НОВЫЙ ТРАНСПОРТ НА НОВЫХ ДОРОГАХ

МАШИНЫ - МОНСТРЫ И ОСЬМИНОГИ

Еще секунда - и колоссальный механизм 
прошел мимо меня… Это была управляемая машина. 
Машина с металлическим звонким ходом, с длинными 
гибкими блестящими щупальцами (одно из них 
ухватилось за молодую сосну)…

Г. Уэллс. Война миров

Каким бы разнообразным, а подчас и неожиданным ни представал перед нами мир резины, все же основной областью использования этого материала являются шины. Только на нужды нашей страны их требуется приблизительно 70 млн. штук в год. И эта цифра будет увеличиваться. Но дело не только в том, что шин потребуется больше, растут требования к их техническим характеристикам.

Наш век наряду с атомным, полимерным, электронным называют веком скоростей. И это относится не только к космическим кораблям и самолетам. Растут скорости поездов, не отстают от них и автомобили. Один из последних рекордов скорости четырехколесного реактивного экипажа (его уже и автомобилем не назовешь) составил 1019 км/ч. По расчетам специалистов эта машина может преодолеть звуковой барьер. Конечно, если сравнивать скорость такой машины-ракеты со скоростью появившихся в конце прошлого века первых бензиновых автомобилей, то она покажется фантастической. И этим мы обязаны не только двигателю. В истории автомобиля огромную роль сыграла резиновая пневматическая шина.

Область применения резины

Первые автомобили, имевшие металлические шины, в Англии иронически называли «истребителями воробьев», настолько невероятные шум и тряску они вызывали, а последнее требовало от всех деталей колоссальной прочности и отсюда большого веса. Француз Андре Мишлен в 1894 г. установил на автомобиль пневматические шины. Это произвело переворот в автомобилестроении. Если в 1895 г. автомашина марки «Понар-Лавассер», выигравшая знаменитую гонку по маршруту Париж - Бордо - Париж (1200 км), имела в расчете на 1 л. с. мощности мотора вес 1000 кг, то уже через год машины, снабженные пневматическими шинами, полегчали до 160 кг/л.с. В дальнейшем уменьшение веса шло быстрыми темпами: 1897 г.- 100 кг/л.с., 1899 г.- 65, 1900 г.- 40, 1908 г.- 10 кг/л.с. Вот одна из основных причин роста скорости автомобилей.

В гонках 1895 г., где состязалось 46 автомобилей, участвовала машина Мишлена, оборудованная пневматиками. Машина не уложилась в положенное время (100 ч), но все же вернулась обратно своим ходом. И это было большим успехом резиновой шины; ведь большинство других машин застряло в пути, и их отправляли обратно по железной дороге или с помощью конной тяги. Но уже в следующем году на гонках Марсель - Париж машины с резиновыми шинами получили несколько призов.

А. Мишлеп приспособил шину к автомобилю. Именно «приспособил», потому что пневматики старше автомобиля.

В один из летних дней 1846 г. внимание лондонцев было привлечено странной каретой. Она не громыхала тяжелыми колесами на железных шинах, а двигалась бесшумно. Карета принадлежала молодому изобретателю Роберту Томсону. Секрет заключался в невиданных ранее шинах. Они состояли из тонкостенной резиновой камеры, наполненной воздухом и обтянутой кожаной подушкой. Это и была первая пневматическая шина. Однако такие шины часто повреждались, а починка или замена их была возможна только в мастерской. И как часто случалось с изобретениями, новшество было забыто уже через четыре года.

Затем история пневматической шины началась снова. На рынке появились цельнолитые массивные шины. Они не боялись проколов и были дешевле томсо-новских, но на пути к их использованию возникло непредвиденное обстоятельство. В Америке власти запретили применение таких шин, объясняя свое решение тем, что бесшумные шины не предупреждают прохожих о приближении экипажа. Более «гуманным» было решение русских властей. Московские купцы и промышленники, подражая загранице, тоже завели экипажи на резиновом ходу. Быстро проезжая по улицам, экипажи окатывали прохожих грязью, и те, естественно, возмущались. Тогда городская дума создала особую «шинную комиссию». Каждую весну и осень на Театральной площади в Москве проходили испытания новых колес. Наконец комиссия вынесла свое заключение: «Дабы обиженные шинниками обыватели, платье которых может быть забрызгано грязью, летящей из-под шин, могли заметить своих обидчиков, чтобы привлечь их к законной ответственности, экипажи на резиновом ходу должны снабжаться номерными знаками особого цвета, чем обычные номера извозчичьих экипажей».

