Активный полуприцеп: советский ответ бездорожью

Урал-380 с активным полуприцепом во время испытаний

Активный полуприцеп: как советские инженеры пытались повысить проходимость автопоездов

Тяжёлый армейский грузовик — дорогая машина, а его разработка и производство требуют времени и развитой промышленности. В Советском Союзе создание тяжеловозов Минского автомобильного завода фактически потребовало формирования целой отрасли. Однако даже успешные минские машины долгое время не получали подходящего двигателя: ракетовозы оснащали приспособленным танковым дизелем. Он отличался небольшим ресурсом и высоким расходом топлива. К этому добавлялась значительная стоимость тяжёлых машин, которая ограничивала их применение не только в народном хозяйстве, но и в Советской Армии.

Потребность в перевозке тяжёлых и крупногабаритных грузов при этом сохранялась. Один из вариантов решения проблемы — автопоезд с полуприцепом — имел серьёзный недостаток: на слабых грунтах его проходимость оставляла желать лучшего.

Улучшить сцепление ведущих колёс тягача с грунтом можно было, например, с помощью нескольких тонн балласта. Другой вариант — переместить седельно-сцепное устройство ближе к центру массы тягача, чтобы увеличить нагрузку на машину и позволить ей перевозить более тяжёлый груз на полуприцепе. Рассматривалась и установка колёсно-гусеничного движителя. Но на дорогах с твёрдым покрытием такие решения становились обременительными: они увеличивали расход топлива и износ техники.

Для повышения проходимости применяли и более сложные средства — принудительную блокировку дифференциалов и централизованную регулировку давления в шинах. Однако в особенно трудных условиях и этого могло не хватить.

Принципиальные схемы трёх вариантов привода активного полуприцепа

Первые идеи и три схемы привода#

В первые послевоенные годы советские инженеры предложили оснастить полуприцеп собственной ведущей осью. В тот период у армии не было другой техники, подходящей для перевозки ракетных установок или многометровых труб. Дополнительный привод на полуприцепе рассматривали как способ повысить проходимость автопоезда.

Идею связывают с Борисом Михайловичем Фиттерманом. На него произвело впечатление, как военные водители преодолевали топкие участки: машины двигались колонной почти вплотную, бампер к бамперу. Концепция появилась на рубеже 1940-х и 1950-х годов, а через несколько лет были построены первые прототипы.

Существовало три основных подхода к передаче крутящего момента от тягача к полуприцепу: механический, гидромеханический и электрический.

Механический привод соединял звенья автопоезда карданными валами. Для этого требовались коробка отбора мощности, изменённое опорно-сцепное устройство, промежуточные опоры и главная передача на полуприцепе. Его мост и главную передачу часто унифицировали с аналогичными агрегатами тягача.

У такой схемы были очевидные преимущества: высокий КПД, сравнительно надёжная работа и несложное обслуживание. Но карданные валы и шарниры равных угловых скоростей добавляли массу и шумели при движении. Кроме того, жёсткая трансмиссия плохо согласовывала вращение колёс тягача и полуприцепа в повороте.

Полуприцеп проходит поворот по меньшему радиусу, чем тягач, поэтому его колёса должны вращаться медленнее. Жёсткая механическая связь, напротив, могла заставлять их вращаться быстрее необходимого. Возникала циркуляция паразитной мощности: звенья автопоезда начинали противодействовать друг другу, колёса полуприцепа срывались в юз и тормозили машину. Одновременно на шестерни и карданные валы действовали значительные скручивающие нагрузки, способные вывести их из строя на твёрдом покрытии.

Механический привод поэтому предназначали главным образом для тяжёлого бездорожья. В его расчётах предусматривали опережение вращения колёс полуприцепа примерно на 2–4%. На сухом асфальте систему отключали, а в глубокой грязи или снегу возникавшая паразитная мощность частично поглощалась безопасной пробуксовкой колёс.

Трансмиссию защищали межосевыми дифференциалами с ручной блокировкой либо обгонными муфтами. Последние позволяли временно отсоединить колёса полуприцепа от привода, чтобы они могли вращаться быстрее, если этого требовала траектория поворота.

Другим вариантом стала гидромеханическая передача. В этой системе тягач приводил гидронасос, а к гидромотору на полуприцепе шёл длинный шланг. Гидромотор соединялся с главной передачей. Такая конструкция была сравнительно компактной: её преимуществом считалась высокая передаваемая мощность относительно массы привода. Гидросистема не отличалась сложностью и работала с небольшим уровнем шума. Водитель мог регулировать крутящий момент на ведущем мосту полуприцепа, увеличивая или уменьшая тягу.

