Автомобиль далекого будущего?
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Содержание:
Гидроавтомобиль на Урале
Ровно год назад на Миасском автозаводе проходили испытания гидроавтомобиля – автомобиля, у которого механическая передача усилий от двигателя к колесам была заменена гидравлической.
Испытания закончились не без первых успехов и первых огорчений. Машину, как водится, разобрали «по косточкам», и начались переделки, дополнительные расчеты, доводка… Прошел месяц, другой, полгода, год, а второго автомобиля нет как нет…
Что же случилось? Может быть, сама идея порочна или новая передача сложна, не имеет преимуществ, технически невыполнима, не по плечу заводу?
Нет, замысел не плох, а устройство и работа гидростатической трансмиссии достаточно просты. Чтобы убедиться в этом, достаточно разобрать схему передачи. Вот она:
Автомобильный двигатель жестко связан с насосом. Две масломагистрали (высокого и низкого давления) соединяют его с гидромоторами, установленными на колесах автомобиля. Рабочая жидкость, минуя маслобак, циркулирует между гидронасосом и гидромоторами. В случае утечки масла подпиточный насос подает в основную систему из бака нужное количество жидкости.
Гидравлический насос работает так, что он гонит масло или в магистраль высокого давления, или в магистраль низкого давления. В первом случае автомобиль движется вперед, так как давление масла заставляет гидромоторы, а с ними и колеса вращаться вперед, во втором случае картина обратная, и автомобиль движется назад.
Гидронасос и гидромоторы могут меняться ролями. Это происходит при торможении автомобиля, когда поток жидкости в системе меняет свое направление. Гидромоторы становятся насосами, а главный насос начинает работать, как мотор, отдавая свою энергию двигателю и гидроаккумулятору. Потом, когда надо разогнать или запустить двигатель, аккумулятор возвращает накопленную энергию в гидросистему.
Простота схемы – это еще далеко не все. В чем же еще преимущество новой передачи?
Во-первых, в отсутствии механизмов передачи. На гидроавтомобиле нет сцепления, нет коробки передач, нет главной передачи, дифференциала, карданного вала, тормозов. Это и хорошо – ведь передача через эти механизмы сопровождается толчками, рывками, ударами.
все эти «нет», по самым скромным подсчетам, снижают вес грузового автомобиля на 20-25%. А это не менее 500-700 кг – почти «Москвич»!
Далее. Управление сведено до минимума – руль да одна педаль. На обычном автомобиле работой двигателя управляют с помощью педали акселератора, а трансмиссией – с помощью двух педалей и рычага коробки передач. На гидроавтомобиле имеется рычаг мощности, водитель может поставить его в постоянное положение и уже не заботиться о режиме движения автомобиля. Трансмиссия автоматически приспосабливается к изменениям внешних условий – качеству и профилю дороги. возрастает сопротивление – падает скорость, и наоборот. Выбор скорости зависит от положения рычага управления мощностью. Если нужно иметь постоянную скорость, тогда водителю придется самому все время менять положение рычага мощности. Однако, независимо от его положения, двигатель не может заглохнуть, как бы ни было велико сопротивление движению автомобиля, так как давление в системе не может подняться выше расчетного. Автомобиль может остановиться, но двигатель будет продолжать работать. Напор жидкости как бы «держит» автомобиль под постоянным напряжением, обеспечивая его готовность к работе.
А экономия топлива? Автоматичность системы позволяет подбирать наиболее выгодный для данной дороги режим работы двигателя. Расход топлива снизится на 30-35% – все хорошо. Но, может быть, оказалась плохой конструкция гидросистемы?
Нет! И здесь все обстоит отлично. Небольшая группа еще очень молодых, но, безусловно, талантливых конструкторов миасского завода – В. Ендюков, Р. Банников, Ф. Катунькина – под руководством инженера В. Турина разработала исключительно компактный и легкий насос переменной производительности и гидромоторы, применив в них новые формы элементов и до сего времени неизвестный принцип самоуплотнения.
Все за новый автомобиль. Тогда почему до сих пор его нет?
На заводе можно было услышать всяческие отговорки: и программа «поджимает», и оборудования недостаточно, и точность изготовления гидроагрегатов недоступна для автомобильного производства. Но главное, конечно, не в этом. Главное – недоверие к новому и боязнь ответственности за его внедрение. А вдруг новое детище окажется мертворожденным или уродом?
