МАЛОГАБАРИТНЫЙ ВСЕСЕЗОННЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ГУСЕНИЧНЫЙ ВЕЗДЕХОД
COMPACT ALL-SEASON UNIVERSAL CATERPILLAR CROSS-COUNTRY VEHICLE

Область, к которой относится изобретение
Изобретение относится к транспортным средствам, представляет собой принципиально новое транспортное средство - малогабаритный, всесезонный, универсальный, гусеничный вездеход (далее - вездеход), который может использоваться в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях экономики и социальной сферы для передвижения по дорогам общего пользования, а также по бездорожью, при этом обладает хорошими техническими характеристиками и комфортными условиями для водителя и пассажиров и является промышленно применимой моделью.
Уровень техники
Известно, что все производимые сегодня транспортные средства по назначению можно условно разделить на две категории:
- транспортные средства, предназначенные для передвижения по дорогам общего пользования с возможностью преодоления небольших препятствий за счет дополнительного включения второго или третьего моста, блокирования колес и приводных осей и создания максимально возможного клиренса для возможного проезда над препятствиями.
Максимальная скорость таких транспортных средств на дорогах с твердым покрытием достаточно высока и ограничена только правилами дорожного движения (ПДД). Скорость же их по бездорожью является небольшой и зависит от вездеходных возможностей этих средств. При этом условия преодолеваемого бездорожья должны быть достаточно скромные - грязь, небольшой снег, мелкие камни, небольшие препятствия, степной ландшафт и т.д.
Такие транспортные средства обычно выполнены очень комфортно, имеют эстетически красивый внешний вид, но не могут преодолевать более серьезные препятствия - проехать через поваленные деревья, двигаться по глубокому снегу, форсировать болото и тем более плавать;
- вторая категория - специализированные вездеходные транспортные средства. Они не предназначены для передвижения по дорогам общего пользования или могут это делать с маленькой скоростью и, соответственно, на небольшие расстояния (1. Волков Ю.П. Транспортные гусеничные машины. Ходовая часть. - С.-Петербургский государственный политехнический университет. - 2009 г., 2. Армейские гусеничные машины. Теория. - Воениздат МО. - 1973 г., 3. Армейские гусеничные машины. Теория. - Воениздат МО. - 1974 г.).
В основном такие вездеходы перевозятся на прицепе к легковому автомобилю (снегоходы, квадроциклы, небольшие амфибии) или на грузовых платформах (тяжелые гусеничные машины).
Вездеходные же качества таких машин позволяют им преодолевать практически все виды возможных препятствий - снегоходы могут уверенно двигаться по снежному покрову, квадроциклы могут передвигаться по лесу и переезжать через небольшие поваленные деревья, амфибии - преодолевать водные преграды, а гусеничные машины - проезжать по болотам.
Так устроен весь мир. Надо доехать на обычном транспортном средстве до начала условий бездорожья, пересесть на другое транспортное средство и далее ехать в зависимости от его возможностей. Никаких других вариантов на сегодняшний день не существует. Хороший автомобиль является плохим вездеходом, а хороший вездеход является плохим транспортным средством для обычных дорог.
