ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ВЫСОКОЙ ПРОХОДИМОСТИ

Техническое решение относится к самоходным транспортным средствам, прежде всего к транспортным средствам приспособленным для передвижения по поверхности различных сред, например, по дорогам, грунтам с малой несущей способностью, болотам и водным преградам, и в частности к их рамам, состоящим по меньшей мере из двух продольных секций рамы, связанных другими продольными секциями меньшего поперечного размера, а также к расположению их силовых установок. Такие транспортные средства рационально использовать в сельском хозяйстве, при разведке, разработке, добыче нефти и газа, а также в других отраслях народного хозяйства.
Давно известны конструкции транспортных средств для перемещения людей и грузов по дорогам различных классов и бездорожью.
Так пассажирский вездеход ЗИЛ-Э167 (А. Новиков, "СКВ Виталия Грачева". Журнал "АВТОТРАК" №7-8, 2003 г.) имел заднемоторную компоновку с двумя двигателями, раздаточную коробку, совмещенную с коробкой отбора мощности для привода лебедки и кузов вагонной компоновки с пассажирским отсеком и кабиной в передней части. Для снижения массы кузов изготавливали из стеклопластика. Его шасси было выполнено с тремя равно расположенными по базе мостами, управляемыми колесами переднего и заднего мостов с независимой подвеской на поперечных рычагах и продольных торсионах, и жестко закрепленным на раме средним мостом. Для снижения массы, шины размерности 12,00-28 смонтированы на диски из стеклопластика. Высокий дорожный просвет обеспечивался применением колесных редукторов, а большой запас хода - несколькими бензобаками от грузовиков ЗИЛ, размещенными на раме между мостами, что, конечно, ограничивало его проходимость и снижало безопасность.
Поисковая амфибия ЗИЛ ПЭУ-1 (см. статью выше) грузоподъемностью до 3 тонн оснащался стеклопластиковым водоизмещающим корпусом с трехосным шасси среднемоторной компоновки, управляемыми колесами переднего и заднего мостов и бортовой схемой трансмиссии. Его трансмиссия содержала гидромеханическую коробку передач, раздаточную коробку с симметричным дифференциалом и колесные редуктора.
Развитие данная конструкция получила в поисковой амфибии ЗИЛ ПЭУ-2. Ее водоизмещающий стеклопластиковый кузов базировался на раме из алюминиевого профиля. Два силовых агрегата размещались сзади и приводили колеса левого и правого бортов через гидромеханическую коробку передач, а трехосное шасси выполнялось с управляемыми колесами переднего и заднего мостов с независимой подвеской и жестко закрепленным на раме средним. Платформа располагалась между пассажирским салоном и моторным отсеком. ПЭУ-2, обладая высокой проходимостью, имела узкую сферу применения, т.к. ее габариты выходили за пределы разрешенных Правилами дорожного движения, а шины регулируемого давления сильно деформировали поверхность перемещения.
Широко известны также транспортные средства, использующие в качестве движителя пневмокатки.
Транспортное средство Rolligon Model 4450 (см., http://www.nov.com) грузоподъемностью 1800 кг колесной формулы 4x4 оснащено шинами низкого давления размерностью 40×50-12. Более высокую грузоподъемность (13608 кг) и лучшую проходимость, за счет шин размерностью 72×68-28, имеет модель Rolligon Challenger с колесной формулой 6×6. При нагрузке до 2268 кг, данное транспортное средство обладает, к тому же, положительной плавучестью. Однако габариты вездеходов Rolligon ограничивают возможности их перемещение по дорогам общего пользования, а пневмокатки имеют высокую стоимость и малый ресурс.
При проектировании конструкций транспортных средств высокой проходимости на первый план выходит задача выбора размера и способа размещения их колесных движителей.
Для этого, например, продольные и поперечные несущие элементы рамы автомобилей по US 2168108, 4730870, EP 142581 и RU 2152886 расположены по существу на двух уровнях, а рама самоходного транспортного средства по RU 36809 имеет отвечающее его специфике достаточно близкие по расположению лонжероны. Использование таких рам на транспортных средствах с шинами сверхнизкого давления приведет к увеличению поперечного размера этих средств, что усложнит движение по дорогам общего пользования и снизит их эффективность.
