Техника и вооружение 2011 10
Шрифт:
Однако развитие гидрообъемных трансмиссий не прекратилось: на тракторах, комбайнах, самоходных кранах, тяжеловозах, экскаваторах, дорожных катках, бульдозерах и других специальных машинах со множеством приводов различных рабочих органов и движителей, где преимущества гидрообъемных передач раскрывались в полной мере, они постепенно вытесняли механические. Это стало возможным благодаря появлению более совершенных гидромашин. Применение новых материалов и совершенствование технологии позволило повысить точность изготовления, благодаря чему КПД гидромашин возрос до 0,95, снизились потери, увеличилась долговечность, развиваемое давление достигло 50 МПа. Увеличение рабочего давления позволило уменьшить размеры и массу гидромашин, снизить их стоимость. Появились гидромашины с электронным управлением
Воплощение в жизнь
Техническое задание на разработку гидрообъемной трансмиссии для полноприводного автомобиля было в целом сформулировано к 2001 г. В дальнейшем оно уточнялось и было окончательно утверждено в 2002 г. как техническое задание на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы «с выходом технического проекта на опытный образец». Эти работы рассматривались как первый этап обширных исследований по созданию опытного образца полноприводного автомобиля многоцелевого назначения, которые позволят решить множество практических задач и внести вклад в теорию автомобиля. Помимо реализации самой идеи создания гидрообъемной трансмиссии для автомобиля высокой проходимости, была поставлена задача разработки и исследования различных алгоритмов управления гидрообъемной трансмиссией, а также проверки и уточнения полученных теоретических положений. Накопленный инженерный опыт должен был лечь в основу научной методики построения гидрообъемных трансмиссий для транспортных машин, которая прежде никем не разрабатывалась.
Основные размеры автомобиля «Гидроход-49061».
Наиболее подходящим кузовом для «передвижной лаборатории», которым являлся «Гидроход», вначале считался кузов-фургон типа «КУНГ».
Техническое задание предусматривало, что в особо тяжелых дорожных условиях опытный образец по проходимости, тягово-динамическим качествам, средней скорости движения должен на 15-20% превосходить автомобиль аналогичного класса и назначения, оснащенный механической трансмиссией, а его расход топлива при этом определялся на 12-15% ниже, что достигается за счет снижения потерь на буксование и более эффективного использования мощности двигателя.
Для того чтобы максимально расширить силовой диапазон трансмиссии, что особенно важно для автомобиля высокой проходимости, было изначально решено использовать на опытном образце только регулируемые гидромашины – и насосы, и гидромоторы, с возможностью дистанционного управления, которое можно легко автоматизировать. В результате поиска гидромашин, удовлетворяющих всем требованиям, выбор пал на продукцию известной немецкой фирмы «Rexroth», ныне входящей в концерн «Bosch». В широком типоразмерном ряду гидромашин «Rexroth» имеются агрегаты в различных исполнениях, с различными способами управления – электрическим или гидравлическим. Наиболее подходящими были признаны гидромашины с электрическим пропорциональным управлением, в которых рабочие объемы изменяются пропорционально току в обмотке управляющего соленоида (регулируемого электромагнита).
Идея использования на опытном образце мотор-колес была отвергнута: гидромоторы привода колес решили установить на раме автомобиля и связать их с колесами карданными валами через понижающие редукторы. Е.И. Прочко критически относился к схеме «мотор-колесо», объясняя свою позицию тем, что если вся гидравлическая часть трансмиссии будет находиться в пределах рамы (корпуса) автомобиля, это позволит обойтись без гибких шлангов в гидромагистрапях высокого давления, что повышает надежность
От того, как связаны между собой насосы и гидромоторы, напрямую зависят эксплуатационные свойства автомобиля. Конечно, идеальная «гибкая» трансмиссия должна состоять из независимых колесных приводов «насос-мотор», но при большом числе ведущих колес автомобиля ее конструкция будет очень сложной. Поэтому по схеме гидрообъемной трансмиссии было принято компромиссное решение: гидромоторы привода каждых двух колес одной оси соединены параллельно и связаны с одним насосом, образуя своеобразный силовой модуль. В такой трансмиссии число насосов соответствует числу осей автомобиля (в данном случае можно говорить об «условных осях», имея в виду, что колеса не имеют жесткой связи); связь между условными осями является блокированной с принудительно регулируемым передаточным числом, а связь между колесами одной условной оси – дифференциальной. Но, учитывая, что гидромоторы используются регулируемые, такой дифференциал позволяет изменять перераспределение крутящих моментов между колесами одной условной оси. Эта схема выгодно отличается и от блокированной механической трансмиссии (гидродифференциальная связь не ухудшает управляемость машины), и от дифференциальной (за счет регулирования гидромоторов одной условной оси можно исключить буксование колес и повысить проходимость).
Если обеспечить гидравлическую связь насосов всех условных осей, то данная схема будет идентична полностью дифференциальной трансмиссии. При отключении этой связи трансмиссия становится блокированной. Если же предусмотреть возможность синхронного управления гидромашинами, это позволит реализовать на автомобиле все известные типы колесного привода – блокированный, дифференциальный, с индивидуальным регулированием и их различные комбинации. Для опытного образца, предназначенного для проведения исследований, такая возможность является исключительным преимуществом, в связи с чем она также была заложена в конструкцию автомобиля.
Опыт создания гидрообъемных приводов заставил очень обстоятельно подойти к проектированию вспомогательных гидросистем – фильтрации, охлаждения, гидроавтоматики и ряда других, без которых гидрообъемная трансмиссия не может нормально функционировать. Их проектирование велось практически с чистого листа, но при этом удалось использовать некоторые уже имевшиеся элементы гидрообъемной трансмиссии недостроенного самоходного тяжеловоза НАМИ-0309.
Поскольку все силы инженерного коллектива были направлены на разработку гидрообъемного привода колес и системы управления им, абсолютно логичным шагом выглядело применение в конструкции автомобиля серийных узлов ходовой части, рулевого и тормозного управления, электросистемы и других систем, проектирование которых выходило за рамки поставленной задачи. Наиболее целесообразным решением выглядело использование серийного шасси, которое требовалось доработать под установку агрегатов гидрообъемной трансмиссии.
По предложению главного конструктора-начальника ОГК СТ АМО ЗИЛ В.П. Соловьева, для постройки опытного образца была использована находящаяся в ОГК СТ грузопассажирская амфибия ЗИЛ-49061. Шасси «Синей птицы» являлось более подходящим для реализации индивидуального привода колес, чем шасси с мостовой схемой раздачи мощности: в бортовой трансмиссии ЗИЛ-4906 привод колес от раздаточной коробки осуществляется через индивидуальные угловые и колесные редукторы, связанные карданными валами. Такая конструкция позволяла с минимальными доработками организовать привод каждого колеса от гидромотора, жестко закрепленного на раме.
Итак, от шасси ЗИЛ-4906 на опытном образце были использованы: рама из алюминиевого сплава; бортовые редукторы; карданные валы колесных редукторов и колесные редукторы; колеса с шинами 16.00-20 модели И-159 и система регулирования давления воздуха в шинах. На «Гидроход» перешел «по наследству» ряд нетрадиционных конструктивных решений «Синей птицы». В их числе – равномерное расположение осей по базе, независимая торсионная подвеска всех колес, рулевой привод с передними и задними управляемыми колесами, тормозная система с дисковыми тормозными механизмами, установленными в приводах колес.