Широкое использование шины получили в связи с развитием велосипеда. Несмотря на то что его изобрели в начале XIX в., в 60-х гг. он все еще ходил на деревянных колесах с железными шинами. Трудно даже представить, какой тряской сопровождалась подобная езда. Недаром остряки-французы называли велосипед «костотрясом». В 1865 г. Тефенон установил на велосипеде массивные резиновые шины, а спустя 13 лет другой француз - Трюффо - сконструировал трубчатую шину. Эта простая толстостенная труба хотя и была эластичней массивной, все же значительно утяжеляла велосипед. Задачу создания эластичной шины с малым весом решил ирландский ветеринарный врач Данлоп. Сначала он изобрел неудобные, наполненные водой шины, а пережив первую неудачу, усовершенствовал свое изобретение, заменив воду воздухом. Для накачки шины он изобрел вентиль и воздушный насос, получив в 1888 г. патент на свое изобретение. Шина Дан-лопа обладала большим недостатком - не была съемной (она крепилась к ободу с помощью клея), но уже через два года Бартлет выпустил шину, монтаж которой производился без клея. Обод был снабжен закраинами. Появилась первая съемная шина, без которой сейчас трудно представить автомобиль.

Путь усовершенствования автомобиля - это и путь усовершенствования шин, патентов на конструкции которых насчитываются тысячи. И сейчас продолжают создаваться все новые и новые варианты, рассчитанные на все случаи жизни (позднее мы поговорим о них более подробно).

Но нужно ли вообще уделять столько внимания шинам? Оправдано ли это? Смогут ли автомобили как средство перевозки грузов и пассажиров конкурировать с другими видами транспорта? Не утратят ли они свое значение? Нет. Перевозка тяжелых грузов на автомобилях в ближайшее время не только не сократится, но и будет развиваться с увеличением грузоподъемности и скорости. Предполагается, что к концу века скорость автотранспорта на прямолинейных участках дороги достигнет 300 км/ч. Что касается технического и экономического предела грузоподъемности, то определить его в настоящее время весьма трудно. В мировой практике уже известны прицепы грузоподъемностью 1000 т. Учитывая, что такую махину зачастую нельзя использовать полностью, прицеп делают из нескольких элементов (10-, 6- и 4-осных). Для облегчения погрузки и разгрузки дизели и специальная гидравлическая система по команде водителя изменяют высоту платформы. Стоимость такого прицепа более 0,5 млн. дол. Естественно, что немалый «вклад» в стоимость вносят шины. Ведь прицеп имеет 320 колес. И это еще не предел. Самый большой в мире тяжеловоз, построенный этой же фирмой по заказу одной японской строительной компании, состоит из двух отдельных модулей с 1152 колесами.

Еще во времена Римской империи в некоторых ее областях любой пешеход мог поймать «маршрутное такси» - нанять упряжку из двух лошадей, управляемую рабами. Как и сейчас, цена проезда определялась дальностью расстояния: счетчиком служила прикрепленная к оси колеса дощечка, отмечающая каждый его оборот. Но потом этот факт как-то забылся, и временем рождения первого в мире таксомоторного парка, организованного инженером и предпринимателем Г. Даймлером, считают 1896 г., когда жители немецкого городка Бад-Каннштадта прочитали объявление: «Сдаю врачам, путешественникам и др. машины с кучером. В машине 2 - 4 места, колеса резиновые. Езда без шума, запаха и опасности». Теперь к услугам пассажиров на резиновых колесах имеются даже... аэропорты. Такую необычную машину создали в ФРГ. Это омнибус, вмещающий 378 пассажиров с багажом. Длина машины - 20 м, мощность двигателя - несколько сот лошадиных сил. В омнибусе предусмотрено все для подготовки пассажиров к вылету: касса, таможня, проверка паспортов, прием багажа и меры по обеспечению безопасности. В течение нескольких минут пассажир проходит все формальности.

