ШНЕКОВЫЙ СНЕГОБОЛОТОХОД ПЭУ-3

В технических требованиях на разработку наземных средств для поиска и эвакуации спускаемых аппаратов (СА) и космонавтов указывалась зона их возможного применения, которая охватывала обширные пространства и различные почвенно-климатические пояса - от тропиков до Арктики. Стало очевидно, что в таких условиях единым универсальным транспортным средством ограничиться нельзя. Тогда в СКБ ЗИЛ совместно с генеральным заказчиком приняли решение о проектировании трех типов поисково-эвакуационных установок:
-  амфибии общего назначения - преимущественно для твердого грунта, плавающей, с ограниченной возможностью эксплуатации на некоторых видах болот и на снежной целине глубиной до 0,8 м;
-  амфибии, предназначенной для использования на грунтах с самой низкой несущей способностью и на снежной целине любой глубины, плавающей по внутренним водоемам;
-  вездехода, оптимизированного для горных условий.

Поисково-эвакуационные колесные установки первого типа были разработаны СКБ ЗИЛ - это колесные полноприводные машины ПЭУ-1 и ПЭУ-2. Учитывая результаты испытаний опытных транспортных средств с нетрадиционными типами движителей, проходивших в СКБ ЗИЛ в 1966-1968 гг., для создания поисково-эвакуационной установки второго типа было решено использовать шнековый движитель.

Напомним, что шнековый движитель представляет собой большой герметичный цилиндр, на наружной поверхности которого имеется винтовая спираль, выполняющая роль грунтозацепа при вращении цилиндра. Большой герметичный объем шнека позволяет спроектировать машину, которая не погружается корпусом ни в болото, ни в воду, а следовательно, не имеет дополнительного сопротивления от трения корпуса о преодолеваемую среду. Эффективность шнекового движителя тем выше, чем больше шнек погружен в грунт или в воду, так как при этом работает большая часть винтовой спирали (и тем большую тягу может реализовать движитель).

В соответствии с ТЗ СКБ ЗИЛ предстояло создать две модификации шнекового снегоболотохода, получившего наименование ПЭУ-3. Пассажирскую модификацию ПЭУ-3А предполагалось оборудовать салоном со спальными местами, кухней, шкафами и т.д. В кабине планировалось разместить поисково-навигационное оборудование и приборы связи, а в кормовой части машины - устройство для жесткой сцепки с грузовым снегоболотоходом ПЭУ-3Б, который должен был оснащаться погрузочным устройством (гидравлическим подъемником) и ложементом для транспортировки СА.

Над шнековым снегоболотоходом, имевшим также заводское обозначение 4904, работали: конструкторы В.А. Грачев, А.П. Селезнев (ведущий конструктор), Ю.И. Соболев, В.В. Цырульников, В.Я. Горин, С.Ф. Румянцев, Н.М. Никонов, Н.В. Лыков, Ю.А. Комаров, Л.А. Кашлакова, Н.А. Егоров, В.В. Пискунов, В.О. Нифонтов, А.И. Отлетов, В.Д. Комаров, Г.И. Мазурин, П.М. Прокопенко, Ю.В. Балашов; испытатели В.Б. Лаврентьев, Н.Н. Яковлев (ведущий испытатель ПЭУ-3А), В.М. Андреев, Ю.П. Федин (ведущий испытатель ПЭУ-3Б), В.Г. Иванов, А.И. Алексеев, П.М. Афиногенов; водители-испытатели Б.И. Григорьев, К.В. Анисимов, А.Н. Гладких; слесари В.И. Зубарев, В.К. Лепешкин.

Краткое описание конструкции

В задней части снегоболотохода ПЭУ-3А (4904) размещались два двигателя ЗИЛ-375 (маховиками вперед), объединенные с двумя гидромеханическими передачами ЗИЛ-135Л. Крутящий момент от двигателей с помощью карданных передач передавался на суммирующий редуктор (пятивальный с косозубыми шестернями), имевший реверсирование для изменения вращения шнеков в летних и зимних условиях.

От центральной шестерни суммирующего редуктора крутящий момент с помощью карданной передачи передавался на главную передачу - редуктор с парой конических прямозубых шестерен, смонтированных в чугунном картере. Бортовые фрикционы - многодисковые, сухие, со стальными дисками. Тормоза ленточного типа. Бортовая передача состояла из конической пары, цилиндрической пары шестерен и двойной планетарной ступени с заторможенным эпициклом и ведомым водилом, от которого приводился во вращение шнековый движитель.

Шнекоход ПЭУ-3А.	Рабочее место водителя.

Кинематическая схема ПЭУ-3А: 1 - суммирующий редуктор; 2, 7, 10 - карданная передача; 3 - гидромеханическая передача; 4 - шнековый движитель; 5 - двигатель ЗИЛ-375; 6 - бортовая передача; 8 - главная передача; 9 - бортовые фрикционы.	Конструкция шнекового движителя.

