МОУ "Гимназия г. Алдан"

Экспериментально-изобретательская работа

(пособие для конструктора самодельного вездехода)

Мой самодельный вездеход

Автор пособия:

ученик 8a класса Смоленцев Сергей

Практический руководитель:

Смоленцев Леонид Фёдорович

Научный руководитель:

учитель физики Сидорова Вера Павловна

Фото 1. А это - я!

Вместо предисловия

В 2000 году мы с моим отцом стали собирать самодельный вездеход на колёсном ходу. Все агрегаты были уже найдены, отремонтированы и находились в хорошем техническом состоянии. Первая конструкция была собрана в 2001 году. Но наше оригинальное транспортное средство оказалось очень ненадёжным агрегатом, и поэтому мы взялись за его реконструкцию. Прежде всего, перед нами стояли следующие конструкторские задачи:

Надёжность;
Простота конструкции;
Малые материальные и энергетические затраты;
Простое управление;
Комфортабельность;
"Умение" держаться на воде.

Максимальная проходимость по пересечённой местности. Всё это требовало напряженной умственной и физической работы, нужны были навыки сварщика, токаря, фрезеровщика, механика, моториста. Но дело у нас спорилось: шаг за шагом, болт за болтом наш вездеход преображался, - "заполнялась" рама, устанавливались разные агрегаты. Двигатель от снегохода "Буран", коробка передач от мотоцикла "Днепр", раздаточная коробка от автомобиля "ВАЗ-2121 Нива", мосты от автомобиля "Москвич" - вот и все агрегаты заводского изготовления, а всё остальное - это плод нашего воображения и наших "конструкторских" идей. Главнейшей задачей у нас было сделать мощную раму и "намертво", но через резиновые подушки (для гашения вибраций при перегрузках), закрепить различные агрегаты, так как при оборотах, близких к 5000 об/мин, на колесе крутящий момент составляет около 700 килограммов.

Фото 2. Место водителя

Сегодня наш вездеход представляет собой наземное транспортное средство, способное преодолевать любые наземные препятствия от болотно-водяной массы до кустарника и подлеска. Конструкция вездехода позволяет преодолевать водные преграды вплоть до снежно-водяной массы.

Фото 3. Преодоление водной преграды

Пока я расскажу о главных частях моего вездехода.

Шины

Сначала "покрышка" колеса была изготовлена классическим методом: из транспортёрной ленты. При езде по камням и тайге такие колеса были очень уязвимы и часто рвались. Именно поэтому мы задумались изготовить шины из колес КрАЗа размером 1300x530x533 мм, так как такие колеса не имеют сварного шва, который является слабостью колёс-"классиков" (на нём колесо чаще всего рвётся, т. к. при вулканизации корд плавится и становится непрочным). Заводы на такие вездеходы шин не выпускают, следовательно, приходится что-то изобретать. И мы изобрели. На фотографиях изображены заднее и переднее колесо. Да, пусть они не сильно красивы, пусть неказисты, зато крепки и недороги! О способе изготовления можно сказать одно: "Всё гениальное - просто". Берём покрышку от КрАЗа (бывшую в употреблении), вырезаем внутренний металлокорд так, чтобы получилось "кольцо" (ширина в зависимости от наружного диаметра диска), которым покрышка крепится на "кразовском" диске, надрезаем резину с двумя кордами из капрона (обязательно всё - по направлению - поперёк колеса). Далее заглубляем паз по направлению вращения, делаем отверстие, находим две неподвижные точки, расположенные недалеко друг от друга, через отверстие в заготовке пропускаем трос от мощной лебёдки, тяговое усилие которой 10 - 50 тонн, и которая прикреплена за одну точку. Колесо обволакивает другой трос, который прикреплён за другую точку.

Фото 4. Переднее колесо

Несколько советов для вездеходчиков, решивших воспользоваться этим способом: работать лучше в паре, использовать ножи желательно из "рапидовых" пил, заточенных под углом 30 - 45 градусов. При работе колесо может проворачиваться, но не стоит волноваться - подложите подходящую доску-"сороковку", и проблем не будет. В итоге у вас получится колесо весом около 10 - 15 кг при начальной массе 100 - 120 кг.

Фото 5. Заднее колесо

Внимание! Колёса подходят только от машины, камеры которой используются!

Ладно, пусть не важен метод, важен результат. Согласен. Просто ради интереса, готовые к любым испытаниям, мы поставили передние колеса-"классики" и рванули на рыбалку. По сравнению с новыми колесами старые оказались безнадёжны - через 200 километров "сбруя" на обоих колесах просто лопнула, а на задних износ не превысил и 1 мм! Теперь все колеса "обуты" в наше изобретение, и претензий к ним нет.

Трансмиссия

Трансмиссия до реконструкции была ужасной: то вал скрутит, то шлицы срежет! После реконструкции все валы, передающие вращение, заменились на "москвичовские" задние полуоси, что повысило надёжность нашего аппарата.

