Российский «Гидроход»

Полное название этой машины «Транспортное средство высокой проходимости с полнопоточной гидрообъемной «интеллектуальной» трансмиссией, обеспечивающей бесступенчатый и плавный подвод мощности к колесам». Разработало ее ОАО «Инновационная фирма «НАМИ-Сервис» при активном участии АМО ЗИЛ. Первый «выход в свет» она совершила в конце лета прошлого года, и сразу стала одним из самых интересных экспонатов специализированной выставки автомобилей двойного применения в Бронницах, проходившей в рамках Российского автосалона. Уникальный автомобиль назвали «Гидроход». Его основой послужило шасси ЗИЛ-49061, которое оснастили двигателем легкового автомобиля ЗИЛ-115, оригинальной трансмиссией, кабиной от грузовика ЗИЛ-4331 с новой передней частью и грузопассажирским кузовом, удобным для проведения исследовательских работ.

Прежде, чем познакомиться с опытным автомобилем, попытаемся разобраться, что же такое гидрообъемная трансмиссия и чем же она привлекла внимание создателей «Гидрохода».

Гидрообъемной (или гидростатической) передачей называют сочетание объемного гидронасоса с аналогичным по конструкции гидромотором (одним или несколькими). Первые попытки применить ее в трансмиссии автомобилей относятся к концу XIX века. Однако низкий КПД, высокая стоимость, связанная со сложностью конструкции и необходимостью высокой точности изготовления, большие габариты и вес, трудности, связанные с созданием надежных уплотнителей, заставили отказаться от этой идеи на долгие годы. Однако в последнее время ситуация в корне изменилась: гидрообъемные приводы и трансмиссии стали обычным явлением на бульдозерах, а на автокранах и экскаваторах почти во всех классах просто вытеснили все остальные схемы.

Произошло это в результате усовершенствования конструкций гидрообъемных насосов и гидромоторов, а главным образом – уплотнений в них. Ведь гидравлическая мощность равна произведению рабочего давления на расход жидкости, и если 20 лет назад 200 кг/см2 (бар) казались пределом возможного, то теперь 45–50 МПа (450–500 бар) никого не удивишь. И хотя до серийных автомобилей гидрообъемные передачи еще не добрались, во всех странах ведутся работы по их внедрению в автомобилестроении.

Преимущества гидрообъемных передач по сравнению с традиционными: бесступенчатое изменение передаточного числа трансмиссии в целом в очень широких пределах; возможность замены всех механизмов механической трансмиссии (а не только коробки передач и сцепления) одной-двумя парами «гидронасос–гидромотор»; компоновочные, связанные с возможностью размещения гидромоторов на любом расстоянии от гидронасоса, в результате чего гидромоторы можно располагать непосредственно в колесах; легкость реверсирования передачи и получения одинаковых скоростей при движении автомобиля вперед и назад.

К недостаткам современных гидрообъемных передач следует отнести более низкий, чем у механических передач КПД, и более высокую стоимость изготовления.

Принцип работы простейшей гидрообъемной передачи следующий. Насос, связанный непосредственно с двигателем автомобиля, создает гидростатический напор (отсюда второе название передачи) рабочей жидкости и подает ее по магистральным трубопроводам к гидромотору или моторам, которые преобразовывают его в механическую работу на своем выходном валу (валах). Для исключения кавитационных явлений и пополнения рабочей жидкости, количество которой может уменьшиться из-за утечек, в систему включается специальный насос, подающий жидкость через фильтр и специальные клапаны в магистраль низкого давления, где поддерживается избыточное давление до 10–12 бар (современный аналог запрещенных к употреблению кг/см²). Для ограничения максимального давления в контуре циркуляции предусмотрен редукционный клапан.

В автомобильных гидростатических трансмиссиях могут применяться гидрообъемные агрегаты разных типов: шестеренные (винтовые), лопастные (шиберные) и поршневые (радиально- или аксиально-). Для регулирования числа оборотов ведущих колес автомобиля и подводимого к ним крутящего момента при постоянном режиме работы двигателя может использоваться изменение производительности насоса, установка регулируемого гидромотора, или одновременно и то, и другое. Проще всего изменять производительность насоса. В этом случае при постоянной мощности двигателя между скоростью автомобиля и моментами на ведущих колесах существует гиперболическая зависимость, обуславливающая наилучшие динамические качества автомобиля.

Расположение агрегатов гидрообъемной трансмиссии на раме вездехода

Специалисты КБ компании «НАМИ-Сервис» под руководством главного конструктора Евгения Игнатьевича Прочко, ученика Виталия Андреевича Грачева, с 70-х годов активно работающего с автомобильными гидрообъемными трансмиссиями, реализовали идею гидропривода на трехосном вездеходе, справедливо считая, что на многоосных машинах повышенной проходимости недостатки такой системы будут наименее заметны, а преимущества станут максимально ощутимы.

На шасси вездехода ЗИЛ-49061 с 270-сильным бензиновым мотором установили три западногерманских аксиально-поршневых насоса регулируемой производительности (реверсивных и обратимых) с электропропорциональной системой управления.

Насосы, развивающие максимальное рабочее давление 43 МПа. Их максимальная частота вращения – 2 850 мин^-1 – обеспечивает силовой диапазон регулирования, равный 5,375. Насосы связаны с двигателем через согласующий раздаточный одноступенчатый редуктор с косозубыми цилиндрическими шестернями и передаточным отношением 1,414. Напор рабочей жидкости от насосов передается шести гидромоторам приводов колес, работающим при частоте вращения до 4 590 мин^-1 и обеспечивающим диапазон регулирования 4,425. Они также имеют свои одноступенчатые редукторы, снабженные зубчатой муфтой для отключения их от бортовых передач. Передаточное число редукторов – 1,483, передаточное число бортового редуктора – 2,091, колесного редуктора – 4,273. Гидромоторы тоже западногерманского производства. Они также являются регулируемыми и обратимыми, и снабжены электропневмопропорциональной системой управления.

Управляет работой гидронасосов и гидромоторов электронная система, без какого-либо вмешательства водителя, работа которого предельно упрощается.

Гидрообъемная трансмиссия с суммарным силовым диапазоном регулирования 23,8 позволила повысить проходимость и тягово-динамические свойства автомобиля ЗИЛ-49061, увеличила среднюю эксплуатационную скорость при движении по местности. Максимальная скорость «Гидрохода» достигает 82 км/ч (минимально устойчивая 0,9 км/ч). Улучшилась топливная экономичность вездехода. Причина кроется в лучшем использовании мощности двигателя.

«Гидроход» отличается также снижением уровня разрушающего воздействия на почву и растительный покров. Испытания опытного образца будут продолжены.