Управление двигателями осуществлялось педалью под правой ногой водителя. Переключение передач - автоматическое. Включение диапазонов осуществлялось рычагом под правой рукой водителя. Управление поворотом производилось за счет выключения бортовых фрикционов и торможения бортов - при помощи двух рычагов перед водителем. Бортовые передачи переключались тумблером на щитке приборов.

Шнековые движители (диаметр цилиндра - 1200 мм) были изготовлены из листов алюминиевого сплава АМг-61. Трехзаходная спираль приваривалась под углом 34° к оси цилиндра. Высота спирали - 150 мм.

Внешний вид снегоболотохода ПЭУ-3А.

В центральной части машины размещался пассажирский салон, оборудованный четырьмя спальными местами; в передней части находилась трехместная кабина экипажа.

Испытания

Перед сборкой оригинальные агрегаты снегоболотохода (суммирующий редуктор, главная передача, левая и правая бортовые передачи) прошли стендовые испытания в течение 10 ч под нагрузкой 60 кгм. В ходе постройки производилось взвешивание отдельных узлов и деталей, а также собранной машины и прицепа для ее перевозки. Шнекоход ПЭУ-3А был готов 30 апреля 1972 г.

Автопоезд с ПЭУ-3А. Для доставки машины к месту испытаний был разработан специальный прицеп.

Определение максимальной скорости движения ПЭУ-3А на воде с грузом 2,5 т.	Определение диаметра циркуляции.
Движение на сплавине.	ПЭУ-3А пересекает болото глубиной до 800 мм. Май 1972 г.

После того как 18 мая был готов специальный прицеп, снегоболотоход отправили на пробные испытания в район рыбхоза «Нара». После двухчасового движения ПЭУ-3А на плаву с дифферентом на корму около 5° был отмечен сильный нагрев главной передачи (более 100°С). На следующий день в СКВ снегоболотоход разобрали для дефектации и ремонта. Выяснилось, что в результате недостаточной смазки разрушились сальник и подшипник ведущего вала главной передачи и бронзовые втулки бортовых фрикционов. При осмотре был замечен сильный износ зубьев конических пар шестерен левой и правой бортовой передачи, а также разрушение крышки корпуса правой бортовой передачи. После ремонта и доработки отдельных узлов (изменения конструкции подвода смазки к подшипникам главной передачи и усиления подшипников бортовых передач) машину подготовили к продолжению испытаний.

Летний этап испытаний прошел в июне-августе 1972 г. Скоростные, тягово-динамические и экономические испытания проводились без груза и с 2,5-т нагрузкой. Для сравнения в испытаниях участвовали шнекоход ШН-68 и гусеничный транспортер ГАЗ-71. Без груза снегоболотоход 4904 развил скорость 10,1 км/ч на воде, 7,25 км/ч на болоте, покрытом водой (глубиной до 500 мм), и 4,45 км/ч на сплавине, заросшей высокой осокой, камышами и кустарником. С грузом в этих условиях скорость составила: 9,25 км/ч - на воде, 7,1 км/ч - на покрытом водой болоте и 3,2 км/ч - на сплавине. Максимальная тяга на швартовых равнялась 1430 кг без груза и 1720 кг с грузом. Тяга на покрытом водой болоте достигла 1780 кг без груза и 1330 кг с грузом. Максимальная тяга снегоболотохода с грузом 2,5 т была получена на входе в болото с глинистым дном и составила 11070 кг. Гусеничный транспортер ГАЗ-71 на сплавине двигаться вообще не мог.

	График изменения скорости движения на воде от частоты вращения двигателя: 1  - 4904 при статическом дифференте на корму 1°50'; 2 - 4904 при статическом дифференте 0°; 3 - 4904, груженный при статическом дифференте 0°; 4 - ШН-68.
		Определение тяги на швартовых в ходе испытаний на воде.

26 июля на испытаниях присутствовали начальник отдела управления ВВС В.М. Романенко, старший военпред завода Ю.В. Исполатов, ученые Академии БТВ А.П. Степанов и Я.С. Агейкин.

В процессе ходовых испытаний была отмечена недостаточная маневренность ПЭУ-3А при движении по сплавине по сравнению со ШН-68. При повороте машина стремилась уходить в сторону наименьшего сопротивления. Движение на воде по заданному курсу при скорости бокового ветра более 4-5 м/с производилось с частыми подруливаниями из-за большой парусности снегоболотохода.

Разгрузка ПЭУ-3А перед испытаниями. Стоят за машиной (слева направо): А.И. Филиппов, В.А. Грачев, А.П. Селезнев, Ю.И. Соболев и Н.В. Лыков.	Кабина экипажа снегоболотохода ПЭУ-3Б

В то же время снегоболотоход ПЭУ-3А уверенно выходил из воды на пологий берег с суглинистым грунтом. Он беспрепятственно преодолел болото, заросшее высокой травой и осокой. Но на сплавине наблюдалась плохая управляемость.