Таким образом, потребности в выпускаемых шинах растут. Растут и требования к их техническим характеристикам, а следовательно, и к материалу, из которого они изготовлены. Многим машинам приходится работать в тяжелых условиях. Например, освоение районов Крайнего Севера стало возможным только благодаря созданию морозостойких резин. Очень часто приходится эксплуатировать транспорт и там, где дорог пока нет. С помощью обычных шип проблему не решить, потребовались новые движители.

Первые внедорожные автомобили появились в па-чале XX в. Сегодня их диапазон велик: от малогабаритных легких вездеходов длиной около 2 м и грузоподъемностью 150 - 200 кг до громадных автопоездов повышенной проходимости, способных транспортировать более 100 т груза (строительные самосвалы, лесовозы, амфибии, внедорожные автобусы, сельскохозяйственные машины).

При разработке машин высокой проходимости идут двумя путями: создают универсальные автомобили для эксплуатации в различных дорожных условиях и специализированные автомобили для определенных труднопроходимых грунтовых условий (снегоходы, болотоходы).

Что же требуется от шин внедорожных машин? Конечно, хорошее сцепление колес с грунтом. Шины прошли долгий путь совершенствования (рисунок протектора покрышек делался с крупным членением, устраивались радиальные выступы на шинах, съемные шпоры на колесах), пока не обрели современной формы в виде массивных грунтозацепов, расположенных елочкой. Теперь это обязательная принадлежность любого автомобиля повышенной проходимости.

Шины «растут». Колеса большого диаметра благодаря своим размерам имеют большую площадь соприкосновения с грунтом, а поэтому оказывают на него меньшее давление, легко перекатываются через препятствия, обеспечивая машине большой дорожный просвет.

Попытки создания большого колеса начались в первые десятилетия нашего века: в 1913 г. в песках Сахары был испытан автомобиль с колесами в рост человека. В 1915т. в России по проекту Н. Лебеденко построили и испытали бронированный самоход с колесами высотой 9 м. Однако при таких размерах колес угол их поворота крайне мал, и идею большого колеса признали бесперспективной, хотя опыты с моделями внедорожных машин, оснащенных трехметровыми колесами, продолжались в некоторых странах и в 40-х гг.

Затем в строительстве колес-гигантов наступил короткий перерыв. И снова в 60-х гг. появились шины-монстры. В США, например, долгое время велись разработки шин диаметром 15,2 м. По мнению инженеров, такие шины целесообразно устанавливать на колесах транспортных машин, которые необходимы при строительстве дорог и плотин. Как же сделать такую шину? Предлагалось изготавливать их сборными и монтировать на стройплощадках, каркас покрышки собирать из полос литой резины, армированной нейлоновым кордом. Полосы монтировать на колесе с полунадутой камерой, пропуская их попеременно одну над другой, чтобы получилось прочное ромбическое плетение, а концы с помощью болтов прикреплять к ободу колеса. По расчетам такое колесо должно было выдержать нагрузку 75 т, при этом удельное давление на грунт не превышало 0,7 кгс/см². Причина столь низкого давления легко объяснима - площадь соприкосновения шины с дорогой составляла 10,7 м². Столь малое удельное давление и позволяло машине легко преодолевать различные преграды.

Но подобные шины существуют в единичных экземплярах. На каких размерах шин остановились инженеры? Размер самой большой массовой шины, выпускаемой в нашей стране объединением «Бобруйск-шина» для карьерных самосвалов БелАЗ грузоподъемностью 180 т,- два человеческих роста.

Увеличивается и ширина шин. Еще в 1933 г. в печати появились сведения о первой советской шине «сверхбаллон», которая успешно выдержала автопробег Москва - Севастополь - Москва. Ее ширина была приблизительно в 2 раза больше, чем у привычных колес. Таким образом, площадь сцепления шины с дорогой и объем воздуха внутри нее возросли. Шина как бы вбирала в себя встречающиеся на пути предметы и легко перекатывалась через препятствия. Автомобиль благодаря этому мог ходить по слабому грунту.