Известны:
- полезная модель (1. Иванов Н.А. Легкий колесный вездеход. Патент №91937 по заявке №2009140955 от 05.11 2009 г.), которая представляет собой легкий двухколесный вездеход, содержащий двигатель, трансмиссию, ведущие колеса и незакрытый кузов, и в котором колеса состоят из обода сварной конструкции, выполненного в виде двух колец, соединенных между собой ложементами и спицами со ступицей, а шины - камеры с давлением воздуха в них до 0,02 МПа, покрышек и грунтозацепов, закрепленных на ложементах и удерживающих покрышку на камере;
- полезная модель (2. Котляренко В.И., Глинка А.А., Волобуев Е.Ф., Фрумкин К.А. Шасси вездехода. Патент №17485 по заявке №2000126633 от 27.10 2000 г.), содержащая раму с подвешенными на ней ведущими мостами, ведущие мосты имеют центральный редуктор с передаточным числом в пределах 4,5-5,2 и колесные редукторы с передаточным числом в пределах 1,8-2,0, при этом отношение передаточных чисел центрального редуктора и колесного редуктора находится в пределах 2,3-2,7; ведущие мосты содержат комбинацию конического центрального редуктора со спиральными зубьями семейства автомобилей УАЗ-31512 или автомобиля УА3-3160 и колесных редукторов с внутренним зацеплением зубьев автомобиля УА3-3151;
- полезная модель (3. Пелецкий В.В., Трешин Р.В. Снегоболотоход на гусеничном ходу №98710 по заявке №2010124335 от 17.06.2010 г.) снегоболотохода на гусеничном ходу, включающего двигательную установку с двигателем внутреннего сгорания, вспомогательное оборудование двигательной установки, средства рулевого управления, гусеничный движитель, сварной корпус со встроенной силовой рамой, в котором носовые части корпуса и гусеничного движителя образуют единую поверхность, нависающую над поверхностью движения снегоболотохода, корпус выполнен герметичным с образованием водоизмещающей полости и с расположением двигательной установки в хвостовой части, при этом гусеничный движитель расположен на жесткой раме с расположением приводных валов в его передней верхней части и с уменьшением высоты от носовой к хвостовой части снегоболотохода, в хвостовой части корпуса снегоболотохода расположены средства установки подвесного лодочного мотора, и снегоболотоход имеет регулируемый по высоте фальшпол, образующий в поднятом положении плоскую площадку, а днище несущего корпуса выполнено полностью ровным.
Длительное использование таких транспортных средств невозможно в силу полного отсутствия комфорта, а соответственно, и преодоления больших расстояний (после однодневного использования снегохода человек теряет 3-5 кг веса, а при использовании тяжелых гусеничных машин зафиксированы случаи потери слуха и заболевания ревматизмом у механиков-водителей).
Конструкция разработанного вездехода уникальна, близких аналогов подобрать не удалось. Поэтому за прототип взята полезная модель «Гусеничный плавающий вездеход» с герметичным корпусом, в котором расположены: пассажирский отсек, моторно-трансмиссионный отсек, грузовой отсек; с гусеничными движителями, расположенными по обеим сторонам герметичного корпуса; с силовой установкой, дифференциалом, приводной карданной передачей и в которой силовая установка, размещенная в задней части герметичного корпуса, расположена поперечно продольной оси вездехода, а грузовой отсек расположен над моторно-трансмиссионным отсеком; поворот во время движения осуществляется торможением с помощью одного из гусеничных движителей при помощи гидравлического привода с главными цилиндрами, связанными и приводимыми в движение рулевой рейкой, приводимой в движение от рулевого колеса, гусеничный движитель содержит опорные катки, попарно соединенные в балансирное устройство, опирающиеся своей центральной частью на рычаг торсиона подвески (4. Зарипов И.М. U1. №122069 от 24.04.2012. Гусеничный плавающий вездеход).
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения как технического решения является создание универсального транспортного средства для возможности одинакового передвижения по дорогам общего пользования и преодолевающего все виды препятствий в одновременном сочетании, в том числе по воде, и при этом обладающего комфортными условиями для водителя и пассажиров.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в разработке конструкции, в которой вездеход - не конечное изделие, а комплекс мероприятий, включающих в себя экономически эффективное производство, грамотную логистику, четкое понимание рынков сбыта и организацию дилерской сети. Особое внимание, учитывая эксплуатацию вездеходов вдали от сервиса, было уделено обеспечению надежности, ремонтопригодности в полевых условиях, использованию только проверенных, хорошо себя зарекомендовавших конструктивных решений, узлов, агрегатов и использованию широко распространенных запасных частей.
Существенные признаки, характеризующие изобретение
Ограничительные: Конструкция вездехода состоит из герметичного кузова, в котором расположены: пассажирский отсек, моторный отсек, грузовой отсек; а также имеет гусеничные движители, расположенные по обеим сторонам герметичного кузова; силовую установку; подвеску, поворотный механизм, приводную передачу, органы управления.
