Самодельный автомобиль-амфибия-снегоход

Сложность создания самодельного автомобиля в первую очередь в том, что конкурировать с автогигантами (в смысле сделать лучше) на их территории (нише) бедному неопытному самодельщику бессмысленно. Нашей нишей может быть новое качество: дешевый, простой и легкий автомобиль-амфибия-снегоход для туризма.

Для этого используются мотоциклетные детали. Цена примерно равна цене двух мотоциклов. Ижевский мотоцикл стоит 40000 р., мотор Иж-Планета 23 л.с., 16000 р. Самоделку хорошо делать в компании. При раскладе на 2-4 человека это не дорого. Принято считать, что пробег мотоцикла меньше, чем у автомобиля, хотя байкеры другого мнения. Даже если это и так, то для туризма это не главное. Важно уметь самому выполнить ремонт, а мотоцикл адаптирован к этому. Ехать в глушь на одной машине, являющейся сложной иномаркой внедорожником, слишком рискованно. Нужна как минимум вторая страхующая машина, а это для большинства молодежи нереально. Кроме того, серийные внедорожники – не амфибии и не снегоходы. Поэтому наша ниша - молодежный туризм. Их девиз – комфорт, понимаемый широко, и мода. Именно этот крючок заглатывает покупатель, обеспечивая им преимущество в конкуренции. Не зря их внедорожнинки называют паркетными, - они связаны с ними ремонтом. Это убогая вершина комфорта и моды. Наш девиз, и нашего творения – нашей ниши, - все можем. Будучи серийным, автомобиль-амфибия-снегоход пригодится многим не только у нас. Энтузиазм молодежи может быть решающим для появления действительно народного автомобиля, - ведь при такой же цене, как у “Оки”, уровень возможностей нашей машины не сопоставим с уровнем городского автомобиля.

Идея соединить 2 мотоцикла не нова. Мотивация такая же, как у мотоцикла с коляской – устойчивость. В журнале “Моделист- конструктор” описаны городские автомобили на базе деталей мотороллера, но автомобиль-амфибия-снегоход имеет новое качество.

Наша машина даже при полной загрузке (4 пассажира по 75 кг, включая водителя, и 40 кг багажа) вдвое легче серийного автомобиля, например “Нивы”, поэтому грунтозацепы будут значительно эффективней, и ее проходимость при двух ведущих колесах будет сравнима с проходимостью полноприводной машины. Грунтозацепы – не цепи, а кусочки алюминиевого уголкового профиля, скрепленные тросом. Эффективность проверена, - читайте журнал “Моделист- конструктор”. Каркас в виде фермы, дно, колесные ниши, воздухозаборники и крышки моторов - из алюминия. Крепления фар – жесть. Боковины, нос, сиденья – фанера и ткань. Съемный верх - ткань. На сиденьях поролоновые или надувные матрасы. Каркас заднего сиденья несущий, съемный. Ветровое стекло от ЗАЗ-968, остальные стекла – оргстекло и прозрачная пленка. Бензобак от ЗАЗ-968, съемный; топливо поступает к карбюраторам самотеком. Для перевозки груза (до 500 кг, что обусловлено нагрузкой до 270 кг на шины И-40) ставят более жесткие ирбитские амортизаторы. Вариантом груза являются еще 2 пассажира сзади на съемных сиденьях. Два мотора Иж-Планета, расположенные побортно, обеспечат высокую надежность. Собственная масса примерно 500 кг. Нагрузка на мотор близка к нагрузке для ижевского мотоцикла с коляской. Скорость примерно такая же, но это нужно проверять. Такую машину 4 человека легко выкатят из любой канавы. Ее энерговооруженность (отношение мощности к весу) как у хорошего серийного автомобиля, - при полной нагрузке – 46 лс / 820 кг или 56 лс на тонну, при двух пассажирах 71, а с водителем 80, тогда как SAAB имеет при полной нагрузке 85 лс на тонну, ВАЗ-2106 – 55, “Нива” - 53.

Дорожный просвет груженого автомобиля увеличен по сравнению с мотоциклом и сделан изменяемым (15-30 см) путем перестановки амортизаторов. Максимальное значение 30 см такое же, как у УАЗ-469. При движении по снегу дорожный просвет можно увеличить еще на 15 см.

О безопасности при столкновении. Легкая машина – не значит опасная, ведь разрушающая кинетическая энергия, которая переходит в напряженное состояние и деформацию конструкции, пропорциональна массе. Воздушный шар легко выдерживает удар, а арбуз разлетается вдребезги. Сбоку у нас ферма – основная несущая конструкция, спереди и сзади – ферма и колеса, кроме того, спереди запасное колесо, укрепленное плашмя. Для безопасности причаливания оно выступает из кузова; герметичность обеспечивает герметик или кожух, приклеенный к кузову.

