CC BY
10
УДК 629.3.083.4
doi 10.24411/2221-0458-2021-74-21-31
АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕЗДОРОЖНЫХ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ
Чооду О.А.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
ANALYSIS OF THE OPERATION OF OFF-ROAD TECHNOLOGICAL MEANS AND PROSPECTS FOR THEIR DEVELOPMENT
O.A. Choodu Tuvan State University, Kyzyl
В статье рассмотрены основные достижения науки и техники в области развития наземных транспортно-технологических машин и средств. Проведен анализ конструкторских решений по движителям разной конструкции. Даны результаты исследования по развитию движителей для условий бездорожья с учетом современных реалий по сохранению экологии. Особенности территории нашей страны требуют от машиностроителей более универсальные типы движителей, которые могут работать в разных условиях эксплуатации. Конструкции движителей такие как шагающие движители можно отнести к следующему этапу развития конструкций движителей. Колесно-шагающие, шагающие опоры и движители типа «Ротопедов» сегодня являются передовыми конструкциями в области конструирования движителей. Ряд конструкций типа ротопедов успешно внедрены и используются даже в конструкциях очень сложных устройств, которые применяются в космонавтике. Вторым направлением развития конструкций ротопедов является направление создания наземных и гибридных дронов. Ряд перспективных видов движителей внедрен в конструкции вооруженных сил в области робототехники. Наиболее перспективной является конструкция из первой группы - одноколесные движители типа «Го-Девиль».
Ключевые слова: Транспортно-технологические машины; бездорожные машины; эксплуатация; движитель; конструкция; Сибирь; Север; прогресс; развитие техники
The paper discusses the main achievements of science and technology in the development of ground transport and technological machines and means. The analysis of design solutions for different types of propellers is carried out. The given results on the development of propellers for off-road conditions take into account the modern realities of preserving the environment. The
peculiarities of the territory of our country require more universal types of propellers of machine. Constructors work in different operating conditions. Propeller designs such as walking propellers can be attributed to the next stage in the development of propeller designs. Wheel-walking, walking supports and propellers of the Rotpedov type today are advanced designs in the field of propeller construction. A number of Rotoped-type constructions have been successfully introduced and are used even in the designs of very complex devices that are used in astronautics. The second direction in the development of Rotopedic structures is the direction of creating ground and hybrid drones. A number of promising types of propellers have been introduced into the design of the armed forces in the field of robotics. The most promising is a design from the first group - one-wheeled propellers of the Go-Deville type.
Keywords: Transport and technological machines; off-road vehicles; operation; propulsion; construction; Siberia; North; progress; development of technology
Площадь труднодоступных районов РФ составляет 60% территории, а доля дорог с твердым покрытием в этих районах - всего 9% дорожной сети. Поэтому около 80% объема и свыше 60% грузооборота выполняется в тяжелых дорожных и внедорожных условиях Строительство дорог в восточных районах очень дорогостоящее, при малом объеме грузового потока экономически невыгодно, а часто практически невозможно из-за высокой степени заболоченности и обводненности.
На территории Севера Российской Федерации, где проживает менее 3% населения, работает более 8% автомобильного парка страны (рис. 1,2,3). С одной стороны, это свидетельствует об объективной необходимости в столь
высокой насыщенности Севера
автотранспортом, но, с другой стороны, говорит о крайне низкой эффективности его использования из-за неприспособленности машин к бездорожью Севера. Все это, начиная с 60-годов, обострила проблему создания нового вида транспорта - бездорожного [1-3].
Основное отличие бездорожного транспорта от автомобилей высокой проходимости заключается в том, что такие машины должны эксплуатироваться, в основном, при отсутствии дорог и подготовленных трасс на сильно заболоченных и обводенных территориях. На значительном удалении от баз обслуживания и ремонта. Прежние транспортные средства значительно повредили природу Севера в районах
интенсивного освоения нефтяных и летнее время движение по тундре газовых месторождений. По оценкам разрешается только на транспортных специалистов, восстановление раститель- средствах на воздушной подушке. ного покрова тундры займет десятилетия. Не случайно по законам штата Аляска в
Рис. 1. Северные регионы Российской Федерации
Рис. 2 Карта зимних температур Российской Федерации
Рис. 3. Транспортная инфраструктура Российской Федерации
д е
Рис. 3. Полноприводные автомобили:
а, б, в - повышенной проходимости; г, д, е - высокой проходимости.
