Независимый кандидат

Первый отечественный трофический прототип с полностью независимой подвеской

Реалии российского Чемпионата по трофи-рейдам требовали техники с совершенно определенными характеристиками. И такие машины не заставили себя ждать. Широко известный в узких кругах (в данной фразе нет и доли иронии) Алексей Гарагашьян выдвинул принципиально новую концепцию трофи-прототипов. И оказался прав: показанные результаты свидетельствуют, что очередной «монстр» Гарагашьяна более всего соответствует условиям болот северо-запада европейской части России.

До недавнего времени трофийные прототипы у нас в стране строились исключительно по мостовой схеме. Но прогресс пришел и в эту область. В начале 2006 года Алексей Гарагашьян выкатил из ворот мастерской прототип класса ТР3 с неожиданной схемой подвески. Конечно, цепные бортовые редукторы широко используются в строительных скреперах и иной специфической технике типа израильского Tomcar, но «трофимобиль» Гарагашьяна достаточно самобытен. Дело в том, что Алексей решил совместить оси рычагов (внутри которых расположены цепные передачи) с выходными валами главной передачи КПП переднеприводного автомобиля.

Хребтовая труба

Интересное компоновочное решение дало возможность обойтись одной главной передачей с единственным дифференциалом. Вторая основополагающая (в прямом смысле этого слова) идея заложена в раму автомобиля, базирующуюся на поперечной трубе большого диаметра (159х4,5). К ней крепятся оси балансиров и все основные агрегаты, а внутренний объем «хребтовой трубы» играет роль воздушного ресивера для компрессора. Отсюда же расходятся трубы силового каркаса, к которому, в свою очередь, крепятся пневматические упругодемпфирующие стойки подвески. Получилась компактная, легкая, но вместе с тем жесткая основа (Алексей называет ее поперечно-хребтовой рамой), вокруг которой строилась вся остальная конструкция. Если сюда добавить оригинальную механическую лебедку с цепным же приводом от коленчатого вала двигателя, то такая машина простотаки обречена быть лидером Чемпионата.

Необходимо отметить, что конструкторы боевой колесной техники еще перед Второй мировой войной пришли к выводу, что проходимость машин с независимой подвеской существенно выше, чем у машин, выполненных по мостовой схеме. Работы над такими автомобилями велись по всему миру, но дальше всех продвинулись германские конструкторы. Кстати говоря, большую роль в этом сыграл автоспорт, в частности, автокроссы, очень популярные в предвоенной Германии. Некоторые их разновидности проводились по труднопроходимой местности, а также в горах и больше напоминали смесь сегодняшних трофи и триала. Для них строились прототипы с разнообразнейшими конструктивными схемами, и за результатами их выступлений пристальнейшим образом наблюдало военное ведомство. Именно оттуда в Вермахт пришли машины со всеми управляемыми колесами, блокировками дифференциалов и независимыми подвесками, такими, как, например,MercedesBenz G5, шасси которого показано на этой фотографии. Правда, даже для немецких солдат эта техника оказалась слишком сложной, но с точки зрения экстремальной проходимости она была вне конкуренции.

Только для «коротышек»

Однако вышеописанная компоновка имеет и определенные недостатки. По такой схеме выгодно строить лишь короткобазные прототипы, а с ростом длины рычагов непозволительно быстро растет и их собственная масса. Причина практически неконтролируемого набора веса лежит в сложности обеспечения жесткости конструкции, к которой к тому же предъявляются повышенные требования из-за возможного ухудшения управляемости. Плюс ко всему в этом случае заметно возрастает масса многоступенчатых цепных передач. Кстати, в транспортном машиностроении такую схему подвески чаще всего применяют для машин со сближенными осями, которые управляются не поворотом колес (рулевой привод получается очень сложный), а подтормаживанием колес одного борта. Есть и еще один специфический момент: в условиях болота несущая способность сфагнового «ковра» сильно зависит не только от удельного давления каждого колеса, но и от расстояния, на котором они расположены друг от друга. Именно поэтому увеличение базы благотворно сказывается на проходимости по молодым торфяникам, да и преодоление подъемов облегчается. Конечно, одновременно падает маневренность, и ухудшаются показатели геометрической проходимости, но в данном случае важно найти правильный компромисс.