Ограничений, однако, было немало. При тяжёлой работе масло быстро нагревалось, из-за чего продолжительность использования гидропривода сокращалась. Его КПД уступал механической передаче примерно на 10–15%. Для армейской техники имели значение и пожароопасность системы, и уязвимость шлангов перед пулями и осколками. Серьёзной проблемой оставались постоянные утечки рабочего масла.

Третьим решением был электрический, или, в современной терминологии, гибридный привод. Энергию можно было передавать к полуприцепу по гибким кабелям. Теоретически это позволяло звеньям автопоезда складываться под углом до 90 градусов, не прерывая передачу мощности.

В такой схеме легче согласовать вращение колёс в повороте. В механической трансмиссии для этого нужны сложные дифференциалы. Электрическое управление может учитывать угол поворота руля тягача: частотно-регулируемые преобразователи, или инверторы, задают каждому мотор-колесу полуприцепа индивидуальную частоту тока. Это позволяет избежать циркуляции паразитной мощности и уменьшить износ шин. Электромотор, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, развивает полный крутящий момент уже с нулевых оборотов. Поэтому тяжёлый автопоезд теоретически способен плавно тронуться на глубоком песке или в жидкой грязи, не рывками и не разрушая грунт интенсивной пробуксовкой.

Практическое применение электрического привода сталкивалось с серьёзными трудностями. Электромоторы и редукторы в колёсах увеличивали их массу. В автомобильной технике это означает рост неподрессоренных масс. Тяжёлое колесо, наезжая на яму или кочку, с большой силой воздействует на подвеску и раму. В результате металлические рычаги и другие элементы быстрее изнашиваются, а конструкция нуждается в значительном запасе прочности.

Возникала и проблема охлаждения: при движении на малой скорости естественного воздушного потока для мотор-колёс недостаточно, и двигатели могли перегреваться. Чтобы справиться с этим, требовались сложные, дорогие и чувствительные к условиям эксплуатации системы охлаждения.

Не менее важной была защита электрики. Вездеходу приходится работать в грязи, пыли и ледяной воде, а кабели и моторы — переносить удары. Повреждение оболочки провода или трещина в защитном кожухе при преодолении брода могли привести к короткому замыканию и отключению активного привода.

Требовалось и особое управление автопоездом. На твёрдом покрытии привод следовало отключать, как и при скоростях выше 15–20 км/ч: даже небольшой избыток тяги мог отправить полуприцеп в юз и привести к складыванию автопоезда. Подключать ведущий мост полуприцепа рекомендовали не заранее, а после первых пробуксовок тягача. Управление сочленённой полноприводной машиной было сложным.

Первые прототипы#

Раньше других к воплощению идеи перешли специалисты Горьковского автозавода. В 1950-х годах ГАЗ сделал ставку на механическую передачу мощности. Первым стал ГАЗ-63Д с коробкой отбора мощности и одноосным полуприцепом ГАЗ-745, рассчитанным на перевозку 30 человек.

ГАЗ-63Д с полуприцепом ГАЗ-745

Полевые испытания обнаружили слабые места раннего решения. При движении по глубокому снегу и пересечённой местности детали трансмиссии не выдерживали нагрузок. В 1961 году ГАЗ предпринял вторую попытку на базе ГАЗ-66К, использовав сложную систему карданов с несколькими звеньями. Но и эта конструкция оказалась слишком уязвимой для армейской эксплуатации.

ГАЗ-66К

В начале 1960-х годов активные полуприцепы испытывали и на Минском автозаводе. Седельный тягач МАЗ-502В с двигателем мощностью 130 л.с. был ещё недостаточно отработан. К нему присоединяли одноосный активный полуприцеп, созданный на основе модифицированного 12-тонного МАЗ-5245Б. Автопоезд мог перевозить 52 человека и предназначался для быстрой переброски личного состава по бездорожью. Военные отказались от проекта из-за его высокой стоимости и недостаточной надёжности.

Экспериментальный Урал-380

В 1962 году к разработке приступили в Миассе. Там построили тягач Урал-380 с активным полуприцепом Урал-862. Колёсная формула автопоезда составляла 10×10. Машина демонстрировала высокую проходимость и могла преодолевать глубокие рвы, но требовала чрезвычайно точной настройки трансмиссии. Отказ от серийного производства был связан в том числе с этой сложностью.

Проекты КрАЗ: от механики к дизель-электрической передаче#

В Кременчуге разработали семейство секретных тяжёлых армейских машин КрАЗ-253Б и КрАЗ-259Б — первые украинские машины с активными полуприцепами. Работа прошла два основных этапа. На каждом инженеры проверяли другой принцип распределения мощности между тягачом и полуприцепом.