Нет, гидроавтомобиль не урод. Достоинства его бесспорны, его ждут водители, ждут инженеры и конструкторы других автозаводов.
А бояться за гидропривод нечего. Его признали далеко за пределами родного завода – в сельскохозяйственном и строительно-дорожном машиностроении, в угольной промышленности, он нужен лесовозам, горнопроходческим машинам, тракторам.
Созданы все предпосылки к рождению автомобиля новой конструкции. Хотелось, чтобы первый автомобиль с гидростатической передачей вышел именно из ворот уральского автозавода.
Н. ВЫСОЦКАЯ, инженер
Извивающиеся приводы
Описание любого автомобиля неизменно начинается с кузова и двигателя. Потом обычно упоминают о колесах: сколько их, каков размер шин. Перечисляют еще ‘некоторые цифровые данные: мощность, вес, основные размеры, скорость, расход топлива. Так создается общее впечатление об автомобиле. И уже только в технических характеристиках, рассчитанных на специалистов, можно встретить другие, более подробные сведения: о коробке передач, органах управления, подвеске колес. Между тем эти части автомобиля совершенно необходимы для его работы. От них зависит строение автомобиля в целом, его подвижность, удобство управления им, комфортабельность, безопасность движения.
Эти части, столь различные по устройству, схожи в одном: они служат как бы мостиками между главными элементами автомобиля – постом управления, двигателем, кузовом, колесами. Недавно у них была еще одна общая черта – все «мостики» были стальными, жесткими. Казалось бы, в этом нет ничего удивительного – ведь почти весь автомобиль сделан из металла. Однако обратите внимание на колеса движущегося автомобиля: они не только катятся, вращаясь вокруг своих осей, но и подпрыгивают на неровностях дороги, а передние колеса еще поворачиваются влево или вправо, когда автомобиль меняет направление движения. Значит, «мостики» должны обладать известной гибкостью, чтобы передавать вращение от двигателя к колесам при любом положении их. Поэтому в трансмиссии автомобиля, в приводах руля, тормозов и в других «мостиках» множество шарниров, которые рано или поздно разрабатываются, постоянно требуют подтяжки и смазки, иной раз «заедают», вызывают шум и скрип. Нередко взаимное расположение командного (ведущего) и рабочего (ведомого) элементов привода таково, что приходится вместо одного рычага или тяги устраивать целую систему звеньев с несколькими шарнирами, вводить дополнительные валы и шестерни. В результате автомобиль усложняется, увеличивается в весе.
Поэтому конструкторы издавна стремятся избавиться от жестких «мостиков», от паутины тяг, рычагов, валиков и шарниров. На помощь приходит гидравлика – техника приводов и передач, в которых передающим рабочим элементом служит жидкость. Помимо гибкости, гидропривод обладает еще одной важной особенностью: только за счет размеров его частей, без каких-либо дополнительных устройств, можно изменять передаваемое усилие, разделять его и подводить одновременно к нескольким точкам.
В 20-х годах появились первые автомобили с тормозами на всех четырех колесах. На них был применен гидравлический привод. При гидравлическом приводе педаль действует на поршень главного тормозного цилиндра. Напомним, что жидкость практически несжимаема. Поршень давит на жидкость в гибких трубках, соединяющих главный цилиндр с рабочими цилиндрами колесных тормозов. Жидкость раздвигает поршеньки рабочих цилиндров и прижимает колодки к поверхности тормозных барабанов (или дисков – в новейших тормозах). Гидроприводом ныне снабжены тормоза всех легковых и частично грузовых автомобилей.
Другим пионером гидравлики в автомобиле был амортизатор. Он расположен между каждым колесом и кузовом (или рамой) автомобиля и предотвращает раскачку кузова на рессорах, если колеса наезжают на неровность дороги.
Принцип гидравлического насоса применен и в конструкциях подъемников кузовов самосвалов и домкратов, необходимых при смене колес.
