с системой привода на 24 колеса? Именно поэтому тяговую динамику многоосных шасси предлагается оценивать при помощи мощностного динамического фактора – отношения мощности, подведенной к колесам, к полной массе автомобиля.

В силу специфики работ, широко известны лишь фамилии ведущих специалистов, решавших фундаментальные задачи, и глав конструкторских бюро многоосных автомобилей. А вообще, обращаясь к истории данного вопроса, нам в первую очередь полагается вспомнить Евгения Алексеевича Чудакова. Ведь именно под его руководством в 1933 году в Ленинграде построили опытный образец машины 8х8. В то время Чудаков – начальник кафедры колесных машин Военной академии механизации и моторизации (ВАММ) – ходил в звании бригадного инженера, равном общевойсковому званию комбрига. В дальнейшем Чудаков станет академиком, членом президиума Академии Наук СССР, ее вице-президентом.

В начале тридцатых годов поведение многоосных автомобилей было совершенно не изучено. Построенная под руководством Чудакова машина – первая ласточка. Кстати, на ней испытывался шестицилиндровый рядный дизель «Коджу» мощностью 87 л.с. (при 1700 об/мин), разработанный Опытным конструкторским бюро НКВД в Москве. Двигатель располагался в задней части машины, имевшей кабину от грузовика АМО-3 и колеса от легкового ГАЗ-А. Впрочем, на бездорожье транспортные колеса 5,50 – 19 заменяли шинами типа «Сверхбаллон» – первым серьезным вкладом Республики Советов в науку повышения проходимости.

На необычайно коротком (в историческом масштабе) временном отрезке автомобиль сначала проявил себя перспективным носителем вооружения, а затем... перестал отвечать требованиям ведения современных боевых действий. Именно последнее обстоятельство и явилось основной причиной принятия Совмином СССР летом 1954 года постановления об организации на ведущих автомобильных и тракторных заводах специальных конструкторских бюро (СКБ) с целью разработки специальной колесной и гусеничной техники.

И теперь мы с гордостью произносим имена начальников головных конструкторских бюро: Виталия Андреевича Грачева (ОКБ ЗиЛ), Бориса Львовича Шапошника (Минский автозавод), Николая Ивановича Коротоношко (НАМИ). Именно под их руководством определялись наиболее рациональные схемы транс-миссий, окончательно решалась проблема циркуляции мощности и точного подбора шин. Например, Грачев повторял, что мы получили исчерпывающую и интересную информацию о типах движителя, применимых на том или ином грунте, и если нас еще ожидают серьезные открытия, то только в области приводов.

Значительно меньше известен Александр Сергеевич Антонов, разработавший теорию силового потока – основу исследований трансмиссий многоосных автомобилей. Также почти никто не слышал о Павле Васильевиче Аксенове. А между тем, в 60-е годы он выступал главным заказчиком многоосных шасси, и именно под его научным руководством в подмосковном закрытом НИИ-21 разрабатывалось экспериментальное шасси И-103.

Лабораторная работа

Кстати, роль вышеупомянутого института следует отметить особо. НИИ был образован постановлением Совмина и приказом Минобороны 12 октября 1954 года. Научный центр и испытательная база поначалу располагались порознь (в Петродворце под Ленинградом и в подмосковных Бронницах), но в 1959 году город Бронницы стал их единым адресом. Полигон, который был построен здесь в 60-е годы, обошелся государству (теперь это уже не секретная цифра) ни много ни мало, а в два миллиона рублей! И это при том, что возводили «одно из крупнейших в мире сооружений» такого назначения почти бесплатные стройбатовцы.

Работы над макетами многоосных шасси и автопоездов в НИИ-21 начались еще в 50-е годы под научным руководством В. С. Никандрова. Первый образец получил наименование И-210. Шасси имело колесную формулу 8х8 и грузоподъемность 10 тонн. В ходе исследований определялись тягово-динамические характеристики, тормозные свойства и управляемость.

А вот представления об объектах, которые предстояло перевозить будущему транспортному средству, даже у самих разработчиков в то время были весьма общие. Например, очень скоро выяснилось, что 10 тонн явно недостаточно. Сторонники концепции автопоезда также построили опытный образец. Они ратовали за то, что тягач имеет гораздо более простую конструкцию, а делимость автопоезда на составные части облегчит организацию эксплуатации, технического обслуживания и ремонта. По такому пути, как оказалось, пошли и американцы.

Забегая вперед, заметим, что особо тяжелые неделимые грузы и в наших РВСН перевозились автопоездами, но на относительно небольшие расстояния и по твердому покрытию. На грунтовых же дорогах и тем более на пересеченной местности сразу проявлялись недостатки автопоезда – неудовлетворительные управляемость, низкая устойчивость и потеря проходимости. Создание так называемых активных полуприцепов с ведущими колесами тележки отчасти устраняло эти проблемы, но и лишало автопоезд части его прежних достоинств.

