В поисках точки опоры

"Дайте мне точку опоры и я переверну Землю",- как часто слова великого Архимеда повторяли в различных контекстах. Опора, точка опоры, опорная поверхность... Насколько важны эти понятия для транспортных средств! Стремление человека преодолеть воздушные и водные преграды, бездорожье, болота, пересеченную местность на первый план ставило задачу опорной поверхности транспортных средств.

По-разному решали проблему взаимодействия транспортного средства и среды, в которой оно функционировало. Изобретение колеса - этого гениального детища человеческого разума - органично ставит на повестку дня проблему проходимости. Одно из древнейших сооружений - Аппиева дорога - убедительное свидетельство того, как для успешного передвижения колесных экипажей древности римляне преобразовывали естественный рельеф местности.

Великое множество страниц исписано во славу колеса. Мы отдаем должное его революционизирующему воздействию на историю человеческой цивилизации, но вместе с тем не забываем о том, что для нормальной эксплуатации колесного транспортного средства, как правило, нужна специально созданная дорога: бетонное шоссе, железнодорожная колея и т. д.

Особенности нашей технологической цивилизации в большинстве случаев предопределяют постоянство транспортных потоков между большими и малыми населенными пунктами, между районами добычи и переработки полезных ископаемых и т. д. В большинстве случаев, но не всегда. Для нерегулярных, эпизодических или разовых транспортных операций между какими-либо пунктами, естественно, не планируют создавать специальные трассы.

Таким образом, на повестку дня встает вопрос о транспорте, в том числе и колесном, который не зависел бы полностью от качества дороги или даже от ее наличия. Речь пойдет о вездеходном транспорте, но не о так называемом бесконтактном (на воздушной подушке) - о нем мы уже излагали, а о транспортных механизмах, имеющих весьма реальные опоры; правда, опоры эти отличаются от привычных колес автомобиля или локомотива. Не следует думать, что колесо - это хорошо отработанное веками устройство - представляет собой устоявшуюся конструкцию и не совершенствуется.

Афоризм "тень бежит впереди паровоза" имеет глубокие исторические корни. Как известно, первый удачный опыт по созданию паровоза принадлежал англичанину Тревитику. До него существовало мнение, что гладкие колеса по гладким же рельсам не позволят паровозу сдвинуться с места: предпочтение в проектах отдавалось зубчатым колесам и зубчатым рейкам - рельсам. Рассказывают, что когда в 1803 г. производились публичные испытания паровоза Тревитика, оснащенного гладкими колесами, из толпы раздавались выкрики: "Он никогда не поедет!". Когда же паровоз, груженный железом массой десять тонн, благополучно тронулся с места и, постепенно разгоняясь, достиг скорости 10 км/ч, собравшиеся зеваки в ужасе закричали: "Теперь он никогда не остановится!". Но, несмотря на прогнозы, испытания завершились успешно. А вот паровоз Стивенсона, непосредствено предшествующий знаменитой "Ракете", вместо колес имел переступающие ноги, т. е. один из первых паровозов был шагоходом. Несмотря на тысячелетия верной службы на транспортной ниве, колесо, как мы видим, не пользовалось безграничным доверием. И "тень лошади", которую отбрасывает паровоз, свидетельствует о приверженности человека к привычным решениям: даже если создаются принципиально новые виды транспорта - велико искушение оснастить его "надежными" суставчатыми ногами. Однако нельзя сбрасывать со счетов это направление - у шагоходов большое будущее и в качестве транспортного средства для перевозки грузов в условиях резко пересеченной местности, роботизированного внутрицехового транспорта. Свидетельство тому - "шагающий грузовик" фирмы "Дженерал Моторс" (США), чьи четыре двухметровые "ноги", сгибаясь в "бедре", "колене" и "лодыжке", обеспечивают ему весьма высокую проходимость: грузовик уверенно перевозит груз массой 250 кг со скоростью 10 км/ч по весьма пересеченной местности, может преодолевать подъемы до 45°. В условиях заводского цеха транспорт такого рода поистине незаменим; будучи оснащен сенсорной системой датчиков, по заранее заданной программе или системой телеуправления может перемещаться по любому сложному маршруту, где это требуется - останавливаться, "приседать" и т. п. Обсуждается даже вариант шагохода, который подобно мухе мог бы перемещаться но вертикальным плоскостям и по потолку. Областей применения для такого транспорта множество. Но сегодня можно говорить лишь об удачных лабораторных экспериментах, о первых смелых опытах на натурных объектах.

