Прицеп тоже тянет: какие инженеры создают автопоезд для Арктики

Фото: Shutterstock

На зимней дороге тяжёлый полуприцеп может стать препятствием для собственного тягача. Колёса грузовика буксуют в рыхлом снегу, а груз позади увеличивает сопротивление. Вдали от населённых пунктов рассчитывать на быстрый приезд помощи трудно. Поэтому инженеры автозавода «УРАЛ» совместно с учёными разработали автопоезд, у которого колёса полуприцепа при необходимости тоже участвуют в движении. Разбираемся, как работает эта идея и какие задачи она ставит перед конструкторами и испытателями, в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Груз, который помогает ехать

Обычный полуприцеп движется вслед за тягачом: двигатель вращает колёса грузовика, а тот везёт закреплённый за ним груз. На твёрдой дороге такая схема работает привычно. На снегу или мягком грунте ведущие колёса могут потерять сцепление с поверхностью и начать буксовать. Мощности двигателя при этом хватает, но превратить её в движение не удаётся.

Фото: Shutterstock

В арктическом автопоезде часть работы берёт на себя полуприцеп. Когда возникает необходимость преодолеть трудный участок, включается привод его колёс. Они начинают создавать дополнительное тяговое усилие, помогая основной машине перемещать общий груз. Электроэнергию для этого вырабатывает дизельный генератор, установленный на самом полуприцепе.

Это не означает, что обе части автопоезда просто едут каждая сама по себе. Инженерам нужно согласовать работу привода полуприцепа с движением тягача. Если колёса будут вращаться неподходящим образом, нагрузка на соединение между машинами возрастёт, а управлять ими на скользкой дороге станет труднее. Поэтому задача конструктора — определить, когда подключать дополнительный привод и как при этом поведёт себя весь автопоезд.

Университетские исследователи изучают эффективность такого решения в разных дорожных условиях. Проверять приходится не только способность машины тронуться или преодолеть препятствие. Не менее важно понять, сохраняет ли водитель контроль над ней и насколько предсказуемо система работает при повторных попытках.

Электричество для дороги и для работы

Собственный генератор полуприцепа нужен не только его колёсам. Он может обеспечивать электроэнергией установленный на автопоезде модуль — например, передвижной медицинский пункт — и питать внешнее оборудование, в том числе освещение на месте работ.

Так у инженеров появляется сразу несколько связанных задач. Нужно рассчитать, сколько энергии требуется приводу, сколько — оборудованию, и предусмотреть работу системы при разных нагрузках. Специалисты по электрической части должны также защитить её от неисправностей. Учёные-исследователи отдельно изучали защиту электропривода полуприцепа при коротком замыкании — ситуации, когда ток начинает идти по непредусмотренному пути и может повредить оборудование.

Фото: Shutterstock

Отсюда и смысл проекта: в удалённый район автопоезд может доставить не только груз, но и оснащённое рабочее пространство с собственным источником энергии. Однако чем больше задач выполняет машина, тем важнее проверять совместную работу её систем.

Мороз для каждой детали

Арктическая техника должна сохранять работоспособность в условиях сильного холода. Недостаточно убедиться, что на морозе заводится двигатель. Топливо должно поступать к нему через систему подачи, смазка — сохранять необходимые свойства, а уплотнения и электрические соединения — продолжать выполнять свою работу.

На автопоезде предусмотрен подогрев элементов топливной системы. Для его агрегатов подобрали масла, смазки и резиновые детали, рассчитанные на низкие температуры. На тягаче установлена электрическая лебёдка: если машина застрянет, она поможет водителю попытаться выбраться самостоятельно.

Рамиль Закиров, директор научно-исследовательского института «Опытное машиностроение» Южно-Уральского государственного университета, комментируя разработки, обращал внимание на подбор материалов для работы при температуре до −50 °C. Для инженера это означает проверку всей конструкции, а не поиск одного «морозостойкого» узла. Даже надёжный привод не поможет продолжить путь, если в холод откажет небольшая, но необходимая деталь.

Температура до −50 °C обозначена как условие, для которого создавали машину. Её не следует принимать за температуру каждого проведённого испытания. Чтобы подтвердить работу техники в разных условиях, разработчикам нужны расчёты и отдельные проверки систем и готового автопоезда.

От опытного образца к дороге

Создание арктической машины не заканчивается сборкой первого экземпляра. Автозавод сообщил о завершении обязательного комплекса испытаний опытного автопоезда в конце 2023 года. Следующими этапами назывались дополнительные проверки, подготовка к сертификации и серийному выпуску. Сообщение о планах производства само по себе не означает, что такие автопоезда уже выпускают серийно.

Испытания помогают ответить на вопросы, которые нельзя закрыть одним расчётом. Водитель замечает, в какой момент машина начинает буксовать и как меняется её поведение после включения привода полуприцепа. Инженер по испытаниям фиксирует условия и результаты заездов, чтобы сравнить их. Конструктор выясняет, связана ли обнаруженная проблема с распределением массы, работой привода или устройством другой системы.

Значение имеет и возможность обслуживать машину вдали от мастерской. Специалисты должны продумать, как обнаружить неисправность, добраться до нужного узла и какие действия экипаж сможет безопасно выполнить самостоятельно. Для техники, рассчитанной на удалённые маршруты, это часть инженерной задачи наравне с проходимостью.

Люди за сложным маршрутом

Над арктическим автопоездом работают специалисты нескольких направлений. Конструкторы проектируют машину и её узлы. Инженеры по электрическим системам занимаются генератором, приводом и защитой оборудования. Материаловеды подбирают детали и жидкости для низких температур. Испытатели проверяют, совпадает ли поведение готовой машины с расчётами. Их работа связана последовательно: результат испытания может потребовать изменения чертежа, изготовления новой детали и повторной проверки.

Попробовать себя в транспортной инженерии можно ещё до выбора вуза. Школьнику полезно разобраться, почему колесо буксует на снегу, как масса влияет на движение и откуда берётся сила, которая перемещает машину. Следующий шаг — инженерные программы по автомобилям и специальной технике. В Передовой инженерной школе «Сердце Урала» Южно-Уральского государственного университета готовят, в частности, будущих специалистов по проектированию автомобилей и управлению техническим состоянием машин. Автозавод «УРАЛ» входит в число индустриальных партнёров школы.

Для будущего инженера такая работа соединяет расчёты с проверкой на настоящей машине. Если автопоезд преодолел снежный участок, важно установить, при каких условиях это удалось, какую роль сыграл привод полуприцепа и сможет ли система повторить результат. Из таких наблюдений, исправлений и новых испытаний складывается техника, которой предстоит работать вдали от привычных дорог.