Jelcz 442.32 z automatyczną skrzynią biegów Allison 3000SP podczas pokonywania odcinka testowego – sinusoidy naprzemiennej, elementu toru testowego Centrum Badawczo-Testowego pojazdów systemu Wisła na terenie Wojskowego Instytutu Techniki Pancernej i Samochodowej w Sulejówku.
Podczas realizacji zadań transportowych amunicji czołgowej na ogół nie wykorzystuje się pełnej ładowności (kryterium masy) ciężarówki. Specjaliści z Wojskowego Instytutu Techniki Pancernej i Samochodowej zadali sobie proste pytanie – z czego wynika taki stan rzeczy.
Po wykonaniu wielu prób z udziałem kilkunastu kierowców uzyskano odpowiedź – dynamika Jelcza zależy od wyszkolenia i umiejętności kierowcy. Okazało się, że kierowcom trudności sprawia operowanie dźwignią zmiany biegów i sterowanie skrzynią biegów, tak aby optymalnie wykorzystać będącą do dyspozycji moc silnika oraz rozpiętość przełożeń dopasowaną do masy pojazdu. „Małymi” Jelczami jeżdżą kierowcy pamiętający erę Stara 660 i jego legendarnego następcy Stara 266.
Cztery biegi kontra osiem (pominięto tzw. biegi wydzielone do jazdy na wprost), czy to stanowi jakiś problem? Na tak postawione pytanie należy odpowiedzieć – od wyszkolenia kierowcy zależą osiągi i ekonomia wykorzystania pojazdu. W praktyce na szkolenie zazwyczaj brakuje czasu, przy ograniczonych obsadach personalnych oraz mnogości zadań transportowych w jednostkach wojskowych.
Specjaliści z WITPiS rozpoczęli poszukiwania rozwiązania wskazanego powyżej problemu. Analizując napęd Jelcza 442.32 i Leoparda 2A4 pod kątem występowania tzw. głównych zespołów, widać podobieństwa. Obydwa pojazdy napędzane są silnikami pochodzącymi od jednego producenta, niemieckiej firmy MTU.
Dostrzeżono istotną różnicę: w Leopardzie 2 zastosowano automatyczną skrzynię biegów, natomiast w „małym” Jelczu kierowca dysponuje skrzynią biegów sterowną ręcznie. Postanowiono zastosować w Jelczu 442.32 hydromechaniczną planetarną automatyczną skrzynię biegów.
Testowany Jelcz podczas próby wjazdu na wzniesienia o kącie nachylenia 25°. Samochód z powodzeniem pokonuje także wzniesienie o kącie nachylenia 31°, w tle widoczny inny pojazd na podwoziu marki Jelcz – pięcioosiowym P112.57 – oraz droga techniczna prowadząca na sztuczne wzniesienie do testowania pojazdów.
Opracowano koncepcję modyfikacji układu napędowego w ciężarówce taktycznej. Celem pracy realizowanej w WITPiS wspólnie z firmą Technika Zastosowań Napędów Tezana Sp. z o.o. z Babic koło Warszawy było podjęcie działań zmierzających do poprawy zdolności trakcyjnych terenowej ciężarówki taktycznej średniej ładowności Jelcz 442.32 oraz uproszczenie procesu sterowania i kierowalności pojazdem.
Obszarem działania były: ochrona i przetrwanie na polu walki z uwypukleniem nowoczesnych technologii szybkich napraw sprzętu wojskowego oraz bezinwazyjnego monitorowania parametrów eksploatacyjnych w trybie ciągłym z tzw. niskim priorytetem, zgodnie z dokumentem wydanym przez Ministerstwo Obrony Narodowej, pt.: „Priorytetowe kierunki badań w resorcie Obrony Narodowej na lata 2013-2022”.
