Вездеходное транспортное средство «КАМАЗ‑Арктика» с шарнирно-сочленённой рамой

Вузовские выставки и симпозиумы редко обещают автомобильные сенсации, за которыми видится большое будущее. Это слишком странные площадки для демонстрации новинок в отличие, скажем, от профессиональных и тематических выставок.

Последней из представленных работ был КАМАЗ-63953 8x8 с 550-сильным турбодизелем, с независимой подвеской и полной массой 36 т, показанный на «Вузпромэкспо-2015». Его создала совместно с ПАО «КАМАЗ» кафедра МГТУ им. Н.Э. Баумана «Колёсные машины». Целью стояла разработка агрегатов, которые не имеют аналогов в отечественной автомобильной промышленности и могут применяться при замещении импортных компонентов, используемых в отечественных грузовых автомобилях.

Пролог к идее

Освоение Арктики и Крайнего Севера всегда упиралось в две проблемы: экономическую и экологическую. Снижение затрат в транспортных и грузовых перевозках в районах с неразвитой дорожной сетью нельзя решить одной лишь авиацией, поскольку нелётная погода длится до трети года. Применение «хивусов» – судов на воздушной подушке крайне затратно и эффективно в крайних случаях. Железная дорога снимает часть проблемы, но эффект в прокладке магистралей достигается только при полной загрузке, что в малонаселённых территориях (как на БАМе) начинает терять смысл.

Использование наземного колёсного и гусеничного транспорта упирается в задачу снижения негативного воздействия на грунт. Поэтому основной задачей проекта стала разработка вездеходного транспортного средства с возможностью передвигаться по дорогам общего пользования без ограничения и решение транспортных задач в районах с неразвитой дорожной сетью.

Подспудно должна быть решена задача импортозамещения в части колёсных движителей и разработка задела для создания дистанционно-управляемых, роботизированных транспортных средств.

На этом этапе стало ясно, что трудно предложить одно решение для широкого круга задач. Среди стандартных решений, которые выбирает проектировщик в таких случаях – поиск единого базового шасси. Так были определены две модификации с сочленённой рамой и колёсными формулами 6х6 и 8х8. Далее следовало уточнить нюансы конструкции: узлы сочленения, трансмиссионной компоновкой, определение типоразмеров шин низкого давления.

Габарит-негабарит

Противоречивая задача проходимости в тундре, включая заболоченные участки или по снегу (наст, фирн, снежура) решается стандартным набором выбора шин, которые и определяют габарит.

Для варианта «Габарит» за отсутствием отечественного аналога применили шину NORTEC TA-01 710/70 R38. В этом случае ширина автомобиля составляет 2,5 м, что позволяет использовать её на дорогах общего пользования без дополнительных разрешений. Именно в таком виде машина и была представлена на «Вузпромэкспо».

Для варианта «Негабарит» использовали бескамерную покрышку «Днепрошина» ECOWORK SB-1 типоразмера 66х43.00R25 (размерность 1000/50 R25). Шину этой серии широко используют в сельском хозяйстве на мягких грунтах, заливных лугах и заболоченной местности. Пока остаются за скобками её характеристики морозостойкости. Но главное – концепция ясна, и требуется лишь определить спецификации и свойства резины.

Сочленение секций

Узел сочленения для всех вариантов машин унифицирован и состоит из двух листовых коробчатых конструкций, соединённых двумя шаровыми шарнирами, которые обеспечивают горизонтальную гибкость передней и задней секций на максимальный угол складывания 45°.

Размещение внутри рамы двух цилиндров поворота позволило использовать место внутри заднего каркаса узла сочленения, уменьшить его размеры и использовать в качестве заднего упора стандартную поперечину рамы. Таким образом, задний каркас не нагружается усилиями от гидроцилиндров ГЦ 100.56х450, а штоки защищены от грязи и механических повреждений каркасом.

Тут кажется несколько парадоксальным само решение сочленения – оно не имеет поперечной гибкости, как у шарнирно-сочленённых самосвалов (ADT). Впрочем, в машиностроении встречаются конструкции с дополнительной вертикальной гибкостью, но учитывая запредельные условия, такое усложнение может лишь вредить в дальнейшей эксплуатации. Тут работает принцип, чем проще, тем лучше, поскольку машину не планируется использовать на сложно пересечённой местности (поэтому ADT и имеют, как правило, две степени свободы).

Оригинальная «ходовка»

Как показывает опыт создания колёсных вездеходов Valmet, Foremost для тундры и Крайнего Севера (несколько машин закупил СССР в конце 1980-х), в «стандартных» условиях эксплуатации вполне хватает одной степени гибкости, а проблему потери сцепления при недостатке отбоя и сжатия подвески можно решить применением межколёсной блокировки. Поскольку поворот осуществляется только в продольной плоскости, то пришлось в подвеске принять нетривиальные решения.

В передней подвеске ВТС 6х6 «Габарит» использованы задний мост КАМАЗ-6520, рессоры от задней подвески КАМАЗ-5460, амортизаторы и стабилизатор от подвески КАМАЗ-65225. То есть проблема неподрессоренных масс уже решена стандартным набором. Подвеска задней секции не несёт в себе сюрпризов, если не считать того, что рессоры заменены жёсткими балансирами, которые через упругие опоры опираются на ведущие средний и задний мосты.

Силовая линия

Конструкторы предусмотрели два варианта дизелей: V-образная 11-литровая «восьмёрка» КАМАЗ 740.37-400 и рядная 12-литровая «шестёрка» КАМАЗ 910.12. Далее следует адаптация мотора. Подготовка силового агрегата к морозам до –80 °С заставила применить только морозостойкие РТИ, топливные фильтры с электрообогревом, синтетическое трансмиссионное и моторное масло и антифриз в системе отопления.