На входе и выходе из воды с относительно твердым берегом ПЭУ-3А свободно передвигался боком при отключении одного из бортов (выключении фрикционов). Однако при этом отмечались проблемы с управляемостью, в связи с чем переход из одного водоема в другой осуществлялся только с помощью вспомогательного автомобиля, лебедкой которого производились довороты снегоболотохода на необходимую величину.

Испытания по определению диаметра циркуляции проходили в водоеме глубиной 4,5 м. ПЭУ-3А двигался на 2-й передаче ГМП при включенных поочередно бортовых фрикционах. Диаметр циркуляции составил 12,5 м, т.е. 1,5 длины корпуса машины.

Кинематическая схема ПЭУ-3Б: 1 - двигатель ЗИЛ-375; 2 - гидротрансформатор; 3 - гидромеханическая передача; 4 - шнековый движитель; 5, 10 - карданная передача; 6 - бортовая передача; 8 - угловой редуктор; 9 - бортовые фрикционы.

Шнекоход 4904 после модернизации в грузовой вариант ПЭУ-3Б.	Рабочее место водителя снегоболотохода ПЭУ-3Б.

Грузовой вариант

При модернизации машины в грузовой вариант ПЭУ-3Б основным изменениям подверглась система управления. Суммирующий редуктор демонтировали. Крутящий момент от двигателей через гидромеханические передачи передавался непосредственно на главную (угловую) передачу своего борта. Педаль управления двигателями у водителя убрали. Теперь управление двигателями, включение бортовых фрикционов, торможение бортов осуществлялось с помощью рычагов перед водителем. Каждый рычаг системой тяг соединялся с дроссельной заслонкой карбюратора двигателя и с фрикционом соответствующего борта. При перемещении рычагов в направлении от водителя происходило увеличение оборотов двигателя, и снегоболотоход двигался вперед. При перемещении рычагов к водителю фрикционы выключались, включался тормозной механизм и одновременно уменьшалась частота вращения коленчатого вала двигателя, т.е. машина тормозилась.

Пассажирский салон сняли, двигатели установили за кабиной, развернув их маховиком назад, а в задней части машины разместили грузовую платформу.

Совместные испытания снегоболотоходов ПЭУ-3Б и ЗИЛ-2906 проводились зимой с 18 января по 16 февраля 1978 г. на территории рыбокомбината «Нара» на спущенных прудах, покрытых снегом. Глубина снега на рабочих участках составляла 350-550 мм. Дно прудов представляло собой ровные площадки с рыхлым торфяным покровом. До 6 февраля снег был рыхлый, сыпучий, температура воздуха колебалась от -22 до -8°С. С 6 по 10 февраля наблюдалась оттепель, температура повысилась до -3°С. Снежный покров увлажнился и уплотнился.

ПЭУ-3Б двигался по прямой, поворачивал на 90°, разворачивался, перемещался боком вправо и влево, шел по склону дамбы вдоль нее, поднимался на дамбу и спускался с нее. Для выявления степени сложности управления снегоболотоходом опытного водителя заменяли другими, не имеющими никаких навыков вождения подобных машин. Все они в течение 5-10 мин удовлетворительно освоились с управлением. Хотя в процессе испытания неоднократно отмечалась простота и надежность управления, при движении по прямой (без подруливания) наблюдался постепенный увод машины влево при одинаковых оборотах двигателей.

При движении по торфу, покрытому рыхлым снегом глубиной более 500 мм, ПЭУ-3Б свободно маневрировал. При движении по дуге большого радиуса (больше 1,5 корпуса) наблюдалось незначительное пробуксовывание наружного винтового ротора. Повороты или развороты по дуге большого радиуса успешно осуществлялись с помощью рычагов управления оборотами правого и левого винтовых роторов. Повороты или развороты по дуге малого радиуса (меньше 1,5 корпуса) достигались двумя способами.

В первом случае один из рычагов был поставлен в положение холостого хода и выключенного фрикциона угловой передачи. Наблюдалось значительное пробуксовывание винтового ротора. Маневр происходил рывками, так как приходилось время от времени менять место поворота из-за большого скопления снега и торфа под днищем снегоболотохода.

Во втором случае один из роторов затормаживали, а второму давали максимальные обороты. Пробуксовка вращающегося ротора происходила интенсивнее, чем в случае нейтрали. Кроме того, заторможенный ротор при маневре нагребал снег и торф под днище машины. Этот процесс длился до тех пор, пока снегоболотоход полностью не вывешивался на грунте. При этом он мог двигаться только задним ходом.

