Как на вездеходе ЗИЛ-5901 в конце 60-х впервые в мире появились дисковые тормоза на трансмиссии

Всё началось в 1967 году, когда Поисково-спасательная служба (ПСС) ВВС СССР поставила перед Специальным конструкторским бюро ЗИЛа задачу по созданию новой поисково-эвакуационной установки ПЭУ-2: ПЭУ-1 под новые требования ПСС уже не подходила.

Мало места!

Основой силовой установки ПЭУ-1 был 180-сильный двигатель ЗИЛ-375, который работал в паре с гидромеханической трехступенчатой передачей (ГМП) от автомобиля ЗИЛ-135Л. Через карданную передачу коробка посылала мощность к раздаточной коробке. В ней был установлен дифференциал, который делил поток на две «ветки» – каждая к своему борту. От бортовых редукторов поток шёл к каждому колесу. Таким образом, все колёса каждого борта были жёстко связаны между собой, а при блокировке дифференциала в раздатке уже все колёса вращались с одинаковой скоростью.

ПЭУ-1 была оборудована барабанными рабочими и стояночными тормозами с пневмогидравлическим и механическим приводами соответственно. Чтобы защитить от воды и грязи рабочие тормоза, установленные в ступицах всех колес, их пришлось сделать герметичными. Стояночный тормоз смонтировали на двух центральных бортовых передачах.

Наряду с четырьмя членами экипажа в кабине ПЭУ-1 могли находиться только два космонавта, да и то – на откидных двухъярусных носилках. Удовольствие не из самых приятных, тем более что в кабину можно было попасть только с помощью люков в крыше. Если же космонавт после полёта не мог двигаться самостоятельно, три человека с помощью носилочных лямок переносили его в машину из спускаемого аппарата. В то время как раз намечались полёты с длительным пребыванием на орбите двух, а то и трёх космических кораблей. Стало быть, могло потребоваться размещение на борту ПЭУ до пяти космонавтов, часть из которых совершенно точно по возвращению потеряла бы двигательную активность. Стало быть, нужно было предусмотреть место и для медперсонала. Короче говоря, ПЭУ-1 уже не годилась: требовалось больше места и большая грузоподъёмность, а значит, нужно увеличивать и мощность двигателя.

Зачем понадобились диски?

ПЭУ-2 (6х6), получившую фирменное обозначение ЗИЛ-5901, планировали оснастить просторным пассажирским салоном, для транспортировки спускаемого аппарата предназначалось вместительное грузовое отделение, а для его погрузки и разгрузки – более совершенная крановая установка грузоподъемностью 3,4 тонны.

Чтобы все это хозяйство разместить на шасси, да еще сделать его плавающим, пришлось укрупнить и утяжелить вездеход, что требовало увеличения мощности мотора. Этого же требовали и широкие условия предполагаемой эксплуатации: машина должна была ездить по пескам и по снежной целине, желательно с высокими скоростями.

Итак, в сравнении с ПЭУ-1 длину новой машины увеличили с 8,34 до 11,7 м, ширину – с 2,6 до 3,275 м, колесную базу – до 3150+3150 мм (у ПЭУ-1 – 2500+2500 мм). Существенно изменили компоновку и агрегатное наполнение. В передней части разместили комплекс радионавигационного оборудования, четырехместную кабину экипажа, которая переходила в комфортабельный пассажирский салон. В нём могли с комфортом разместиться четыре космонавта лежа или шестеро сидя. В средней части установили гидравлическую П-образную крановую установку с возможностью боковой погрузки и разгрузки, а в корме – моторный отсек.

ПЭУ-1 и ПЭУ-2 роднило равномерное расположение колес по базе, притом что передние и задние колёса поворачивались на одинаковый угол (задние – в противоположную сторону с передними). С другой стороны, погрузневшему почти в 1,7 раза ЗИЛ-5901 уже понадобилось два двигателя ЗИЛ-375, каждый из которых комплектовался автобусной гидромеханической передачей ЛАЗ-695Ж. В ее состав входили одноступенчатый неблокируемый гидротрансформатор (коэффициент трансформации – 3,1) и автоматическая вальная коробка передач с двумя ступенями переднего и одной – заднего хода. Селектор управления КП имел три положения: «движение», «нейтраль» и «задний ход».

