Наш журнал в своих постоянных разделах «Общественное КБ «М-К», «Твори, выдумывай, пробуй!», «Конкурс идей» и других регулярно знакомит читателей с образцами самодельной техники, в том числе вездеходной: с необычными и оригинальными амфибиями и аэросанями, гусеничными и многоколесными автомобилями, мотонартами и снегоходами.
Особенность многих публикаций в том, что они содержат информацию не только об отдельных удачных конструкциях, но и о различных направлениях любительского поиска.
Только за последние семь лет журнал поместил несколько обзоров любительских разработок, например: «Мотонарты: идеи и конструкции» (1978, № 1), «Верхом на воздушной подушке» (1983, № 11), «Вместо гусениц - шнек» (1981, № 11). Здесь на конкретных примерах анализируются наиболее известные схемы всевозможных вездеходов и аппаратов на воздушной подушке.
В статье «Мотосани - грядущее десятилетие» (1984, № 1) делается попытка заглянуть в завтрашний день, прогнозируются конструктивные изменения моторизованных саней и нарт в обозримом будущем.
С этой статьей перекликается материал «Покорители бездорожья» (1982, № 3) постоянного автора нашего журнала - доктора технических наук Н. В. Гулиа, который знакомит читателей с перспективами развития новых движителей, предназначенных для работы в условиях сложного рельефа местности.
Учитывая тот факт, что не все любители конструировать имеют возможность следить за деятельностью своих коллег, а также за достижениями специализированных фирм за рубежом, инженер Е. Кочнев подготовил для «М-К» обзор конструкций иностранных микровездеходов (1978, № 7).
Такого рода информация расширяет кругозор наших любителей, подсказывает им направления проектирования, помогает преодолевать трудности на пути реализации своих творческих замыслов.
Что же касается конкретных вариантов решений тех или иных конструкторских проблем, то читатели могут изучить их на примере такой интересной, на наш взгляд, публикации, как «Амфмпед» (1980, № 9), в которой рассказывается об устройстве необычного веломобиля-амфибии, или «Триумф»: комфорт плюс скорость» (1982, № 1). Эти аэросани, построенные саратовскими самодельщиками В. Боковым и О. Яковлевым, привлекают своей законченностью, рациональностью компоновки и изяществом проектных решений.
Читательские симпатии завоевали также лыжно-колесные снегоходы туляков Ю. Тимохина («Фотопанорама «М-К» - 1979, № 4) и В. Лаухина («Простота плюс надежность» - 1984, № 5). Машины последнего получили известность после завершения испытаний в Заполярье, о которых рассказывал наш журнал в статье «Арфы» за Полярным кругом» (1984, № 4).
Однако наиболее интересной нам представляется так называемая всесезонная и «всесредная» вездеходная техника. Аэросани, мотонарты, снегоходы и различного рода автомобили используются, как правило, в какое-то определенное время года и в одной-двух средах, скажем, на суше и на воде. Аппараты же на воздушной подушке не знают подобных ограничений. Им подвластна практически любая местность с ровной поверхностью. И в любое время года. Об одном из таких аппаратов пишет М. Шитиков в своей статье «Мотоцикл» агронома» (1983, № 11).
Но, к сожалению, АВП хорош только для открытого места, в лесу на нем не разгонишься. Поэтому большее распространение в последнее время получили представители транспорта с шинами низкого давления. Журнал не раз рассказывал о них. Например, в «Фотопанораме» «М-К» (1979, № 9) о вездеходе того же В. Лаухина, а на первой обложке ноябрьского номера «М-К» за 1983 год был представлен аппарат И. Лявина и А. Скурко. Машины, снабженные широкопрофильными шинами низкого давления, эксплуатируются ими круглый год и вне зависимости от каких-либо условий. Они могут даже плавать.
Продолжая освещать тему вездеходов, мы приводим сегодня описание и чертежи колесного вездехода, построенного А. Громовым, жителем города Череповца Вологодской области. Широкую известность его конструкция получила после показа в одном из выпусков передачи Центрального телевидения «Это вы можете».
Его пневмоход действительно универсальный, ему нет преград. Об этом свидетельствует рассказ нашего специального корреспондента А. Тимченко, непосредственного участника испытаний, проходивших в окрестностях Череповца.
Вплотную к болоту мы подъезжать не решились, остановились в лесу. Александр Николаевич Громов открыл багажник своего самодельного автомобиля-фургона, и мы принялись выгружать из него части разобранного вездехода: раму с двигателем, кузов и четыре колеса.