Нам бы эти цепи

Теперь о самой конструкции. В передней части базы прототипа установлен трехлитровый двигатель мощностью 220 л.с. от Lexus SC 300. Мотор состыкован с коробкой передач от Audi Quattro с заблокированным межосевым дифференциалом и встроенной жесткой блокировкой межколесного (конструкция Алексея Гарагашьяна). С выходных валов КПП момент передается на ведущие валы цепных передач, размещенные внутри осей рычагов. На них же установлены два тормозных диска, каждый из которых действует сразу на два колеса с одной стороны машины. Цепные передачи, расположенные внутри коробчатых рычагов, двухступенчатые. Таким образом, во-первых, уменьшена длина каждой цепи и, следовательно, снижено влияние ее износа на надежность привода, а во-вторых, общее передаточное число бортовой передачи увеличено до четырех, что позволило вообще отказаться от понижающей передачи. Правда, из-за отсутствия эффективных успокоителей цепей все это хозяйство здорово громыхает, но конструктор сознательно отказался от применения успокоителей, заменив их жесткими приварными направляющими, по которым и работают ролики цепи. Кстати, благодаря тому, что цепи выбраны с большим запасом, а внутри рычагов организована масляная ванна, эти передачи ни разу не подводили.

Очень интересно решен и узел поворотного кулака переднего колеса. Сам вал колеса соединен с выходным валом цепной передачи через промежуточный карданный вал от КамАЗа, одновременно обеспечивающий поворот колеса и дающий возможность поднять ось выходного вала переднего балансира. Тем самым дорожный просвет в самой критической точке передней части прототипа увеличивается более чем на 60 мм.

Алексей ГАРАГАШЬЯН
Конструктор и создатель тестируемого прототипа

Я ЛЮБЛЮ ЭКСПЕРИМЕНТИРОВАТЬ

Изначально я сделал мостовую машину с двигателем от Toyota Camry Сергею Савенко. Юрий Зуев на трофи увидел очевидные преимущества этой машины и сказал, что хочет такую же, но мне повторять что-либо неинтересно, я люблю экспериментировать, делать то, чего не было в природе. Задача была сделать автомобиль максимальной проходимости на максимально разрешенных в то время колесах 39,5x18, но мне очень не нравились мосты, потому что мост – это обязательно поперечная балка, которая всегда мешает, упирается в пни и тащит перед собой болото, а необходимо было сделать лыжеобразное днище без выступающих элементов. Я проанализировал все известные мне конструкции и выяснил, что во всех были какие-то поперечные элементы. В результате я пришел к выводу, что самое лучшее – это именно такая конструкция с цепными приводами внутри рычагов. Подобная схема не была известна, но я рассчитал передаточные числа и нагрузки в трансмиссии по опыту строительства машины Савенко.

Машина делалась долго, почти год, были и проблемы с гидравликой. Вначале, когда следящий цилиндр был совмещен с главным, при возникновении усилия, помогающего повороту колес, они доворачивались. После недельного изучения доступной литературы пришлось сделать четыре независимых и не сообщающихся между собой контура и дополнить все это двумя клапанами, через которые они пополняются жидкостью, когда находятся под низким давлением. Все заработало, но сейчас, после сезона участия в чемпионате, появились проблемы с внутренними утечками.

Механическая лебедка, установленная на машине, – это конструкция уже третьего поколения. Она позволяет работать согласованно с колесами, так как и лебедка, и колеса управляются каждое своим сцеплением, то есть имеется возможность подогнать скорости их работы. Конструкция очевидная и понятная, поддается легкому подсчету, а открытая шестеренчатая передача, как показала моя многолетняя практика, вполне надежна, но при этом существенно легче закрытой.