Итак, теперь на каждый борт работал свой мотор и своя коробка, поэтому в чём-то трансмиссия даже упростилась, скажем, пропала «центральная» раздаточная коробка вместе с дифференциалом. Между тем, остались бортовые «раздатки». Они «делили» поток мощности на три – к каждому бортовому редуктору, которые меняли направление «своего» потока на 90 градусов.

В ходе проектирования ПЭУ-2 было установлено, что полная масса машины составит не менее 19 тонн, поэтому эффективность замедления и остановки машины выходили на первый план. Прежде на построенных в СКБ полноприводных автомобилях применялись только барабанные тормоза. Однако при всех своих достоинствах они не позволяли сохранить ста­бильность характеристик в ши­роком диапазоне, одинаковую эффективность действия при движении машины вперед и назад, увеличить передаточное число привода и сократить время срабатывания за счет относительно большого зазора между колодками и барабаном. Механизмы этого типа оказались очень чувствительны к воде, что вынуждало у бродоходной и тем более амфибийной техники герметизировать тормоза, а тяжелые чугунные барабаны и колодки увеличивали неподрессоренные массы. Кроме того, необходимость использования шин с регулируемым давлением воздуха ограничивала размеры тормозных механизмов, монтируемых в ступицах колес. В общем, стало ясно, что от барабанов нужно отказываться.

Взоры зиловских инженеров обратились на дисковые тормоза, которые в 50-60 годах некоторые страны НАТО успешно применили в конструкции ряда опытных и серийных моделей полноприводных армейских грузовиков: Chrysler ХМ-410, ХМ437, Alvis Mk-II и других. Все они оснащались рабочими тормозными механизмами с вращающим­ся диском (или вра­щающимся корпусом), находившимся в ступицах колес.

Но как быть с герметичностью? Снова защищать диски от воды, увеличивая неподрессоренную массу? Тут следует вспомнить о двух особенностях компоновки ПЭУ-2. Первая: все элементы трансмиссии, исключая приводные валы к ведущим колёсам, размещались в водонепроницаемом корпусе. Вторая: в трансмиссии не было дифференциалов, и три колёса по каждому из бортов были жёстко связаны между собой. Проанализировав эти особенности, инженер Эдуард Куперман выдвинул идею установки дисковых тормозов не в ступицах колес, а прямо на элементах трансмиссии. Отсутствие дифференциала попутно позволяло сократить количество тормозных механизмов. По сути, было достаточно лишь одного тормозного механизма на каждый борт, но инженеры решили перестраховаться и оставить на каждом из бортов два тормоза. Так появился вариант размещения рабочих механизмов на ведущих валах бортовых редукторов передних и задних колес, а стояночных – на выходных валах раздаточных коробок. Прежде в мировом автостроении такого никто не делал.

Всегда ли нужен дифференциал?

Зато выбранный подход сулил массу преимуществ. Установка открытых дисковых рабочих тормозов непосредственно на валах бортовых редукторов давала возможность оптимально разместить колесный редук­тор с большим передаточным числом, уменьшить реализуе­мый тормозной момент на величину передаточного отношения колесного и бортового ре­дукторов, снизить массу и габариты тормозных механизмов. Уменьшалось значение неподрессоренных масс автомобиля, увеличивался полезный объем для размещения элемен­тов подвески, улучшилась плавность хода. Кроме того, повышение эффективности торможения вне зависимости от дорожных условий позволяло ещё и поднять среднюю скорость движения.

Давайте на минуту остановимся. Подкованный читатель наверняка задаст вопрос: как же обошлись без дифференциалов, ведь если на современной легковушке – что с задним приводом, что с передним – убрать межколёсный дифференциал, в повороте возникнет кинематическое рассогласование, поскольку колёса не смогут вращаться с разной скоростью. Совершенно верно. Дифференциал нужен в первую очередь в повороте, а нужен ли он при бортовой схеме? Переднее и заднее колесо в вираже поворачиваются в разные стороны, но на один угол – это значит, что при жёсткой связи их путь в вираже будет одинаковым при одинаковом давлении в шинах. Путь среднего колеса будет отличаться но не намного. Поскольку машину планировали использовать не на асфальте, а на песке, в снегу, в полях и степях, этой разницей вполне можно пренебречь.

