Физика в бою

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.