Wykonano analizę modyfikacji układu napędowego w samochodzie średniej ładowności wysokiej mobilności. Dokonano analizy zmian konstrukcyjnych, możliwości wykonania i oszacowano koszty przedsięwzięcia. Przeprowadzono obliczenia trakcyjne. Otrzymane wyniki porównano z wynikami badań rzeczywistego samochodu wyposażonego w manualną skrzynię biegów i na tej podstawie sformułowano wnioski oraz zalecenia do dalszych prac.
Opracowano metodykę wyznaczania charakterystyki dynamicznej pojazdu z hydromechanicznym układem napędowym. Wykonano algorytm tworzenia charakterystyk przekładni hydrokinetycznej. Określono zakresy pracy przekładni dwuzakresowej z uwzględnieniem jej właściwości, tj. automatycznej zmiany przełożenia dynamicznego i przełożenia kinematycznego oraz przejścia w stan pracy sprzęgła hydrokinetycznego przy określonym stopniu obciążenia.
W wyniku realizacji pracy koncepcyjnej uzyskano I poziom gotowości technologicznej – opisano podstawowe charakterystyki trakcyjne samochodu z hydromechanicznym układem napędowym, wykonano symulacje pokonywania przeszkód terenowych, poruszania się po drogach utwardzonych i w terenie. Wyznaczono parametry dynamiczne samochodu ze zmodyfikowanym układem napędowym. Zaproponowano ramowy program testów Jelcza 442.32A.
W kolejnym kroku prac, inżynierowie z WITPiS wykonali dalsze analizy i obliczenia trakcyjne. W pracach nad modyfikacją układu napędowego „małego” Jelcza wykorzystano kilka tzw. zapasów technicznych, które konstruktorzy Jelcza 442.32 uprzednio przewidzieli.
Podczas analiz możliwych do zastosowania rozwiązań konstrukcyjnych układu napędowego, dokonano wyboru polegającego na zastosowaniu w miejsce manualnie sterowanej skrzyni biegów niemieckiej firmy ZF, automatycznej hydromechanicznej, produkcji amerykańskiej firmy Allison.
Firma Tezana jest dostawcą silników i skrzyń biegów do firm polskiego sektora obronnego (m.in. AMZ-Kutno S.A., Huta Stalowa Wola S.A., Autobox Innovations Sp. z o.o. sp. j.). Podjęła ona wyzwanie i wsparła WITPiS w zakresie niezbędnej wiedzy oraz doświadczenia automatycznych skrzyń biegów, które ma w swoim portfolio, tj. produktów amerykańskiej firmy Allison Tramsmision.
WITPiS podpisał z firmą Tezana umowę wdrożeniową, a ta dostarczyła skrzynię biegów do montażu w Jelcz 442.32. Od tej chwili rozpoczęto prace nad projektem modyfikacji układu napędowego w ciężarówce.
Określono główne założenie, które uzgodniono z gestorem sprzętu czołgowo-samochodowego – Szefostwem Służby Czołgowo-Samochodowej Inspektoratu Wsparcia Sił Zbrojnych, brzmiało ono następująco: ingerencja w konstrukcję samochodu musi być ograniczona do niezbędnego minimum. Modyfikatorzy zdawali sobie sprawę z zastosowania w ciężarówce Jelcz 442.32 silnika MTU typu 6R106TD21, w odmianie przystosowanej do współpracy ze sprzęgłem ciernym i manualną skrzynią biegów.
Kolejnym zidentyfikowanym problemem była kolizja obudowy automatycznej skrzyni biegów z poprzeczką ramy, umieszczoną w tylnej części przedniego zawieszenia.
Chcąc zwiększyć parametry trakcyjne ciężarówki proponowano zastosowanie konwertera – przekładni hydrokinetycznej o przełożeniu wyższym niż 2,0. Zespół WITPiS–Tezana skierował swoje kroki do producenta – firmy Jelcz Sp. z o.o., który wskazał jako podstawowe zagrożenie występowanie obciążeń cieplnych wynikających z konieczności chłodzenia oleju hydraulicznego skrzyni biegów.