По другому выполнена несущая система снегоболотохода (см. RU 66797). Он предназначен для перевозки людей и грузов в условиях бездорожья, включая северные регионы страны (по снежной целине, по льду водохранилищ, озер, рек, а также по бездорожью со слабой несущей способностью грунта, до 0,02 МПа). «Мамонтенок» снабжен шинами размерностью 1700×750×26.1″, что обеспечивает низкое давление на почву и сохранение поверхностного растительного слоя. Грузоподъемность на слабонесущих грунтах составляет 1500 кг. Применение в конструкции вездехода «ломающейся рамы» обеспечивает контакт всех колес снегоболотохода с поверхностью, а наличие самоблокирующихся дифференциалов в мостах повышает его проходимость. «Мамонтенок» оборудован двухместной кабиной и металлическим кузовом с тентом. Также вездеход может комплектоваться различными типами кабин и кузовов, применяться как шасси для установки различных машин и механизмов. «Мамонтенок» обладает положительной плавучестью обеспеченной за счет объема колес, и способен передвигаться по воде со скоростью до 3 км/ч. Однако его габаритная ширина, составляющая 2800 мм, превышает допустимую правилами дорожного движения, что значительно ограничивает его мобильность и, хотя, на него может быть установлен комплект колес, с которыми габарит не превышает 2500 мм, все это снижает удобство и эффективность его эксплуатации.
Снегоболотоход «Мамонтенок-М» (см. RU 74245) является грузовым транспортным средством повышенной проходимости на пневматиках сверхнизкого давления размерностью 1300×700-24″. Он базируется на стандартных автомобильных узлах и приспособлен для круглогодичной эксплуатации в северных регионах. В отличии от снегоболотохода «Мамонтенок» он не имеет поворотного узла рамы, что позволяет перевозить людей в кузове, КУНГе или автобусном салоне. Его грузовой вариант позволяет устанавливать буровую установку, грузоподъемные механизмы и другое оборудование. Однако размер его шин, при заявленной грузоподъемности, не обеспечивает проходимость на слабонесущих грунтах.
Не удается добиться существенного повышения ходовых и эксплуатационных характеристик и в колесном транспортном средстве по RU 13199. Оно содержит полноприводное двухосное шасси на колесах с пневматическими шинами, при этом отношение наружного диаметра шины к базе транспортного средства составляет 0,4-0,6, а отношение ширины профиля шины к колее транспортного средства составляет 0,25-0,35.
В автомобиле повышенной проходимости по RU 98728, содержащем раму, грузопассажирскую кабину, колеса с шинами, двигатель с коробкой передач, раздаточной коробкой и карданными валами, мосты портального типа с колесными редукторами, соединенными с рамой через рессоры, выбор отношения базы машины к расстоянию между центрами колес и полуосей составляющим (20-21):1, а отношения базы машины к диаметру шин (1,8-2,5):1, несомненно, повышает проходимость по сравнению с исходным транспортным средством-донором, однако, внешний диаметр его шин слишком мал для значительного увеличения проходимости, к тому же конструкция его шасси в принципе не способна обеспечить размещение шин большего диаметра.
Доработку серийной конструкции для повышения проходимости выполняют и во внедорожном транспортном средстве - снегоболотоходе по RU 38134. Оно содержит грузопассажирское отделение, раму, двигатель, передний мост, задний мост на рессорах, главные передачи, раздаточную коробку, коробку передач и карданные валы. Для расширения функциональных возможностей стандартной конструкции в нем применены колеса с шинами размерностью 1300×600×533, передний мост сдвинут вперед на 350 мм и подвешен на пружинах. Для этого введен трансмиссионный модуль, состоящий из двух коробок передач, соединенных вместе через переходник и шлицевую муфту, которая соединяет вторичный вал первой коробки передач с первичным валом второй коробки передач, а также добавлен второй задний мост и вторая раздаточная коробка. Все это значительно усложняет конструкцию и увеличивает массу, что снижает проходимость.
