«Гидроход-49061» Часть 2

К постройке опытного образца приступили в середине 2001 г. в ОГК СТ АМО ЗИЛ. С машины ЗИЛ-49061 сняли стеклопластиковый кузов, двигатель с коробкой передач и раздаточной коробкой, привод гребных винтов. Установку гидромашин на шасси удалось начать только в 2002 г., поэтому первоначально некоторые компоновочные решения отрабатывались «по месту» — непосредственно на раме с помощью деревянных макетов выбранных гидромашин в натуральную величину.

Для изготовления элементов гидрообъемной трансмиссии (трубопроводы, гидроаппаратура) было привлечено одно из ведущих предприятий аэрокосмической отрасли — НПО им. С.А. Лавочкина. Там же осуществлялся монтаж всей гидросистемы на доставленном с ЗИЛа шасси автомобиля. Помимо этого предприятия, некоторые гидравлические устройства (клапанные блоки), а также редукторы насосов и гидромоторов были изготовлены на заводе опытных конструкций НАМИ.

К началу 2003 г. сборка автомобиля была завершена. Первый пробный запуск машины, состоявшийся 20 января 2003 г., оказался удачным, и уже в марте 2003 г. автомобиль проехал своим ходом по территории завода.
В проектировании и постройке автомобиля от «НАМИ-Сервис» принимали участие СБ. Шухман (научный руководитель проек та), Е.И. Прочко (главный конструктор проекта), В.И. Соловьев Г.Г. Анкинович, В.Э. Маляревич, А.С Переладов, А.А. Эйдман от ОГК СТ АМО ЗИЛ — В.П. Соловьев, В.М. Ролдугин (ведущий испытатель), А.Н. Рылеев, А.В. Лосев, В.О. Нифонтов, В.А. Косты лев, Ю.А. Котов, В.Н. Нестеренко, А.Г. Свиридонов, В.Н. Анош кин, Г.И. Мазурин, В.Д. Комаров, В.Г. Полосин, О.Г. Лазарев B.C. Баженов.

При проектировании машины на ЗИЛе для нее использова лось внутризаводское обозначение ЗИЛ-49061 ГОТ (ГОТ — гидрообъемная трансмиссия). Однако затем к предложенному имени собственному добавился тот же индекс базового шасси, и под обозначением «Гидроход-49061» автомобиль впоследствии был сертифицирован.
Описание конструкции

«Гидроход-49061», получивший официальное наименование «Специальное транс-портное средство многоцелевого назначения с гидрообъемной трансмиссией», представляет собой трехосный полноприводный автомобиль полной массой 12 т с равномерно расположенными по базе осями. Такая компоновка обеспечивает равномерное распределение массы автомобиля по осям, что благоприятно отражается на проходимости машины при движении по грунтам со слабой несущей способностью. В передней части шасси на надрамнике установлена цельнометаллическая трехместная кабина автомобиля ЗИЛ-4331. За ней размещен моторный отсек, в котором расположен двигатель и привод насосов, радиаторы системы охлаждения гидравлического масла и наддувочного воздуха, аккумуляторные батареи. В передней части моторного отсека непосредственно за кабиной установлен корпус воздухозаборника, в котором размещен радиатор охлаждающей жидкости двигателя с блоком электровентиляторов и расширительный бачок системы охлаждения двигателя. Для доступа к агрегатам на крыше моторного отсека предусмотрены люки.
В связи с применением компоновки «двигатель за кабиной» отпала необходимость в переднем капоте от серийных грузовых автомобилей ЗИЛ, поэтому перед кабиной было установлено оригинальное оперение, под которым размещены рулевой механизм и бачки гидропривода тормозов. Оперение из армированного стеклопластика стилистически очень удачно подошло к серийной кабине (дизайнер А.Н. Рылеев, на тот момент начальник КБ «Кузовов» ОГК СТ АМО ЗИЛ, работавший над дизайном «Синей птицы»), благодаря чему машина получила оригинальный узнаваемый внешний вид.

Первоначально автомобиль был оснащен бензиновым восьмицилиндровым V-образным двигателем рабочим объемом 7,68 л от легкового автомобиля ЗИЛ-4104, дефорсированным до максимальной мощности 252 л.с. при 4000 об/мин. Однако, предназначенный для быстроходного представительского автомобиля, этот двигатель мало подходил для 12-тонного вездехода. Уже в ходе предварительных испытаний «Гидрохода» стало ясно, что выбор силового агрегата оказался неудачным — двигатель постоянно перегревался, часто выходил из строя и отличался чрезмерным расходом топлива. Проблемы с двигателем могли помешать проведению дальнейших испытаний автомобиля, что поставило перед конструкторским коллективом вопрос о замене силового агрегата.
Летом 2004 г., на следующий год после постройки машины, на автомобиль установили дизельный двигатель известной американской марки «Detroit Diesel» — рядный шестицилиндровый агрегат рабочим объемом 7,6 л и мощностью 250 л.с, оснащенный турбонаддувом с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха.

