А мы пойдем на Север

В рамках реализации комплексного проекта

Машина, ставшая плодом совместных усилий специалистов ПАО «КАМАЗ», Московского политехнического университета, НТЦ «Промышленный дизайн» (ранее — СКБ-МАМИ) и МГТУ им. Н. Э. Баумана, задумана как транспортное средство, способное перевозить людей и грузы в самых суровых природно-климатических условиях.

Отправной же точкой разработки данной темы послужил комплексный проект «Создание высокотехнологичного производства экологически безопасных вездеходов на шинах низкого давления для освоения Арктических зон Российской Федерации, Сибири и Дальнего Востока в интересах добывающих отраслей промышленности». Тем более транспорта большой грузоподъемности, от 10 тонн и выше, для специфических условий Арктики явно не хватает. На рынке в основном представлена техника, пригодная для использования в средней полосе, которая не подходит для экстремального климата.

Надо сказать, что сегодня российская Арктика обеспечивает 11% национального дохода нашей страны и 22% экспорта. Отметим, что под российским льдом залегает больше нефти, чем у всех государств ОПЕК вместе взятых. Стратегическое значение для России приобретает Северный морской путь, все уверенней становящийся реальной альтернативой Суэцкому и Панамскому каналам. Перспективы еще более грандиозны. Так что большегрузным вездеходам есть где разгуляться.

Сверхзадача проектировщиков — не просто создать вездеход с высокой полезной нагрузкой, но и наносящий минимальный вред окружающей среде.

Свою поддержку проекту, стартовавшему в 2016 году, оказало Министерство образования и науки России в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

В рамках реализации программы, рассчитанной до 2019 года, преследуются три главные цели:

1. Создание конкурентоспособного серийного производства унифицированного модельного ряда вездеходных транспортных средств для решения транспортных задач в районах Арктики и Дальнего Севера с использованием перспективных разработок ПАО «КАМАЗ».

2. Разработка семейства колесных движителей с шинами низкого давления грузоподъемностью от 2,5 до 5 тонн и обеспечение их серийного выпуска.

3. Создание унифицированной шарнирно-сочлененной несущей системы транспортного средства.

Заинтересованные организации смогут рассчитывать, что воплощение задуманных идей позволит на практике решить транспортные задачи в районах с неразвитой дорожной сетью, снизить в этих условиях экономические затраты транспортных и грузовых перевозок, создать вездеход-транспортер, способный также передвигаться по дорогам общего пользования без ограничения, уменьшить негативное воздействие транспорта на грунт, реализовать вопросы импортозамещения в части колесных движителей и, наконец, обеспечить задел для создания дистанционно-управляемых роботизированных транспортных машин.

Ожидается, что реализация проекта поможет в освоении равнинной тундры на востоке России и на других территориях с холодной климатической зоной. Таким образом, новичок должен одинаково уверенно двигаться по дорогам общего пользования и непроходимой местности: снежной целине, тундре, болотистой местности, сыпучему песку и другим слабонесущим грунтам без нанесения ущерба растительному покрову и почве.

Определили и круг потенциальных потребителей инновационной продукции отечественного автопрома. Ставка в первую очередь делается на транспортные компании; нефте- и газодобывающие отрасли; геологоразведку; горнодобывающую промышленность; организации энерго- и водоснабжения; лесную промышленность; природоохранные организации; сельское хозяйство; правоохранительные органы, скорую медицинскую помощь и, безусловно, на МЧС.

В соответствии с техническим заданием, семейство вездеходов «КАМАЗ Арктика» должно включать две модели с колесными формулами 6х6 и 8х8. Предполагается, что внедорожники будут использоваться преимущественно для перевозки грузов, буксировки прицепов, монтажа специального оборудования и инженерных установок народно-хозяйственного назначения. Держится в уме и армейская стезя машины. Планы — масштабные. Под стать нашей стране.

Руководителем проекта стал главный конструктор по инновационным продуктам ПАО «КАМАЗ» Сергей Назаренко.