Транспортное средство высокой проходимости по RU 53999, содержит раму с установленными на ней силовым агрегатом ЗМЗ 406, раздаточной коробкой, кабиной и грузовой платформой от автомобиля ГАЗ 330273. Ведущие мосты позволяющие реализовать в одном из вариантов колесную формулу 6×6, заимствованы у трактора МТЗ-82. Они увеличивают массу транспортного средства, а жесткое их крепление на раме снижает проходимость и перегружает несущую систему. Эту конструкцию пытаются исправить в RU 100998, где ведущие мосты подвешены на зависимой пружинной подвеске с продольными рычагами. Также применена централизованная система подкачки шин. Однако от излишней массы избавится так и не удалось, что повлекло за собой установку в носовой части и по бортам водоизмещающих обвесов.
Оснащением крупногабаритными шинами работающими при давлении в камере в диапазоне 0,3-0,8 кгс/см повышают проходимость транспортного средства по RU 81130. Оно содержит смонтированные на раме кабину и расположенную за ней платформу, а также колеса переднего управляемого моста и заднего ведущего моста. Его передний мост выполнен ведущим, а задний ведущий мост - управляемым и связанным с рулевым механизмом переднего моста. Для размещения крупногабаритных шин мосты расширены вставками между картером переднего моста и поворотным кулаком, и хотя это обеспечивает симметричное расположение главной передачи, нагрузки в трансмиссии значительно возрастают. Также под кабиной, между пакетами рессор и мостами и между рамой и кронштейнами рессор, между рамой и основанием платформы размещены проставки для размещения колес большего диаметра и обеспечения необходимых углов поворота руля при преодолении рельефа, однако эти полумеры неизбежно приводят к повышению центра тяжести. Для обеспечения плавучести на раму и колеса установлены водоизмещающие емкости, а системы вентиляции агрегатов трансмиссии, выход выхлопной системы и электрические устройства размещены выше ватерлинии, но все это только увеличивает снаряженную массу и усложняет конструкцию.
Другой путь повышения проходимости, но с тем же результатом, представлен в транспортном средстве высокой проходимости по RU 96548. Оно содержит раму с установленными на ней силовым агрегатом, раздаточной коробкой, кабиной и грузовой платформой, передним и задним ведущими мостами с расположением балки моста выше оси колес с шинами с регулируемым давлением, главные передачи, дифференциалы, колесные редукторы, колесные тормоза, стояночный тормоз колодочного типа на валу привода заднего моста, передний и задний мосты, закрепленные на раме через подвеску и колесные редукторы с цилиндрическими шестернями внешнего зацепления. Его колеса с крупногабаритными шинами имеют соотношение ширины к диаметру H:D=1:(2,2-2,5), при этом кабина и грузовая платформа установлены на раме через проставки, а передний понтон размещен между передним мостом и нижним уровнем бампера между передними колесами.
Только лишь размещением и выполнением агрегатов трансмиссии не удается существенно повысить проходимость многоосного колесного транспортного средства по RU 114930. Оно содержит раму с установленными на ней двигателем, коробкой передач, раздаточной коробкой, кабиной и кузовом, подвеской, а также ведущими мостами, с главными передачами, передающими крутящий момент колесам. Для обеспечения кинематической связи колес с двигателем установлены одноступенчатые редукторы, которые закреплены на фланце главной передачи среднего моста. Картер каждого редуктора жестко связан с кронштейном, расположенным на кожухе полуоси среднего моста, а мосты развернуты в горизонтальной плоскости хвостовиком ведущей шестерни главной передачи назад по ходу транспортного средства. При этом двигатель размещен по существу над передней осью, что отрицательно сказывается на развесовке и снижает проходимость по уплотняемым грунтам.
Хотя приведены многочисленные технические решения, направленные на повышение проходимости, нет оптимальной конструкции транспортного средства обеспечивающей высокую проходимость по поверхностям различных сред.
Задача, на достижение которой направлено данное техническое решение и достигаемый при этом технический результат заключаются в повышении проходимости транспортного средства.
Повышение проходимости такого транспортного средства обеспечено рациональным выбором геометрических его параметров и размещением агрегатов.