Стойкая независимость

Скажу сразу: независимая подвеска такой конструкции позволяет получить просто запредельные ходы колес. Более того, применив пневматические или гидропневматические упругие элементы с системой подкачки, мы получаем возможность оперативно управлять ее характеристиками.

При тестировании на стенде ходы подвески оказались отнюдь не маленькими: при подъеме за одно колесо – 935 мм, а за два – 472 мм. Когда же дело дошло до опрокидывания, то «трофимобиль» удивил нас кренами – перед отрывом колес кузов наклонился почти на 60 градусов к горизонту! Но, поскольку угол наклона платформы при этом практически достиг 45-градусной отметки, говорить о плохой устойчивости в данном случае не приходится. Да, она меньше, чем у большинства стандартных внедорожников, но это один из лучших результатов для трофийных прототипов, проходивших наши тесты!

Гидростатическое управление

Но самым интересным и необычным узлом в этом прототипе является самодельное гидростатическое рулевое управление. Конструкция обходится без механической связи между управляемыми колесами и рулевым колесом с гидравлическим же усилителем. Роль рулевой трапеции здесь играют два гидроцилиндра, каждый из которых поворачивает свое колесо. При этом согласование углов поворота происходит только за счет равного объема несжимаемой жидкости, перетекающей из одного цилиндра в другой. Такая схема дает возможность избавиться от длинных и тяжелых (при такой конструкции подвески) и легко повреждающихся рулевых тяг с маятниковыми рычагами. Более того, она не требует рулевого вала и согласования кинематики подвески и рулевого привода. Рулевая машинка сделана из реечного рулевого механизма, самодельных силового и следящего цилиндров и гидрораспределителя от ГАЗ-66. Колесные силовые гидроцилиндры самодельные, гидронасос также от ГАЗ-66.

Все эти агрегаты связаны между собой только шлангами высокого давления, что существенно облегчает компоновку транспортного средства. Но эта конструкция имеет врожденный недостаток – нарушение схождения управляемых колес из-за перетекания жидкости внутри гидроцилиндров. Именно из-за этого гидростатическое рулевое управление обычно дополняется жесткой связью между колесами. Второй недостаток связан с тем, что в конструкции рулевой машинки использован поршневой насос, роль которого играет гидроцилиндр, подающий жидкость в колесные силовые цилиндры. Перетекания в нем то и дело сбивают «ноль» рулевой машинки, в результате чего углы поворота колес в разные стороны начинают отличаться. Надо отметить, что за время наших тестов пришлось несколько раз корректировать и схождение колес, и «разбивку» руля. Конечно, для обычного автомобиля это недопустимо, но для преодоления трасс трофи-рейдов такие мелочи не в счет. По словам членов экипажа, этот эффект стал заметен недавно, но, к сожалению, он прогрессирует. Не очень удачно выбраны и размеры цилиндров: при неработающем насосе гидроусилителя или двигателе усилие на руле, и так немаленькое, становится просто запредельным.

Секреты механического глиссера

Еще одним интересным агрегатом на этом прототипе является механическая лебедка конструкции Алексея Гарагашьяна. Во-первых, она обеспечивает очень высокую скорость намотки троса, во-вторых, позволяет «помогать» колесами при использовании лебедки, в-третьих, имеется возможность выпускать трос не только вперед, но и петлей назад для работы через блок. Эта лебедка, как и многие другие конструкции Гарагашьяна, проста и при некоторых своих «странноватых» конструктивных особенностях обеспечивает отличные выходные характеристики. Так, скорость намотки при максимальных оборотах двигателя такова, что преодоление водных преград на лебедочной тяге зрители называли… глиссированием.

Мощность на привод лебедки снимается с переднего «носка» коленчатого вала при помощи открытой цепной передачи. Далее через самодельный фрикцион с ручным управлением и карданную передачу момент передается через редуктор с открытыми (!!!) коническими шестернями от «колхозного» «уазовского» моста непосредственно на барабан лебедки. Теперь самое неожиданное: несмотря на то, что вся конструкция работает в грязи и смазывается водой, за минувший гоночный сезон существенного износа на шестернях не обнаружено.