Чтобы собрать аппарат, понадобилось завернуть... девятнадцать гаек. На это У нас ушло семь минут. Кто видел трактор «Кировец»,. тот легко представит себе, как эта машина выглядит.
Компоновка ее такая же, только габариты гораздо скромнее: чуть больше двух метров в длину, метр с лишним в ширину да метр в высоту. И еще у нее нет кабины, но зато есть кузов.
Но вот Громов запустил двигатель и сел за руль, я расположился в кузове, и мы поехали.
Вездеход благодаря своей «гибкой» раме ужом вился между соснами. Солнце словно скакало по небу: то оно справа, а через секунду уже слева. Что и говорить, маневренность у машины на славу. И скорость достаточная: на обратном пути по лесу я быстрым шагом с трудом поспевал за ней.
Ближе к болоту лес поредел, а песчаная почва сменилась мшистым ковром. Появились кочки. Мы перекатывались через них играючи, только держись!
Вот и опушка. Дальше простирался ровный зеленый луг, поросший кое-где чахлыми сосенками. Громов прибавил газу, и, вездеход легко побежал по невысокой траве.
- Скоро ли болото? - спросил я, когда мы проехали метров пятьсот.
- А мы давно по нему едем. По самому настоящему болоту...
Тут только я заметил, что резина колес глянцево поблескивает от влаги, хотя след за нами по траве тянулся едва заметный. Все еще сомневаясь, я попросил остановиться и выбрался из кузова на зеленый покров. Мох неожиданно легко промялся под ногами, и я чуть ли не по колено оказался в мутной жиже. Машина же стояла рядом как на асфальте. Осторожно переступая по зыбкой поверхности, я добрался до ближайшей пухово-мягкой кочки и сфотографировал Александра Николаевича. На обратном пути покидать кузов на болоте я не решился...
Испытания мы продолжили на сильно изрезанном вешними водами берегу реки Мологи. Громов направлял вездеход на такие крутые подъемы, что казалось, сам вот-вот не удержится и свалится с сиденья. А машина даже не буксовала. Ни на одном из склонов. Благодаря шарнирному сочленению половин ее рамы колеса не теряли контакт с почвой на любой неровной поверхности, каждое из них работало в полную силу.
Но самым впечатляющим было испытание на воде. Вездесущие мальчишки запрыгали от восторга, когда Громов, к снижая скорости, спустился с крутого берега и решительно повел машину на глубину. Сначала она шла по дну, потом поплыла. Правда, не очень быстро, хотя колеса продолжали вращаться. Дело в том, что Громов не собирался использовать вездеход в качестве плавсредства и не предусмотрел на колесах гребных поверхностей, «водозацепов», как он выразился.
Я подплыл к машине и, стоя по грудь в воде, покрутил ее, покачал - она хорошо держалась на плаву.
Что показали испытания? Аппарат с «ломающейся» рамой и широкопрофильными шинами низкого давления практически вездеходен. Сильно пересеченная местность, трясина и даже водная преграда ему нипочем. «По плечу» ему и работы, связанные с перевозкой грузов. По крайней мере, двух взрослых мужчин и поклажу он вез без труда.
Легкость, с которой вездеход взбирался на крутые склоны, свидетельствует о том, что тяговые характеристики двигателя и конструктивные особенности ходовой части позволят использовать машину в качестве тягача. Александр Николаевич уже подумывает об этом. «В будущем, - поделился он замыслом, - хочу приспособить ее для обработки огорода на своей даче».
ВСЕ ЧЕТЫРЕ ВЕДУЩИЕ
Вездеход выполнен по схеме, хорошо зарекомендовавшей себя на тракторе «Кировец». У него такая же «ломающаяся» рама и привод на оба моста. Что это дает? Во-первых, проходимость. Рама, постоянно изгибаясь, как бы отслеживает рельеф местности. Все четыре ведущих колеса постоянно находятся в контакте с поверхностью. Это исключает перегрузку отдельных колес и проскальзывание их на неровностях почвы. Во-вторых, маневренность. Шарнирная рама чутко реагирует даже на незначительные отклонения руля и позволяет разворачиваться чуть ли не на месте. В-третьих, конструктивную простоту. В данной схеме можно использовать совершенно одинаковые передний и задний мосты. Простым получается и крепление двигателя.
Рама состоит из двух основных частей, соединенных посередине шарниром с вертикальной осью вращения. Передняя ее часть - жесткий сварной узел, на котором установлен мост, двигатель, топливный бак, педали управления и сиденье водителя. Левая несущая дуга рамы одновременно служит и глушителем.
