Применение некоторых типов средств повышения проходимости при движении колесных машин по снегу

Аникин А.А., Донато И.О., Котляренко В.И.

Повышение проходимости колесных машин при движении по опорным поверхностям с низкой несущей способностью может быть достигнуто монтажом на штатные пневмоколесные движители цепей противоскольжения, браслет и скоб, противобуксовочных колодок, уширителей различных конструкций, дополнительных (сдвоенных) колес, установкой специальных шин низкого давления или иных типов движителей вместо штатных пневмоколесных движителей и т.п.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили цепи противоскольжения различных конструкций, включая мелкозвенчатые, траковые и плицевые цепи (рис. 1). Они существенным образом увеличивают сцепление колеса с опорной поверхностью при движении по грунтовым, обледенелым и заснеженным дорогам. При этом сила тяги, реализуемая движителем, возрастает на 24 – 66 % [1, 4, 5].



Рис. 1. Цепи противоскольжения: а) мелкозвенчатые; б) плицевые конструкции НГТУ

Несколько иная картина наблюдается при эксплуатации колесных машин с цепями противоскольжения в условиях снежной целины. Экспериментальные исследования показали, что при высоте снега больше 0,6 радиуса колеса (Rк), наряду с приростом силы тяги в 1,3 – 1,5 раза имеет место процесс интенсивного увеличения глубины колеи и роста силы сопротивления движению в 1,6 – 1,8 раза. Ощутимый эффект повышения проходимости наблюдается лишь при глубине снега до 0,5Rк, при этом происходит повышение тягово-сцепных свойств машины (сила тяги увеличивается в среднем на 30%) и не существенный рост сопротивления движения (сила сопротивления возрастает на 10 – 15%) [2, 5].

Одним из способов повышения проходимости колесных машин является применение дискретных уширителей (рис.2.). Экспериментальная проверка эффективности этих уширителей показала, что установка на колеса машины типа 8х8 семи уширителей не дает эффекта. Увеличение количества уширителей до 14 обеспечивает снижение силы сопротивления движению на 30%, прирост силы тяги – на 18%. При этом преодолеваемая высота снежного покрова увеличилась на 25% [2].


Рис. 2. Дискретные уширители конструкции НГТУ на ходовом макете ГПИ-3901: а) 7 уширителей; б) 14 уширителей

Применение ленточного уширителя (рис. 3), представляющего собой две резинотканевые ленты, соединенные металлическими грунтозацепами и одевающимися аналогично цепям противоскольжения, увеличивает тяговые усилия колесной машины на снежной целине на 20-25% и снижает сопротивление движению на 30%. Однако применение уширителей увеличивает габаритную ширину машины, а при поворотах эти уширители имеют большую склонность к спаданию [2].



Рис. 3. Ленточные уширители НГТУ на ходовом макете ГПИ-3901

Другим способом повышения проходимости путем увеличения опорной поверхности движителя является установка на все оси колесной машины сдвоенных колес (рис.4).


Рис 4. Сдвоенные колеса на ходовом макете ГПИ-3901

Однако испытания, проведенные в условиях снежной целины, показали, что данный способ не является эффективным средством повышения проходимости колесных машин. Прирост высоты снежного покрова, который машина преодолевает на сдвоенных колесах по сравнению с высотой снежного покрова, преодолеваемого на одиночных колесах, составляет менее 10% [2]. Кроме того, при установке сдвоенных колес увеличиваются масса машины, масса неподрессоренных частей, габаритная ширина, а также динамические нагрузки в ходовой части.

Результаты моделирования применения средств повышения проходимости, показали что ленточные уширители дают повышение проходимости до 40% по сравнению с обычным колесным вариантом и на 10…17% по сравнению со сдвоенным колесами.

Попытки применения гусениц для повышения проходимости колесных машин были предприняты в первой половине 20 века (рис. 5). Однако, несмотря на то, что применение гусеничного движителя существенно повышает проходимость колесных машин по снегу, данное направление не получило в дальнейшего развития. В основном это связано с тем, что машины с колесно-гусеничным движителем имеют большую в 1,4-1,8 раза массу, низкую надежность и являются более сложными и дорогими.


Рис. 5. Полугусеничная машина на базе автомобиля ГАЗ–51

В силу изложенного дальнейшим направлением повышения проходимости колесных машин стало применение высокоэластичных пневмоколесных движителей сверхнизкого давления на базе существующих широкопрофильных шин. Последнее упрощает создание новых конструкций шин и позволяет использовать действующее оборудование шинных заводов.

Шины сверхнизкого давления имеют тонкостенную резинокордную оболочку с каркасом, состоящим, как правило, из двух слоев корда, благодаря чему обеспечивается ее высокая эластичность. Внутренне давление воздуха в шине может меняться пределах 0,01–0,08 МПа. При качении колеса с подобной шиной и с внутренним давлением воздуха в ней порядка 0,01–0,02 МПа напряжения в зоне контакта шины с опорной поверхностью распределяются весьма равномерно как по длине, так и по ширине контакта, снижая предельные нагрузки на выступы грунта и предотвращая его разрушение. При взаимодействии с грунтом такая шина, так же как и пневмокаток, не разрушает его поверхность и приобретает способность «обтекать» неровности пути, а выступы и впадины беговой дорожки, повторяющей профиль поверхности пути, выполняют роль своеобразных грунтозацепов, увеличивая сцепление с опорной поверхностью [3]. Примеры колесных машин на шинах сверхнизкого давления приведены на рисунке 6.



Рис. 6. Вездеходные транспортные средства производства Трэкол: а) Трэкол–39294 типа 6х6; б) Трэкол–3904 типа 4х4


Рис. 7. Сравнительные испытания автомобиля «Кержак» и гусеничной машины «Ухтыш».

Проведенные НГТУ, НПФ «ТРЭКОЛ» и ФГУП «НИЦИАМТ» независимые испытания показали, что в своем классе колесные машины на шинах сверхнизкого давления по проходимости не уступает гусеничным машинам, а по среднетехнической скорости и расходу топлива превосходят их.

Список литературы:

1. Барахтанов Л.В., В. В. Беляков, В.Н. Кравец. Проходимость автомобиля. НГТУ. – Н.Новгород. 1986. – 200 с.

2. Беляков. В.В. Взаимодействие со снежным покровом эластичных движителей специальных транспортных машин: дис. д-ра техн. наук: 05.05.03. НГТУ, Н.Новгород, 1999 – 485 с.

3. Котляренко В.И., Глинка А.А., Волобуев Е.Ф. Шины и колеса нетрадиционных конструкций для транспортных средств сверхвысокой проходимости // Автомобили, двигатели и экология: Сб. науч. тр./ НАМИ. – 2000. – Вып. 226, С. – 48–67.

4. Применение мелкозвенчатых цепей противоскольжения для повышения проходимости автомобилей // Сборник №2 Аннотации научно-исследовательских работ по проблемам повышения проходимости колесных машин, Москва, 1958 г. ИКТП АН СССР, стр.18–23.

5. Повышение проходимости колесных машин. Москва. 1960.