Физика в бою

взаимодействия его с движителем остаются такими же, какими они были при измерениях — практика подсказывает обратное. Тем не менее, привлекая материалы и методы смежных наук, все же удалось провести классификацию грунтов и накопить фактический материал по их проезжаемости. Исследования дали также довольно полную информацию о качественных показателях грунтов, необходимую при разработке и оценке новых конструктивных решений и эксплуатационных показателей созданных машин.

В наиболее общем виде можно сказать, что механика системы «грунт-машина» показала невозможность на современном техническом уровне создать вездеходную универсальную машину, годную для любых грунтов и дорог. Из-за существенных различий в свойствах грунтов машина, обладающая оптимальными показателями в одних условиях, не будет иметь их при работе в других. Стало очевидным, что в настоящее время для работы в каждой географической (грунтовой) зоне необходимо разрабатывать свой тип машины.

Вторым важным достижением механики системы «грунт-машина» следует считать разработку различных методов расчета эксплуатационных показателей проектируемых машин по их конструктивной характеристике. Это значительно упростило проведение исследований и сократило затраты времени на разработку новых конструктивных решений машин высокой проходимости.

Созданная механикой системы «грунт-машина» теоретическая база позволила проводить сравнительные исследования новых типов движителей — шнековых, на воздушной подушке, вибрационных, шагающих и других. Наряду с этим во многих странах идут широким фронтом поиски новых конструктивных решений по совершенствованию существующих типов движителей. В частности, не утихают дебаты о достоинствах и недостатках колесных и гусеничных движителей. При этом в качестве доводов обычно приводят результаты сравнительных испытаний. Однако результаты таких испытаний в части, касающейся системы «грунт-машина», нередко истолковываются чисто механически, что приводит к ошибочным выводам, при которых вместо разумных величин выдвигаются крайности. Сторонники колес или гусениц настойчиво доказывают свою правоту, не учитывая, что каждый из типов движителей подходит для своих, наиболее характерных для него условий. А такие условия должны быть определены на основе изучения взаимодействия движителя с грунтом.

Рассмотрим вкратце существующие за рубежом научные взгляды на этот счет. Полагают, что оценка эффективности движителя должна производиться в двух аспектах. Первый — внешний — относится к величине и форме поверхности контакта движителя с грунтом. Второй— внутренний — рассматривает движитель как механизм, преобразующий работу двигателя в работу передвижения машины. Он позволяет охарактеризовать внутренние потери, возникающие в процессе такого преобразования, т. е. коэффициент полезного действия движителя.

В чем состоят достоинства и недостатки колесного движителя? Если мы приподнимем краном автомобиль, то увидим, что на грунте остались отпечатки от его колес. Количество отпечатков, естественно, равно количеству колес, а площадь и форма каждого из отпечатков равны соответствующим показателям поверхности контакта колесного движителя с грунтом. Если сложить площадь всех отпечатков, то получится суммарная площадь контакта движителя автомобиля с грунтом. Чтобы сравнивать между собой автомобили различной величины, суммарную площадь контакта относят ко всей площади проекции автомобиля на горизонтальную плоскость и обозначают это отношение коэффициентом использования площади К_п. Само собой разумеется, что для движения по грунтам с низкой несущей способностью более пригоден тот автомобиль, у которого К_п больше.

Для зарубежных армейских автомобилей характерны следующие средние значения К_п: двухосные — 0,04; трехосные— 0,06; четырехосные — 0,10; четырехосные на пневмокатках — 0,17. Как видно, повышение значения коэффициента К_п достигается путем увеличения числа осей и ширины колес. Заметим, что эти данные во всех случаях учитывают возможность снижения давления воздуха в шинах и соответственное увеличение площади контакта шины с грунтом.

