На шинах низкого давления
На шинах низкого давления
В конце 1980-х гг. широко обсуждался вопрос о вреде, наносимом природе гусеничными и колесными движителями. Для освоения труднодоступных регионов нашей страны требовались дешевые и технически несложные вездеходы, оснащенные шинами низкого давления и способные доставлять людей и небольшие грузы по снегу, заболоченной местности, грунту со слабой несущей способностью, не разрушая растительного слоя.
В ходе поисковых и аварийно-спасательных работ встречались разнообразные, заранее не прогнозируемые участки местности, где передвижение существующих наземных транспортных средств по условию проходимости было невозможно. Для определенных регионов страны были характерны заболоченные, обводненные, заснеженные территории, водные преграды и т.п., что создавало серьезные трудности для передвижения колесной и гусеничной техники. Один из возможных вариантов обеспечения эффективности поисковых и аварийно-спасательных операций виделся в повышении проходимости машин за счет снижения их опорного давления на грунт.
Такая задача решалась ОГК-СКБ ЗИЛ в инициативном порядке в 1989 г. путем применения в конструкции машины колес с шинами низкого давления. Для этого выполнили проработку опытных колес для автомобиля ЛуАЗ-967М, изготовили образцы, провели экспериментальную оценку их проходимости по снегу. Затем исследования были расширены с привлечением специалистов ВНИИтрансмаш и осуществлялись в условиях заболоченной местности. Ходовые испытания проходили на полигоне ПО ЗИЛ в Крымской области с 16 по 26 ноября 1989 г.
Колесо с шиной низкого давления.
Основные размеры автомобиля ЛуАЗ-967М на штатных и опытных колесах.
ЛуАЗ-967М на опытных колесах перед началом испытаний.
Эти работы проводились под руководством начальника бюро испытаний ОГК-СКБ ПО ЗИЛ А.И. Алексеева. Научно-методическое руководство осуществляли представители ВНИИтрансмаш А.И. Мазур и В.А. Кемурджиан. От ПО ЗИЛ в исследованиях участвовали ведущий инженер-исследователь А.М. Никитин, ведущий инженер-конструктор Б.И. Терновский, инженер-конструктор А.Л. Самсонов, водители-испытатели А.М. Евсеев и А.Г. Борисов, слесари В.П. Шеф и А.С. Манин. Фотографирование испытаний выполнял инженер Ю.М. Полесин.
Основной целью экспериментальных работ являлась оценка эффективности использования шин низкого давления для повышения проходимости колесных транспортных средств полной массой до 2 т. Для испытаний подготовили ходовой макет, выполненный на базе плавающего автомобиля ЛуАЗ-967М с колесной формулой 4x4, с открытым цельнометаллическим корпусом рамной конструкции. Особенностью машины являлось использование оригинальных колес с шинами низкого давления вместо обычных колес.
Каждое из опытных колес состояло из каркаса ступицы, выполненного из алюминиевых сплавов Д16Т, Д1 и АМг-6, с фланцем для крепления к тормозному барабану обычного колеса. Резиновая камера от шин размером 16.00-20 модели И-159 устанавливалась на ручей обода ступицы и удерживалась с помощью обвязки из капроновой ленты, закрепляемой к наружным образующим обода. Обвязка состояла из 24 лент и крюков, изготовленных из алюминиевого сплава АМг-6.
Испытания проходили в ноябре 1989 г. на полигоне ПО ЗИЛ «Сиваш» (южная часть залива), а также на акватории Азовского моря на Арабатской стрелке при температуре воздуха от +5 до -3°С, в условиях переменной облачности, частых снегопадов, при умеренном и сильном ветре. На побережье залива отмечались сгонно-нагонные явления, изменяющие уровень воды на отдельных участках от 0 до 250 мм. Перед испытаниями проводилась предварительная рекогносцировка местности для оценки грунтовых условий.
Вначале испытывалась машина в заводской комплектации, затем штатные колеса демонтировали и установили опытные колеса. Сила сопротивления качению машины на штатных и опытных колесах определялась буксировкой на горизонтальной поверхности на различных грунтах. Вспомогательный автомобиль (тягач) и испытываемая машина устанавливались последовательно и соединялись буксирным тросом через динамометр так, чтобы линия тяги была горизонтальна. На ЛуАЗе отжималось сцепление, отключались задний мост и блокировка дифференциала, рычаг коробки передач устанавливался в нейтральное положение. Тягач Урал-375Н плавно трогался с места, постепенно натягивал трос и буксировал прицепленный автомобиль со скоростью 2-3 км/ч на расстояние 10 м. Проводилось по три заезда в прямом и обратном направлениях. Результаты испытаний приведены в табл. 1.
Максимальная сила тяги по сцеплению определялась аналогично, только в этом случае испытуемый автомобиль буксировал заторможенный тягач. На машине включались пониженная передача коробки передач, задний мост и блокировка дифференциала. ЛуАЗ плавно трогался с места и натягивал буксирный трос до пробуксовки колес. В момент начала устойчивого буксования движителя фиксировалось показание усилия на динамометре. Результаты определения максимальной силы тяги приведены в табл. 2.