Более сложно, но вместе с тем и более заманчиво использовать свойства жидкости в системе силовой передачи (трансмиссии) автомобиля. Начали с того, что в дополнение к существовавшим частям трансмиссии на некоторых автомобилях установили гидромуфту. Гидромуфта немного напоминает бублик (в геометрии такое тело называют тором), разрезанный для намазывания его маслом. Теперь представьте, что корочка «бублика» – из металла, а мякоть – это жидкость, и что одна половинка насажена на вал двигателя, а другая – на вал силовой передачи. В каждой половинке «бублика» имеются приваренные к «корочке» перегородки. Если медленно вращать одну половинку «бублика», другая вращаться не будет, но с увеличением числа оборотов частицы жидкости в ведущей половинке будут увлекать соседние, находящиеся в ведомой половинке; жидкость будет давить на перегородки, и ведомая половинка начнет вращаться. Переход ее от неподвижного состояния к вращению будет очень плавным. Гидромуфта позволяет водителю плавно трогать автомобиль с места и сравнительно редко переключать передачи, так как она допускает проскальзывание, нежелательное при обычном «трущемся» механизме сцепления.
Следующим шагом в развитии трансмиссии после гидромуфт были гидротрансформаторы. Если в гидромуфте – два колеса (половинки «бублика»), то в трансформаторе их уже три или более: между половинками помещены кольца с перегородками – лопатками. Струи жидкости от лопаток ведущего (насосного) колеса направляются к лопаткам промежуточного, а затем – к ведомому (турбинному) колесу, в зависимости от развиваемых двигателем оборотов и крутящего момента потоки жидкости передают на турбину различные усилия. Трансформатор позволяет уменьшить число пар шестерен в коробке передач и даже вовсе отказаться от них. В сочетании с особыми регуляторами гидротрансформатор и ступенчатая коробка передач становятся автоматическими – отпадает необходимость в педали сцепления и в ручном переключении передач.
Однако и гидромуфта и трансформатор, облегчая управление автомобилем и делая его более гибким, не устраняют шарнирной карданной передачи к колесам и шестерен ведущего моста. Устранить их возможно, если применить так называемую объемную гидропередачу. Двигатель приводит в действие мощный насос, направляющий жидкость по трубкам к рабочим турбинам, которые могут быть расположены непосредственно в колесах автомобиля. Тормозной эффект в таком случае достигается изменением направления потока жидкости. Но увеличение массы колес ухудшает плавность хода. Поэтому турбины, пожалуй, выгоднее ставить на подрессоренной части автомобиля, а вращение от них передавать колесам посредством валов с карданными шарнирами. По тем же соображениям из колес (даже передних) убирают и тормоза, устанавливая их на внутренних концах полуосей, снабженных шарнирами.
Очень эффективным оказался гидравлический привод в системах рулевого управления автомобилей. На рулевом валу смонтирован кран-золотник, который при повороте штурвала перекрывает и подключает различные каналы гидравлической системы привода. Насос, приводимый от двигателя, заставляет жидкость непрерывно циркулировать в системе управления. Когда автомобиль идет по прямой, жидкость в системе циркулирует вхолостую, при повороте же золотник направляет поток жидкости к плунжеру, поворачивающему колеса. Гидропривод руля может работать как усилитель, в дополнение к механическому приводу, а может и полностью заменять механический привод. Гидропривод не только облегчает управление автомобилем, но и позволяет наиболее удобно расположить штурвал независимо от взаимного расположения направляющих колес и сиденья водителя.
Сейчас можно представить себе автомобиль ближайшего будущего (эскиз помещен ниже). В его конструкции почти не будет механических связей между агрегатами, органами управления и другими элементами. В таком автомобиле расположение механизмов будет полностью подчинено каплеобразной обтекаемой форме кузова и требованию наибольших удобств для водителя и пассажиров. Это станет возможным в немалой степени благодаря гибким «мостикам» – гидравлическим приводам.
Ю. ДОЛМАТОВСКИЙ, кандидат технических наук
Автомобилю – два колеса
Однажды к нам в редакцию пришел худощавый человек, поставил у письменного стола довольно вместительный чемодан и сказал:
– Фамилия моя Пашков. Я инженер. Работаю над проблемой автомобиля будущего.
– Новая форма кузова? – попытался я догадаться. – Это вообще не проблема.
Посетитель нахмурился и резко произнес:
– Ответьте лучше на такой вопрос: вы верите, что можно построить надежный и устойчивый двухколесный автомобиль?
– Верю! Нам показывали даже проект одноколесного. Исполинское колесо, в котором ниже центра тяжести находится кабина и мотор. Но чем такие фокусы хороши?