Наиболее важными технико-экономическими критериями оценки пригодности транспортных и транспортно-технологических средств (ТС и ТТС) являются проходимость на грунтах с малой несущей способностью, универсальность, экономичность; технико-эксплуатационные показатели (надежность, управляемость, устойчивость, производительность и т.п.), экологичность.
Наиболее объективный показатель экономической эффективности -приведенные затраты на тонно-километр перевезенного груза. Поскольку для опытных машин обычно отсутствуют такие данные.
Экологичность оценивается
давлением на грунт. Оно должно быть меньше давления, при котором происходит необратимое разрушение растительного покрова [4].
Все ТТ и ТТС условно можно разбить на три группы на принципе поддержания корпуса: динамический, статический, комбинированный. Внутри каждой группы будем рассматривать ТС и ТТС по типам двигателей - воздушный винт, реактивная тяга, колесный, гусеничный, роторно-винтовой (РВД), шагающий, волновой, комбинированный и др. Каждый из них далее может быть классифицирован вплоть до способов конструктивного выполнения [5,6].
ТТ И ТТС с динамическими принципами поддержания. К этой группе
относятся экранопланы, самоходные амфибийные аппараты и несамоходные платформы на воздушной подушке (АВП и ПВП). Первые характеризуются самой высокой проходимостью, экологичностью, приемлемыми технико-эксплуатационными показателями и универсальностью. Однако их эксплуатация возможна только при больших скоростях движения и наличии баз-аэродромов. Это определяет сферу их эффективного применения - пассажирские и грузовые перевозки. Экранопланы экономически превосходят самолеты и вертолеты, а в некоторых случаях и другие виды транспорта.
Транспортные и транспортно-технологические средства со статическим принципом поддержания. К этой группе относятся практически широко
используемые у нас в стане и за рубежом машины. Большинство из них высокоэффективны при эксплуатации на грунтовых дорогах, автозимниках и подготовленных трассах. При
необходимости движения по болотам с несущей способностью ниже 15-20 кПа для них обычно строят лежневые дороги разового или временного пользования. Поэтому в условиях бездорожья Севера могут быть использованы лишь немногие из них.
Во-первых, это связано
проходимостью по грунтам и по малой несущей способностью и глубокому рыхлому снегу. Такое низкое давление на
грунт не имеет ни одна из выпускаемых серийно у нас в стране машин колесного или гусеничного типов.
Во-вторых, проведенный по критерию эффективности анализ большого количества колесных и гусеничных ТС и ТТС показал, что, имея преимущества при движении по грунтам с несущей способностью выше 20 ^25 кПа, они значительно уступают АВП на грунтах с меньшей несущей способностью из-за падения скорости движения или полной потери подвижности.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что машины с традиционными колесными и гусеничными движителями не применимы как бездорожные ТС и ТТС, хотя эффективны как транспорт высокой проходимости в слабо заболоченных, мало обводненных районах.
У движителей некруглыми колесами (эллиптическими, квадратными и т.п.) более высокая тягово-сцепная проходимость на слабых грунтах, но принципиальных преимущества у них нет. Кроме того, затруднена их эксплуатация на твердых опорных поверхностях из-за значительной неравномерности движения.
У машин с катково-гусеничными движителями и пневмогусеницами более высокая проходимость благодаря низкому давлению на грунт (до 10 кПа и менее). Они имеют хорошие показатели тягово-
сцепления, приемлемые показатели экологичности и универсальности при движении по разным средствам. Их экономический критерий находится на уровне лучших колесных и гусеничных машин других типов (К^ =1,5^-2). Наиболее эффективно их применение в качестве движителей транспортеров на грунтах с несущей способностью 10 ^30 кПа.
В настоящее время наибольший интерес представляет использование шагающих движителей. Это объясняется тем, что при шагающем перемещении в той или иной степени снижается сопротивление движению и, следовательно, увеличивается коэффициент свободной тяги,
определяющий проходимость.
Шагающие движители можно условно разделить на три группы: колесно-шагающие, шагающие опоры и движители типа «Ротопедов».
К первой группе относятся одноколесные движители типа «Го-Девиль» и трехколесные типа «Пади-вагон» (рис. 4). Главное преимущество этой группы движителей - универсальность при высокой проходимости: недостатки -относительная конструктивная сложность и трудность осуществления поворота. Они могут работать как обычные колесные на твердых опорных поверхностях и как шагающие по легкодеформируемым средам.