Для изменения направления движения с переднего хода на боковое движение (на твердом грунте) и задний ход на щитке приборов водителя имелись тумблеры с обозначением «задний ход», «движение вправо», «движение влево», которые соединялись с механизмами управления ГМП. Это позволяло при их переключении получать соответствующее направление вращения винтовых роторов.

Совместные испытания шнекоходов ЗИЛ-2906, ПЭУ-3Б и гусеничного вездехода ГАЗ-71.

При работе на рыхлых и переувлажненных грунтах и воде тумблеры «движение вправо» и «движение влево» могли использоваться для разворотов. Так, на рыхлом снегу с подстилкой рыхлого торфа (глубина снега более 500 мм) снегоболотоход быстро (за 10-12 с) разворачивался на 180°.

ПЭУ-3Б преодолевает подъем 20°.	Движение ПЭУ-3Б по снежной целине.

Большой запас мощности, а также наличие ГМП позволяли ПЭУ-3Б уверенно преодолевать 30°-ные подъемы.

На снегу глубиной менее 500 мм спирали шнеков задевали за грунт и быстро изнашивались, что приводило к образованию трещин в местах сварки и к поломке спиралей.

При движении вдоль склона с углом наклона 20° снегоболотоход скатывался вниз под действием собственного веса. В этих условиях перемещение было возможно только уступом, т.е. сначала машина шла по склону наискось вверх, скатывалась вниз, затем снова поднималась наискось вверх.

Скоростные испытания проходили на мерном участке длиной 200 м с глубиной снежного покрова 350-550 мм. ПЭУ-3Б развил на этом участке скорость 10,5 км/ч, ГАЗ-71 - 20,6 км/ч, ЗИЛ-2906 - 13,3 км/ч. Расход топлива у ПЭУ-3Б при этом составил 78,6 л/ч. Из-за большого расхода топлива и недостаточной вместимости топливных баков (2x170 л на грузовом варианте) было рекомендовано использовать машину при работе на небольших расстояниях - до 25 км в один конец.

Испытания подтвердили удобство и надежность модернизированной системы управления. Одновременно наблюдался высокий износ спиралей шнековых движителей (гребень спирали постоянно находился в зоне повышенного трения и работал в наиболее тяжелых условиях).

Транспортировка снегоболотохода по различным дорогам Подмосковья производилась на специально разработанном прицепе. Большие габаритные размеры системы «снегоболотоход - прицеп» (высота - 3900 мм, ширина - 3600 мм) при высоком расположении центра тяжести и нагрузке на ось прицепа более 4 т (вес системы - 12555 кг) требовали в каждом отдельном случае предварительной разведки маршрута и согласования его с Госавтоинспекцией.

Транспортирование снегоболотохода ПЭУ-3Б.

Некоторые выводы

По результатам испытаний использование ПЭУ-3 в качестве поисково-эвакуационной машины было признано нецелесообразным, в основном - из-за больших габаритов и веса, затруднявших ее транспортировку.

Продолжение работ по созданию снегоболотоходов для поисково-эвакуационных целей было рекомендовано вести с учетом возможности транспортировки их вертолетами Ми-6, а также удобства погрузки, разгрузки и доставки к месту непосредственного использования машинами на колесном шасси.

Однако отрицательные результаты испытаний свидетельствовали только о том, что ПЭУ-3 использовался не по назначению. Он мог бы вполне успешно служить в качестве транспортного средства для геологов, полярников, использоваться как технологическая машина в искусственных водоемах для разведения рыбы или на торфоразработках. СКБ ЗИЛ построил эффективный снегоболотоход, способный не только самостоятельно преодолевать непроходимые для гусеничных машин снега и болота, но и транспортировать 2,5 т груза или развивать силу тяги до 2 т при буксировании, например, технологических рабочих органов.

Несмотря на отрицательную оценку, ПЭУ-3 стал важным этапом в проектировании роторно-винтовых снегоболотоходов. На нем была отработана конструкция шнекового движителя, система управления, техника и тактика работы подобных машин на различных грунтах с малой несущей способностью. Полученные результаты испытаний позволили коллективу СКБ ЗИЛ уже в скором времени создать малогабаритные и высокоподвижные авиатранспортабельные шнековые снегоболотоходы ЗИЛ-2906 и ЗИЛ-29061.

Литература

1.  Соболев Ю.И. Аванпроект ПЭУ-3: Пояснительная записка. - М.: ЗИЛ, 1969. -40 с.

2. Яковлев Н.Н., Селезнев А.П., Алексеев А.И. Заводские испытания шнекохода 4904. Технический отчет. 1-й этап. - М.: ЗИЛ, 1973 г. - 82 с.

3.  Зимние испытания изделий 4904 (измененный вариант), 2906 и ГАЗ-71. Технический отчет. - М.: ЗИЛ, 1979. - 53 с.