Эстетика и комфорт

Чтобы семейство арктических вездеходов стильно смотрелось, да еще обеспечивало экипажу необходимые условия для высокопроизводительного труда и комфортного отдыха, к работам привлекли специалистов НТЦ «Промышленный дизайн», а также их коллег из компании «Автодизайн», что Набережных Челнах. Результатом работы этих коллективов стало создание художественного образа вездехода, интерьера кабины и жилого модуля, а также изготовление силовых и каркасных элементов, деталей, выполненных из композитных материалов.

В процессе поисковых изысканий рассматривались различные варианты внешней архитектуры вездеходов. Но в конечном итоге решили, что главными визуальными элементами станут доработанная камазовская кабина и отдельно расположенный бытовой отсек.

Изначально, как к дизайну, так и к комплектующим, предъявлялись строгие требования к надежности и энергоэффективности в условиях эксплуатации в районах арктического Севера. Проектировщикам удалось совместить утилитарные свойства вездехода со стильным внешним видом и продуманной эргономикой, отвечающими всем критериям автономного и комфортного пребывания.

Основной акцент сделали на отработке дизайна жилого модуля, элементов экстерьера кабины и переднего бампера, расчете эргономики разрабатываемых узлов и элементов, подборе осветительного оборудования кабины и бытового оборудования. Со всей тщательностью выполнили разработку конструкторской документации и математической модели для изготовления прототипа арктического вездехода.

Взяв за основу кабинный модуль КАМАЗа серийного производства, превратили его в новый оригинальный образ. Здесь роль первой скрипки художественного преобразования, несомненно, играет эффектная передняя часть (облицовочная панель), скульптурные очертания которой вместе с четырьмя светодиодными фарами делают машину выразительной и запоминающейся. В крышу вмонтировали люк, кабину дополнительно утеплили, снабдили поручнями и боковыми лесенками, а сверху установили проблесковые маячки. Эффектность всей композиции придает массивный граненый бампер, в котором под прикрытием защитных решеток расположились пара блоков основных фар, установленных в два яруса по высоте. Снизу выделяется своей характерной формой защитная панель, предотвращающая повреждение деталей двигателя, ближе всего расположенных к дороге. Чтобы попасть в кабину, надо преодолеть пять высоких ступенек — плата за недюжинные ходовые качества.

Кабину, насколько это возможно, сместили вперед, освободив место для размещения жилого отсека. Последний выполнили в виде каркаса, обшитого стеклопластиковыми панелями, в которых пространство между наружными и внутренними стенками заполнено теплоизолирующим материалом. Объем жизненного пространства и внутреннее оснащение обеспечивают возможность длительного путешествия троим членам экипажа, а в случае непредвиденных обстоятельств (поломки или затора) или экстремальных погодных условий (пурги, снежных заносов) — в комфортной обстановке дождаться помощи из вне.

Внутреннее пространство организовано наподобие железнодорожного купе, только эргономическая проработка и обстановка несравненно лучше. Для отдыха служат широкие и мягкие спальные полки, расположенные в два яруса у передней стенки. Рядом с обеих сторон примостились откидной стол и платяной шкаф. Под нижней полкой устроен вместительный отсек для багажа. Вблизи у противоположной стенки находится еще одно мягкое сиденье и настоящий кухонный блок, в который включены варочная панель, микроволновая печь, раковина с краном, вытяжка, холодильник, ящики для хранения разнообразных продуктов и кухонной утвари, двухсотлитровый бак для воды. Автономный отопитель поддерживает нужный микроклимат в зимнюю стужу при температуре окружающего воздуха до -50°С. В летнюю жару до +40°С живительную прохладу обеспечивает кондиционер. Скоротать время в пути или на стоянке помогут аудиоустановка и телевизор, закрепленный на стене. Для хранения различных вещей в бытовом отсеке найдется масса всевозможных ящиков и полок.

Естественно, в стандартное оснащение входит санитарный узел, который объединяет туалет и душ. Наряду с двумя окнами, одно из которых врезано во входную дверь, существуют электросветильники, которые вполне эффективно справляются со своими обязанностями. Для бесперебойного снабжения всех потребителей электроэнергии предусмотрен автономный генератор. В отделке использованы самые современные и легкомоющиеся материалы (алюминиевые сплавы, пластики). В общем, по своим потребительским качествам жилой модуль «КАМАЗа Арктики» ни в чем не уступает спальным отсекам легендарных североамериканских «дальнобойных» тягачей.