Шарнир с вертикальной осью вращения представляет собой две вилки, соединенные мощными пальцами. Пальцы болтами прикреплены к ушкам задней вилки, а передняя поворачивается вокруг них в упорных и игольчатых подшипниках.
Чтобы колеса не терлись друг о друга при «изломе» рамы вокруг вертикальной оси, шарнир имеет ограничители, установленные соответственно на передней и задней вилках: немного изогнутую и сплющенную для жесткости трубку и две шпильки на концах швеллерных кронштейнов. Задняя часть ромы - к ней крепятся мост, тормоз и съемный кузов - подвижная, шарнир у нее - с горизонтальной осью вращения. Но он устроен несколько иначе: к задней вилке приклепан неподвижный кожух с внутренней резьбой, в которую ввернута бронзовая втулка. Она-то и служит подшипником скольжения для подвижного кожуха задней части рамы.
Во втулке этот кожух удерживается шпилькой, ввернутой в усиливающую подкладку. Она же - ограничитель угла «излома» рамы относительно продольной оси вездехода. Величина угла зависит от длины паза, пропиленного в неподвижном кожухе и втулке.
Двигатель ВП-150М установлен поперек движения, чтобы занимал поменьше места, а вентилятор воздушного охлаждения имел наиболее благоприятные условия для работы.
Кронштейны крепления расположены следующим образом: центральный и наиболее мощный - на кожухе дифференциала, под цилиндром двигателя, нижний - на правой балке моста, под картером, а задний - на кожухе цепной передачи.
К картеру двигателя крепится металлический топливный бак емкостью 5,5 литра; топливо в карбюратор поступает самотеком.
Органы управления вынесены на балки переднего моста: слева педаль сцепления, справа - газа. Для удобства водителя рядом с педалями установлены подножки.
Передачи переключаются рукой с помощью рычага с шариком на конце, приваренного к зубчатому сектору.
Двигатель запускается кикстартером с рукояткой вместо откидной педали.
Отработанные газы из цилиндра по гофрированному патрубку попадают в левую несущую трубу рамы как в глушитель и выходят из выхлопной трубы под сиденьем.
Трансмиссия вездехода симметрична относительно вертикальной оси «излома» рамы. Крутящий момент от двигателя цепью передается карданным валам, а от них через конические передачи и дифференциалы - полуосям моего».
Карданные валы выточены из прутка. В середине у них - шейки под уплотнительные манжеты, а на концах - шлицы. Карданы с крестовинами (в том числе и для соединительного звена) взяты от мотоцикла «Урал». Вращаются они в бронзовых втулках, которые смазываются время от времени через тонкие трубки-масленки, выведенные наружу.
Внешними шлицами карданные валы входят в наружные фланцы, соединяющие их с хвостовиками ведущих шестерен конических передач. Задний вал оборудован тормозом от мотороллера «Вятка»: тормозной диск шпильками прикреплен к корпусу подшипникового узла, а барабан - к фланцам. Управляющий тросик от диска выведен на рулевую колонку.
Дифференциалы мостов на вездеходе - традиционной конструкции: с двумя шестернями-сателлитеми (от автомобиля «Москвич-412»). Полуосевые шестерни самодельные, а коническая передача взята от мотоцикла «Урал».
Сухарь в отличие от "москвичовского" имеет не сферическую поверхность, обращенную к корпусу дифференциала, а цилиндрическую, для простоты.
Мосты к раме крепятся с помощью болтов, вкладышей и регулировочных прокладок. Только на заднем мосту болты держат еще петли крепления кузове, а на переднем - кронштейны педалей газа и сцепления.
Рулевое управление состоит из съемного штурвала, вертикальной колонки, рулевого червячного привода, двух качалок и регулируемой тяги. Передаточное отношение привода 1:4, что позволяет «ломать» раму не только в движении, но и на стоянке. Усилие от него тягой передается качалке, прикрепленной к вилке задней части рамы, и заставляет ее отклоняться в ту или иную сторону.
Колеса также конструктивно просты и полностью идентичны. Несущий элемент каждого из них - алюминиевая ступица, к торцам которой привинчены диски из того же материала,
К дискам проволочными крюками и скобами прикреплены восемь брезентовых ремней, удерживающих шину - две камеры размером 720X310 мм, вложенные одна в другую и защищенные брезентовой лентой с защипами-грунтозацепами.
Внешний торец ступицы закрыт крышкой, предохраняющей ее полость от загрязнения, а внутренний снабжен четырьмя болтами для крепления колеса к фланцу полуоси.
Кузов собран из стальной сварной рамы и стеклотекстолитовых панелей. Необходимую жесткость полу придают три швеллера с кронштейнами для установки на раме вездехода.