2
1-2
Для этого в транспортном средстве высокой проходимости, содержащем установленные на раме, кузов, подвеску и двигатель, кинематически связанный с колесами оснащенными шинами диаметром равным 1500…1700 мм, с внутренним давлением воздуха 0,05…0,8 кгс/см, расстояние L от передней оси до последующей и ширина В колеи составляет соответственно:
1-2
L=(1,1…2,5)D;
B=(0,9…1,3)D;
1-2
1-2
При выполнении расстояния L менее 1,1D не обеспечен гарантированный зазор между шинами близлежащих осей, с учетом допуска на их размер, а при L более 2,5D значительно уменьшается угол рампы, и ухудшается распределение давления на грунт, что снижает проходимость. В тоже время при ширине В колеи меньше 0,9D ухудшается поперечная устойчивость и уменьшается угол поворота колес, а при B больше 1,3S значительно возрастает габаритная ширина транспортного средства.
1-2
1-2
Выполнение расстояния L от передней оси до последующей и ширины В колеи составляющими соответственно: L=(1,1…2,5)D; B=(0,9…1,3)D, в транспортном средстве высокой проходимости, содержащем установленные на раме, кузов, подвеску и двигатель, кинематически связанный с колесами оснащенными шинами диаметром равным 1500…1700 мм, с внутренним давлением воздуха 0,05…0,8 кгс/см, позволило достичь технического результата, а именно, повысить проходимость транспортного средства, поскольку такие геометрические его параметры в полной мере отвечают условиям эксплуатации.
Тому же способствует то, что по существу параллельно его колее размещены основные элементы рамы, передние участки которой смещены к продольной оси транспортного средства и к горизонтальной оси передних колес, независимо подвешенных на передних участках рамы.
Закрепление через упругие опоры на основных элементах рамы кузова, оснащенного пространственным каркасом, элементы которого соединены с панелями из листового металла и/или полимерного композиционного материала способствует снижению веса, что также повышает проходимость;
Размещение двигателя во внутреннем помещении кузова, и по существу между передними участками рамы, за передней осью, оптимизирует распределение массы по осям, что способствует достижению технического результата.
То, что кинематическая связь колес с двигателем содержит планетарные колесные редуктора и раздаточные коробки передач, размещенные на осях колес и между осями, соответственно, улучшает тяговые возможности транспортного средства, значительно повышая, тем самым, его проходимость.
Изображено на:
Фиг. 1 - Транспортное средство (вид сбоку);
Фиг. 2 - Транспортное средство (вид спереди);
Фиг. 3 - Транспортное средство (шасси);
Фиг. 4 - Транспортное средство (каркас вид 3/4)
Фиг. 5 - Транспортное средство (фрагмент кузова)
Фиг. 6 - Транспортное средство (вид 3/4)
Фиг. 7 - Экспериментальное транспортное средство высокой проходимости (фото)
1-2
1-2
Транспортное средство высокой проходимости, содержит установленные на раме 1 (Фиг. 1), кузов 2, подвеску 3 (Фиг. 2) и двигатель 4, кинематически связанный с колесами 5 (Фиг. 3) оснащенными шинами 6 диаметром D равным 1500…1700 мм, с внутренним давлением воздуха 0,05…0,8 кгс/см, в котором расстояние L от передней оси 7 до последующей 8 и ширина В колеи составляют соответственно: L=(1,1…2,5)D; B=(0,9…1,3)D.
1-2
1-2
Выполнение расстояния L от передней оси 7 до последующей 8 и ширины В колеи составляющими соответственно: L=(1,1…2,5)D; B=(0,9…1,3)D, в транспортном средстве высокой проходимости, содержащем установленные на раме 1, кузов 2, подвеску 3 и двигатель 4, кинематически связанный с колесами 5 оснащенными шинами 6 диаметром равным 1500…1700 мм, с внутренним давлением воздуха 0,05…0,8 кгс/см, позволило достичь технического результата, а именно, повысить проходимость транспортного средства, поскольку такие геометрические его параметры в полной мере отвечают условиям эксплуатации.
Основные элементы 9 рамы 1 размещены по существу параллельно его колее. Передние участки 10 рамы 1 смещены к продольной оси 11 транспортного средства и к горизонтальной оси 12 передних колес 5, независимо подвешенных на передних участках 10 рамы 1.