Экспериментальные значения по коэффициентам сопротивления качению автомобиля ЛуАЗ-967М были стабильными, прослеживалось удвоенное снижение сопротивления качению автомобиля с опытными и штатными колесами. Однако противоречивые данные по коэффициентам сцепления так и не позволили сделать определенный вывод. В ходе этого испытания также выявилась недостаточная мощность двигателя для выхода в устойчивую зону тягово-сцепной характеристики, имели место отказы узлов трансмиссии при создании повышенных нагрузок, существенность кинематического и силового несоответствия в системе кинематической связи колес, особенно опытных.
Определение сопротивления качению.
Определение силы тяги по сцеплению.
Преодоление подъема 20° на штатных шинах.
Движение по болоту и застревание на штатных шинах.
Таблица 1 Определение сопротивления качению
Штатные колеса Колеса с шинами низкого давления Тип грунта Сила сопротивления F, Н Коэф. сопротивления f Сила сопротивления F, Н Коэф. сопротивления качению f Грунтовая дорога: размокшая 1230 0,15 — — мерзлая 500 0.06 300 0,03 Задерненный грунт 800 0,1 460 0,05 Обводненный илистый грунт 3250 0,4 - -Таблица 2. Определение силы тяги по сцеплению
Тип грунта Штатные колеса Колеса с шинами низкого давления Сила сцепления Pсц,H Коэф. сцепления ? Сила сцепления Pсц,H Коэффициент сцепления ? Грунтовая мерзлая дорога 7900 0,96 3600 0,42 Задерненный грунт 7500 0,91 8000 0,93 Обводненный илистый грунт 550 0,07 - -
Движение по болоту на опытных шинах.
Вход в камыши.
Выход на участок слончаков.
На испытаниях ЛуАЗ-967М со штатными колесами успешно преодолел задерненный подъем крутизной 17 и 20° и длиной 6 м. Подъем крутизной 29° машина не преодолела ввиду недостаточности сцепления колес с грунтом. На опытных колесах ЛуАЗ-967М уверенно преодолел подъем 17°. Заезды на другие подъемы не выполнялись из-за поломки рулевого управления (разрыв правой рулевой тяги).
Оценка проходимости проводилась на прибрежном заболоченном участке местности по принципу «пройдет – не пройдет». ЛуАЗ-967М двигался прямолинейно на пониженной передаче в коробке передач, при включенных заднем мосту и блокировке дифференциала. Заболоченная местность оказалась недоступной для автомобиля на штатных колесах – он продвинулся всего на 25 м от исходной точки на твердом грунте и застрял на обводненном илистом грунте из-за потери сцепления. Глубина колеи в начале участка составила 50 мм, в конце – 170 мм со слоем воды 80 мм.
ЛуАЗ-967М с шинами низкого давления уверенно преодолел участки с обводненным илистым грунтом, практически не оставив после себя следов. Полученные результаты позволили расширить эксперименты по определению проходимости и маневренности машины в различных грунтовых условиях. С исходной позиции автомобиль преодолел место застревания на штатных колесах, продвинулся дальше на 100 м, совершил разворот с радиусом 15 м и возвратился на исходную точку.
Затем машина прошла по начальному участку первого заезда, повернула с радиусом 30 м на 90°, вышла на прибрежную полосу, продвинулась вдоль береговой линии на 350 м, вышла к урезу воды, вошла в воду глубиной 0,3 м и преодолела 350 м вдоль берега. Далее через заросли камыша высотой 2 м ЛуАЗ-967М с шинами низкого давления вышел на солончаки и по конечному участку первого заезда вернулся на исходную позицию.
В третьем заезде автомобиль преодолел прибрежное болото, вошел в камышовые заросли и, совершив разворот с радиусом 50 м, вышел на участок прибрежных илов. Войдя в воду и развернувшись с радиусом 40 м, машина вышла на участок солончаков, затем через болото вернулась на исходную позицию. Движение при этом осуществлялось на пониженной передаче, с включенными двумя ведущими мостами и блокировкой дифференциала.
Характеристики движения на плаву определялись на двух участках: на заиленном участке залива Сиваш и на песчаном берегу Арабатской стрелки со стороны Азовского моря. Оценивались возможности входа в воду, остойчивости на плаву, движения по воде, а также способность выхода на берег.
На первом участке машина вошла в воду, и на расстоянии 20-25 м от уреза воды при глубине 0,4 м застряла из-за недостаточного сцепления с илистым грунтом. При этом днище не касалось поверхности воды, машина не всплыла.
На втором участке машина вошла в воду, совершила движение на плаву на расстояние 15 м и задним ходом вышла на берег. При следующем заезде машина вошла в воду, прошла на плаву 25 м перпендикулярно берегу, повернула на 90° (с радиусом циркуляции 5 м) и со скоростью 1 -2 км/ч прошла вдоль берега 50 м, а затем под углом 30° направилась к берегу. Выйти на берег своим ходом машина не смогла по причине повторной поломки рулевой тяги. На плаву днище корпуса машины касалось водной поверхности с погружением колес до середины диаметра.