Фото 6. Коробка передач

В трансмиссии после реконструкции появился понижающий редуктор с передаточным числом 3.73. Шестерни мы использовали из старой самодельной раздаточной коробки, которая стояла на вездеходе сначала. Перед ней стоит коробка передач от тяжёлого мотоцикла "Днепр".

Фото 7. Раздаточная коробка

Мосты использовались и используются от "Москвича", и, как нас убедил наш опыт, - прочности им не занимать. В наших испытаниях трансмиссия ни разу не подвела, а испытания были "зверские" - "морские" походы, езда по болотам, "курумникам", гольцам, крутые подъёмы и спуски, "гонки" по зимней реке и снежной целине - всё трансмиссии было нипочём с грузом на борту около 300 - 400 кг!

Фото 8. Передний мост

Во всех агрегатах залито трансмиссионное масло ТАД-17И. Всё ходит просто замечательно - практически нигде нет подтёков масла, за исключением коробки - немного подтекает примерно 10 г масла на 100 километров, но с этим просто миришься.

Фото 9. Задний мост

Шумность трансмиссии очень низкая, что говорит о хорошей притирке шестерёнок, подшипников, противодетонационных втулок и. т. д. После реконструкции трансмиссия нас не устраивала, и вскоре, после того, как мы опробовали вездеход на ходу, мы перебрали все агрегаты, заменили изношенные подшипники и заменили масло. Сейчас трансмиссия находится в отличном состоянии.

Рулевой механизм

Рулевой механизм сначала стоял от ГАЗ-53 массой чуть ли не 15 кг. А ведь вездеход должен был плавать. Тогда мы немного изменили конструкцию и поставили рулевой механизм от ВАЗ-2106. Но при испытаниях рулевое показалась нам не очень надёжным, и мы снова изменили конструкцию и поставили рулевой механизм от автомобиля УАЗ-452. Несмотря на то, что вездеход у нас состоит из 2 полурам (нечто подобное можно обнаружить рассматривая трактор К-701), по управлению можно подумать, что находишься в иномарке - настолько лёгкое управление. Как мы этого добились? Очень легко! Мы просто увеличивали длину рычага и уменьшали рулевую сошку.

Рулевой механизм преобразует вращение рулевого колеса в продольные перемещения рулевой тяги. Рулевое колесо соединено с рулевым механизмом карданной передачей. Рулевая тяга закреплена шарнирным пальцем в задней полураме и за счет продольного перемещения поворачивает одну полураму относительно другой.

Фото 10. Рулевой механизм

Рулевой механизм расположен с левой стороны относительно направления движения, также как и рычаг, закрепленный за заднюю полураму. Если он расположен с правой стороны, то и рычаг должен находиться с правой стороны, иначе движение руля не будет совпадать с направлением поворота. Конечно, у вас назрел вопрос - подводило ли нас рулевое? Если признаться честно - да! Один раз у нас сломало рулевую сошку, то есть вездеход стал просто неуправляем. Чтобы исправить эту поломку, нужен был "наждак" и сварочный аппарат, а где их взять посреди тайги?! Кажется, что выход один - идти пешком. Но у нас не бывает безвыходных ситуаций, так как из любого положения есть выход. Что мы сделали?! Мы согнули рулевую тягу в форме дуги так, чтобы при повороте тяга не касалась рамы, разобрали палец на тяге, отверстием одели на обломок сошки и поехали потихоньку, да так, что ехали 70 километров 8 часов. Но все-таки мы приехали в Алдан.

Двигатель вездехода

На моём вездеходе установлен двигатель от снегохода "Буран", модели РМЗ-640, двухтактный, карбюраторный, рабочий объём цилиндров 635 см³, с контактной системой зажигания, с воздушным принудительным охлаждением от осевого вентилятора. Наиболее сложным узлом двигателя является коленчатый вал, который преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение во вращательное движение коленчатого вала. Именно поэтому тепловая энергия, которая образуется при сгорании топлива в цилиндрах, превращается в механическую энергию коленчатого вала. Невзаимозаменяемые между собой левый и правый поршни, установленные на двигателе, воспринимают давление расширяющихся газов, которые образуются в результате сгорания топлива в цилиндрах, и передают движение шатуну через поршневой палец. Также на поршни установлены по 2 поршневых кольца, обеспечивающих необходимое уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра. Кроме того, поршневые кольца обеспечивают отвод тепла от головки поршня к стекам цилиндра.

Фото 11. Двигатель вездехода (цилиндры сняты)

В двигателе мы использовали новый узел. На выходном валу стоял шарикоподшипник, который имел небольшой люфт на валу. У нас возникла идея сделать канавку на валу, надеть резиновое кольцо и напрессовать подшипник, предварительно смазав кольцо "автогерметиком", чтобы исключить его проворачивание. Результат превзошёл все ожидания - внутренняя обойма подшипника прочно держалась на валу, а резиновое кольцо обеспечивало небольшие повороты подшипника относительно коленчатого вала, что привело к более точной центровке двигателя относительно сцепления и коробки передач.

