Автомобили повышенной проходимости на шинах низкого давления

Всё бОльшую популярность приобретают вездеходы на шинах низкого (хотя можно сказать «сверхнизкого») давления, которые принято называть «пневматиками». При этом подкупает проходимость вездехода, соответствующая такому давлению и возможность передвижения «по дорогам общего пользования».

На самом деле и тот и другой фактор является несколько «дутыми». Предлагаю рассмотреть причины этого утверждения:

1. Возможность передвижения «по дорогам общего пользования» ограничивается «габаритными требованиями». И всё бы ничего, но вот проходимость требует большого диаметра колеса. А поскольку «пневматики» узкими не бывают, растет габарит машин по ширине. Именно он ограничивает пресловутое требование ГИБДД. В настоящее время на рынке появились шины диаметром 1600мм и выше. При этом ширина такой шины достигает 600мм и более. Например:

https://lunohoda.net/forum/viewtopic.php?t=13719

При использовании таких колес высота машины начинает превосходить ширину. Ну чего не заплатишь за проходимость? Однако и ширина уже не вписывается в требования ГИБДД. Поэтому передвижение «по дорогам общего пользования» только по «спецразрешениям».

2. Проходимость машин на шинах низкого давления. Если сравнивать с колесными вездеходами, да она существенно выше. Если с гусеничными, не все так однозначно. Обычно энтузиасты-колесники ведут сравнение с гусеничными вездеходами, имеющими удельное давление 0,3 кг на квадратный см и выше. Такие сравнения обычно получаются в пользу колесников. Но если взять гусеничник с удельным давлением 0,12 кг на квадратный см и ниже (например, снегоход или тот же снегоболотоход «Терраника») с проходимостью становится не так однозначно.

Дело тут и в понятии «пятно кантакта» и для чего оно нужно.

Удельное давление колесного движителя по этому самому «пятну контакта» и определяется как усилие, действующее на колесо, отнесенное к площади этого самого «пятна». Неприятность тут подстерегает уже в подсчете площади. Все колесники вездеходостроители считают что площадь «пятна контакта» соответствует давлению воздуха в шине. Скажем при давлении 0,15 кг на квадратный см колесо имеет площадь «пятна контакта», соответствующую отношению усилию на колесе к указанному давлению воздуха. При этом для увеличения проходимости они сбрасывают давление в колесе аж до 0,08 атм. Никто из них при этом не задумывается о том, что при столь низких давлениях воздуха воздействие на поверхность шины от деформации самой шины становится соизмеримым с воздействием от избыточного давления воздуха. Т.е. сопротивление деформации самой конструкции шины не учитывается. И вот это «сопротивление деформации» отнимает часть площади у «пятна контакта». Площадь становится меньше, а удельное давление – больше.

Но еще большая неприятность нас ожидает когда мы пытаемся понять ЗАЧЕМ движителю это самое «пятно контакта» нужно? Все дело в том, что у «грунтов», по которым движется машина (даже если это снег или болото), есть понятие «несущая способность». Специализированные машины-вездеходы нужны на «грунтах с низкой несущей способностью». Если способность не «низкая», вполне проедут и УАЗы с «Нивами». А «проходимость» вездехода соответствует его способности преодолевать сопротивление движению на «грунтах с низкой несущей способностью». Поэтому в «пятне контакта» происходит «реализация тягового усилия». Хотя бы на угол наклона площадки пятна к горизонту.

Но «тяги» без скольжения не бывает (во всяком случае на «грунте со слабой несущей способностью»). Поэтому колесо скользит по грунту в «пятне контакта». Хорошо. Но как же скользит «круглое» колесо в «плоском» «пятне контакта»? Ведь поверхность шины бесконечно жесткая на растяжение относительно прочности грунта.

А так и скользит. Ближе к краям «пяна контакта» создается бОльшая эффективность образования тягового усилия. Ближе к центру площади – меньшая. В центре «пятна контакта» шина вообще «тянет» назад. Собственно колесо создает необходимое тяговое усилие за счет превышения «тяги» в нужную сторону над «противотягой». Ну и осталось добавить влияние радиуса колеса на всё это безобразие: чем больше колесо в диаметре, тем меньше разница между созданной «тягой» и «противотягой». Грунт «рвется» максимальными усилиями «тяги». Поэтому чем больше диаметр колеса, тем больше запас на создание тягового усилия. Вот в чем секрет проходимости больших колес на «грунтах с низкой несущей способностью».