В 1962 году появились опытные машины серии «Б»: грузовик КрАЗ-253Б и седельный тягач КрАЗ-259Б. Вместо капотной кабины конструкторы применили передовую кабину от перспективного бескапотного МАЗ-500. Для привода активного 15-тонного полуприцепа КрАЗ-834Б использовали механическую трансмиссию с промежуточными редукторами и проходным седельно-сцепным устройством, в котором находился мощный вал отбора мощности.

С полуприцепом автопоезд получал колёсную формулу 10×10 и мог двигаться по бездорожью. Но механические узлы оказались недостаточно надёжными: трансмиссия часто ломалась, перегревалась и выходила из строя под критическими нагрузками. Потери энергии в многочисленных карданных шарнирах снижали эффект от тягового усилия двигателя.

Военные не приняли машины серии «Б», однако разработку не прекратили. В 1964 году Специальное конструкторское бюро № 2 представило следующее поколение — серию «Э», включавшую тягач КрАЗ-Э259 и полуприцеп Э834.

В новой конструкции заменили гидротрансформатор: вместо него установили механическую восьмиступенчатую коробку передач. Опытный дизель ЯМЗ-238Н с турбонаддувом развивал 310 л.с. Некоторые КрАЗ-Э259 оснастили дизель-электрической системой, чтобы отказаться от тяжёлых карданных валов, соединявших тягач с полуприцепом. Турбодизель вращал мощный генератор постоянного тока за кабиной, а электричество поступало к моторам полуприцепа по гибким высоковольтным кабелям.

Автопоезд обладал нужными качествами, но его изготовление обходилось государству примерно как производство целой колонны обычных грузовиков. Кроме того, технологии 1960-х годов не обеспечивали достаточной защиты электромоторов и кабелей от короткого замыкания при регулярном преодолении бродов. Обслуживать агрегаты могли только высококвалифицированные специалисты. В 1968 году проект закрыли и засекретили.

Курганский «Зауралец»#

Ещё один малоизвестный проект — «Зауралец» Курганского завода колёсных тягачей. Его первым образцом стал автопоезд КЗКТ-3Э932 с механическим приводом.

Полигонные испытания на пересечённой местности быстро выявили недостатки этой схемы. На ухабах и глубоких рвах углы между тягачом и полуприцепом резко менялись. В трансмиссии возникала паразитная циркуляция мощности: колёса прицепа то буксовали, то пытались толкать тягач. Карданные валы не выдерживали сильных скручивающих нагрузок и ломались, а шестерни редукторов разрушались в первые часы тяжёлой работы. КЗКТ-3Э932 признали тупиковым направлением и вскоре свернули проект.

После анализа этого опыта и наработок Кременчугского автозавода курганские инженеры создали второй опытный образец — дизель-электрический КЗКТ-4Э932. Он успешно прошёл полный цикл заводских проверок и в мае 1969 года был представлен на государственные испытания. Машина показала хорошую проходимость, но комиссия Министерства обороны вынесла отрицательное заключение: проект считался слишком дорогим и сложным. В том же 1969 году работу над «Зауральцем» завершили, а единственный подвижный экземпляр КЗКТ-4Э932 отправили на слом.

Финский пример#

За пределами СССР разработок активных полуприцепов было немного. Практически единственным подобным образцом стал лёгкий армейский грузовик Sisu AH-45, выпускавшийся финской компанией Oy Suomen Autoteollisuus Ab в 1970–1982 годах.

Буква H в обозначении модификации означала Hydro и указывала на гидрообъёмную систему привода ведомого звена, получившую коммерческое название Sisu Nemo. На коробке отбора мощности грузовика размещался мощный аксиально-поршневой насос высокого давления. При подключении специального армейского прицепа или артиллерийского орудия колёса ведомой машины соединялись с системой тягача резиновыми шлангами.

В ступицы колёс прицепа или артиллерийской системы встраивались компактные радиально-поршневые гидромоторы. В зависимости от конфигурации двухосный грузовик превращался в комплекс 6×6 с одноосным прицепом или 8×8 с двухосным. Он мог вытягивать без пробуксовки прицепы массой 8–12 тонн — вдвое больше собственного веса тягача. Впоследствии компания Sisu успешно перенесла технологию ступичных гидромоторов в гражданский сектор. Она применяется на серийной технике и сегодня.

ЗИЛ-137: активный полуприцеп становится серийным#

Наиболее известным советским автопоездом с активным полуприцепом стал ЗИЛ-137. Он первым в этой категории дошёл до серийного выпуска. В армии на таких машинах перевозили длинномерное вооружение, мобильные пусковые установки тактических ракетных комплексов и крупные армейские хлебозаводы.

Разработкой занималось Специальное конструкторское бюро ЗИЛа под руководством главного конструктора В. А. Грачёва. Основой послужили агрегаты нового армейского вездехода ЗИЛ-131. Первый опытный экземпляр собрали в 1963 году. После продолжительных проверок, включая государственные испытания с общим пробегом 18 тысяч километров, автопоезд в 1966 году приняли на вооружение.