Рис. 4. Движители типа Го Девиль
Ко второй группе можно отнести разнообразные конструкции с
последовательным перемещением опор, подобным движениям человека и животных. Большинство таких
конструкций (с шагающим перемещением) имеют практически неорганическую проходимость с низкой несущей способностью, способны развивать значительную силу тяги, экологичны. Их недостаток - сложность конструкции и управления, особенно при большом количестве опор.
В третью группу входят движители, основанные на изобретении
чехословацкого инженера Ю. Мацкерле (рис. 5). Конструкции движителей этой группы привлекают своей простотой, отсутствием механических передач от двигателя к движителям. Многие из них могут работать на грунтах с низкой несущей способностью, сочетая в себе достоинства пневкоматов сверхнизкого давления, сниженное сопротивление
движению за счет преимущественно нормальной деформации грунта и увеличенное сцепление, в том числе за счет эффекта объемного сдвига грунта. Недостаток большинства движителей этой группы - малое отношение развиваемой тяги к весовой нагрузке при движении по слабым грунтам по пересеченной местности. Однако имеется несколько конструктивных решений, полностью устраняющих этот недостаток. Также они относительно сложно, как и при шагающих движителях, осуществляют поворот машины. Но вагонная компоновка или шарнирная сочленение корпуса позволяют обойти и эту трудность.
Теоретические и экспериментальные исследования показали перспективность пневматического движителя этого типа. Реально достижимы давления на грунт ниже 5 кПа. Обеспечена проходимость по болотам любого типа и глубокому снегу, а также высокие экологичность и экономичность.
Рис. 5. Движители конструкции Ю. Мацкерле
Кроме приведенных выше, известны технические решения специальных движителей других типов. Некоторые из них могут быть приведены в бездорожных ТС и ТТС, но конструктивная, экспериментальная и теоретическая проработка их недостаточна и не позволяет сделать каких-либо выводов.
Транспортные и транспортно-технические средства с комбинированным
принципами поддержания корпуса (рис. 6). К этой группе транспортных средств условно отнесены автопоезды, состоящие из несамоходной ПВП и тягача со статическим или комбинированным принципом поддержания корпуса. Как показывают расчеты, применение таких автопоездов может оказаться весьма эффективным с экономической точки зрения [7,8].
Рис. 6. Транспортно-технические средства с комбинированным принципом поддержания корпуса
Многие исследователи отмечают, что для большинства грунтов имеется оптимальное значение нормального давления движителя, при котором тягово-сцепная проходимость максимальна. С этой точки зрения управляемая разгрузка движителей с помощью воздушной
подушки обеспечивает наиболее полное использование тягово-сцепных свойств многих движителей.
Кроме того, применение воздушной подушки позволяет значительно снизить давление движителей на грунт, обеспечивая
тем самым как опорную проходимость, так и экологичность.
Таким образом, проведенные у нас в стране и за рубежом исследования машин с частичной разгрузкой движителей за счет создания воздушной подушки показали,
Библиографический список
1. Евтюков, С. А. Строительно-дорожные машины в экстремальных условиях эксплуатации / С. А. Евтюков, О. А. Чооду, С. Ч. Монгуш. - Текст : непосредственный // Вестник гражданских инженеров. - 2017. - № 6 (65). - С. 239-244.
2. Чооду, О. А. Мониторинговая система ремонта техники / О. А. Чооду, С. Ч. Монгуш, Р. Н. Сандан, С. В. Балзанай. -Текст : непосредственный // Горный информационно-аналитический бюллетень : научно-технический журнал. - 2018. - № 28. - С. 3-8.
3. Чооду, О. А. Проблемы эксплуатации дорожных и строительных машин / О. А. Чооду. - Текст : непосредственный // Научно-технические ведомости. - 2008. - № 70. - С. 67-73.
4. Евтюков, С. А. Строительно-дорожные машины в экстремальных условиях эксплуатации / С. А. Евтюков, О. А. Чооду, С. Ч. Монгуш. - Текст : непосредственный // Вестник гражданских инженеров. - 2017. - № 6 (65). - С. 239-244.
ISSN 2077-6896
что такие машины способны при правильном выборе степени разгрузки передвигаться по грунтам с малой несущей способностью даже при помощи обычных колесных движителей. Применение таких машин также оправдано экономически.