В бытовой отсек можно попасть только снаружи, да и то с помощью лестницы, которая в походном положении сначала складывается, а потом задвигается под днище. Это является недостатком конструкции, поскольку в лютый мороз перебираться из кабины в жилой модуль, прямо скажем, не очень удобно, да и его внутреннее пространство при открытой двери быстро остывает. Чтобы облегчить процесс перемещения от кабины к бытовому отсеку, не спускаясь на землю, экипаж может воспользоваться площадками, дополнительными ступеньками, поручнями и лестницами.

Шинный аспект

Важнейшим вопросом при создании семейства «КАМАЗ Арктика» стал выбор движителей. Изучив отечественный и зарубежный опыт, ставку сделали на колеса максимально возможного в данной конструкции размера. Это продиктовано тем, что основным показателем, определяющим опорную проходимость внедорожника, является давление движителя на грунт, которое уменьшается с увеличением размеров колеса, т.е. диаметра и ширины, поэтому особую важность при создании семейства машин имело определение рациональных размеров колесного движителей, т.е. шин низкого давления.

Выбор наружной геометрии шины определяется рядом условий. Диаметр должен быть максимально большим для обеспечения наибольшей площади контакта с опорной поверхностью и дорожного просвета, при этом по высоте вездеход должен вписываться в габарит 4 м для движения под мостами и путепроводами. Вместе с тем увеличение наружного диаметра шины приводит к уменьшению максимальных углов поворота управляемых колес, что предопределяет переход на другую схему поворота (с использованием межсекционного шарнира). В то же время следует учитывать, что увеличение ширины шины, положительно влияющей на опорную проходимость, может приводить к повышению сопротивления движению.

Старались подобрать наружный диаметр шины таким, чтобы передаточное число понижающей передачи в раздаточной коробке шасси оказалось достаточным для обеспечения необходимых тяговых свойств без внесения изменений в трансмиссию (установки дополнительных редукторов).

Исследования показали, что приведенным выше условиям соответствуют шины с наружным диаметром 1500-1800 мм и шириной 650-1100 мм.

За проектирование подобных движителей в рамках договора между московским Политехом и ПАО «КАМАЗ» взялся соисполнитель — МГТУ им. Н. Э. Баумана.

В первую очередь стали изучать ареал обитания нового вездехода. Территория арктической зоны Сибири и Дальнего Востока отличается низкой несущей способностью грунта — в частности, тонкий слой плодородной почвы легко разрушается, «обнажая» вечную мерзлоту. Большегрузный транспорт, перемещаясь по тундре, серьезно повреждает почвы, которые в таких природных условиях крайне медленно восстанавливаются. Поэтому одной из важных целей, стоявших перед разработчиками, стало снижение негативного воздействия на окружающую среду.

По имеющимся данным существующие шины не обладают эластичностью, необходимой для того, что оказывать на почву щадящее воздействие. В разработанных шинах применен более подходящий для арктических условий состав резиновой смеси. Предполагается, что они будут морозоустойчивы, смогут оставаться эластичными и наносить меньший вред окружающей среде.

Поскольку к колесным движителям вездехода предъявляются весьма противоречивые требования: минимальное давление на подстилающую поверхность, высокая проходимость и возможность движения вездехода по дорогам общего назначения (соответственно, соблюдение требований по габаритам), приняли и реализовали на практике решение о создании двух типов колес с условными названиями «Габарит» и «Негабарит». Движители обоих вариантов состоят из двух основных элементов — колеса и пневматической шины.

Вариант «Габарит» обеспечивает не только минимальное давление на подстилающую поверхность, но и возможность штатного движения по дорогам общего назначения. Однако грузоподъемность вездехода при этом ограничивается. Геометрические размеры транспортного средства регламентированы, так как внешний габарит по ширине не должен превышать 2550 мм. Вот и получалось, что для размещения шин остается строго определенное пространство. При этом необходимо, чтобы опорная поверхность движителей была максимально возможной. Разработанные в московском Политехе шины «Габарит» оптимальным образом заполняют отведенное им пространство.