Отличительные: в предлагаемой конструкции вездехода уникальна вся конструкция: пассажирский отсек, моторный отсек, грузовой отсек, силовая установка, подвеска, поворотный механизм, приводная передача, органы управления.
Осуществление поставленной задачи
В результате длительного процесса изучения и разработки различных по назначению автомобилей, внедорожников и спортивных автомобилей, конструкторами данного изобретения было выявлено отсутствие на внутреннем рынке транспортных средств, занимающих промежуточное положение между вездеходами особо малого класса, имеющими очень ограниченное практическое применение, и большими гусеничными вездеходами, как правило, изначально военного назначения, имеющими габаритные ограничения и экономическую неэффективность в силу своих размеров и веса.
На этом этапе была проведена большая подготовительная работа, которая заключалась в следующем:
- проведено изучение и анализ конструкций вездеходов как отечественного, так и иностранного производства, гражданского и военного назначения, в т.ч. анализ технических решений конструктивно близкой техники - бронетранспортеры и легкие танки;
- изучен опыт применения вездеходной техники в различных вариантах использования и во всех возможных погодных и топографических условиях;
- проведен анализ работоспособности, надежности, причин появления отказов техники как связанных с конструкцией, так и с особенностями применения;
- проведено изучение с целью оптимизации применяемости различных материалов, в т.ч. исследование возможности применения новых современных ударопрочных материалов - нанокомпозитов, сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и совершенно нового поколения материалов на основе их модификации;
- изучено применение инженерных решений из смежных областей - судостроения (конструкция лодки и надстройки корпуса) и авиации (конструкция шасси и весовая оптимизация);
- собрана и проанализирована информации от непосредственных эксплуатантов вездеходной техники, владельцев и механиков-водителей. Цель - учет конкретных потребностей с целью оптимизации компоновочных решений, улучшение условий работы и обитаемости, упрощение и удешевление технического обслуживания и ремонта;
- проведен анализ применения конкретных моделей вездеходов, оценка их экономической эффективности, анализ потребностей в специфике перевозок - грузоподъемность, вместимость, суточный пробег, удаленность маршрутов от мест базирования;
- проведен анализ структуры продаж вездеходной техники с учетом региона использования, цели применения, климатических условий, цены продукта и стоимости его эксплуатации;
- использован собственный опыт разработок и производства автомобильной и вездеходной техники, в т.ч. более чем 10-летний успешный опыт создания вездеходов спортивного назначения для самых тяжелых случаев бездорожья (трофи-рейды).
Краткое описание чертежа
В результате этих исследований и конструктивных инженерных решений разработан малогабаритный всесезонный универсальный гусеничный вездеход-амфибия, схематическое изображение которого приведено на чертеже.
Конструкция вездехода содержит кузов (1), привальный брус (2), двигатель с автоматической коробкой передач (3), гусеницу (4), подвески на индивидуальных пружинно-амортизационных стойках (5), кресла (6), механизм управления поворотом (7) с рулевым управлением (8).
Предлагаемая модель вездехода является утилитарным транспортным средством, выполняющим конкретные транспортные задачи в тяжелых условиях, где вся конструкция подчинена задаче надежного и безопасного передвижения в условиях бездорожья, с достаточным комфортом и с максимально достижимой экономической эффективностью.
Вездеход занимает промежуточное положение между вездеходами особо малого класса, имеющими очень ограниченное практическое применение, и большими гусеничными вездеходами, как правило, изначально военного назначения, имеющими габаритные ограничения и экономическую неэффективность в силу своих размеров и веса.
Осуществление изобретения
В первую очередь, при конструировании данной модели было обращено внимание на кузов (1) вездехода, который конструктивно представляет собой стальной сварной каркас, установленный внутрь герметичной сварной алюминиевой лодки и закрытый верхней частью, изготовленной из композиционного материала. По всем поверхностям кузова уложена теплошумоизоляция толщиной 50 мм. По периметру он защищен от мелких повреждений привальным брусом (2), изготовленным из полированной трубы из нержавеющей стали.