Моторами управляют посредством тросиков. Запуск моторов производится поочередно педалью слева. Воздухозаборники охлаждения моторов регулируются вручную. При посадке переднее кресло поворачивается спинкой к другому креслу, открывая проход. Часть двери на тенте открывается вверх, а нижняя часть на ферме – вниз, образуя ступеньку. Она и задний борт закрываются герметично. Для лучшей обтекаемости колесные ниши закрыты снаружи тканью или алюминиевыми листами. На воде для уменьшения сопротивления колес и повышения их эффективности как движителя амортизаторы переставляют, колеса поднимают, передние колеса закрывают снизу тканью. На ведущие колеса надевают грунтозацепы. Заднюю часть колесной ниши у ведущих колес убирают для свободного хода воды. Навесным рулем управляют при отказе мотора.

Задний ход получается электрически (“Моделист- конструктор”): на холостом ходу переключают зажигание на опережение и уменьшают обороты вплоть до реверса, затем включают 1-ю передачу.

Так как нагрузка на переднее колесо мотоцикла меньше, чем на заднее, а у автомобиля нагрузки примерно одинаковы, передняя подвеска - его слабое место. Устранить недостаток можно разными путями. 1) Поставить более мощную подвеску от другого мотоцикла плюс передачу от “Оки” с рулевого колеса на подвеску. 2) Имея в виду заднюю подвеску как идеал, устранить или уменьшить необходимость поворота колес. Остановлюсь на этом варианте, поскольку другой понятен.

Действительно, уменьшая мощность одного мотора или притормаживая задним или обоими колесами одного борта можно поворачивать без руля. При этом, если размер колеи близок к размеру базы, например, 1,5 м и 1,9 м, то минимальный радиус поворота будет близок к радиусу поворота серийного автомобиля. Это обстоятельство позволяет свести необходимость поворота передних колес только в аварийном случае отказа одного из моторов, а поскольку это ситуация редкая, позволяет ограничиться только большими (например, больше 11 м, как у автобуса ПАЗ-3201) радиусами поворота. Для крутого поворота при отказе мотора нужно стояночным тормозом (переключаемым с борта на борт) кратковременно тормознуть одним бортом, используя инерцию движения. Это позволяет поворачивать колеса всего на 9 градусов и использовать упрощенный механизм поворота колес.

Например, такой. Для крепления переднего колеса используется вилка, аналогичная вилке заднего колеса, но его ось крепится к ней на шарнирах. Каждый шарнир имеет ось вращения, перпендикулярную плоскости вилки, причем один шарнир крепится к вилке неподвижно, а другой может двигаться вдоль вилки штоком, который проходит внутри вилки, не может вращаться, и соединен с этим шарниром. На другом конце штока есть резьба, на которую навинчивается как гайка маховичок с закрепленными и навитыми на нем в разные стороны тросиками, укрепленный на вилке так, что плоскость, проведенная через центр маховичка перпендикулярно оси его вращения, проходит и через ось качания вилки. Другие концы тросиков закрепляются аналогично на другом маховичке, закрепляемом при отказе мотора неподвижно на валу рулевого колеса водителя, и тросики натягиваются. Вращение рулевого колеса водителем передается тросиками вращению маховичка вилки, который тянет по резьбе шток и вместе с ним одну сторону оси колеса, в результате чего колесо поворачивается. При нормальной работе моторов рулем регулируют соотношение их мощностей. Туда выведено также управление тормозами левого и правого бортов отдельно.

Прочность самодельной вилки должна быть такой же, как ирбитской, так как нагрузки у нас с грузом и у ирбитского мотоцикла с коляской примерно одинаковы.

При отказе мотора, для сохранения проходимости на том же уровне нужно, аналогично блокировке дифференциала, временно, с помощью муфты, соединить валом звездочки, ведущие цепи колес.

Машина может быть снегоходом. Идея надеть на передние колеса лыжи, а на задние – грунтозацепы не нова, ведь толщина снежного покрова обычно 20-30 см. Такая толщина снега была задана в условиях на проектирование отечественных аэросаней в 30-х годах. На неровной или торосистой местности лыжи и мягкая подвеска необходимы. За образец можно взять лыжи грузовых аэросаней (“Моделист- конструктор”), алюминиевый верх и стальная подошва, размеры 250/33 см. По ровному снегу лучше скользить на кузове лодки, как современные аэросани-амфибия АС-2. Можно подобрать параметры грунтозацепов и их режим, чтобы двигаться или разрезая снег и отталкиваясь от грунта шипами, или не касаясь грунта, как по воде грунтозацепами - лопатками. Давление на снег кузова нашей машины 180 кг/кв. м, на трак снегохода “Буран” примерно 260 кг/кв. м, на лыжи грузовых аэросаней 500 кг/кв. м. Последнюю цифру, наверное, можно использовать как расчетную и для лопаток грунтозацепов, чтобы двигаться, не касаясь грунта, но это нужно проверять. Амортизаторы и гладкое дно нашей машины позволяют сочетать достоинства лыж и лодки.