Мощности его вполне хватает, да и расчёт у нас был такой - этот мотор лёгкий, надёжный и относительно экономичный. Более мощный мотор может повредить трансмиссии, а именно ведущим мостам, поскольку они могут не выдержать нагрузки и "порваться". Как я убедился, двигатель от снегохода вполне хороший выбор для вездехода - он не перегревается при + 30 градусах по Цельсию при вполне приличных нагрузках. Топлива наш мотор потребляет не сильно много: примерно 17 литров на 100 километров пути.

Соединение полурам

Соединение полурам осуществляется при помощи вертикальной оси, которая обеспечивает повороты в горизонтальной плоскости в пределах рулевого механизма и резьбового соединения, обеспечивающего вращение одной полурамы относительно другой. Ось вращается в 4-х шарикоподшипниках (номер 307), закрепленных на задней полураме. Прочность соединения очень хорошая и вполне достаточная для вездехода массой 300 килограмм. Так как вездеход полноприводной, передача движения осуществляется и на задний мост. Все узлы, которые передают вращение на задний мост: 4 карданные вилки, 2 из которых приварены торцами друг к другу, 2 опорных подшипника, вваренные в разные полурамы.

Фото 12. Соединение полурам

На ранней конструкции соединение вращалось только на двух подшипниках. Но нам показалось, что это не сильно надёжно и мы приварили еще две обоймы. Прочность соединения после этой переделки заметно возросла. Также переделки подвергся и передний подшипник. Сначала там стояла, какая-то втулка неизвестного происхождения. Мы изменили конструкцию, поставив бронзовую втулку, так как старая проворачивалась в корпусе. Но не проехали мы и 500 км, как вращение вала напрочь "съело" втулку. На данный момент там стоит шарикоподшипник в выточенном корпусе и мы его не "замечаем".

Электрооборудование

Электрооборудование вездехода состоит из аккумуляторной батареи, генератора, непосредственно встроенного в двигатель мощностью 60 Вт. Так как генератор вырабатывает переменный ток, установлен также и выпрямительный блок, который преобразует переменный ток в постоянный. Для безопасного передвижения в тёмное время суток на вездеходе установлены две фары и четыре габаритных огня. Так как мощности генератора не хватает для обеспечения электроэнергией двух фар, на "ближний" свет работает одна фара, на дальний также одна фара. Также на вездеход установлены 2 "стоп-сигнала", 4 повторителя поворота и фонарь заднего хода.

Фото 13. Электрооборудование

Аккумуляторная батарея стоит емкостью 55 А-ч. Более емкая батарея будет более тяжелой и громоздкой. Для предохранения электрической цепи от короткого замыкания в электропроводке вездехода, в электрическую цепь вставлен биметаллический предохранитель, который разрывает цепь питания при нагревании специальной пластины. Пластина нагревается только в случае короткого замыкания.

Проводка еще ни разу не подвела, не подгорел ни один проводок, не сгорело не единой лампочки. Но, возможно, вскоре мы реконструируем электросеть. У нас есть перспективы установить генератор от автомобиля "ВАЗ - 2106", мощностью 400 Вт.

Самодельный редуктор

Самодельный редуктор располагается между коробкой передач и раздаточной коробкой и служит для понижения оборотов в 3.73 раза. С самого начала на вездеходе стояла самодельная (!) раздаточная коробка. Но нам она не понравилась потому, что она была ненадежная, сильно грелась при работе, шумела при больших оборотах. На ранней конструкции были установлены дифференциалы обоих мостов и, благодаря этому, добились правильного вращения колес, но совсем отключилась система смазки мостов. Переставив дифференциалы как надо, мы столкнулись с проблемой - у нас получилось, что вездеход ехал не в ту сторону, и мы приняли решение собрать из старой, самодельной раздаточной коробки одноступенчатый, понижающий редуктор.

Выточив валы, корпус, места для подшипников, крышки корпуса, мы подобрали шестеренчатую пару и, выполнив сварочные работы, у нас получился редуктор в диаметре примерно 30 см, и толщиной 10 см, с передаточным числом 3.73.

Фото 14. Самодельный редуктор

Совсем недавно мы закончили обкатку редуктора (2000 км), слили из него масло и разобрали. Мы были сильно удивлены, когда увидели идеальную пару, ведь мы очень сильно нагружали его. Это доказало его высокую профпригодность.

Сейчас мы хотим модернизировать вездеход, а именно - самодельный редуктор. Мы установим "камазовский" редуктор с передаточным числом 3.33.

Фото 15. Ходовые испытания вездехода