Удельное давление на грунт машины на штатных и опытных колесах определялось методом снятия отпечатков шин переднего и заднего колес.
Некоторые выводы
Внешние условия местности полигона «Сиваш» способствовали проведению комплекса работ по оценке проходимости машины как с опытными, так и с серийными колесами. Заболоченная местность полигона была недоступной для передвижения колесных транспортных средств, включая автомобиль ЛуАЗ-967М. Применение на нем опытных колес с шинами низкого давления обеспечило устойчивое движение по прибрежным и заросшим камышом болотам.
Экспериментально было установлено, что давление на грунт машины с опытными колесами оказалось в 5 раз меньше, чем с серийными колесами, и составляло 10,3 кПа. Выявилось также, что коэффициент сопротивления качению на опытных шинах вдвое меньше, чем на штатных.
В то же время низкая несущая способность шин и отсутствие развитых грунтозацепов не обеспечивали достаточного сцепления для движения по илистым болотам и ограничивали преодолеваемый подъем на задерненном грунте углом в 20°.
ЛуАЗ-967М с опытными шинами сохранял остойчивость на спокойной водной поверхности, свободно двигался на плаву, входил и выходил из воды на песчаном грунте. На илистом грунте машина не могла выйти на плав из-за недостаточности сцепления колес с грунтом. Выяснилось также, что скоростные и маневренные качества автомобиля с опытными шинами на плаву существенно ниже, чем у поисково-спасательных машин ЗИЛ ввиду отсутствия специального водоходного движителя.
За период испытаний не было отмечено конструктивных недостатков опытных колес. Однако, ввиду значительных нагрузок, оказываемых опытными колесами на автомобиль, оказалась ненадежной конструкция трансмиссии и рулевого управления автомобиля ЛуАЗ-967М.
Движение на плаву.
Технические параметры автомобиля ЛуАЗ-967М
Штатные колеса Колеса с шинами низкого давления Колесная формула 4x4 4x4 Масса снаряженного автомобиля, кг 820 860 Распределение снаряженной массы, кг: на передние колеса 500 520 на задние колеса 320 340 База автомобиля, мм 1800 1800 Колея колес, мм 1325 2560 Длина автомобиля, мм 3682 3682 Ширина, мм 1500 2975 Высота, мм 1600 1815 Дорожный просвет по раме, мм 285 500 Радиус поворота по переднему внешнему колесу, м 5 15 Угол преодолеваемого подъема 20* 20* Угол свеса передний 33* 62* Угол свеса задний 36* 76* Двигатель МеМЗ-967А, карбюраторный, воздушного охлаждения Число и расположение цилиндров 4, V-образное Диаметр цилиндра, мм 76 Ход поршня, мм 66 Рабочий объем,см? 1197 Степень сжатия 7,2 Максимальная мощность, кВт (л.с.), 50(37) при частоте вращения, мин-1 4200 Максимальный крутящий момент, Н-м, (кгс-м) 74,5(7,6) при частоте вращения, мин-1 2700 Трансмиссия Сцепление Однодисковое, сухое Коробка передач Четырехступенчатая, с синхронизаторами на всех передачах переднего хода, имеет дополнительную понижающую передачу. Передаточные числа: 1 - 3,8; II-2,118; III- 1,409; IV-0,964; ЗХ - 4,156; Понижающая - 7,2 Главная передача (переднего и заднего мостов) Коническая, со спиральными зубьями, передаточное число 4,125 Колесные редукторы С цилиндрическими шестернями наружного зацепления, передаточное число 1,294 Корпус Водоизмещаюищий, герметичный Подвеска Независимая торсионная, нa продольных рычагах с гидравлическими телескопическими амортизаторами Шины 5.90-13(150-330) модель ИВ-167 Камеры от шин 16.00-20, модель И-159 Давление воздуха в шинах, кПа (кгс/см?) передние колеса 166,7(1,7) 19,6(0,2) задние колеса 147,7(1,5) 19,6(0,2) Рулевое управление Глобоидальный червяк с двухгребнеевым роликом, передаточное число 17 Рабочая тормозная система Барабанная, на все колеса, с раздельным гидравлическим приводом. Передний контур с гидровакуумным усилителем Стояночная тормозная система Трансмиссионная, с механическим приводом Эксплуатационные данные Объем топливного бака, л 34 Контрольный расход топлива при 40 км/ч на 100 км, л 10 Максимальная скорость, км/ч 75Литература
1. Автомобиль-транспортер ЛуАЗ-967М. Руководство по войсковому ремонту (PC).-235 с.
2. Алексеев А.И., Никитин А.М., Самсонов А.Л. и др. Технический отчет по результатам сравнительных испытаний изделия 967М на проходимость по заболоченной местности со штатными и опытными колесами низкого давления. – М. : ЗИЛ, 1989.-44 с.
3. Алексеев А.И., Терновский Б.И. и др. Технический отчет о проводившемся 27-28 февраля 1988 г. вг. Архангельске II Всесоюзном смотре-конкурсе самодельных вездеходов на пневматиках низкого давления. – М.: ЗИЛ, 1988. – 32 с.