Кстати, при отпущенном фрикционе барабана лебедки он удерживается от сматывания троса трещоткой, фиксатор которой управляется курком на рычаге привода. То есть, чтобы начать наматывать трос, надо просто потянуть за рычаг, а для разматывания нужно, слегка натянув трос, нажать на курок и отпустить все тот же рычаг. На мой взгляд, очень продуманное решение, причем усилие, развиваемое одной рукой, обеспечивает как раз тот момент, который надежно, с запасом выдерживает используемый трос. Прочность же деталей лебедки такова, что на испытаниях она порвала стальной канат диаметром 12 мм, но при этом пилот тянул за рычаг двумя руками. В случае выхода из строя механической лебедки можно воспользоваться и установленной спереди электрической лебедкойWarn 9.5 ti, но, по словам экипажа, за сезон ее ни разу не разматывали. А поставили, чтобы удовлетворять техническим требованиям по… массе. Дело в том, что у машины обнаружился «недовес» для установленного на ней размера колес.

Военная техника

Разумеется, в столь оригинальной конструкции не обошлось без недостатков. В первоначальном варианте «трофимобиль» все время перегревался, пришлось заменить радиатор от «Газели» на аналогичную деталь от Mercedes. Кроме этого, постоянно выходят из строя пневмоэлементы подвески. Но, по словам экипажа, это не является проблемой, их просто регулярно меняют. Еще одна слабая сторона прототипа – недостаточная ремонтопригодность и доступность агрегатов для обслуживания. Например, для замены тормозных колодок надо распускать подвеску и вывешивать прототип до полного складывания рычагов! Не все сразу получилось и с электрооборудованием. Например, генератор на японском двигателе штатно был установлен внизу, и в результате на прототипе он оказался в буквальном смысле в потоке грязи. Естественно, это привело к выходу его из строя. Затем генератор перенесли наверх и установили над клапанной крышкой двигателя (в самой высокой точке). Правда, угол охвата шкива коленчатого вала приводным ремнем в результате получился слишком маленьким. Но зато у автомобиля появился симпатичный носик, стилизованный под ГАЗ-67Б, коим прототип и числится по документам. Впрочем, все эти недостатки не мешают машине под управлением Юрия Зуева успешно участвовать в гонках. Более того, прототип Алексея Гарагашьяна своей конструкцией и аккуратностью изготовления напоминает военную технику, где самое важное – высокие тактико-технические характеристики, а такие мелочи, как эстетика, эргономика рабочего места, ремонтопригодность и долговечность, – на десятом месте. Вместе с тем «мелочи», оказывающие влияние на надежность, выполнены очень продуманно. Так, например, трубопроводы не только имеют специальные крепления, но и проведены сквозь панели через вваренные куски труб (чтобы не перетирались острыми краями). Мозги двигателя закреплены под самой крышей, а шноркель расположен по центру автомобиля, где его трудно повредить, и он не зальется при опрокидывании. В целом же прототип производит впечатление грубоватого, сделанного в режиме экономии, но грамотно построенного изделия, что, согласитесь, встречается нечасто.

Street Racing

Как и любую другую технику, для начала мы испытали прототип на асфальте. В частности (учитывая отсутствие понижающей передачи), нам показалось интересным определить диапазон рабочих скоростей и понять, насколько удачен компромисс в выборе передаточного числа бортовых передач. В общем, мы стали измерять минимальную и максимальную скорости. С минимальной неожиданностей не произошло – она составила 2,7 км/ч, а вот своей «максималкой» машина удивила не только нас, но и присутствовавшего на испытаниях штурмана Сергея Волкова. По его сведениям, максимальная скорость машины должна быть порядка 60 км/ч, у нас же на динамометрической дороге «трофимобиль» стабильно шел со скоростью 93 км/ч, а отсечка у двигателя наступала при совсем уж нереальных 94,3 км/ч!