С 1970 по 1978 год машины выпускал Брянский автомобильный завод. Московское предприятие поставляло готовые шасси тягачей, а Брянский автозавод производил активные полуприцепы и окончательно собирал автопоезда. Главным техническим достижением конструкции стало первое успешное внедрение в отечественном автомобилестроении серийной гидрообъёмной трансмиссии для привода колёс полуприцепа.

Тягач ЗИЛ-137Т построили на основе серийного ЗИЛ-131В. Он получил бензиновый V8 объёмом 6 литров и мощностью 150 л.с. На коробке отбора мощности, над раздаточной коробкой, разместили поршневой гидронасос высокого давления.

Активную двухосную тележку полуприцепа — ЗИЛ-137А или удлинённую ЗИЛ-137Б — в значительной степени унифицировали с задней тележкой ЗИЛ-131. На раме полуприцепа находился компактный гидромотор, который через понижающий редуктор и карданные валы приводил ведущие мосты.

До 1978 года в Брянске изготовили 1972 комплектных автопоезда. Затем военные перешли на закупку многоосных жёстких шасси МАЗ и БАЗ, сочтя сочленённую схему избыточной для армии массового применения.

Эксплуатация ЗИЛ-137 сопровождалась трудностями. Водители жаловались на недостаточную мощность двигателя. Штатный шестилитровый бензиновый V8 на 150 л.с. изначально предназначался для одиночного грузовика. Подключённый гидронасос забирал значительную часть крутящего момента на привод колёс полуприцепа, поэтому мотор работал почти на пределе.

На тяжёлых грунтах автопоезд двигался на очень малой скорости. Даже на шоссе его максимальная скорость с грузом едва доходила до 60 км/ч, из-за чего ЗИЛ-137 замедлял движение военных колонн.

Специального внимания требовал и гидропривод. Для него было необходимо чистое масло марки «Р». Если из-за проблем со снабжением заливали обычное веретенное или индустриальное масло, из строя могли выйти дорогие плунжерные насосы и гидромоторы. При частом соединении и разъединении полуприцепа в полевых условиях в быстроразъёмные соединения попадали песчинки. Они действовали на точные детали гидравлики как абразив. Шланги высокого давления перетирались, трескались на сильном морозе и иногда лопались, после чего полуприцеп терял активный привод.

Механический вариант БАЗ-3405-9366#

Несмотря на проблемы ЗИЛ-137, военные не отказались от идеи активного полуприцепа. Следующий опытный автопоезд получил механическую трансмиссию.

БАЗ-3405-9366 разрабатывали по теме «Привод» в 1972–1973 годах. Это была первая крупная попытка советских инженеров заменить гидрообъёмную передачу серийного ЗИЛ-137 механикой. Для создания схемы 10×10 брянские конструкторы значительно изменили шасси ЗИЛ-131В, превратив его в тягач БАЗ-3405, и разработали облегчённый длиннобазный полуприцеп БАЗ-9366 грузоподъёмностью 7,6 тонны.

Приёмочные испытания проходили в 21-м НИИИ Министерства обороны СССР в Бронницах и продолжались до 1978 года. Автопоезд подтвердил высокую проходимость, развивая скорость до 18 км/ч. В то же время проверка выявила критические недостатки сложной трансмиссии. Проект закрыли также из-за высокой загрузки Брянского автозавода производством плавающих ракетных шасси. Всего было построено два опытных комплекта.

Проекты 6009 и 60091#

В конце 1970-х годов Брянский машиностроительный завод при контроле военного представительства Брянского автозавода приступил к созданию машин проектов 6009 и 60091. Государственные испытания завершились в 1983 году.

Первым стал БАЗ-4401, также известный как ЗиЛ-4401. Его построили на модернизированном шасси ЗИЛ-131В2. Для удлинённой машины проекта 60091 предназначался полуприцеп БАЗ-99511. Вместо гидронасоса на раздаточной коробке тягача установили механический редуктор отбора мощности. При этом базовым двигателем оставался бензиновый V8 мощностью 150 л.с., считавшийся недостаточно мощным.

В конце 1980-х годов испытывали и другие варианты: ЗИЛ-4431 с дизелем мощностью 170 л.с. и ЗИЛ-443114, оснащённый кабиной из стеклопластика.

Опыт активных полуприцепов в Советской Армии оказался непростым. Такие системы были дорогими, требовательными в обслуживании и технически сложными. Их рассматривали как вынужденную альтернативу многоосным шасси, которых не хватало. Сегодня активный привод остаётся редкостью в армии, тогда как в гражданской технике подобные решения продолжают применяться и имеют перспективы дальнейшего развития.