Портальный мост — тип ведущего или поддерживающего автомобильного моста, в котором ось полуоси или балки моста расположена выше центра колеса, а передача крутящего момента к колесу осуществляется через дополнительную зубчатую передачу в районе ступицы. Такая конструкция применяется прежде всего на вездеходах, военной технике, специальной коммунальной технике, сельскохозяйственных машинах и некоторых низкопольных автобусах.
Главное назначение портального моста — увеличить дорожный просвет под картером моста и дифференциалом без чрезмерного увеличения диаметра колёс. В отличие от обычного моста, где полуось находится примерно на одной линии с центром колеса, у портального моста полуось смещена вверх, а ступица колеса соединяется с ней через редуктор. Благодаря этому картер главной передачи и балка моста располагаются выше относительно поверхности дороги.
Портальные мосты широко известны по автомобилям Mercedes-Benz Unimog, Volvo C303, Пинцгауэр, HMMWV, Hummer H1, а также по ряду военных, спасательных и экспедиционных автомобилей.
Устройство
В классическом ведущем мосту крутящий момент от карданного вала передаётся на главную передачу, затем на дифференциал и полуоси, после чего непосредственно на ступицы колёс. В портальном мосту между полуосью и ступицей устанавливается дополнительная бортовая передача — ступичный редуктор.
Основные элементы портального моста:
балка моста или корпус ведущего моста; главная передача; дифференциал; полуоси; ступичные редукторы; ступицы колёс; картеры бортовых передач.
Ступичный редуктор обычно выполняется в виде пары зубчатых колёс. Верхняя шестерня соединена с полуосью, нижняя — со ступицей колеса. За счёт этого центр ступицы расположен ниже оси полуоси, а автомобиль получает дополнительный клиренс.
На некоторых машинах ступичный редуктор одновременно выполняет функцию понижающей передачи. В таком случае часть общего передаточного отношения трансмиссии переносится ближе к колёсам. Это снижает нагрузку на полуоси, дифференциал и главную передачу, поскольку до ступичных редукторов крутящий момент передаётся при большей скорости вращения и меньшем моменте.
Принцип действия
Работа портального моста основана на геометрическом смещении центра колеса относительно оси полуоси. Если у обычного моста полуось входит почти в центр ступицы, то у портального моста полуось расположена выше, а вращение передаётся вниз через шестерёнчатую передачу.
Такое решение даёт два технических эффекта:
увеличивается дорожный просвет под балкой моста и картером дифференциала; появляется возможность получить дополнительное понижение передаточного отношения непосредственно у колеса.
На внедорожной технике первый эффект особенно важен, поскольку именно картер дифференциала часто является самой низкой точкой моста и цепляется за препятствия. Портальная схема поднимает этот узел выше, не требуя установки чрезмерно больших колёс.
Преимущества
Увеличение дорожного просвета
Главное преимущество портального моста — увеличение клиренса под мостом. На обычном внедорожнике увеличение дорожного просвета часто достигается установкой колёс большего диаметра или лифтом подвески. Однако такие способы не всегда увеличивают клиренс под картером дифференциала. Портальный мост поднимает саму балку моста и дифференциал относительно центра колеса.
Например, Mercedes-Benz указывает, что портальные мосты Unimog обеспечивают высокий клиренс при сравнительно низком центре тяжести, что важно для движения по пересечённой местности.
Снижение нагрузки на трансмиссию
Если ступичный редуктор имеет понижающее передаточное отношение, часть увеличения крутящего момента происходит уже у колеса. Поэтому полуоси, главная передача и дифференциал могут передавать меньший крутящий момент, чем при той же тяге на колёсах у обычного моста. Это может повысить долговечность трансмиссии или позволить использовать более компактные элементы.
Улучшение проходимости
Благодаря высокому клиренсу портальные мосты улучшают способность автомобиля преодолевать колеи, камни, пни, гребни, броды и другие препятствия. Особенно это важно для военной техники, пожарных машин, лесных машин, экспедиционных автомобилей и спасательной техники.
Возможность сохранения умеренного размера колёс
Портальная схема позволяет получить значительный дорожный просвет без чрезмерного увеличения шин. Это важно, поскольку слишком большие колёса увеличивают массу, ухудшают управляемость, требуют изменения передаточных чисел и создают дополнительную нагрузку на подвеску и рулевое управление.
Недостатки
Увеличение неподрессоренной массы
Портальный мост тяжелее обычного, поскольку у каждого колеса появляется дополнительный редуктор с корпусом, шестернями, подшипниками и смазкой. Это увеличивает неподрессоренную массу, что может ухудшить плавность хода и управляемость на высоких скоростях.
Сложность и стоимость
Портальные мосты сложнее и дороже обычных. Они требуют более точного изготовления, дополнительных уплотнений, обслуживания ступичных редукторов и контроля уровня масла в них. При повреждении редуктора ремонт может быть дороже ремонта обычной ступицы.
Нагрев и потери в передаче
Дополнительная зубчатая передача создаёт механические потери и может нагреваться при длительном движении на высокой скорости. Поэтому портальные мосты чаще применяются на технике, для которой важнее проходимость и тяга, чем высокая дорожная скорость.
Увеличение габаритов узлов у колёс
Ступичные редукторы увеличивают размеры узлов в районе колёс. Это может усложнять компоновку тормозов, рулевого управления и подвески. На независимой подвеске портальные редукторы требуют особенно сложной конструкции.