Однако принцип "шагания" может найти применение и в конструкциях специальных колес. Чехословацкий инженер Юлиус Мицкерле предложил схему шины колеса, состоящую из нескольких автономных шаровых камер, связанных с управляемой пневмосистемой. Последовательное нагнетание воздуха в отдельные камеры (давление до 0,05 МПа) приводит к тому, что центр тяжести колеса смещается, в результате колесо и машина как бы "падают" вперед. Такое применение очень напоминает шагание. Существуют несколько разновидностей такого рода пневматических шагоходов, отличающихся очень высокой проходимостью.

Стремление создать "вседорожный" транспорт привело к тому, что различные автомобили в настоящее время оснащаются колесами с весьма причудливыми на первый взгляд шинами: арочными, пневмокатками, напоминающими резиновые бочки, и т. д. Большое внимание уделяется грунтозацепам, создающим своеобразный рисунок, рельеф на внешней поверхности' шины, улучшающих сцепление колеса с грунтом.

Новую жизнь получает идея шагающих автомобилей, только теперь они совершают шаг тогда, когда перед автомобилем возникает препятствие в виде рытвины или барьера. В таких моделях (рис. 31, а) универсальных вездеходов "Терра-Стар" (США) колеса 1 закреплены на концах рычага-балансира 2 через 120° на осях 3, имеющих ступицу-обойму. Балансир с тремя колесами образует одну опору. Всего опор четыре. Таким образом, у автомобиля 12 ведущих колес. Принцип работы такой опоры состоит в следующем. При возникновении препятствия 4 (рис. 31,б) одно из колес обоймы упирается в него, а вся обойма начинает вращаться вокруг собственной общей оси и, таким образом, перешагивает через препятствия. Аналогичный "шаг" делает автомобиль в том случае, если одно из колес обоймы попадает в рытвину.

Рис. 31. Двенадцатиколесный движитель

В ряде стран работы по созданию современных шагоходов-автомобилей повышенной проходимости вышли на новый качественный уровень: созданы опытные партии этих необычных транспортных средств. Мы упомянули о необычных транспортных средствах. В этой связи нельзя обойти молчанием оригинальный колесный движитель для перевозки тяжелых и сверхтяжелых грузов. Шаро ход - так назвал свое изобретение московский конструктор Кашаров - состоит из четырех независимых тележек с индивидуальным приводом. Каждая тележка оснащена четырьмя шарообразными катками (рис. 32), установленными на независимых осях в диагонально-перпендикулярном направлении. Заставляя колеса тележек вращаться в разных вариациях, можно обеспечить практически любой вид движения: вперед, назад, вбок, под углом (с поворотом и без него), вращение на месте. Высокая маневренность в сочетании с возможностью перевозки сверхтяжелых грузов (до 1000 т) позволяет использовать это новое транспортное средство при перевозке мостовых и строительных конструкций, для монтажа силовых узлов мощных агрегатов.

Значительный интерес вызывают движители Крендел-ла (США), являющиеся по существу промежуточным звеном между колесом и гусеницей. В этой конструкции пневмокатки закреплены с обеих сторон ходовой части экипажа канатами. В приводе предусмотрены звездочки, имеющие желоб для каната и вырезы для концов осей. Особенность такого движителя состоит в том, что скорость транспортного средства зависит от типа грунта. При движении машины по твердому грунту корпус вездехода перемещается по пневмокаткам, как по роликам. Если вездеход попадает на вязкий грунт, где вращение пневмо-катков относительно оси крепления затруднено, пневмо-каток становится как бы развитым траком гусеничной цепи. Скорость машины в этом случае будет равна скорости перекатывания гусеницы. Возможна промежуточная стадия работы движителя, когда корпус катится по пневмокаткам с проскальзыванием. В настоящее время в США и Канаде выпущена серия вездеходов "Аэрол" на базе движителей Кренделла. Ожидается, что к 1990 г. число выпускаемых вездеходов "Аэрол" достигнет 6000 шт.

