Многообразие задач, решаемых силовыми структурами с использованием автомобильной техники (АТ) при возрастающей численности вооружения и оборудования, монтируемого на ней, определяет разнообразие ее применения.
Анализ эксплуатации АТ в обеспечении различных задач показывает широкое ее использование для перевозки боеприпасов, военно-технического имущества (ВТИ), специальных видов топлив, масел и смазочных материалов, объектов гусеничной техники, строительных и других грузов, а также для монтажа на ней комплексов и систем вооружения военной и специальной техники (ВВСТ).
Несмотря на то, что в последнее время опасность развязывания против России широкомасштабной войны существенно ослабела, по-прежнему сохраняется угроза возникновения как внешних, так и особенно внутренних вооруженных конфликтов и локальных войн.
Особое внимание должно уделяться вопросам управления АТ, повышения защищенности от воздействия противника, а также, с точки зрения безопасности движения, в конструкции АТ следует предусмотреть средства для повышения поперечной, траекторной и курсовой устойчивости с учетом рельефа местности и степени оборудования военных колонных путей.
Современная АТ имеет достаточный запас мощности для реализации высоких скоростей движения на хороших, ровных дорогах. Однако на разбитых дорогах и горной местности их скоростное перемещение, в условиях частого маневрирования, сдерживается опасностью чрезмерного бокового наклона и опрокидывания. Боковое опрокидывание, в свою очередь, является тяжелым дорожно-транспортным происшествием, связанным с гибелью и нанесением ущерба здоровью людей, а также выходом из строя установленных на шасси средств ВВСТ, утратой и порчей ВТИ.
В связи с этим общими техническими требованиями для АТ предусмотрены следующие нормативы по углу статической поперечной устойчивости:
– для автомобилей – 33о;
– для двухосных (многоосных) прицепов – 32о;
– для одноосных прицепов – 35о;
– для седельных автопоездов – 28о.
Указанные нормативы обоснованы длительными многоплановыми исследованиями, проведенными в Научно-исследовательском и испытательном центре АТ Минобороны России. Несмотря на наличие указанных нормативов, задача обеспечения динамической и статической устойчивости колесных машин остается актуальной. Это обусловлено рядом обстоятельств.
Приведенные нормативные значения углов поперечной устойчивости являются усредненными и не могут быть приемлемы для транспортных средств с переменными координатами центра масс. К ним относятся специализированные транспортные средства для перевозки наливных и насыпных грузов, а также для транспортирования колесной и гусеничной техники. В данном случае необходимо учитывать упругость шин и подвески транспортных средств, перевозимых на платформе грузового автомобиля или на шасси полуприцепа.
Современным параметром обобщенной оценки боковой устойчивости АТ является угол поперечной статической устойчивости aсу, при этом для сравнения результатов расчетов и данных, полученных на стенде опрокидывания, применяется общеизвестная формула [1]:
, (1)
где В – ширина колеи, м; Δ – величина поперечной деформации шин, м; Н – высота центра масс, м; h – высота центра крена, м; jсу – угол крена, град.
Указанная формула наиболее полно характеризует зависимость угла поперечной статической устойчивости от конструктивных параметров автомобиля. Реальное влияние этих параметров на величину aсу далеко не одинаково.
Высота центра крена для автомобилей с независимой подвеской равна нулю (принимается h = 0). Для автомобилей с зависимой подвеской, наиболее распространенной на АТ, эта величина несколько больше статического радиуса колеса, так что можно принимать:
h = mr rст, (2)
где mr – постоянный коэффициент; rст – статический радиус колеса, м.
Величина mr для многоцелевых автомобилей и прицепов выбирается в пределах от 1,1 до 1,15, поскольку центр крена находится практически на высоте нижнего листа рессор автомобиля. С учетом пределов изменения высоты центра крена, угол поперечной статической устойчивости по мере увеличения h увеличивается незначительно, и практически его величина не может повлиять на устойчивость АТ.
Следует также учесть, что согласно зависимости (2) увеличение h связано с увеличением статического радиуса, что увеличивает высоту Н центра масс и, в целом, отрицательно сказывается на устойчивости автомобиля.
Увеличение боковой деформации шин Δ отрицательно сказывается на статической устойчивости. Для многоцелевых автомобилей эта величина связана с массой машины формулой:
, (3)
где a и b – эмпирические коэффициенты.
Эмпирическая зависимость (3) получена по результатам проведенных экспериментов с автомобилями многоцелевого назначения грузоподъемностью до 12 т на стенде бокового опрокидывания [4]. Для уменьшения Δ требуется увеличивать жесткость шин, что отрицательно сказывается на проходимости машины и плавности хода, так что этот путь повышения статической устойчивости в целом малоэффективен.
С учетом изложенного, на основании анализа формулы (1), можно считать, что практическими путями повышения боковой устойчивости армейских машин могут быть увеличение колеи В, уменьшение высоты Н центра масс, уменьшение угла крена jсу.
Для автомобилей полной массой до 6 т простым и достаточно эффективным способом достижения цели может быть увеличение колеи до пределов, при которых габаритная ширина машины не превышает 2,55 м. Увеличение колеи машин, связанное с увеличением габаритной ширины свыше 2,5 м, ограничивает возможности применения автопоездов на их базе на дорогах общего пользования. Кроме того, это мероприятие приводит к увеличению массы. Однако для колесных машин боевого применения, предназначенных для монтажа ВВСТ, это мероприятие допустимо и оправдано, особенно для высокомобильных автомобилей (с максимальной скоростью свыше 100 км/ч).
Для автомобилей материально-технического обеспечения увеличение боковой устойчивости может быть достигнуто введением двухрядной установки задних колес (увеличением числа используемых шин). Подобная мера, кроме уменьшения колеи, позволяет также уменьшить высоту центра масс и обеспечить более высокую грузоподъемность.
Для высокомобильных машин, учитывая их назначение, высокие средние скорости движения и условия применения (неровные дороги и местность), необходимый угол поперечной статической устойчивости должен быть не менее 38 – 40о. Для достижения такого высокого значения угла aсу может быть рекомендовано применение независимой подвески, обеспечивающей низкое размещение центра масс автомобиля в снаряженном состоянии и относительно небольшое (не более 10–15 %) увеличение высоты центра масс при полной нагрузке. Эффективность применения подвески такого типа для обеспечения высокой боковой устойчивости доказана экспериментально стендовыми испытаниями автомобилей семейств «Водник» и «Тигр».
Для прицепов, перевозящих тяжелые неделимые грузы (гусеничные машины и др.) средством уменьшения бокового крена и повышения статической устойчивости может быть применение свечной подвески, практически исключающей крен.
В целом, проведенными исследованиями определены направления дальнейшего повышения боковой устойчивости военных колесных машин и автопоездов.