На удивление хорошо автомобиль показал себя и при испытаниях на управляемость. Конечно, крены кузова и уводы шин были очень велики, но реакция на поворот руля была вполне удовлетворительной для такой машины. Да и точности управления мы ожидали существенно худшей, помня о другой бывшей у нас на тестах машине с гидростатическим управлением. Даже на максимальной скорости прототип хорошо держал прямую, а его поворачиваемость была близка к нейтральной. Да, усилия на руле оказалось достаточно велики, но при этом реактивное действие осталось на хорошем уровне. Вообще надо сказать, что самодельное гидростатическое управление работало очень даже неплохо, а характеристики подвески вполне приемлемы.

Евгений СПЕРАНСКИЙ
Драйв-эксперт ORD

НЕОЖИДАННО ВЫСОКАЯ ТОЧНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ

В процессе управления в первую очередь обращает на себя внимание наличие зоны нечувствительности в рулевом управлении. Сначала достаточно большой угол поворота руля, и только потом следует реакция. Реакция автомобиля сопровождается приличным креном, но динамика нарастания крена не внушает опасения – видимо, она демпфирована таким образом, что водитель ощущает собственное движение вместе с движением массы автомобиля. То есть сопротивление крену внушает уверенность в том, что автомобиль будет подчиняться управлению. Руль с хорошим реактивным действием по управлению, то есть силовая характеристика, ощущается нормально. Двигаясь с такими кренами, я должен был бы передавить несколько вешек, а не сбил ни одной. Неожиданно высокая точность управления для автомобиля на такой резине с низким давлением. Практически нет снижения курсовой устойчивости, то есть желания идти в занос у нее не возникает.

Выводы, построенные на песке

Главная среда обитания трофипрототипов такого уровня – это болота. Но вместе с тем разбираться с характеристиками удобнее в песке как в более стабильной субстанции. Благодаря мощному мотору и малому весу машина смогла преодолеть длинный и, что гораздо критичнее, очень крутой подъем, причем сделала это весьма легко, тем самым продемонстрировав действительно выдающиеся способности. Хорошо показала себя и независимая подвеска. По крайней мере, ухабы, сбивавшие тестировавшиеся здесь ранее машины с траектории, прототип просто не замечал. Но при попытках преодоления более крутого подъема выяснилось, что наступает ограничение по продольной устойчивости. Другими словами, при запредельном угле прототип, продолжая двигаться вверх, начинал заваливаться назад...

Под знаком цейтнота

Смеркалось, но, несмотря на катастрофическую нехватку времени (машине предстоял долгий путь к месту постоянной «прописки» в Питер), мы все-таки продолжили «изыскания». Увы, ввиду начавшегося цейтнота реальных пределов проходимости монстра достичь нам не удалось. Ситуации, в которых прототип не мог двигаться дальше, конечно, случались, но каждый раз машина выбиралась без посторонней помощи. Не спасовал прототип и в тот момент, когда, выкопав при диагональном вывешивании самому себе яму колесами, он фактически лег на борт. Единственным недостатком в этих условиях оказалась его короткая база.

Что же касается вышеупомянутого быстродействия механической лебедки, то скорость, с которой машина способна перемещаться на лебедке, составляет порядка 8 км/ч. Такого быстрого винчевания нам видеть еще не приходилось. Но не обошлось без казуса. Ровно на середине заболоченного озерка у «трофимобиля» заглох двигатель. В результате вынужденного «водолазного» осмотра выяснилось, что… соскочила клемма с аккумулятора. После водружения ее на место мотор благополучно завелся, и прототип продолжил рассекать волны на механической тяге.

P.S. На наш взгляд, первый в российской истории трофи-прототип на независимой подвеске получился удачным. Его конструкция содержит большой потенциал для дальнейшего совершенствования. По мере необходимости в нее можно добавлять и бортовые тормоза для улучшения маневренности, и передаточное число ускоряющей передачи для повышения максимальной скорости, и регулировку подвески на ходу в зависимости от условий движения. Впрочем, согласно действующим на сегодняшний день правилам последнее строго-настрого запрещено…

текст: Алексей ИСАЕВ
фото: Александр ДАВИДЮК
Алексей ВАСИЛЬЕВ