Для работы в закритичных температурных условиях турбодизель оборудовали жидкостный подогреватель увеличенной мощности с обогревом масляного картера двигателя. Не забыта система питания и запуска. Топливный бак утеплён и имеет электроподогрев, обогреваемые и изолированные ёмкости АКБ, имеется розетка внешнего запуска от внешней электросети.

Серийно выпускаемая раздаточная коробка КАМАЗ 633-1800020 решает поставленные задачи. Его входного крутящего момента на первичном валу (25 000 Н∙м) вполне хватает для реализации мощностного потенциала. Передаточное число на высшей передаче 0,872, на низшей – 1,593. Распределение потока мощности на ВАТС 6х6 осуществляется в пропорции 27,5% на передний мост и 72,5% на задние оси. Механическая КП ZF 16S1822 с широким диапазоном передаточных чисел от 13,74 на первой ступени до 1,2 на 16-й ступени, позволяет использовать стандартный скоростной мост КАМАЗ-6520 с передаточным отношением 6,33.

На 8-колёсных ВТС, где планируется использовать автоматическую КП Allison 4500 (передаточные числа от 4,7 до 0,67), в конструкции применены мосты КАМАЗ-6520Т с «мощностным» передаточным отношением 15,239.

Комфорт в обитаемой зоне

В великом шансе найти достойных партнёров в ПАО «КАМАЗ» не особо раздумывали. К созданию ВТС – вездеходного транспортного средства – подключили сразу три вуза: Московский политех, МГТУ им. Баумана и МАМИ. Были предъявлены строгие требования к дизайну и комплектующим, а также надёжности, энергоэффективности в условиях эксплуатации в районах арктического севера.

Поскольку наше восприятие определяет внешний вид, то на мастерскую промышленного дизайна СКБ-МАМИ, которое в прошлом году справило 30-летний юбилей, легла ответственность проработки экстерьера и интерьера.

В СКБ были разработаны дизайн жилого модуля, элементы экстерьера кабины и переднего бампера. В задачи вошли расчёт эргономики разрабатываемых узлов и элементов, подбор осветительного оборудования кабины и бытового оборудования жилого модуля. В довесок на СКБ возлагалась разработка конструкторской документации и математической модели для производства прототипа.

Подготовка жизненного пространства является неотъемлемой частью машины. Так, кабина имеет дополнительную теплоизоляцию, а приток тепла обеспечивает воздушный отопитель повышенной мощности. Обращает внимание большое применение электрообогрева, которое коснулось не только ветрового стекла и зеркал заднего вида, но и рулевого колеса, сидений и спального места.

Но поскольку в экспедициях приходится работать не только в морозные зимы, но и жарким летом, когда солнце нагревает тундру до +40 °С, а гнус и мошкара лезет во все щели, то в кабине и жилом модуле предусмотрены кондиционеры.

Купе жилого модуля оборудовано спальными местами, шкафами и сейфами, кухонным блоком с раковиной, плитой, СВЧ-печью, холодильником и системой вентиляции. В отдельный модуль выведена кабина с санузлом, объединённым с душем. Таким образом, успешно решена задача по совмещению утилитарных свойств вездехода со стильным внешним видом и продуманной эргономикой, отвечающим критериям автономного и комфортного пребывания.

В качестве бонуса был предложен вариант с новой кабиной К5, производство которой уже ведётся в Набережных Челнах.

Что же получилось в итоге? Перечень потенциальных заказчиков и спектр применения машины весьма широк:

1. транспортные компании;
2. добыча нефти и газа;
3. геологоразведка;
4. горнодобывающая промышленность;
5. системы энерго- и водоснабжения;
6. лесная промышленность;
7. природоохранные организации;
8. сельское хозяйство;
9. правоохранительные органы, «скорая медицинская помощь» и МЧС.

Как минимум из этого списка выделяются четыре позиции, которые не испытывают проблем с финансированием и закупкой оригинальной техники, что даёт в дальнейшем шанс расширению рамок проекта.

Технические характеристики «КАМАЗ-Арктика»

Модель
	ВТС 6х6 «Габарит»	ВТС 6х6 «Негабарит»	ВТС 8х8 «Габарит»	ВТС 8х8 «Негабарит»
Габаритные размеры, мм	10 000х2540х4000	9860х3320х3900	11 740х2540х3500	11 740х3320х3400
Внутренние размеры кузова, мм	4730х2400х840	4730х2400х840	6850х2400х840	6850х2400х840
Колёсная база, мм	3984+2316	3984+2316	2080+4405+2318	2080+4405+2318
Клиренс, мм	650	600	650	600
Радиус поворота по наружному переднему колесу, м	12	14	16	16
Снаряжённая масса, кг	17 000	17 000	25 000	24 000
Грузоподъёмность, кг	13 000	13 000	15 000	16 000
Полная масса, кг	30 000	30 000	40 000	40 000
Двигатель рабочий объём, cм3 мощность, л.с. крутящий момент, Н∙м	КАМАЗ 740.37-400, турбодизель, V-8 10 852 400 при 1900 мин-1 1800 при 1300 мин-1		КАМАЗ 910.12, турбодизель, I-6 11 946 450 при 1900 мин-1 2059 при 1300 мин-1
Коробка передач число ступеней КП вперёд/ назад	ZF 16S1822, механическая 16/ 2		Allison 4500, автоматическая 6/ 1
Раздаточная коробка	КАМАЗ 633-1800020
Мосты	КАМАЗ-6520		КАМАЗ-6520Т
Максимальная скорость, км/ч	65	50	65	50
Размер шин	710/70 R38	1000х50,00 R25 SB1	710/70 R38	1000х50,00 R25 SB1