– Такие – плохи. А двухколесная машина значительно устойчивее в движении, и ее проходимость выше.
– К сожалению, и это не ново, – довольно холодно произнес я. – Для устойчивости на стоянке вы, конечно, ставите с боков подпорки или малые подъемные колеса. Принцип убирающегося шасси. А были изобретатели, которые ставили под полом кузова для устойчивости быстроходный волчок. Но принцип гироскопа тоже не нов.
Инженер Пашков рассмеялся и миролюбиво сказал:
– В моем автомобиле нет ни волчка, ни костылей, ни вспомогательных колес.
– Но в таком случае ваша машина, как только остановится, тотчас же упадет на бок, подобно мотороллеру. Законы физики нарушать нельзя.
Михаил Николаевич Пашков совсем развеселился и предложил:
– А давайте будем их вместе нарушать! Я вам продемонстрирую движение действующей модели. Сами увидите, в чем секрет ее высокой устойчивости.
Инженер Пашков положил свой чемодан плашмя на стул, неторопливо щелкнул замками, откинул крышку и поставил на стол модель автомобиля. У широкого обтекаемого кузова действительно было только два колеса – переднее и заднее. Но модель и не собиралась падать на бок.
Михаил Николаевич не напрасно много лет трудился над тем, чтобы создать двухколесный автомобиль. Такая машина имеет перед обычной множество преимуществ. Она движется легче и быстрее, управлять ею проще. А проехать она может даже в «зоне недоступности» автомобилей – по обыкновенной тропинке, с большой скоростью, как мотоцикл или мотороллер. Лишь бы кузов не застрял среди кустов и деревьев.
Свои эксперименты не на моделях, а в натуре Пашков начал с грузового автомобиля. Для первого испытания на землю положили «дорогу» – длинную доску шириной в треть метра. И двухколесный автомобиль, взяв в кузов три тонны груза, проехал по этой доске устойчиво и ровно, сначала раза три медленно, затем несколько раз более быстро, но с неизменным успехом.
Почему же машина Пашкова не падает на бок даже с таким внушительным грузом? Да потому, что ее два колеса имеют необычную форму. Они напоминают громадные дыни. Точнее, это эллипсоид, объемно-пространственная фигура, образованная эллипсом при его вращении вокруг большой оси. Один инженер, склонный к научным терминам, предложил даже назвать машину Пашкова эллипсоидомобилем. Но изобретатель отказался от названия, которое не каждый и выговорит.
На стоянке автомобиль Пашкова, опирающийся на свои два колеса, можно слегка покачивать с боку на бок. Правда, чем больше наклон, тем сильней окажется его стремление выпрямиться. Но на ходу автомобиль становится необычайно устойчивым. И чем выше скорость, чем больше нагружена машина, тем выше ее устойчивость.
Мы хорошо знаем, как обычные автомобили застревают в грязи и беспомощно буксуют, .пока не явится на выручку гусеничный трактор. Одно из колес вертится с бешеной скоростью, но машина – ни с места. Этому «помогает» и одна конструктивная особенность автомобиля – дифференциал. Двухколесному автомобилю дифференциал не нужен, и машина лишена этого недостатка.
Узкие шины имеют преимущество в скорости только на хорошей дороге. Сцепление с дорогой у них невелико, а склонность буксовать на плохом дорожном покрытии чрезмерна. Будь у обычного автомобиля колеса достаточно широки, он бы легко выбирался из грязи. В США, например, есть своего рода «грязеходы» с цилиндрическими шинами громадной ширины и сверхнизким давлением. По размокшему грунту такие машины, имея большую площадь опоры и сцепления, ходят отлично. Но на хорошей дороге они не могут развить высокую скорость, соприкасаясь с нею слишком большой поверхностью, что дает избыточное сопротивление.
Автомобиль Пашкова свободен и от этого недостатка. Его эллипсоидальные колеса катятся по хорошей дороге только узким средним «пояском». Но вот такой автомобиль съезжает с автострады в весеннюю грязь плохого проселка. Эллипсоидальные колеса начинают работать всей шириной. Опора по площади получается огромная, машина не вязнет, сцепление даже с полужидким грунтом оказывается достаточным для нормального движения. И автомобиль проезжает по глубокой грязи не хуже, чем гусеничный трактор.