Исходя из габаритных и весовых ограничений (по условиям перевозки на прицепе за автомобилем класса Джип), вездеход скомпонован по принципу максимального использования пространства, масса снаряженная 1200 кг, масса полная - 1700 кг.
Габариты вездехода 3,6×2,0×1,5 м, клиренс - 420 мм.
Размеры посадочных мест, их компоновка обеспечивают удобное расположение в машине людей в зимней одежде длительное время. Салон сделан трансформируемым для возможности грузового использования машины. Опционно устанавливаются кресла (6), позволяющие получить спальные места.
Заднемоторная компоновка позволила получить пассажирское помещение максимального объема, что дало возможность сделать вездеход шестиместным и организовать трансформируемость салона в спальное пространство. Два кресла установлены в передней части салона, четыре остальных - вдоль бортов в задней части салона по два с каждой стороны.
Предусмотрены различные комплектации вездехода в зависимости от задач и региона использования. От открытой (на чертеже) или тентованной модификации до теплоизолированного кузова с жестким верхом и двойным остеклением для арктических регионов. Не забыт при конструировании салона и всего вездехода фактор внешней привлекательности. Большое внимание уделено дизайну, удобству салона.
Вездеход скомпонован по принципу максимального использования внутреннего пространства с использованием компактного силового агрегата поперечного расположения (3), установленного сзади с оптимальной развесовкой со смещением центра тяжести назад. Кроме компоновочного преимущества, это дало оптимальную развесовку со смещением центра тяжести назад. Это выгодно как при передвижении по слабонесущим уплотняемым поверхностям, так и на плаву.
Экономичность вездехода обеспечивается современным дизельным двигателем достаточной мощности. В качестве силового агрегата (3) установлены дизельные двигатели фирмы OED ENGINE, моделей OED383 (1,5 литра) или OED483 (2,0 литра). Это современные турбонаддувные дизели, разработанные итальянской фирмой VM MOTORI, сочетающие в себе высокие мощностные параметры и экономичность с малым весом. Максимальная скорость, развиваемая вездеходом (ограничена электроникой) - 45 км/час, максимальная скорость конструктивная - 84 км/час.
Высокая автономность машины обеспечена не только экономичным дизелем, но и большим запасом топлива (120 литров) в топливном баке (топливный бак располагается под креслом водителя) оригинальной конструкции, с устройством, предотвращающим осушение топливозаборника при больших кренах с малым остатком топлива в баке. Преодолеваемый подъем 45°, угол бокового опрокидывания 40°.
Особое внимание было уделено достижению хороших ходовых качеств. Высокая проходимость обеспечивается как геометрическими параметрами (большой клиренс, отсутствие переднего свеса и минимальный задний свес, низкий центр тяжести), так и конструктивными особенностями шасси - длинноходная подвеска (5), адаптирующаяся к неровностям, двухрядная схема катков для уменьшения вероятности сброса гусеницы, подрессоренный ленивец (для уменьшения вероятности повреждения шасси и обеспечения постоянного натяга гусеницы), подвижный рычаг, на кулаке которого закреплены направляющие катки и амортизатор натяга гусеницы.
Вездеход оснащен мягкой длинноходной подвеской с хорошей амортизацией, что, кроме всего, дает машине высокую плавность хода, а это не только увеличивает комфорт, но и позволяет существенно увеличить скорость движения, ограничивая ее только условиями местности, но не техническими характеристиками машины. Это, в свою очередь, существенно увеличивает эффективность за счет меньшего времени в пути либо большего пробега.
Конструкция подвески выбрана независимой на индивидуальных пружинно-амотизационных стойках с рычагами, отлитыми из алюминиевого сплава. Отказ от общепринятой торсионной подвески дал сразу несколько преимуществ - освободился внутренний объем, упростилась конструкция корпуса, уменьшилась себестоимость, облегчилась сборка. Конструктивно подвеска представляет собой собранные в единый узел кронштейн подвески, рычаги, амортизационные стойки, опорные и поддерживающие катки. Узел подвески в сборе крепится к корпусу машины на 4 болтах, что существенно облегчает как сборку, так и ремонт.