Через упругие опоры 13 на основных элементах 9 рамы 1 закреплен кузов 2, оснащенный пространственным каркасом 14 (Фиг. 4), элементы 15 (Фиг. 5) которого соединены с панелями 16 (Фиг. 6) из листового металла и/или полимерного композиционного материала.
Двигатель 4 размещен во внутреннем помещении 17 кузова 2, и по существу между передними участками 10 рамы 1, за передней осью 7.
Кинематическая связь колес 5 с двигателем 4 содержит планетарные колесные редуктора 18 и раздаточные коробки 19,20 передач, размещенные на осях колес 5 и между осями, соответственно.
Приведенная совокупность признаков использована в экспериментальном транспортном средстве высокой проходимости (см. фото Фиг. 7) со следующими параметрами:
1
Колесная формула ВТС
6×6
2
Вместимость (число мест для сидения, включая место водителя)
2+12
3
Номинальная грузоподъемность, кг
- на дорогах с покрытием и плотных грунтах
1500
- на слабонесущих грунтах
1300
- на плаву
1300
4
Масса снаряженного ВТС (со снаряжением в обязательной комплектации и полной заправкой, без учета дополнительного оборудования), кг
3100
5
Габаритные размеры (не более), мм:
- длина
6500
- ширина
2540
- высота
3000
6
Ширина колеи, мм
1870
Расстояние от передней оси до средней, мм
2963
7
Минимальный дорожный просвет (не менее), мм
500
8
Скорость движения, км/ч
- максимальная, не менее
80
- минимально-устойчивая, не более
3
9
Минимальный радиус поворота по колее переднего наружного колеса (не более), м
14
10
Максимальный угол преодолеваемого подъема, % (град.), не менее
60 (31)
11
Максимальный косогор, преодолеваемый ВТС на участке сухого и твердого грунта, % (град.), не менее
36 (20)
12
Контрольный расход топлива, л/100 км
15-20
13
Запас хода на одной заправке (не менее), км
800
14
Топливо
Автомобильный бензин АИ-93 ГОСТ 2084; Дизельное по ГОСТ 305.
15
Шины
1580x670-611«ТРЭКОЛ» сверхнизкого давления, бескамерные.
16
Рабочий диапазон температур окружающего воздуха.
от минус 60°C до плюс 40°C.
17
Кузов.
Каркасно-панельный. Каркас стальной. Наружные панели изготовлены из алюминиевых листов или пластика.
18
Ресурс до первого капитального ремонта при 1 категории условий эксплуатации в соответствии с ГОСТ 21624, км. При соблюдении всех правил, указанных в руководстве по эксплуатации.
60000
Транспортное средство высокой проходимости функционирует так.
1-2
1-2
Двигатель 4, кинематически связанный с колесами 5 оснащенными шинами 6 диаметром D равным 1500…1700 мм, с внутренним давлением воздуха 0,05…0,8 кгс/см, приводит транспортное средство в движение. При этом кинематическая связь колес 5 с двигателем 4 содержит планетарные колесные редуктора 18 и раздаточные коробки 19, 20 передач, размещенные на осях колес 5 и между осями, соответственно. Для размещения людей и грузов служит кузов 2, установленный на раме 1. Подвеска 3 обеспечивает необходимую плавность хода, при этом выбором расстояния L от передней оси 7 до последующей 8 и ширины В колеи составляющими соответственно: L=(1,1…2,5)D; B=(0,9…1,3)D обеспечена проходимость. Размещение основных элементов 9 рамы 1 по существу параллельно его колее так, что передние участки 10 ее смещены к продольной оси 11 транспортного средства и к горизонтальной оси 12 передних колес 5, обеспечивает поворот на необходимый угол управляемых колес, независимо подвешенных на передних участках 10 рамы 1. Упругие опоры 13 между кузовом 2 и основными элементами 9 рамы 1 гасят вибрации, при этом пространственный каркас 14, элементы 15 которого соединены с панелями 16 из листового металла и/или полимерного композиционного материала повышает безопасность людей и грузов. Размещение двигателя 4 во внутреннем помещении 17 кузова 2, и по существу между передними участками 10 рамы 1, за передней осью 7 повышает удобство его обслуживания в условиях севера и улучшает развесовку.