Рис. 32. Колесная пара шарохода: 1 - ось колеса; 2 - вращаемая обойма; 3 - шестеренчатый привод обоймы

В ближайшие десятилетия в условиях бездорожья будут широко использовать транспорт на гусеничном ХОДУ. Еще на заре гусеничной транспортной техники, в 30-х годах XIX в., детище изобретателя Д. А. Загряжского назвали "экипажем с подвижными колеями" - цепями, охватывающими колеса. Отмечалось, что цепи им заменяют до некоторой степени железную дорогу, представляя всегда гладкую и твердую поверхность. С тех пор минуло полтора века. Современный гусеничный транспорт мало похож на "экипаж Загряжского", "трактор Гурьева" или "вагон Блинова" - первые образцы гусеничной техники, но так же, как и у них, "дорогу" экипаж несет с собой. Правда, "дорога-гусеница" изменилась и изменилась неузнаваемо. Стали применять эластичные бесшарнирные гусеницы из резины. С их помощью можно передвигаться по самым различным грунтам. Они бесшумны, отличаются малой массой. Но вот беда, надежный механизм для привода таких гусениц все еще не разработан, а используемое традиционное цепочное зацепление резко ограничивает долговечность таких гусениц. Заслуживает внимания "петлевой" движитель фирмы "Локхид Миссалэс" (США) - легко деформируемый обруч из титанового сплава, зажатый только в двух местах (выше поверхности почвы) между ведущими и вспомогательными роликами. В процессе деформации обруч принимает форму обычной гусеницы, не нуждаясь в наличии опорных катков. Несмотря на то что давление на грунт передается достаточно равномерно и к.п.д. такого движителя достаточно высок, все же пора его широкого использования еще не пришла. Титановые обручи дороговаты, да и поперечная устойчивость такого движителя оставляет желать лучшего.

В нашей стране в 1986 г. на Уральском автомобильном заводе начато производство первого отечественного снегоболотоходного транспортера "Урал 5920". Его гусеницы значительно шире, чем у обычных вездеходов, и выполнены из резины. Если транспортер не загружен, давление гусеницы на грунт или снег не больше, чем от лыжника. Таким образом, "Урал 5920" обладает значительно большей проходимостью, чем другие вездеходные средства. При грузоподъемности 8 т этот современный снегоболотоход может доставлять нефтяникам и геологам Сибири тяжелые и крупногабаритные грузы, которые сегодня транспортируют лишь с помощью тяжелых и дорогостоящих вертолетов. Новый советский вездеход вобрал в себя лучшее из того, что было предложено и испытано в последние десятилетия. К началу XXI в. предполагается выпустить несколько десятков тысяч транспортеров "Урал 5920" и его модификаций.

Для обустройства нефтяных и газовых месторождений, для облегчения транспортно-технологического потока при прокладке мощных и сверхмощных газопроводов начинают 'применять отечественные супергиганты - снегоболотоходы "Тюмень" грузоподъемностью 35 т, которые по своим техническим характеристикам превосходят лучшие зарубежные аналоги, в частности вездеход "Хаски" (Канада). Новый советский богатырь оснащен резинотросовой лентой в качестве гусеничного полотна, звездочками из полиуретана. Машина отличается высокой надежностью и проста в управлении. Предусмотрено дальнейшее развитие работ по совершенствованию и развитию семейства вездеходов "Тюмень". В ближайшие годы их грузоподъемность возрастет до 50 т.

Совершенствование вездеходной техники в настоящее время проводят с учетом нескольких основных направлений: высокой проходимости, возможности транспортирования различных грузов (включая сверхтяжелые) в условиях бездорожья, заболоченности, сложных топографических особенностей, а также минимального воздействия на окружающую среду, включая неповреждаемость покрова (в районах вечной мерзлоты в особенности).

В нашей стране и в ряде зарубежных стран разработаны национальные программы по развитию специальной вездеходной транспортной техники. Шагоходам, колесным, гусеничным машинам для бездорожья, всевозможным "гибридным" устройствам предстоит большой и интересный путь в будущее.