Их наружный диаметр составил 1960 мм, а ширина — 716 мм. Максимальная нагрузка на шину достигает 5,3 тонны, внутреннее давление воздуха — не более 160 кПа (1,63 кгс/см²). При таких показателях обеспечивается максимальная скорость 60 км/ч и давление на грунт 140 кПа (1,43 кгс/см²). Масса колеса в сборе — 526 кг.

Второй вариант колесного движителя типа «Негабарит» имеет несколько меньший внешний диаметр широкопрофильной шины — 1650 мм, но зато увеличенную до 1050 мм ширину. Благодаря сниженному до 113 кПа (1,15 кгс/см²) удельному давлению обеспечивается лучшая проходимость на деформируемой опорной поверхности, но имеются габаритные ограничения при движении по дорогам общего назначения. Скорость движения ограничена 50 км/ч. Кстати, негабаритная шина весит только 388 кг. После установки вездеходных колес, на машину монтируются расширители крыльев, защищающие от грязи.

Хорошие сцепные качества с почвой у той и у другой модели достигаются за счет хорошо развитого рисунка протектора в виде косой нерасчлененной елки. С шинами типа «Габарит» дорожный просвет достигает 650 мм, а с покрышками «Негабарит» — 600 мм.

Этап, связанный с созданием семейства колесных движителей для вездеходов «КАМАЗ Арктика» завершили в июне минувшего года. Как считают проектанты, высокие показатели проходимости и экологичности достигаются благодаря низкому давлению в шинах и их повышенной эластичности. Вездеход с такими движителями хорошо адаптируется к неровностям поверхности, имеет повышенную плавность хода, а благодаря низкому удельному давлению обеспечивается уменьшение глубины колеи и общих энергетических потерь при движении. Предполагается, что все эксплуатационные свойства движителей будут сохраняться даже в условиях арктической зоны.

Пока серийное производство новых шин не освоено, попытались выяснить, что может предложить промышленность для такого рода транспортных средств. Оказалось, что в России и странах СНГ шины данной размерности выпускаются серийно и устанавливаются на сельскохозяйственную технику. Наиболее близкими характеристиками в рамках «Габарита» обладает отечественная радиальная шина Nortec TA-01 710/70 R38 (наружный диаметр — 1920 мм, ширина профиля — 710 мм), предназначенная для монтажа на ведущие колеса сельхозтракторов. Рисунок протектора состоит из глубоких грунтозацепов, расположенных под острым углом от центра покрышки к ее «плечу». Грунтозацепы округленной формы в зоне «плеча» и наличие большого пятна контакта при соприкосновении с почвой гарантируют высокую тягу. Для производства используется резиновая смесь специального состава, которая амортизирует удары. Демонстрируя надежное сцепление, изделие наносит минимальные повреждения почве, не травмируя побеги. Нагрузка на шину составляет 5,3 тонны, скорость движения — 65 км/ч. Это как раз то, что нужно вездеходу.

Для версии «Негабарит» наилучшим образом подошла модель 66х43.00R25 SB-1, выпускаемая компанией «Днепрошина». Ее наружный диаметр составляет 1650 мм, ширина профиля — 1052 мм, а допустимая скорость движения — 50 км/ч. Прежде шина применялась на тяжелых тракторах Кировец К-700, К-701 и др.

Правда, у серийных шин имеется один недостаток — они не приспособлены для работы при очень низких температурах. Однако для проверки ходовых качеств опытной машины такая ситуация, как временная, вполне приемлема.

После установки колес с широкими шинами, на вездеход монтируются расширители крыльев, защищающие кабину от грязи.

Движущие силы

В рамках единого семейства для максимальной унификации и оптимизации стоимости трех- и четырехосные вездеходы базируются на узлах и агрегатах серийных КАМАЗов, которые должным образом дополнены оригинальными системами и устройствами, способными обеспечить сверхвысокую проходимость. Первой «ласточкой», которая обрела свою металлическую плоть, оказалась модель с колесной формулой 6х6, которой присвоили индекс КАМАЗ-6345-3101. Во время проектирования широко использовались 3D-моделирование и метод конечных элементов.