Однако в связи с тем, что привод насосов был рассчитан на работу с бензиновым двигателем, диапазон частот вращения которого в два раза превышал диапазон дизеля, потребовалось установить в приводе насосов повышающий редуктор — мультипликатор.

Вместе с заменой V-образного двигателя рядным два вертикально расположенных глушителя у передней стенки кузова были заменены одним расположенным горизонтально на крыше моторного отсека по правому борту машины.
Необходимость отключения трансмиссии от двигателя при его прогреве, а также при аварии, потребовала применения соединительной муфты в приводе насосов. Ее роль выполняет двухдисковое сцепление автомобиля КАМАЗ, для установки которого был изготовлен оригинальный картер из алюминиевого сплава. Для дизельного двигателя применили новый картер сцепления. Сцепление оснащено электропневматическим приводом от выключателя, расположенного в кабине водителя.

В средней части рамы, над средней осью, установлена насосная станция, состоящая из согласующе-раздаточного редуктора, к которому крепятся три насоса — два спереди и один сзади. Редуктор насосов приводится карданным валом от выходного вала мультипликатора
Регулируемые реверсивные насосы «Rexroth» A4VG125 аксиально-плунжерного типа с максимальным рабочим объемом ±125 см³ связаны с гидромоторами соответствующих условных осей магистральными трубопроводами из нержавеющей стали. Для компенсации несоосностей в трубопроводы включены резино-металлокордные рукава высокого давления. Все вспомогательные системы гидрообъемной трансмиссии (фильтрации, охлаждения, гидроавтоматики и др.) являются общими для всех гидроконтуров.

Рабочая жидкость к насосам поступает из гидробака, расположенного над насосной станцией. На автомобиле «Гидроход» использован сварной алюминиевый гидробак, изготовленный ранее для тяжеловоза НАМИ-0309. Гидробак оборудован системой наддува воздухом из пневмосистемы автомобиля (номинальное давление 0,05 МПа), что позволяет облегчить пропускание рабочей жидкости через фильтрующие элементы с высокой степенью очистки, так как чем меньше тонкость фильтрации, тем большим гидравлическим сопротивлением обладает фильтр. Блок фильтров с тонкостью фильтрации 25 мкм установлен с правой стороны гидробака. Кроме того, в каждом насосе имеется фильтр с тонкостью фильтрации 16 мкм.
Рабочая жидкость гидрообъемной трансмиссии — минеральные гидравлические масла типа МГЕ-10А, АМГ-10, ВМГЗ и др. с ресурсом до замены 2000 рабочих часов.

К основным насосам масло подается под небольшим давлением — так называемым «давлением подпитки», которое обеспечивается насосами подпитки, встроенными в корпуса основных насосов. Насосы подпитки всех контуров связаны между собой общей магистралью, в которой поддерживается постоянное давление величиной 2,2 МПа.
В гидрообъемной трансмиссии автомобиля «Гидроход» используются регулируемые гидромоторы «Rexroth» A6VM160 аксиально-поршневого типа с наклонным блоком. Рабочий объем гидромоторов может изменяться в пределах от 36,16 до 160 см³.
Для согласования частот вращения гидромоторов и колес (с учетом использования в приводе каждого колеса бортового и колесного редукторов базового шасси ЗИЛ-4906) были разработаны согласующие редукторы, оснащенные муфтой отключения гидромоторов от привода колеса с дистанционным электропневматическим приводом. Это дает возможность снизить сопротивление движению автомобиля при его буксировании и отключить привод одного из колес при выходе его из строя. Согласующие редукторы установлены на лонжеронах рамы, а к корпусам редукторов крепятся гидромоторы. Каждый редуктор гидромотора связан со своим бортовым редуктором через карданный вал, а бортовой редуктор, в свою очередь, соединен карданным валом с колесным редуктором.
Рулевой привод базового шасси ЗИЛ-4906 с передней и задней управляемыми осями оснащен гидроусилителем и механизмом запаздывания поворота задних колес — поворот задних колес начинается только после поворота передних на угол более 5°. Благодаря такой конструкции повышается устойчивость при прямолинейном движении автомобиля на высокой скорости, а при повороте на грунте трехосный автомобиль прокладывает только четыре колеи, что снижает сопротивление движению.

