ШАССИ СНЕГОБОЛОТОХОДА
SNOW AND SWAMP-GOING VEHICLE CHASSIS

Техническое решение относится к транспортным средствам для передвижения по поверхностям различных сред, в частности к их шасси, которые характеризуются расположением силовых установок и трансмиссий для привода одновременно передних и задних колес.
Транспортные средства с такими шасси способны перемещать людей и грузы через водные преграды в сложных природно-климатических условиях, а также двигаться по грунтам с малой несущей способностью. Они востребованы в сельском хозяйстве, при разведке, разработке, добыче нефти и газа, а также в других отраслях народного хозяйства.
Широко известны конструкции шасси транспортных средств для перемещения людей и грузов по дорогам различных классов и бездорожью.
Так шасси вездехода КИПАЧЬ (см., http://www.pnevmohod.ru/vezdehody/vezdehod_kipach) имеет колесную формулу 6×6 и оснащено двигателем ВАЗ объемом 1.6, КПП ВАЗ 2110, РК ГА3-69 и мостами от ГА3-21. Двигатель размещен над средней осью, редуктор которой выполнен проходным для привода заднего моста. Упругие элементы управляемого моста установлены наклонно к вертикальной продольной плоскости симметрии. Его колеса размерностью 1450×600 и габаритные размеры Длина/Ширина/Высота 5500/2270/2850 см, при массе 1850 кг и грузоподъемности 1100 кг обеспечивают ему положительную плавучесть. Такое выполнение его шасси с размещением двигателя непосредственно над средней осью приемлемо для передвижения в порожнем состоянии, однако при полной загрузке приводит к неоптимальной развесовке, что ухудшает тягово-динамические характеристики и безопасность на плаву.
На повышение проходимости при одновременном увеличении долговечности направлено техническое решение шасси многоосного транспортного средства по SU 846322. Оно содержит основной и включаемые дополнительные ведущие мосты и систему управления включением последних, состоящую из датчика нагруженности, выполненного в виде кулачковой муфты, одна полумуфта которой закреплена на валу привода основного ведущего моста, а другая установлена с возможностью осевого перемещения и подпружинена относительно последнего, муфт включения с исполнительными цилиндрами, расположенных в приводе дополнительных ведущих мостов, и управляемого распределителя, подпружиненный золотник которого связан посредством двухплечего рычага с подвижной полумуфтой, причем вход распределителя связан с источником давления, с целью повышения проходимости при одновременном увеличении долговечности распределитель выполнен многопозиционным, выход каждой позиции которого связан с управляющей полостью соответствующего исполнительного цилиндра, при этом число позиций упомянутого распределителя равно числу ведущих мостов транспортного средства. Такое выполнение системы управления подключением ведущих мостов многоосного транспортного средства значительно усложняет конструкцию, что снижает надежность данного шасси в целом.
В полноприводном шасси грузового автомобиля по RU 2486070, содержащем сцепление, ступенчатую коробку передач, раздаточную коробку с межосевым планетарным дифференциалом силовая установка размещена над передней осью, а расстояние между передней и средней осью составляет три диаметра его шин. Такое размещение агрегатов обусловлено грузовым назначением автомобиля и ограниченной твердыми поверхностями сферой его применения. И хотя для повышения эффективности и удобства использования шасси в его трансмиссии выполнено автоматическое перераспределение моментов между передними и задними колесами автомобиля, такая компоновка не сможет обеспечить приемлемых тягово-динамических характеристик для шасси снегоболотохода.
Шасси малолитражного вездехода по RU 582 с движителем на пневматических камерных шинах оснащено рамным основанием с хребтовой балкой. Бортовые продольные балансиры, несущие оси колес, шарнирно соединены с цапфой рамы, а для привода колес от главной передачи служит цепная передача. При этом оно снабжено присоединяемым к его задней части дополнительным колесным модулем, имеющим, по крайней мере, одну пару неприводных колес, закрепленных на продольных балансирах, и хребтовую балку, выполненную с возможностью жесткого присоединения к аналогичной балке шасси вездехода. Это повышает его универсальность, однако дополнительный колесный модуль с неприводными колесами и поперечная ось балансиров модуля, шарнирно связанная с хребтовой балкой и растяжками соединенная с рамой вездехода, снижают тягово-динамические характеристики при движении по бездорожью.