Но чаша весов в пользу многоосных шасси склонилась далеко не сразу. Например, наша первая ракета средней дальности (она прославилась участием в Карибском кризисе 1962 года) перевозилась на автопоезде, состо-явшем из одноосного тягача МоАЗ-546П и шарнирно сочлененного с ним активного полуприцепа специальной конструкции. Макет И-103 и стал первой попыткой «поженить» автопоезд и тягач.

Ну а насколько в итоге мы продвинулись в развитии многоосных шасси, показывают конструкции Минского завода колесных тягачей. «Мiнскi завод колавых цягачоу» гордится техникой с колесной формулой от 8х8 до 24х24! Да, в братской Белоруссии производилось транспортное средство аж о 24-х ведущих! Имевший такую колесную формулу специальный колесный транспортер МЗКТ-7907 оснащался газотурбинной силовой установкой от торпедного катера мощностью 1500 л.с., имел полную массу 200 тонн и длину 30 метров! Но, как в свое время выразился Владимир Ефимович Чвялев, в недавнем прошлом главный конструктор МЗКТ, «Самые лучшие конструкции – те, что еще пока не созданы»...

Теория многоопорного шасси.

Одной из наиболее важных задач при разработке любого транспортного средства является уменьшение влияния колебательных процессов на конструкцию, экипаж и груз.

Многочисленные исследования привели к неожиданному выводу: выбором схемы компоновки ходовой части нельзя существенно повлиять на частоту угловых колебаний. Она сокращается только с увеличением числа осей. То есть, чем их больше, тем выше плавность хода.

Первым серийным многоос-ным автомобилем в нашей стране стал МАЗ-543 (1956 г.) разработки профильного СКБ, образованного всего за два года до этого на Минском автозаводе. Колесная формула машины – 8х8.

Но как проводить сложнейшие расчеты колебательных процессов, если осей будет не четыре, а шесть и больше?

Для дальнейшего упрощения расчетов была введена новая переменная величина, характеризующая отношение расстояния между любыми соседними осями к общей базе шасси машины. Это позволило рассчитывать процессы, происходящие, например, с четырехосными машинами, как с двухосными, но имеющими базу автомобиля с четырьмя осями и удвоенную жесткость подвески.

Предложенный еще в тридцатые годы профессором Военной академии моторизации и механизации РККА (ВАММ) Ротенбергом метод исследования возмущающих функций при преодолении единичных неровностей явно не отвечал требованиям к технике нового поколения.

Согласно теории случайных процессов были выделены и описаны наиболее часто встречающиеся неровности на грунтовых, бетонированных и асфальтовых дорогах. Как правило, неровности носят периодический характер. При движении по таким дорогам в определенный момент возникает совпадение частот собственных и вынужденных колебаний автомобиля, что приводит к повышенному воздействию на экипаж и груз.

Теоретический анализ четырехосного автомобиля показал, что максимальное и минимальное значения вертикальной возмущающей функции не зависят от расположения осей по базе. Однако на угловые колебания размер базы, число осей и их размещение по базе оказывают существенное влияние. Для затухания колебаний предпочтительнее тележечная схема (попарное размещение четырех осей 2 – 2).

С большим числом осей задача усложнялась. Для начала, были определены общие закономерности изменения возмущающих функций для многоосных автомобилей на наиболее типичных неровностях длиной два и более метра. Но можно ли подобрать оптимальное расстояние между осями, способное свести к минимуму вертикальные и угловые возмущения?

Для проверки этого теоретического предположения была построена крупномасштабная (в так называемом неполноподобном масштабе) механическая модель шестиосного кранового шасси.

Обнаружилось совершенно разное поведение на неровностях одной и той же длины в зависимости от расположения осей (3 – 3, 2 – 2 – 2 или 1 – 1 – 1 – 1 – 1 – 1).

Скажем, на волнах длиной чуть более четырех метров амплитуда вертикальных возмущений достигала пика у модели с равномерным рас-пределением осей по базе, тогда как у модели, оси которой были сгруппированы в тележки по три (схема 3 – 3), напротив, происходило затухание колебаний!

Словом, как и в случае с четырехосными автомобилями, исследования не дали одно-значного ответа о преимуществе той или иной компоновочной схемы. Был сделан вывод, что распределением осей по базе невозможно существенно повлиять на плавность хода многоосного автомобиля, и требуется сосредоточиться на выборе оптимальных характеристик подрессоривания.

Все это не убеждало представителей автомобильной промышленности. Ведь исследования показывали существенное, до 50%, расхождение расчетов с данными экспериментов на макетах. Чего же ждать от натурного образца? Представьте, какое количество факторов обрушится на автомобиль в реальной обстановке.