Колесо — один из самых старых типов движителя. Тем не менее работы по его совершенствованию не прекращаются и по сей день. Конечная цель многих из вносимых усовершенствований — увеличить площадь поверхности контакта движителя с грунтом. Самый простой путь — увеличение диаметра колеса. В США изготовлены и испытаны колесные снегоходы «Сноу Багги» и «Марш Багги» с колесами диаметром свыше 3 м. Не так давно появились сообщения о том, что в Канаде проектируется четырехколесная машина «Мамонт» с колесами диаметром свыше 17 м (с пятиэтажный дом). Очевидно, такие колеса сложны и в изготовлении, и в эксплуатации, но это — один из путей обеспечить возможность перевозки на колесах сколько-нибудь значительных грузов по бездорожью. Конечно, для движения в особых условиях отдельные образцы таких машин могут найти применение, однако не следует забывать, что для поворота колес большого диаметра необходимо значительное пространство внутри машины, что приводит к сужению рамы, уменьшению внутреннего объема корпуса, а следовательно, и к ухудшению плавучести, вызывает многие другие трудности.

Другой путь повышения коэффициента К_п — увеличение числа колес. Восьмиколесные армейские машины сейчас уже никого не удивляют, а сочлененные конструкции позволили в некоторых моделях увеличить количество колес до десяти. Однако для многоосных автомобилей высокой проходимости со всеми ведущими колесами потребовались очень сложные трансмиссии. Достаточно сказать, что для автомобиля 8?8 нужны, по крайней мере, три раздаточные коробки, 5–7 межосевых и меж-колесных дифференциалов, 12–16 редукторов и несколько десятков карданных валов. Все это значительно усложняет конструкцию, требует специальных дорогостоящих и не всегда эффективных мероприятий по обеспечению надежности, увеличивает трудоемкость технического обслуживания.

Таким образом, с точки зрения проходимости колесный движитель обладает существенным органическим недостатком— малой величиной площади контакта с грунтом. Однако мы рассмотрели пока лишь одну его функцию— создание опорной поверхности. Не менее важное значение для машин высокой проходимости имеет и вторая— реализация силы тяги.

Известно, что тяговые качества машины при прочих равных условиях тем выше, чем длиннее площадь контакта движителя с грунтом. Оценить конструкцию машины с этой точки зрения можно по отношению суммарной длины всех отпечатков колес одной стороны к длине машины (коэффициент использования длины К_д). Для зарубежных армейских автомобилей характерны следующие средние значения К_д: двухосные — 0,12; трехосные — 0,23; четырехосные — 0,32; четырехосные автомобили на пневмокатках — 0,26.

Теоретически для четырехосного колесного автомобиля при расстоянии между соседними колесами в 0,1 диаметра К_д не может быть выше 0,46. Кроме того, надо иметь в виду, что даже при сниженном давлении воздуха в шинах в контакте с грунтом находится не более 16 % окружности колеса. Остальные 84 % участия в образовании опорной и тяговой поверхности в каждый данный момент времени не принимают и, с инженерной точки зрения, являются лишь балластом. Правда, в печати приводятся сведения о попытках зарубежных специалистов обойти этот недостаток за счет применения некруглых (квадратных, трехгранных, овальных) колес. Однако из стадии эксперимента эти попытки не вышли. К тому же трудно представить себе что-либо более похожее на фрезу для разрушения грунта, чем современная армейская широкопрофильная шина с высокими грунтозацепами. Разрушение слабых грунтов идет настолько интенсивно, что движение колесных машин по ним практически нереально.

Таким образом, с точки зрения внешнего аспекта оценки эффективности движителя показатели колес оставляют желать лучшего. Иное дело — совершенство колеса, как механизма, преобразующего работу двигателя в работу передвижения машины. При движении по недеформируемому (не изменяющему форму) основанию эффективность колесного движителя с жестким колесом очень высока, его КПД приближается к 100 %. Однако при переходе от жесткого колеса к автомобильной шине, и особенно от жесткой бетонной дороги к грунту, эффективность колеса резко снижается. При движении по бетонной дороге на деформацию, т. е. изменение формы, шины затрачивается уже 3–5 % мощности двигателя, а применение шин низкого давления при движении по грунтам сопровождается потерями до 30 % мощности.

Достоинством колесного движителя считают его долговечность. Действительно, изготовленные из силиконовых каучуков покрышки современных автомобилей выдерживают 100–200 тыс. км пробега. Однако — это по дорогам. Иная картина при движении по бездорожью. Тут гарантийный срок службы шины резко падает — до 15 тыс. км, причем движение на пониженном давлении (т. е. именно то, что нужно для