Шасси транспортного средства-амфибии «ВИКИНГ» компании ООО НПО «АТОН ИМПУЛЬС» по RU 70851, содержит силовой агрегат с валом отбора мощности, коробку отбора мощности, ведущие мосты с колесами и элементами подвески и дополнительный водный движитель, связанный с валом отбора мощности. Независимая пневматическая подвеска колес с регулировкой клиренса обеспечивает приемлемые ходовые качества, однако она малонадежна, а планетарные колесные редукторы, снабженные системой автоматической подкачки колес, редукторы мостов с механизмами блокировки колес, коробка передач с насадкой, в которой установлена шестая передача, валы отбора мощности для компрессора и водного движителя, а также механизм жесткой межосевой блокировки излишне усложняют трансмиссию. Для повышения плавучести на сегментированной герметичной раме-лодке жестко закреплен каркас, на котором, в свою очередь, смонтирован трансформируемый пластиковый кузов, что снижает удобство обслуживания. При этом снабжение шасси амфибии системой продувки лодки и охлаждения основных агрегатов приводит к увеличению массы конструкции в целом. Таким образом, стремление к повышению универсальности путем оснащения шасси амфибии сложными техническими решениями отдельных ее узлов и агрегатов, несомненно, повышает некоторые эксплуатационные качества, но в итоге приводит к неоправданному усложнению конструкции в целом.
Σ
3
2
3
ш
Шасси транспортного средства по RU 136765 предназначено для передвижения по поверхностям различных сред. Оно содержит раму с продольными и поперечными элементами и систему подрессоривания колес с шинами сверхнизкого давления, приводимыми через трансмиссию от силовой установки. Масса шасси связана с суммарным внутренним объемом колес соотношением: (M·g)/Vк=2500-8000, Η/м, где M - масса шасси, кг; g - ускорение свободного падения, м/с; Vк - внутренний объем колеса, м; при этом основные элементы его трансмиссии расположены по существу вне продольных и поперечных элементов рамы. Отношение наружного диаметра колеса (D) к базе шасси (L) составляет 0,15-0,6, а отношение ширины профиля шины (В) к колее (К) составляет 0,2-0,5. Такие массово-геометрические параметры, наряду с дополнительным водным движителем позволяют данному шасси преодолевать водные преграды, а также перемещаться по грунтам с малой несущей способностью, однако неоптимальное размещение агрегатов трансмиссии и рессорная передняя подвеска снижают его тягово-динамические характеристики.
Колесный движитель многоосных шасси компактных вездеходов (см. US 3204713, 3444837, 7211983, GB 1162624 и ЕР 2152530) в основном жестко подвешен к герметичному корпусу и равномерно распределен по базе. Такие конструкции просты в изготовлении и обладают малым весом, но бортовой способ поворота приводит к срыву поверхностного слоя грунта при маневрировании, что увеличивает сопротивление движению и вредит экологии. Большей грузоподъемностью и адаптируемостью к рельефу обладают сочлененные шасси по US 3353618, 3653455 и DE 3878714. Но подобные технические решения существенно ограничивают сферу применения шасси вышеприведенных вездеходов.
Два варианта размещения осей по колесной базе шасси трехосного вездехода представлены в US 3183991. Данная концепция получила свое развитие в US 3351037, где представлено техническое решение базового модульного трехосного шасси с возможностью увеличения количества приводных осей и вариантов их размещения. А равномерное размещение осей в пределах колесной базы в транспортном средстве по US 4121680 обусловлено его сугубо утилитарным назначением.