За полувековой период появилось огромное количество машин-вездеходов на колесах. Это и вездеход, построенный в 1937 г. для поиска новых месторождений нефти в болотистых районах штата Луизиана. На его широкие и слабонадутые шины поперек надевали резиновые канаты, которые служили в воде своеобразными лопастями, а в болоте увеличивали сцепление с почвой. Это и появившиеся в начале 40-х гг. машины с системой централизованной регулировки давления в шинах (ГАЗ-66, КрАЗ-255Л, «Татра-813»). При движении по слабым, вязким грунтам давление в таких шинах понижают до 0,5 кгс/см², а на твердой почве повышают до 3-3,5 кгс/см². Совершенствование конструкций шин позволило создать внедорожные автомобили без подвески колес. Ее отсутствие компенсирует большой объем воздуха, заключенный в шине. Так делают и на компактных автомобилях типа «Золо» (ФРГ), и на автопоездах «Ле Турно» (США), способных перевозить до 125 т груза,и др.

Вездеходы создают не только государственные предприятия и фирмы. Их создают и автолюбители-энтузиасты. В 1983 г. в Череповце перед участниками XVII Всесоюзного автопробега самодеятельных конструкций был продемонстрирован не очень внешне привлекательный вездеход - невзрачная «каракатица» на колесах из старых автомобильных камер. Но когда она поехала по газону и наехала на клумбу с цветами, удивлению зрителей не было предела. Попавшие под колеса цветы не только не сломались, а через некоторое время медленно поднялись как ни в чем не бывало - настолько ничтожным было давление шин на почву. На таком вездеходе можно ездить по болотам, преодолевать водные преграды, передвигаться по снежной целине и песку. Однако такая машина обладает низкой грузоподъемностью.

Идти по рыхлому грунту и трудно, и неприятно. Как же шагать, чтобы устать меньше? Надо постараться тратить меньше энергии, которая идет на формирование следов. Значит, шаги надо делать как можно шире. А если шаги настолько малы, что сливаются в сплошную тропку, расход энергии значительно повышается. Но ведь именно так движутся колеса и гусеницы современных вездеходов.

Выходит, ноги лучше колес с энергетической точки зрения. Не случайно в природе нет ни одного существа с колесами вместо ног. Ноги лучше колес и для движения по бездорожью: всадник легко проскачет там, где не пройдет ни один автомобиль. Наконец, такое средство передвижения не портит верхний плодородный слой почвы и растительность, как это случается, например, на Севере, когда в тундре после каждого рейса вездехода остаются незарастающие полосы сорванного мха-ягельника - основного корма оленей.

По мнению ученых, создание «бегающих» машин, скачущих как лошади,- назревшая и вполне осуществимая проблема, и вот здесь без резины не обойтись.

Шагающий паровой автомобиль был построен в Англии более 150 лет назад, а около 100 лет назад математик П. Чебышев, разработавший теорию «прямил» (кинематических систем, превращающих круговое движение в прямолинейное), создал «стопоходящую машину». С тех пор попытки создать шагающие машины не прекращаются. О них неоднократно рассказывал па своих страницах журнал «Изобретатель и рационализатор».

Специалисты давно обратили внимание на гибкость и приспосабливаемость биологических конструкций, созданных природой, однако повторить что-либо подобное в металле не удавалось. Тогда они решили снабдить шагающие машины резиновыми конечностями. Каждая из ног, подобно гусенице, делится на секторы, в свою очередь разделенные пополам. Если такие камеры-секторы в определенной последовательности заполнять воздухом под различным давлением, то резиновые «руки» или «ноги» согнутся в нужном направлении. Тогда механическая резиновая рука, подобно хоботу слона, может обвить какой-либо предмет, поднять его и перенести на новое место. Пневматической системой, приводящей в действие резиновые конечности, будет управлять ЭВМ, в которую заложена биомеханическая программа движения.

Теперь можем представить и картину будущего: в песчаных пустынях, дремучих лесах, непроходимых болотах, на горных кручах трудятся шагающие машины. Вот одна из них: шар на длинных щупальцах, напоминающий осьминога, спустился по круче к небольшой, по быстрой речке. Плавно ступая по камням, он перешел на другой берег. Его щупальца, изгибающиеся, словно змеи, цепляются за каменные выступы и помогают машине выбраться на ровную дорогу. Машина переходит на бег, потом она останавливается, перешагивает через поваленное дерево и снова продолжает путь.