Первые трёхоски. История создания шестиколесных грузовиков
ГрузовикПресс - В. Степанов / 05-2006
К началу 20-х годов прошлого века грузовой автотранспорт уже играл существенную роль в экономике ведущих стран мира. От конструкторов требовали автомобили, которые перевозили бы больше груза с большей скоростью. Если последнее требование привело к быстрому появлению более мощных двигателей, то с первым все оказалось сложнее. Препятствием к повышению грузоподъемности машин стала недостаточная прочность дорожного полотна. Вот тогда-то и появились первые трехосные грузовики, без которых сегодня невозможно представить себе современное автохозяйство.
В первые вопрос о шестиколесных грузовиках (а именно так их называли в печати) возник после Первой мировой войны, в 1918 г., в связи с тем, что борьба за эффективность автотранспорта требовала осуществлять как можно больший объем перевозок при минимальном количестве единиц дефицитной транспортной техники. Военные, анализируя опыт применения грузовиков в годы войны, настаивали на существенном повышении проходимости автомобилей, роль которых трудно было переоценить. Казалось, что требования и гражданских, и военных перевозчиков можно удовлетворить, стоит только перейти на колеса большего диаметра с соответствующими пневмати/ками (сейчас – шины). Построенные опытные образцы подобных машин выявили их слабую сторону: водители жаловались на трудности обращения с колесами большого диаметра, их монтажа, замены шин и т.п. Кроме того, практически во всех странах вводились ограничения на осевую нагрузку и предельную массу четырехколесных автомобилей, которые делали невозможным существенное повышение грузоподъемности грузовиков. В частности, в России и Германии максимально допустимый вес четырехколесных автомобилей равнялся 9,0 т, в Америке в разных штатах – от 10,9 до 11,8 т. Учитывая, что снаряженная масса грузовика примерно равнялась в то время его полезной нагрузке, можно сделать вывод: максимальная грузоподъемность четырехколесной машины не могла превысить 6,0 т.

Вклад шинников
Так уж получилось, что прорыв в решении назревшей проблемы совершили шинники: первый шестиколесный грузовик был построен в США на заводе шинной компании Goodyear Tire & Rubber Co. в 1918 г. Этот шаг был завершающим этапом разработки новых шин Gigant, специально создававшихся для трехосных грузовиков. Шины Gigant позволяли существенно поднять скорость перевозок грузов, однако имели недостаточно высокую грузоподъемность, поэтому и были оптимальным решением для шестиколесного грузовика.

Автомобили были способны преодолевать внушительные препятствия

Установка сдвоенных колес повышала проходимость автомобиля

Испытания показали, что при одинарных колесах на среднем и заднем мостах давление на грунт от каждого из колес составило 0,14 кг/см2, в то время как задние колеса двухосного грузовика оказывали давление на грунт 0,42 кг/см2. Таким образом, имелась возможность увеличить грузоподъемность автомобиля при повышении скорости его движения. Выяснилось, что трехосный грузовик благодаря меньшему удельному давлению на грунт увереннее передвигается по мягкому грунту, чем двухосный, это получило высокую оценку со стороны военных. Вскоре было продемонстрировано, что у трехосных грузовиков большая курсовая устойчивость, при этом их ходовая часть лучше сопротивляется заносу на скользкой дороге, так как вероятность того, что все четыре задних колеса одновременно потеряют сцепление с дорожным полотном, очень невелика.

Трехосный грузовик французской фирмы Mathis с колесной формулой 6х2, 1933 г.

После постройки первого образца трехосного грузовика в Соединенных Штатах прокатилась волна создания множества подобных конструкций. Законодатели повысили допустимую полную массу шестиколесных машин по сравнению с четырехколесными в полтора раза. К примеру, в штате Делавэр он достиг 16,3 т, в Канзасе – 15,5 т, в Неваде – 17,3 т. Трехосные грузовики заполонили американские магистрали, а вскоре вслед за заокеанскими фирмами к производству подобных машин приступили в Европе. Лидером этого направления в Старом Свете стала немецкая фирма Bussing A.G., чьи конструкции отличались техническим совершенством.

Для повышения проходимости на задние колеса надевали специальные бандажи

Грузовик на бандажах был способен преодолеть крутой холм

Когда задняя ось была неведущей
Следует заметить, что в первые годы разработки нового типа грузовиков конструкторы ограничивались подведением под раму дополнительной неведущей третьей поддерживающей оси, главное назначение которой заключалось в передаче полной массы автомобиля через большее число опор. Трансмиссия грузовика в этом случае была идентична трансмиссии двухосной модели.