Была у ПЭУ-2 ещё одна интересная особенность, не укладывающаяся в каноны современного легкового автомобилестроения. Давление в системе создавалось двухконтурным гидравлическим приводом с пневматическим усилителем, при этом каждый контур управлял тормозными механизмами одного борта. Представить себе такое на легковушке невозможно. Обычно контуры работают по диагонали, кроме того, известна и схема 4+2, когда один контур работает на все колёса, а ещё один «добавляет» только на передние.

Привод стоя­ночных тормозов на ПЭУ-2 сделали пневмопружинным, причем плавная характеристика тормозного крана позволяла использовать стояночную тормозную систему в ка­честве запасной при выходе из строя обоих контуров рабочей системы. На случай полного отказа тормозов вездеход моментально затормажи­вается мощными пружинами, управляемыми с помощью ножной педали. Кстати, водо­непроницаемый корпус амфибии, прекрасно защищавший тормозные механизмы от влаги и жидкой грязи, сделал ненужным их герметизацию.

Вместе со специалистами СКБ ЗИЛ участие в работе над дисковыми тормозами принимали их коллеги из Всесоюзного научно-исследовательского института асбестовых технических изделий (ВНИИАТИ), которые умело подобрали рецептуру фрикционного слоя тормозных колодок. После изготовления и проведения стендовых испытаний дисковые тормоза установили и на ПЭУ-2, датой рождения которого можно считать 22 апреля 1970 года.

В июне 1970 и мае 1971 года тормозные качества амфибии определялись на контрольно-испытательной трассе бронницкого НИИИ-21. ЗИЛ-5901 с тормозной системой нового типа полностью оправдал надежды своих создателей и соответствовал требованиям, указанным в ОСТ 37.001.016-70 для грузовых автомобилей этой весовой категории.

Тормозной путь внедорожника полной массой 19 тонн замеряли при различных значениях давления воздуха в пневмосистеме и шинах. Для полноты картины вместе с ПЭУ-2 точно таким же испытаниям подвергли сопоставимый с ним по весовым характеристикам серийный внедорожник ЗИЛ-135ЛН (8х8), но оборудованный барабанными рабочими тормозами.

Оказалось, что эффективность дисковых тормозных механизмов более чем в 1,5 раза превосходит барабанные аналоги. Интересно, что характеристики тормозной системы ПЭУ-2 оказались даже выше требований ЕЭК ООН к тормозным системам, которые вступили в действие только в июле 1972 года.

Сравнительные показатели тормозных систем автомобилей, оборудованных дисковыми и барабанными рабочими механизмами.

Машина уверенно затормаживалась рабочими механизмами во время преодоления грунтовых подъемов крутизной до 33,5° при давле­нии воздуха в шинах 1,5 атм., а в пневмосистеме – 6 атм. На высоте оказались и стояночные тормоза с пневмопружинным приводом, которые надежно удерживали внедорожник на грунтовом подъеме величиной 12,5°. Норме соответствовал износ тормозных накладок и удельное давление на каждую из них. В случае выхода из строя любого контура тормозной системы на приборной панели зажигалась красная лампа. На всех этапах испытаний ПЭУ-2, продолжавшихся четыре года, дисковые тормоза зарекомендовали себя с самой лучшей стороны.

Вот так ЗИЛ первым среди всех автостроительных компаний мира применил в конструкции грузового автомобиля вентилируемые дисковые тормозные механизмы, смонтированные не в ступицах колес, а на агрегатах трансмиссии. Бесспорный приоритет отечественного автопрома. До сих пор подобное техническое решение кроме столичного завода ни один производитель так и не реализовал. На испытаниях ЗИЛ-5901 превзошел ПЭУ-1 не только тормозным, но по всем другим характеристикам и стал новым словом в сфере поисково-спасательной техники. Более того, впервые в нашей стране колесную машину оснастили крановой установкой, несущие элементы которой выполнили из алюминиевых сплавов. В ее конструкции использовали несколько изобретений.

Несмотря на то, что ЗИЛ-5901 не стал серийным изделием, в СКБ не только продолжили активно использовать дисковые тормоза на других своих опытных и серийных моделях, но и постоянно совершенствовали их конструкцию.