Вес кузова всего 6,5 кгс, однако размеры его таковы, что позволяют взрослому человеку сидеть, не испытывая особых неудобств.
Технический уход за вездеходом практически минимален. Достаточно следить за уровнем топлива в баке, трансмиссионного масла в мостах и за давлением воздуха в шинах. Да изредка смазывать бронзовые втулки-подшипники через масленки - вот и все.
Два года назад я построил вездеход с «ломающейся» рамой на пневматиках. За аналог взял знаменитый вездеход А.Громова, описание которого было опубликовано в «Моделисте-конструкторе» № 1’85. Правда, мой размерами побольше.
Со временем я модернизировал конструкцию своей машины. В частности, переделал шарнир «излома» рамы, применил самодельный реверс-редуктор, карданные валы, соединяющие реверс-редуктор с двигателем и передним мостом, ввел еще кое-какие незначительные изменения.
После модернизации вездеход проехал более 250 км. Все новые узлы зарекомендовали себя хорошо, никаких замечаний по ним нет. Мои знакомые, имеющие подобные машины, взяли у меня чертежи для повторения. Поэтому я и решил написать в редакцию, чтобы через журнал ознакомить с этими узлами как можно больше самодеятельных конструкторов.
ПОДШИПНИК НАДЕЖНЕЕ ВТУЛКИ
Непродолжительная эксплуатация первоначального варианта вездехода привела меня к выводу, что бронзовые втулки (подшипники скольжения «плавающих» карданов) в шарнире «излома» рамы необходимо заменить на подшипники качения. Причина - необходимость слишком частого добавления смазки. Попутно созрело решение лишить передний кардан возможности осевого перемещения при «изломе» рамы. И вот почему.
В теории (рис. 4а) «плавающие» карданы при «изломе» рамы должны работать (и изнашиваться!) синхронно, то есть перемещаться вдоль оси своих бронзовых втулок на одинаковое расстояние и отклоняться при «изломе» рамы на одинаковый угол. На практике же карданы ведут себя по-иному: передний не перемещается вдоль втулки, а постоянно упирается в нее. Вероятно, потому, что из-за недостаточной точности изготовления и сборки даже симметричных скользящих и трущихся пар шарнира действующие в них силы - разные. Я даже сдвигал карданы назад, но через некоторое время они возвращались в «привычное» для них переднее положение.
Это натолкнуло меня на мысль и в самом деле как бы зафиксировать передний кардан - ограничить его осевое перемещение. Но когда я начертил вариант такого шарнира (рис. 4б), то увидел, что при углах «излома» рамы, близких к максимальному, условия работы карданов становятся неравными - из-за большего угла отклонения передний должен изнашиваться сильнее.
Поэтому я остановился на другом варианте - с осью «излома» рамы, отстоящей назад на 10 мм от середины звена, соединяющего карданы (рис. 4в). В этом случае звено даже при максимальном угле «излома» почти параллельно продольной оси шарнира (непараллельностью порядка 2° можно пренебречь). Тогда условия работы обоих карданов можно считать близкими к теоретическим, а значит, и ресурс их должен быть примерно одинаковым.
И еще одна особенность шарнира, уже воплощенного в металл (рис. 1): передний кардан у него со шлицевой втулкой, а задний - со шлицевым валом. Втулка установлена в подшипнике 207 и зафиксирована от осевого смещения кольцом на горячей посадке. Корпус подшипника 207 запрессован в трубу рамы вездехода. Спереди в шлицевую втулку входит вал от реверс-редуктора.
Рис. 1. Шарнир «излома» рамы (основной материал деталей - Ст3):
Задний кардан своим шлицевым валом входит во втулку промежуточного вала, который вращается в подшипниках 207 и 206. От осевого смещения вал удерживается у подшипника 206 стопорным кольцом. Уплотнение валов - резиновыми манжетами. Крышки подшипников 207 фиксируются каждая двумя винтами М8 с заостренными под углом 90° концами - ими они упираются в фаски крышек и поджимают к корпусам.
Все шлицевые пары изготовлены из стали 40Х с последующей закалкой до HRC 45…50.
ЗАДНИЙ ХОД ЕМУ НЕОБХОДИМ
Поскольку мой вездеход, повторюсь, крупнее прототипа, то без заднего хода эксплуатировать его было бы непросто. Вот я и взялся за разработку реверс-редуктора. Оговорюсь сразу, что моя конструкция этого важного агрегата рассчитана на изготовление на том технологическом оборудовании, которое имелось в моем распоряжении, а именно: токарном, фрезерном и зуборезном станках. Отсюда изобилие винтовых соединений в корпусе редуктора. Конечно, корпус, изготовленный на координатно-расточном станке, выглядел бы современнее и технологичнее, однако немногие самодеятельные конструкторы могут воспользоваться таким станком, и мой опыт может им пригодиться.