Виды портальных мостов
Ведущие портальные мосты
Ведущий портальный мост передаёт крутящий момент от двигателя к колёсам. Такая схема применяется на внедорожниках, грузовиках и военной технике. Ведущий портальный мост может быть как неразрезным, так и сочетаться с независимой подвеской.
Неведущие портальные мосты
Неведущие портальные мосты не передают тяговый момент, но используют смещение ступицы относительно балки для изменения компоновки или увеличения клиренса. Такие решения встречаются реже, чем ведущие портальные мосты.
Обратные портальные мосты
У низкопольных автобусов применяется противоположная компоновка: ось моста может располагаться ниже центра колеса, чтобы опустить уровень пола салона. В этом случае портальная схема используется не для увеличения дорожного просвета, а для снижения высоты пола и улучшения доступности автобуса для пассажиров.
Приставные портальные редукторы
В тюнинге внедорожников встречаются приставные портальные редукторы, устанавливаемые на штатные мосты. Такие комплекты позволяют увеличить клиренс уже существующего автомобиля без полной замены мостов. Однако подобная переделка требует расчёта прочности, изменения тормозной системы, проверки рулевой геометрии и часто влияет на законность эксплуатации автомобиля на дорогах общего пользования.
Применение
Внедорожные автомобили
Портальные мосты применяются на автомобилях, предназначенных для тяжёлого бездорожья. Классическим примером является Mercedes-Benz Unimog. Для Unimog портальные мосты являются одной из ключевых конструктивных особенностей наряду с полным приводом, блокировками дифференциалов, гибкой рамой и большим ходом подвески.
Военная техника
Военные автомобили часто требуют высокой проходимости, способности двигаться по разрушенным дорогам, колеям, грунтам, снегу и каменистой местности. Поэтому портальные мосты применялись и применяются на армейских грузовиках, командно-штабных машинах, санитарных автомобилях и специальных платформах.
К числу известных военных автомобилей с портальными мостами относятся Volvo C303, Пинцгауэр, HMMWV и Hummer H1. В технических материалах по Volvo C303 указывается дорожный просвет около 380 мм, что связано с применением портальных мостов.
Пожарная и спасательная техника
Пожарные автомобили на портальных мостах применяются в лесной и горной местности, где обычные грузовики не могут пройти к очагу пожара. Высокий клиренс, тяга на малых скоростях и возможность преодолевать броды делают такую технику полезной при тушении лесных пожаров, ликвидации последствий наводнений и работе в труднодоступных районах.
Коммунальная техника
Коммунальные машины на базе Unimog и аналогичных шасси используются как снегоочистители, машины для обслуживания дорог, тоннелей, линий электропередачи и железнодорожной инфраструктуры. В этих случаях портальные мосты важны не только для бездорожья, но и для движения по глубокому снегу, обочинам, строительным площадкам и технологическим дорогам.
Экспедиционные автомобили
Портальные мосты ценятся при строительстве экспедиционных автодомов. Высокий клиренс помогает тяжёлой машине с жилым модулем проходить колеи, камни, песок и снежные участки. Поэтому Unimog U 4023 и U 5023 часто используются как база для дальних автономных путешествий.
Примеры автомобилей с портальными мостами
Автомобиль Страна Особенности Mercedes-Benz Unimog Германия Один из наиболее известных серийных автомобилей с портальными мостами; применяется в сельском хозяйстве, армии, коммунальной сфере, спасательных службах и экспедициях. Volvo C303 Швеция Военный внедорожный автомобиль с портальными мостами и блокировками дифференциалов; выпускался в вариантах 4×4 и 6×6. Steyr-Puch Pinzgauer Австрия Лёгкий военный вездеход с высокой проходимостью, портальными редукторами и независимой подвеской. HMMWV США Армейский автомобиль с независимой подвеской и бортовыми редукторами у колёс. Hummer H1 США Гражданская версия, созданная на основе HMMWV; использует ступичные редукторы для увеличения клиренса. Mercedes-Benz G 500 4x4² Германия Специальная версия G-Класса с портальными мостами и увеличенным дорожным просветом.
Отличие от лифта подвески
Портальный мост не следует смешивать с обычным лифтом подвески. Лифт подвески поднимает кузов или раму относительно мостов, но сам картер дифференциала остаётся на прежней высоте относительно земли. Поэтому на мостовых внедорожниках самая низкая точка под дифференциалом часто не получает реального увеличения клиренса.
Портальный мост, напротив, поднимает именно мост и дифференциал относительно центра колеса. Поэтому он увеличивает клиренс там, где обычный мост чаще всего цепляется за препятствия.
См. также
Мост (автомобиль) Ведущий мост Дифференциал Ступица Дорожный просвет Вездеход Mercedes-Benz Unimog Volvo C303 HMMWV
Примечания
Литература
Reimpell, Jörnsen; Stoll, Helmut; Betzler, Jürgen. The Automotive Chassis: Engineering Principles. Butterworth-Heinemann. Heißing, Bernd; Ersoy, Metin; Gies, Stefan. Chassis Handbook: Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives. Springer. Happian-Smith, Julian. An Introduction to Modern Vehicle Design. Butterworth-Heinemann.
Ссылки
Mercedes-Benz Special Trucks: портальные мосты Unimog и внедорожные свойства Mercedes-Benz Special Trucks: Unimog U 4023 как экспедиционное шасси Volvo Service Manual: Specifications C303 MotorTrend: New Portal Axle Option for Huge Ground Clearance
Категория:Устройство автомобиля Категория:Трансмиссия Категория:Внедорожники Категория:Автомобильная подвеска