На самом деле это далеко не все недостатки колесного движителя. И даже не основные его недостатки.

Как выяснилось, основной недостаток происходит из одного из основных достоинств. Водоизмещающая способность колеса является одним из достоинств движителя при движении по болоту. В самом деле, вытеснить воду из торфа и перенести часть веса машины на архимедову силу, тем самым разгружая торф, весьма полезно для увеличения проходимости.

Всё бы ничего, но архимедова сила снижает нагрузку на грунт в любой луже на дороге. Вплоть до потери сцепления колеса с грунтом. Потому что колеса большие и воды они вытесняют неприлично много. В результате там, где способна проехать обычная легковушка, супер-вездеход на пневматиках встает и требует включения блокировок дифференциалов.

Проблема настолько серьезна, что «Шерп» у Алексея Гаргашьяна появился тогда, когда его достали все эти блокировки. Вот очень мне так кажется )))) Ведь он пошел на конструкцию с «бортовым поворотом» и таким образом «убил» еще одно достоинство колесного движителя – экономичность колесной машины по сравнению с гусеничной.

Ну и еще один существенный недостаток вездеходов на «пневматиках» – несущая способность шин. На каждой шине «пневматика» заводского изготовления отпечатана «максимальная нагрузка». Чаще всего эта величина около 600 кг или ниже. Это совсем не много относительно диаметра шины, но такова плата за снижение количества слоев корда. Если слоев мало, шина лучше работает на сверхнизких давлениях воздуха, если много – лучше держит нагрузку на колесо. Так что не разбежишься. А между тем величина максимальной нагрузки вносит серьезные ограничения в конструкцию вездехода. Возьмем 4х колесную машину на «пневматиках». 600кг х 4 колеса = 2400кг массы машины с грузом. Допустим «донором» является УАЗ 3163 Patriot. Снаряженная масса этого автомобиля 2170кг. Т.е. на пассажиров, топливо и груз остается 2400-2170=230кг. Но ведь у нас колеса диаметра 1600мм. Поэтому в 270кг надо еще «вписать» бортовые редуктора 4 комплекта, усиление мостов 2 комплекта, лебедку, ну еще кое-чего по мелочи… Грузоподъемность вездехода стремительно тает.

Поэтому строители вездеходов предпочитают 6ти колесные вездеходы 4х колесным. Но и этого не хватает. Появляются облеченные кузова собственной конструкции и совсем уж оригинальные схемы 8х8. Всё это что называется «не от хорошей жизни».

Мне осталось указать на ухудшенную управляемость вездеходов-«пневматиков». Опять же большие диаметры колес вкупе с низким давлением воздуха в шинах это ж такие замечательные «мячики»! Жесткость шины под нагрузкой от дорожных неровностей ну «никакая»! А «прыгучесть», напротив, настолько велика, что никакими даже супер-амортизаторами не поглощается. Всё это приводит к неприемлемой утомляемости водителя на дорогах типа «зимники», где приходится основательно работать рулем, чтобы «держать» машину.

Заканчивая, отмечу: я столь много и основательно критиковал колесный движитель, основанный на «пневматиках», так в чем же причина его растущей популярности? Считаю саму конструкцию этого движителя слабой и насыщенной неустранимыми недостатками. Однако рост соответствующей именно такой конструкции дорожной сети вызывает увеличение рыночного спроса на вездеходы на «пневматиках». Ведь для появления «дороги» по которой способны проехать такие машины порой достаточно проложить маршрут к месту расположения пусть и легкого но порой крайне необходимого «ресурса»: «на охоту», «в магазин за водкой», в соседнюю деревню, на болото за ягодой, за кедровой шишкой и т.д. и т.п. При этом непроходимые для другого транспорта места требуют минимальных затрат, чтобы сделать их проходимыми для вездеходов на «пневматиках». Машины достаточно легкие и «натоптать» соответствующую «трассу» в снегу значительно дешевле, чем покупать спецмашины, скажем, на гусеничном ходу с удельным давлением в 2-3 раза меньше, чем широко распостраненные МТ-ЛбУ или ГАЗушки, которые может и смогут доехать без организации «дополнительных мероприятий по организации трассы», но они дороже в цене и в эксплуатации.