Подвеска и привод задних колес

Шасси автомобиля Renault 10CV

Шасси трехосных грузовиков отличалось от шасси двухосных машин более длинной рамой и специальной подвеской задних мостов. На первых трехосках наибольшее распространение получила так называемая балансирная подвеска мостов с двумя полуэллиптическими рессорами с каждой из сторон автомобиля. Обе рессоры стягивались в средней части хомутами вместе со специальным подшипником между ними, допускающим значительные перекосы мостов под воздействием дорожного полотна. Крепление рессор производилось не точно посередине, а ближе к среднему мосту, что перемещало основную часть нагрузки ближе к ведущим колесам. Это решение способствовало лучшему сцеплению колес с грунтом и повышало проходимость машины на скользком покрытии. Балансирная подвеска мостов трехосок обеспечивала преимущество перед подвесками двухосных машин в том, что при наезде задних колес на препятствие рама получала значительно меньшие вертикальные перемещения, соответственно уменьшалось и динамическое силовое воздействие на автомобиль. Все это приводило к тому, что легкие трехоски могли двигаться по грунтовым дорогам с достаточно высокими скоростями, обеспечивая комфорт для водителя и пассажиров.

Специальная версия автомобиля Renault 10CV для экспедиции по Северной Африке

Трехосный легкий автомобиль Renault 10CV

Усложнение конструкции
Дальнейшим шагом в развитии трехосных автомобилей стало снабжение их задними ведущими осями, т. е. от колесной формулы 6х2 конструкторы перешли к формуле 6х4. Хотя при этом общая схема трансмиссии значительно усложнилась, проходимость автомобилей существенно возросла. Во/первых, стала использоваться вся сцепная масса, приходящаяся на ведущие колеса, а во/вторых, при потере сцепления колесами одной из двух ведущих осей, к примеру, при попадании на скользкую дорогу, при переезде через канаву и т.п., колеса другой оси могли обеспечить дальнейшее продвижение автомобиля. Заметим, что это имело место при отсутствии межосевого дифференциала, которым сначала легкие грузовики не снабжались. Если бы действительные радиусы качения колес обеих пар задних мостов были бы одинаковыми, не было необходимости в применении межосевого дифференциала, так как все колеса перекатывались бы по дороге с одинаковой скоростью и одинаковая линейная скорость соответствовала бы одинаковым угловым скоростям. Однако в действительности радиусы колес никогда не были одинаковы вследствие различной степени износа шин и различного давления в шинах. Так как трансмиссия автомобиля обеспечивала колесам среднего и заднего мостов равную скорость вращения, все колеса должны были катиться по дороге с равными угловыми скоростями, что при различных их диаметрах неизбежно приводило к проскальзыванию колес той или иной оси, а точнее, к скольжению шин по поверхности дороги. На неровных дорогах, когда одно или два колеса всегда имели небольшое сцепление с дорогой, проскальзывание колес не вызывало значительной потери мощности и износа шин. При движении с небольшими скоростями по сравнительно ровной дороге износ шин и нагрузка натрансмиссию значительно возрастали, что вызывало необходимость введения межосевого дифференциала на трехосных машинах. Впервые он появился на лондонских автобусах, работающих с большими нагрузками. Дальнейшим шагом в этом направлении явилась установка блокируемых межосевых дифференциалов для повышения проходимости автомобилей.

Схема подвески ведущих мостов грузовика ГАЗ-ААА

Первые трехосные автомобили с колесной формулой 6х4, разработанные в США, имели червячные передачи для привода ведущих мостов. Постепенно от них отказались в пользу шестеренчатых, в том числе и гипоидных передач, однако в течение многих лет червячные передачи были широко распространены на автомобилях, производимых в Англии. Основными преимуществами червячной передачи были бесшумная работа, возможность получения в одной ступени очень высокого передаточного числа и легкость создания «проходной» передачи для привода заднего моста через средний. Вследствие того, что зубья червячной передачи нарезались порой неточно, а монтаж осуществлялся небрежно, КПД червячной передачи был достаточно низким, а износ деталей высоким. Кроме того, червячная передача была необратима, т. е. крутящий момент в ней не мог передаваться от колеса червяку. Тем не менее простота передачи и компоновочные преимущества редуктора привели к широкому распространению ее в трансмиссии трехосок 20-х – 30-х годов прошлого века.