Чтобы сухопутный «дредноут» длиной свыше 11 м мог уверенно маневрировать на твердой дороге и на местности, несущую лонжеронную раму выполнили из двух частей, которые соединили между собой устройством, обеспечивающим их взаимный поворот в горизонтальной плоскости. Угол складывания при этом составляет ±45°. Сам узел сочленения выполнен в виде двух листовых коробчатых конструкций, связанных между собой парой шаровых шарниров. Взаимный поворот секций вокруг вертикальной оси выполняют силовые гидроцилиндры, размещенные внутри рамы. Такая хитрость позволила рационально использовать пространство внутри заднего каркаса узла сочленения, уменьшить его габаритные размеры, исключить нагружение заднего каркаса усилиями от гидроцилиндров, а также защитить их штоки от грязи и механических повреждений, использовать в качестве заднего упора стандартную поперечину рамы, унифицировать точки крепления гидроцилиндров для трех- и четырехосных моделей. «Складная» рама позволила обеспечить минимальный радиус поворота трехосника по наружному переднему колесу — не более 12 или 14 м в зависимости от установленных шин. У более крупного собрата этот показатель составляет 16 м.

Энергетические потребности трехосного монстра грузоподъемностью 13 тонн (при полной массе 30 тонн) обеспечивает серийный дизельный двигатель КАМАЗ-40.37-400 (V8, 11,76) мощностью 400 л.с., в паре с которым работают

диафрагменное однодисковое сцепление MFZ 430 с дистанционным пневмогидравлическим приводом и механическая 16-ступенчатая коробка передач ZF 16 S 1822. На еще более могучем вездеходе 8х8 с полезной нагрузкой 15-16 тонн (в зависимости от применяемых шин) и полной массой 40 тонн планируют установить перспективную рядную «шестерку» КАМАЗ-910.12 мощностью 450 л.с., которая передает крутящий момент на 6-ступенчатый электронно-управляемый «автомат» Allisоn 4500. Как предполагается, ресурс упомянутого мотора, производство которого налаживается при технической поддержке немецкой компании Liebherr, будет составлять 1,5 млн км. Усилие на неразрезные ведущие мосты с колесными редукторами, заимствованные от КАМАЗ-6520, распределяет двухступенчатая (с понижающей передачей) раздаточная коробка КАМАЗ-633-1800020, оснащенная блокируемым межосевым дифференциалом. Управление агрегатом — пневматическое. К передним колесам подводится 27,5% мощности двигателя, к задним — 72,5%.

Передний ведущий мост связан с рамой с помощью рессор от задней подвески КАМАЗ-5460, в то время как амортизаторы, стабилизатор поперечной устойчивости со стойками, буферы и др. использованы от КАМАЗ-65225. Задняя подвеска представляет собой пару жестких балансиров, которые опираются на ведущие мосты посредством четырех упругих опор. Правильную кинематику работы направляющего аппарата обеспечивают реактивные тяги, тяги Панара и стабилизаторы поперечной устойчивости. Дорожный просвет превышает 670 мм, а угол переднего въезда — 27°. С подобной геометрией можно уверенно штурмовать бескрайнее снежное бездорожье. Тормозная система — серийного производства. На борту находятся два топливных бака объемом по 350 л каждый.

На задней полураме смонтирована грузовая платформа с откидными бортами, внутренняя длина которой почти 5 м. Любопытно, что погрузочная высота составляет 2,2 м. Под кузовом в задней части рамы отведено место для тросовой лебедки, которая в экстремальных условиях поможет самому вездеходу выбраться из плена бездорожья или окажет такую же услугу другой застрявшей технике. Понятно, что в грузовом отсеке могут быть смонтированы любые другие надстройки или технологическое оборудование.

КАМАЗ-6345-3101, построенный нынешней зимой, прошел полный цикл лабораторных испытаний, после чего его отправили в Якутию для реальной проверки в суровых северных условиях. Вполне естественно, что по завершении тестирования в конструкцию вездехода внесут необходимые изменения, чтобы уже модифицированную машину подготовить к серийному выпуску. Параллельно ведутся работы и по четырехосной модели, длина которой превышает 12 м. Возросший полезный объем передней и задней секций позволяет разместить соответственно увеличенный по объему жилой модуль (плюс дополнительное оснащение) и установить более тяжеловесное и крупногабаритное специальное оборудование или надстройки.