Все детали подвески максимально унифицированы как между собой, так и побортно. Все узлы вращения - оси и ступицы имеют двойное сальниковое уплотнение.
Опорные и направляющие катки предусмотрены в двух вариантах - алюминиевые, литые с наваренным резиновым бандажом, и облегченные, изготовленные из модифицированного наноприсадками сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
2
2
Гусеница (4) использована современной конструкции, резино-композитная, с кевларовым кордом. Кроме прочего, такая гусеница, в комплексе с обрезиненными ведущими звездочками, дает существенное снижение шумности и износа. Удельное давление на грунт при полной массе гусеницы шириной 400 мм - 0,09 кг/см, гусеницы шириной 500 мм - 0,068 кг/см. Гусеницы специально разработаны под данную машину и имеют ресурс 5000 км.
Особое внимание при конструировании вездехода было уделено эргономике. Органы управления (8) аналогичны автомобильным, что дает неоспоримое преимущество перед вездеходами с органами управления мотоциклетного и рычажного типа, исключая необходимость переучиваться.
А применение автоматической коробки передач (7) не только упрощает управление машиной, но и повышает безопасность за счет невозможности скатывания при переключении передач (как в случае ручной КПП) и исключения внезапной остановки двигателя при перегрузке.
В качестве механизма поворота конструкторами разработаны бортовые фрикционы оригинальной конструкции, с максимальным использованием серийно выпускаемых комплектующих. Для легкой гусеничной машины это единственный оптимальный вариант обеспечения поворота. На ходовых испытаниях данный узел показал высокую эффективность и безотказность.
Режим плавания для преодоления водных преград обеспечен достаточным водоизмещением и опциональным подвесным мотором на транце. В качестве средства непотопляемости, а также для безопасности преодоления крупных водоемов и возможных волн, предусмотрены съемные надувные баллоны по бортам.
Экономическая эффективность, целесообразность и безопасность вездехода
В машине широко применяются современные материалы и узлы. Вместе с тем, конструкция машины очень проста и достаточно консервативна. Это вызвано тем, что вездеходы зачастую эксплуатируются в условиях, где отказ техники может привести к серьезным последствиям, вплоть до гибели экипажа. А в жизненно важных местах применены простые и проверенные технические решения с гарантированным запасом прочности.
Поскольку экономическая эффективность проекта закладывается еще на стадии конструирования, то вся конструкция машины подчинена цели удешевления производства. Вездеход выполнен по модульному принципу, т.е. отдельно изготавливаются и подсобираются крупные узлы, а затем из них с минимальными трудозатратами собирается вся машина. Это не только оптимизирует размещение производства отдельных узлов у сторонних подрядчиков, но и дает возможность из унифицированных единиц собирать разные модификации машины. Кроме того, это позволяет при необходимости осуществлять поузловую модернизацию машины, не останавливая производства.
Все детали и узлы машины изготавливаются с использованием станков с числовым программным управлением (ЧПУ), и по оснастке. Это не только уменьшает себестоимость, дает стабильность качества, но и снижает вероятность влияния человеческого фактора на появление брака.
Не забыт при конструировании машины и фактор внешней привлекательности. Большое внимание уделено дизайну, удобству салона. Машина в основном изготовлена из долговечных, не подверженных коррозии материалов.
Данная модель, находясь в ценовой категории колесных снегоболотоходов, по всем параметрам превосходит их. А благодаря недостижимым для них плавности хода, скорости и наличию защиты экипажа от непогоды (в виде тента или жесткого верха), является альтернативой снегоходам и квадроциклам.
Опциональный, жесткий, утепленный верх кузова и отопитель создают большую автономность и расширяют сферу использования в качестве транспортного средства в районах с холодным климатом и преобладанием бездорожья (снег, тундра, пустыня) и существенно повышают выживаемость экипажа.
Конструкция снегоходной модификации не исключает возможности летней эксплуатации вездехода, что совершенно недостижимо для обычных снегоходов.