В качестве прототипа выбрано шасси многофункционального всесезонного универсального трехосного вездехода по RU 144342. Оно содержит несущие элементы, силовую установку с трансмиссией и подвеску колес. Его габаритные размеры составляют 4250×2200×2350 мм, размер шин 940×320 мм обеспечивает клиренс 400 мм, при ширине колеи 1880 мм, а заявленная грузоподъемность на твердой поверхности составляет 1500 кг со снаряженной массой равной 1950 кг. Силовая установка его шасси представляет собой двигатель объемом 2,0 л или 3,0 л, с мощностью соответственно 110 кВт или 184 кВт, расположенный в левой части, в качестве приводной передачи используется 6-ступенчатая автоматическая коробка передач, при этом трансмиссия вездехода имеет колесную формулу 6×6, в которой средняя ось выполнена с возможностью поднятия, а оси передняя, средняя и задняя выполнены с возможностью включения и отключения. Оси равномерно размещены по колесной базе. Шасси вездехода обладает плавучестью, а перемещение на плаву обеспечено водометным движителем, установленным в задней части шасси. Хотя его силовая установка и обладает достаточной мощностью для заявленной снаряженной массы, но неоптимальные геометрические соотношения его движителя и межосевых расстояний, при размещенном в левой части шасси двигателе не могут обеспечить необходимых тягово-динамических характеристик на грунтах с малой несущей способностью, при этом его трансмиссия обеспечивающая включение-выключение и опущение - поднятие ведущих осей, усложняет конструкцию, а адаптация шасси для установки гусеничного и лыжно-гусеничного движителя чрезмерно повышает стоимость и трудоемкость изготовления.
Хотя приведены многочисленные технические решения шасси транспортных средств, предназначенных для перемещения людей и грузов по дорогам различных классов и бездорожью, нет конструкции шасси, обеспечивающей оптимальные тягово-динамические характеристики шасси снегоболотохода при его движении по грунтам с малой несущей способностью.
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение и достигаемый при этом технический результат, заключаются в улучшении тягово-динамических характеристик шасси снегоболотохода.
Улучшение тягово-динамических характеристик шасси снегоболотохода обеспечено рациональной компоновкой его агрегатов.
ш
ш
ш
ш
Для этого в шасси снегоболотохода, содержащем силовую установку с трансмиссией, подвеску осей колес, оснащенных шинами сверхнизкого давления, которые закреплены на несущих элементах, силовая установка смещена от средней оси к передней на расстояние А, равное (0,7…1,3)D, при этом расстояние В между передней и средней осью составляет (1,5…1,9)D, расстояние С между средней и задней осью (1,07…1,5)D, где D - наружный диаметр шины, при номинальном внутреннем давлении.
Тому же способствует продольное размещение силовой установки и дифференциальное ее соединение карданными валами с осями колес через переднюю и заднюю раздаточные коробки трансмиссии.
Улучшению тягово-динамических характеристик способствует также выполнение дифференциала коробки передач блокируемым, при размещении раздаточных коробок между передней - средней и средней - задней осями соответственно.
Выполнение передней и задней раздаточных коробок двухступенчатыми и привода колес средней оси подключаемым также улучшает тяговые характеристики шасси.
Оснащение механизма переключения режимов трансмиссии устройством синхронизированного подключения средней оси и пониженной передачи раздаточных коробок повышает удобство управления тягово-динамическими характеристиками шасси.
То, что карданные валы, соединяющие оси колес с раздаточными коробками размещены по существу в плоскости, параллельной продольной плоскости симметрии шасси и упругие и направляющие элементы подвески передних колес ортогональны, оптимизирует компоновку элементов трансмиссии и подвески шасси, что повышает тягу и улучшает динамику.
Ориентирование радиатора системы охлаждения силовой установки под углом к продольной плоскости симметрии шасси и размещение его между передней и средней осями сбоку от силовой установки, способствует ее эффективному охлаждению, что обеспечивает стабильность динамических характеристик.