Устройство задней тележки мостов грузовика ЗИС-6

Уже при испытании первых трехосных автомобилей было замечено, что в дополнение к проскальзыванию шины по окружности вследствие различных радиусов качения колес происходит поперечное проскальзывание шин на поворотах. Так как два задних моста автомобиля параллельны друг другу, на повороте некоторые из колес просто обязаны проскальзывать в поперечном направлении. Это проскальзывание конструкторы первых и легких трехосок пытались уменьшить, создавая упругое крепление задних мостов в горизонтальной плоскости. Применяя подвеску мостов на двух продольных перевернутых рессорах (с каждого борта), конструкторы стремились к тому, чтобы центробежная сила на поворотах переносила часть подрессоренной массы с внутренних рессор на наружные. При заметном выгибе длина внутренних рессор уменьшалась, а наружных увеличивалась, и параллельность между мостами нарушалась. Было замечено, что нарушение параллельности мостов приводило в этом случае к улучшению условий управления автомобилем и снижению проскальзывания шин. Соответственно для уменьшения проскальзывания конструкторы стремились к снижению расстояния между задними мостами, делая его как можно меньше. Считалось, что оно должно равняться диаметру шины плюс 150…250 мм.

Специальный трехосный автомобиль грузоподъемностью 10,0 т фирмы Four-Wheel Drive Auto Co. (США) с передним и средним ведущими колесами, 1931 г. Автомобиль построен для транспортировки огромных бобин с кабелем...

Трёхосная экзотика
Двадцатые–тридцатые годы прошлого века – период, когда конструкторы предлагали самые различные приводы ведущих колес для трехосных автомобилей. Им не хотелось излишне усложнять и удорожать конструкцию, вместе с тем желание дать мостам «больше свободы» для улучшения проходимости машины порой приводило к появлению очень оригинальных решений.

Привод на задние колеса грузовика фирмы Scammel

В этой связи нельзя не вспомнить, что именно в те годы чешская фирма Tatra выпускала обширный модельный ряд трехосных автомобилей с рамой-трубой и независимой подвеской всех колес на качающихся полуосях. Эта конструкция благополучно дожила до наших дней и хорошо известна читателям. Иная судьба у решения, которое было реализовано на трехосных грузовиках специалистами ныне уже забытой английской фирмы Scammel. У этих грузовиков с колесной формулой 6х4 имелся лишь один задний мост, подвешенный на двух обычных полуэллиптических рессорах. На торцах моста, где обычно размещаются ступицы колес, на грузовиках Scammel были укреплены свободно вращающиеся балансиры, на каждом из концов которых закрепляли по колесу. Передача крутящего момента этим колесам осуществлялась через блок шестерен (его еще называли «гитара»). Преимущество этого решения заключалось в том, что колеса вращались строго в одной плоскости, а недостаток – масса неподрессоренных частей очень увеличивалась. При движении этого автомобиля по плохим дорогам на раму передавались большие нагрузки, что заставило конструкторов делать ее мощнее, прочнее, а значит, и тяжелее. Очень большим нагрузкам подвергались и рессоры, передававшие как толкающие, так и скручивающие усилия. Наконец, «жесткая» связь между ведущими колесами одного борта во время движения по бездорожью приводила к постоянному перераспределению нагрузок между ними, дополнительно нагружая главную передачу и всю трансмиссию. Все это привело к тому, что эта конструкция надолго попала в вузовские учебники для будущих инженеров в качестве примера неудачного решения.
Особая роль лёгких трёхосок
В конце 20-х в Англии фирмой Morris было разработано целое семейство легких трехосных автомобилей различного назначения с колесной формулой 6х4 и конструкцией ходовой части, обладавшей высокой приспособляемостью к неровной местности. В то время привод на переднюю ось еще не получил сколько/нибудь серьезного распространения, поэтому подобные легкие трехоски стали объектом пристального внимания со стороны военных, членов различных экспедиций в труднодоступные места и др. Легкие трехосные автомобили сыграли свою заметную роль в истории и были вытеснены полноприводными двухосными автомобилями, появившимися накануне Второй мировой войны. Что касается более тяжелых трехосных грузовиков, то их конструкция непрерывно совершенствуется, и в настоящее время нет ни одной крупной автомобилестроительной фирмы, в модельной гамме которой они отсутствовали бы.