5. Монгуш, С. Ч. Оптимизация процесса формирования регионального парка наземных транспортно-технологических машин / С. Ч. Монгуш. - Текст : непосредственный // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. - 2020. - Т. 17. - № 2 (72). - С. 220-233.
6. Чооду, О. А. Проблемы повышения технической готовности комплектов техники в сложных климатических условиях / О. А. Чооду, С. А. Евтюков. -Текст : непосредственный // Вестник Тувинского государственного университета. Технические и физико-математические науки. - 2017. - № 3 (34). - С. 45-52.
7. Монгуш, С. Ч. Оценка технико-экономического эффекта от внедрения корректирования технического обслуживания и ремонта, наземных транспортно-технологических машин / С. Ч. Монгуш, Ю. Ф. Кайзер. - Текст : непосредственный // Вестник Тувинского государственного университета. № 3. Технические и
ISSN 2077-6896
физико-математические науки. - 2020. -№ 3 (66). - С. 6-14.
8. Сандан, Н. Т. Проблемы зимнего пуска двигателя в условиях низких температур в Республике Тыва / Н. Т. Сандан. -Текст : непосредственный // Вестник Тувинского государственного
университета. №3 Технические и физико-математические науки. - 2016. -№ 3 (30). - С. 139-150.
References
1. Evtyukov S. A., Choodu O.A. and Mongush S.Ch. Stroitel'no-dorozhnye mashiny v jekstremal'nyh uslovijah jekspluatacii [Road construction machines in extreme operating conditions]. Vestnik grazhdanskih inzhenerov [Journal of Civil Engineers]. 2017, no. 6 (65), p. 239-244. (In Russian)
2. Choodu O. A., Mongush S. Ch., Sandan R. N., Balzanay S. V. Monitoringovaja sistema remonta tehniki [Equipment repair monitoring system]. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' : nauchno-tehnicheskij zhurnal. 2018, no.28, p. 3-8. (In Russian)
3. Choodu O. A. Problemy jekspluatacii dorozhnyh i stroitel'nyh mashin [Problems of operation of road and construction machines]. Nauchno-tehnicheskie vedomosti. 2008, no. 70, p. 67-73. (In Russian)
4. Evtyukov S. A., Choodu O. A., Mongush S. Ch. Stroitel'no-dorozhnye mashiny v
jekstremal'nyh uslovijah jekspluatacii [Road construction machines in extreme operating conditions]. Vestnik
grazhdanskih inzhenerov [Journal of Civil Engineers], 2017, no. 6 (65), p. 239-244. (In Russian)
5. Mongush S. Ch. Optimizacija processa formirovanija regional'nogo parka nazemnyh transportno-tehnologicheskih mashin [Optimization of the process of forming a regional park of ground transport and technological machines]. Vestnik of Siberian State Automobile and Road University, 2020, vol. 17, no. 2 (72), p. 220-233. (In Russian)
6. Choodu O. A., Evtyukov S.A. Problemy povyshenija tehnicheskoj gotovnosti komplektov tehniki v slozhnyh klimaticheskih uslovijah [Problems of increasing the technical readiness of equipment sets in difficult climatic conditions]. Vestnik of Tuvan State Univeristy. Technical and Physics-Mathematical Sciences, 2017, no. 3 (34), p. 45-52. (In Russian)
7. Mongush S. Ch., Keiser Yu.F. Ocenka tehniko-jekonomicheskogo jeffekta ot vnedrenija korrektirovanija tehnicheskogo obsluzhivanija i remonta, nazemnyh transportno-tehnologicheskih mashin [Assessment of the technical and economic effect from the introduction of correction of maintenance and repair, ground transport and technological machines]. Vestnik of
Tuvan State University, Technical and Physics-Mathematical Sciences, 2020, no.3, p. 6-14. (In Russian)
engine start at low temperatures in the Republic of Tyva]. Vestnik of Tuvan State University, Technical and Physics-Mathematical Sciences, 2016, no. 3 (30), p. 139-150. (In Russian)
8. Sandan N. T. Problemy zimnego puska dvigatelja v uslovijah nizkih temperatur v
Respublike Tyva [Problems of winter
Чооду Остап Андреевич - кандидат технических наук, доцент, Тувинский государственный университет, г. Кызыл, e-mail: ostap1981@mail.ru
Ostap A. Choodu - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Tuvan State University, Kyzyl, e-mail: ostap1981@mail.ru
Статья поступила в редакцию 24.02.2021