Рис. 4. Положение элементов шарнира (вид сверху) без «излома» и с «изломом» рамы вездехода:
а - с «плавающими» карданами (теория); б - с «зафиксированным» передним карданом; в - с «зафиксированным» передним карданом и смещенной осью «излома» рамы; 1 - кардан передний; 2 - звено соединительное; 3 - кардан задний.
Коробка корпуса сварена из заготовок, нарезанных из швеллера № 10, у которого полки укорочены до 16 мм. После сварки ширина коробки уменьшена до 98 мм на фрезерном станке. Вверху прорезано прямоугольное окно размерами 130×60 мм, закрываемое крышкой с резиновой прокладкой. Окно необходимо для периодического контроля за состоянием шестерен и уровнем масла. Рядом с окном ввернут сапун.
Внизу коробки, по центру, приварен стальной кругляш, в котором просверлено резьбовое отверстие М14 для слива отслужившего свой срок масла (завинчивается пробкой).
Щиты корпуса вырезаны из стального листа толщиной 4 мм. В них, сложенных вместе, просверлены отверстия под болты крепления, корпуса подшипников и шток реверса. К заднему щиту изнутри приварены четыре болта М10×40 (для стыковки с шарниром «излома» рамы) и направляющая личинка (для штока реверса), а снаружи - обойма с резьбовыми отверстиями под винт, регулирующий усилие пружины шарика-фиксатора и выключатель (от автомобиля ВАЗ) фонаря заднего хода. На штоке сделаны три углубления по месту для остановки ведомой шестерни в трех положениях: «передний ход», «нейтраль» и «задний ход».
Все шестерни и валы реверс-редуктора изготовлены из стали 40Х с последующей закалкой до HRC 45…50. Для упрощения конструкции шестерни выполнены прямозубыми, чтобы не было бокового усилия в передаче. Правда, прямозубое зацепление более шумное, чем косозубое, однако за рокотом рядом стоящего двигателя его не слышно.
Передаточное число реверс-редуктора i = 2,96. С двигателем от грузового мотороллера «Муравей» он обеспечивает вездеходу максимальную скорость около 40 км/ч и неплохие тяговые характеристики.
Последовательность сборки реверс-редуктора такая. Задний щит был слегка прихвачен к корпусу сваркой, и по отверстиям щита в корпусе изготовлены резьбовые отверстия М8. Ввинчены все 14 винтов крепления. Установлены на свои места в щитах корпуса подшипников.
На валы надеты шпонки, шестерни, подшипники; на шток-вилка с фиксирующим винтом. Затем эти узлы вставлены в задний щит, и все это в сборе пристыковано к раме вездехода: четыре болта М10 введены в отверстия рамы, с противоположной стороны на них надет фланец шарнира «излома» (конец ведомого вала при этом попал в шлицевую втулку переднего кардана шарнира), и завинчены гайки.
Реверс-редуктор (основной материал деталей - Ст3):
Временно (с помощью струбцин) к корпусу притянут передний щит в сборе и отрегулирован так, чтобы все валы реверс-редуктора вращались легко. После этого щит прихвачен сваркой и по его крепежным отверстиям в корпусе сделаны резьбовые отверстия М8 и ввинчены 14 винтов крепления. В последнюю очередь надета крышка штока, проверено, легко ли он двигается вдоль своей оси, и крышка зафиксирована винтами М6 в тут же просверленные резьбовые отверстия.
Для уплотнения щитов использован «герметик-прокладка».
Кронштейн рычага переключения ходов изготовлен из уголка 20x20x3 мм и соединен с корпусом и втулкой рычага сваркой. Рычаг со штоком связан двумя звеньями и двумя зашплинтованными пальцами диаметром 8 мм.
К корпусу-фланцу прикреплен редуктор привода спидометра от грузового мотороллера «Муравей». Для зацепления вала этого редуктора с ведущим валом в торце последнего имеется паз.
Конечно, реверс-редуктор можно было бы сделать и компактнее, однако настоящие его габариты обусловлены размерами уже имеющегося на раме вездехода присоединительного фланца. Изменить его невозможно, а какая-либо переходная деталь усложнила бы конструкцию. Так что возможность его усовершенствования оставляю моим потенциальным последователям.