Такой была первая автомашина инженера Пашкова. Но двумя годами позже Михаил Николаевич еще с одним изобретателем, усовершенствовав ее колеса, создал совершенно удивительную систему. Попробуем познакомиться с нею, наблюдая за движущимся автомобилем.
Из гаража неторопливо выезжает новая машина Пашкова. Ее мягкие и широкие колеса нам уже хорошо знакомы своей эллипсоидальной, или, попросту, «дынной», формой. Глядя на них, трудно поверить, что автомобиль даже при стремительных очертаниях кузова сможет развить на автостраде высокую скорость.
На бетонной глади машина начинает набирать скорость – и происходит чудо. Мы не успели заметить, как это случилось, но вместо низких и широких «дынь» автомобиль уже мчится на высоких и узких «гоночных» колесах. Когда же и как мог водитель сменить их на полном ходу? Впрочем, может быть, одни колеса прячутся, как убирающееся шасси самолета, а вместо них выдвигаются другие? Но для такой громоздкой системы просто не хватило бы места.
Работая над этой «таинственной» системой, Михаил Николаевич Пашков и не собирался ставить сменные колеса разных диаметров и ширины. Он просто очень удачно воспользовался всем нам хорошо известным явлением – центробежной силой.
Середина эллипсоидальной шины состоит из нескольких дисков, разделенных на секторы с массивной ходовой частью. Все они эластично соединены между собой и надеты на трубчатую ось. Когда машина движется медленно, что бывает на плохих и вязких дорогах» колесо остается низким и широким, с малым внутренним давлением, Это лучше всего для подобных дорог. Но как только водитель увеличивает скорость, число оборотов колес увеличивается, а с ним растет и центробежная сила. Под ее действием элементы среднего обода начинают удаляться от оси по радиусам на своих эластичных связях. Колесо «автоматически» становится узким и высоким. При большой скорости такая форма наиболее выгодна.
Немало трудностей возникает у конструкторов при создании автомобильных коробок передач – сложных и капризных систем, дающих вдобавок большие механические потери, У автомобиля Пашкова коробки передач нет, ее с успехом заменяет колесо переменного диаметра, Чем выше скорость, тем больше диаметр колеса и, следовательно, больше длина пути за один его оборот.
Для автомобилей Пашкова в новых, осваиваемых промышленностью районах можно чрезвычайно быстро и дешево строить дороги из сборного железобетона, укладывая длинные плиты шириной всего в метр. Два таких узких полотна обеспечивают двухстороннее движение. Не вызовет особых затруднений и необходимость обгона. Ведь двухколесный автомобиль – отличный вездеход. Для обгона он может съехать с бетонной дорожки без риска увязнуть в грязи.
Михаил Николаевич – упорный и неутомимый искатель нового. В настоящее время он проводит серию опытов с еще одним автомобилем. Борьба идет за совершенно новый принцип движения. В последнем (варианте автомобильное колесо превратилось в упругий полуэллипс благодаря кривой форме оси.
– Кривая ось?! – воскликнет читатель. – Это же вообще нечто несуразное! – Ив доказательство нарисует ее изогнутой в виде половины эллипса.
Конечно, обычное колесо, насаженное на такую ось, не сможет работать. Но дело в том, что на нее надето несколько колес малого диаметра. Два варианта нового колеса изображены на рисунке. В первом случае изогнутая ось работает как отличная рессора. Возможно, не хуже окажется и второй вариант с двумя наклонными полуосями, имеющими среднюю опору. Колесо в этом случае будет состоять из двух конических половин.
Думается, что эти системы при их усовершенствовании могут войти в будущее транспорта вместе с колесом переменного диаметра. Важно лишь смелей, шире и настойчивей экспериментировать. А среди нашей молодежи есть тысячи энтузиастов, которые, подобно Михаилу Николаевичу Пашкову, не пожалеют сил для решения важнейших проблем автомобильного транспорта. Немалую пользу могут принести и юные автомоделисты, проверяя на множестве действующих моделей подобные смелые конструкторские идеи.
Ю. МОРАЛЕВИЧ, инженер
источник: «Автомобиль далекого будущего? Нет, это вы скоро увидите!» «Техника-молодежи» 1961-01, стр.18-23