Для облегчения движения по снегу, отталкиваясь от грунта, можно закрыть ножами-рассекателями снега ведущие колеса выше уровня ¼ - ½ радиуса колеса от грунта. Верхний конец ножа крепится к кузову, нижний – к вилке. Острие ножа должно быть наклонно относительно грунта (хотя бы в сжатом положении амортизатора), чтобы при наезде ножом на препятствие машина поднималась. Предельно допустимая толщина снега соответствует случаю, когда кузов лежит на снегу, а колесо достает до грунта. Она равна дорожному просвету с учетом высоты грунтозацепов (30-45)+5 см, плюс ход вилки вниз до грунта 8 см. Итого 43-58 см.

Для комфортного движения по покрытой снегом неровной местности нужно или подобрать среди автомобильных амортизатор с большим ходом или уметь на ходу регулировать дорожный просвет задних колес. Например, мини-домкратами, установленными на каждом амортизаторе. Это может быть винтовой домкрат, маховичок которого вращает соленоид или электромотор, питаемый через повышающий трансформатор. Импульсная работа соленоида позволяет не заботиться о синхронизации домкратов. При применении электромоторов нужно вводить систему контроля положения домкратов, например, в виде тросиков с маркерами, выключающих каждый свой электромотор на определенном рубеже, и логической схемы, включающей все снова при выключении всех электромоторов до тех пор, пока все маркеры не съедут с выключателей и они не включат электромоторы. Пружина амортизатора с длинным ходом должна быть составной или с переменным шагом так, чтобы мягкая часть пружины сжималась под минимальным весом машины и разжималась, когда кузов лежит на снегу. Кроме того, чтобы машина не поднимала корму при резком торможении на шоссе, часть пружины нужно сжимать тросиком. Этот способ можно использовать и для изменения клиренса (дорожного просвета), он проще, чем делать домкраты.

При отталкивании от снега, для повышения эффективности грунтозацепов, перед ними ставят обтекатели, которые формируют плотную лыжню. Это позволяет также использовать боковую поверхность колес и увеличить площадь лопаток. Кроме того, для повышения эффективности лопаток они должны сохранять неизменной свою ориентацию в снегу при повороте колеса, - быть поворотными. Их закрепляют на колесе шарнирно, с ограниченным упорами сектором поворота, одинаковым для всех лопаток относительно центра колеса и равным сектору рабочей зоны. На верху лопатки, по ее бокам, укрепляют поводки. На каждой стороне вилки укрепляют рейки, с боковым пазом каждая для движения в нем поводков лопаток. Пазы защищены от снега мягкими шторками. Рейка представляет собой дугу с радиусом, равным радиусу окружности, на которой находятся оси лопаток. Для приведения лопаток в исходное положение к моменту входа поводка лопатки в паз рейки (в рабочей зоне лопаток) используют подпружиненные упоры, укрепленные на вилке, они “приглаживают” лопатки. При вращении колеса, когда лопатка оказывается в рабочей зоне, ее поводки входят в пазы реек и скользят в них. Траектория поводка лопатки повторяет траекторию ее оси, что обеспечивает неизменность ориентации лопатки в снегу.

При движении машины можно использовать реактивную тягу отбрасываемого лопатками снега. Она равна произведению массы отбрасываемого в секунду снега на скорость его отброса. Тяга максимальна при равенстве скоростей движения машины и отброса снега. Лопатка размером 20*25 см, выступающая за колесо сверху на 12 см, позволяет на скорости 24.5 км/ч при плотности снега 0,6 г/куб. см получить тягу в 220 кг. Скорость 24.5 км/ч = 24.5/3,6 = 6.9 м/с, предельна для мощности моторов 46 лс при тяге 220 кг. Нужно учесть, что в этом режиме окружная скорость колес вдвое больше скорости машины. Действительно, принимая ориентировочно коэффициент потерь мощности от мотора до снега равным 10% и учитывая, что мощность равна произведению тяги на скорость, получим 0,9*46*73,6 = 220*2*6,9, где 73,6 – коэффициент пересчета лс в кгм/с. Площадь лопатки за вычетом проекции колеса на ее плоскость равна 20*25 – 3,14*4,5*4,5/2 – 9*(25 – 12 – 4,5) = 392 кв. см, где 9 см – толщина колеса. Масса отбрасываемого двумя колесами в секунду снега равна удвоенному произведению скорости машины, площади лопатки и плотности снега - 2*6,9*100*392*0,6/(9,81*1000) = 32,5 тем (тем – техническая единица массы), где 9,81 м/c*c – ускорение свободного падения, а тяга – 32,5*6,9 = 220 кг. Такую тягу можно получить на сухой грунтовой дороге. Коэффициент сцепления шины колеса с такой дорогой равен 0,5-0.6, нагрузка на ведущие колеса – 410 кг, а предельная тяга равна (0,5-0.6)*410 = 205-245кг.

Достоинство этой машины еще в том, что она проста как телега, если ее делать с возможностями обычного легкого автомобиля - мотоколяски, не требующей заднего хода: без поворота передних колес, без изменения клиренса, без соединения моторов общим валом, без грунтозацепов, ножей и лыж.

Основой кузова может стать алюминиевая лодка “Казанка”. Фотография такой амфибии с убирающимися колесами от мотороллера и краткое описание были в журнале “Моделист-конструктор”.