Тормозная система базового шасси с трансмиссионными дисковыми тормозными механизмами, установленными на ведущих валах бортовых редукторов, и гидравлическим приводом, выполняет роль рабочей тормозной системы. Стояночный тормоз с пневмоприводом воздействует на тормозные механизмы передних и задних колес. Кроме того, при движении автомобиля роль тормозной системы может выполнять сама гидрообъемная трансмиссия — за счет повышения передаточного числа при движении накатом.
На опытном образце применены две автономные системы электрооборудования напряжением 12 и 24 В. Это связано с тем, что используемые на автомобиле контрольные и светосигнальные приборы серийных автомобилей ЗИЛ, а также электросистема двигателя рассчитаны на напряжение 12 В, а электропропорциональная система управления гидромашинами — на напряжение 24 В. Каждая электросистема имеет свой генератор и аккумуляторную батарею.
На шасси автомобиля «Гидроход» установлен специально доработанный кузов вахтового автобуса НЕФАЗ-4211 Нефтекамского автозавода, наиболее подходящий для размещения аппаратуры при проведении научных исследований. Кузов имеет одну распашную дверь в правом борту, оборудован поворотным и подъемным трапом, четырьмя сиденьями, верстаком. Внутри кузова смонтирован кожух насосной станции и гидробака, для доступа к которым предусмотрены верхний и боковые люки, а также дверца с окном, обеспечивающим оператору контроль за показаниями манометров, установленных перед гидробаком. В полу кузова выполнен люк доступа к гидромоторам привода средних и задних колес. Для связи между кузовом и кабиной имеется переговорное устройство.
На пути к автоматике

Система управления, первоначально использованная на «Гидроходе», давала возможность управлять автомобилем в полуавтоматическом режиме — водитель регулировал скорость движения с помощью педали акселератора и рычага сервоуправления (джойстика), определяющего общее передаточное число трансмиссии. Джойстик обеспечивал выбор направления движения автомобиля с бесступенчатым изменением передаточного числа трансмиссии. В зависимости от положения джойстика блок электропропорциональной системы определял требуемое воздействие, которое отрабатывалось исполнительными устройствами (управляющими соленоидами гидромашин). При управлении трансмиссией от джойстика гидромашины всех трех контуров ГОТ работали синхронно. Таким образом, в период обкатки и предварительных испытаний автомобиля (2003-2004 гг.) возможность индивидуального регулирования колесных приводов еще не была реализована.
Первый шаг в этом направлении был сделан в 2005 г., когда готовились комплексные испытания автомобиля, предполагавшие сравнение показателей автомобиля при регулируемом и нерегулируемом приводе. В кабине был установлен пульт ручного раздельного управления всеми гидромашинами, с помощью которого оператор имитировал работу системы управления «гибкой» трансмиссией по различным алгоритмам. Возможность управления автомобилем от джойстика при этом сохранялась.
Данная система управления позволила провести важный этап исследований, однако она обладала существенным недостатком — блок управления было невозможно перепрограммировать для введения разработанных алгоритмов управления. Это не позволяло продолжить исследования по отработке различных алгоритмов «гибкого» управления. В связи с этим было принято решение о проведении модернизации гидрообъемной трансмиссии и создании новой системы управления с учетом опыта эксплуатации предыдущей. В 2008 г. была проведена масштабная модернизация автомобиля, основной целью которой являлся переход к автоматическому управлению. Для этого смонтировали дополнительные компоненты системы управления, часть имеющихся устройств с ручным управлением (некоторые клапаны) заменили на новые, с электронным управлением.
Система управления представляет собой комплекс из двух автономных систем управления, обеспечивающий ручное и автоматическое управление автомобилем с возможностью ввода разработанных алгоритмов управления. Ручное управление было сохранено для того, чтобы автомобиль мог передвигаться своим ходом в период перепрограммирования системы автоматического управления, а кроме того, дублирование функций управления повышало надежность автомобиля.

Первая автономная система управления, обеспечивающая ручное управление автомобилем, — это готовый электронный комплекс, созданный фирмой «Rexroth» для выпускаемых ею объемных гидроприводов. В отличие от предыдущей системы управления в ней появилась возможность раздельного управления насосами и гидромоторами с помощью соответствующих джойстиков. Для синхронного управления всеми гидроконтурами на период отладки системы сохранен используемый ранее джойстик.
Вторая система — система автоматического управления — построена на базе компонентов фирмы "National Instruments" (США), получившей известность разработкой легко перепрограммируемых (реконфигурируемых) систем управления для сложных технических комплексов. Эта система уже обеспечивает ввод алгоритмов управления для их экспериментальной проверки.

Столь сложная двухуровневая система управления была принята для «Гидрохода» лишь на период отладки и испытаний. В конечном счете, в системе управления будет использоваться только один микропроцессорный блок со специальным программным обеспечением, которое позволяет осуществлять «гибкое» управление колесными приводами.