Изображено на чертежах:
Фиг. 1 - Шасси снегоболотохода (вид сбоку);
Фиг. 2 - Шасси снегоболотохода (вид сверху);
Фиг. 3 - Шасси снегоболотохода (вид спереди);
Фиг. 4 - Шасси снегоболотохода (вид 3/4 снизу);
Фиг. 5 - Шасси снегоболотохода (вид ¾ сверху);
ш
ш
ш
ш
Шасси снегоболотохода содержит силовую установку 1 (Фиг. 1) с трансмиссией 2, подвеску 3 осей 4 (Фиг. 2) колес 5 (Фиг. 3) оснащенных шинами 6 сверхнизкого давления, которые закреплены на несущих элементах 7. Силовая установка 1 смещена от колес 5 средней оси 4 к передней на расстояние А, равное (0,7…1,3)D, при этом расстояние В между передней и средней осью составляет (1,5…1,9)D, расстояние С между средней и задней осью (1,07…1,5)D, где D - наружный диаметр шины, при номинальном внутреннем давлении. Силовая установка 1 размещена продольно и дифференциально соединена карданными валами 8 с осями 4 колес 5 через переднюю 9 (Фиг. 4) и заднюю 10 раздаточные коробки трансмиссии 2. Дифференциал 11 коробки передач 12 выполнен блокируемым, при этом раздаточные коробки 9, 10 размещены между передней - средней и средней - задней осями 4 соответственно. Передняя 9 и задняя 10 раздаточные коробки выполнены двухступенчатыми. Привод 13 колес 5 средней оси 4 выполнен подключаемым. Механизм 14 переключения режимов трансмиссии 2 оснащен устройством 15 синхронизированного подключения средней оси 4 и пониженной передачи раздаточных коробок 9, 10. Карданные валы 8, соединяющие оси 4 колес 5 с раздаточными коробками 9, 10 размещены по существу в плоскости 16, параллельной продольной плоскости 17 симметрии шасси. Упругие 18 (Фиг. 5) и направляющие 19 элементы подвески 3 передних колес 5 ортогональны. Радиатор 20 системы охлаждения силовой установки 1 ориентирован под углом к продольной плоскости 17 симметрии шасси и размещен между передней и средней осями 4 сбоку от силовой установки 1.
Транспортное средство высокой проходимости функционирует так.
ш
ш
ш
ш
Силовая установка 1 шасси через трансмиссию 2, приводит колеса 5, оснащенные шинами 6 сверхнизкого давления, которые закреплены на несущих элементах 7. При этом силовая установка 1 смещена от колес 5 средней оси 4 к передней на расстояние А, равное (0,7…1,3)D, расстояние В между передней и средней осью составляет (1,5…1,9)D, расстояние С между средней и задней осью (1,07…1,5)D, где D - наружный диаметр шины, при номинальном внутреннем давлении. В свою очередь, воздействие от неровностей дорожной поверхности во время движения воспринимает подвеска 3 осей 4, упругие 18 и направляющие 19 элементы подвески 3 передних колес 5 которой ортогональны.
Распределение крутящего момента от продольно размещенной силовой установки 1 по осям выполнено карданными валами 8 с осями 4 колес 5 через переднюю 9 и заднюю 10 раздаточные коробки трансмиссии 2. При этом блокируемый дифференциал 11 коробки передач 12 обеспечивает возможность передвижения в сложных дорожных условиях с различными коэффициентами сцепления по осям. Двухступенчатые передняя 9 и задняя 10 раздаточные коробки обеспечивают широкий диапазон передаточных чисел трансмиссии, что наряду с подключаемым приводом 13 колес 5 средней оси 4 повышает тягово-динамические характеристики шасси. Переключение режимов трансмиссии 2 обеспечено устройством 15 синхронизированного подключения средней оси 4 и пониженной передачи раздаточных коробок 9, 10.
Для охлаждения силовой установки 1 служит радиатор 20, ориентированный под углом к продольной плоскости 17 симметрии шасси и размещенный между передней и средней осями 4 сбоку от силовой установки 1.