Od gestora uzyskano zezwolenie na modyfikację układu napędowego w Jelczu 442.32. Procedowanie tego przedsięwzięcia realizował Departament Polityki Zbrojeniowej MON. Ostatecznie zgodę na wykonanie tych czynności podpisał Minister Obrony Narodowej w końcu 2019 r. Następnie procedowanie stosownych zezwoleń realizował Departament Innowacji w MON.
O prototypie produktu można mówić wiele. Weryfikacja zamysłu konstruktorów nastąpiła w badaniach samochodu wyposażonego w skrzynię biegów Allison 3000SP. Przy ocenie prób przyjęto kryteria oceny zmodyfikowanego pojazdu, wynikające ze wstępnych założeń taktyczno-technicznych (WZTT) na samochód średniej ładowności wysokiej mobilności, zatwierdzonych w 2011 r., według których skonstruowano ciężarówkę Jelcz 442.32 i poddano badaniom w latach 2013–2014.
Główne oceniane kryteria dotyczą: zdolności pokonywania przeszkód terenowych, właściwości trakcyjnych i parametru istotnego z punktu widzenia przyszłego użytkownika – średniego czasu między uszkodzeniami, wynoszącego dla „małego” Jelcza 200 godzin pracy (ekwiwalentnie 7000 km przebiegu).
Specjaliści z Pionu Badań WITPiS przebadali zmodyfikowanego Jelcza 442.32A na zasadzie różnicowej w odniesieniu do samochodu wyposażonego w manualnie sterowaną skrzynię biegów. Samochód dociążono masą sześciu ton do uzyskania dopuszczalnej masy całkowitej. Założono opończę, aby uzyskiwać opór aerodynamiczny tożsamy z pierwowzorem.
Podczas pierwszych jazd testowych zaobserwowano niedoskonałą wstępną kalibrację sterownika skrzyni biegów, którego program zoptymalizowano domyślnie pod kątem ekonomii użytkowania, tzw. program przeznaczony dla autobusów. Dynamika samochodu martwiła pomysłodawców przedsięwzięcia. Wykonano kalibrację obciążonego pojazdu w trasie z odcinkami górskimi o różnorodnych nachyleniach. Działo się to w Kotlinie Kłodzkiej.
Przedstawiciel firmy Tezana Paweł Marcinkiewicz wykonał kalibrację sterownika automatycznej skrzyni biegów w celu poprawienia osiągów samochodu wojskowego. Podczas tych prób cały czas monitorowano parametry cieplne (temperatury oleju w skrzyni biegów, płynu chłodzącego w głowicy silnika i płynu chłodzącego na wejściu oraz wyjściu z chłodnicy wodnej).
Nie zaobserwowano przegrzewania się silnika. Po próbach szosowych rozpoczęto testy terenowe, jeżdżąc po błotnistych podłożach o niskiej nośności gruntu, stawiającej wysokie wymagania dla mobilności samochodu terenowego. Podczas testów terenowych pojazd poddawany jest próbom pokonania wzniesienia podłużnego o kącie nachylenia 31° (60% wg norm NATO).
Wykonano testy w komorze klimatycznej w zakresie eksploatacji w ujemnych temperaturach. Skrzynia biegów zapewniała możliwość ruchu pojazdu przy temperaturze otoczenia −30°C. Następnie wykonano próby trakcyjne na dawnym lotnisku wojskowym w Białej Podlaskiej. Dodatkowo monitorowane było zużycie paliwa zarówno w szosowym trybie jazdy ciężarówki, jak i podczas użytkowania w terenie, po bezdrożach.
Uzyskano oszczędności w zużyciu paliwa na poziomie 21% w odniesieniu do typowej dla Jelcza 442.32 zasadniczej normy zużycia paliwa (która dla wariantu z manualnie sterowaną skrzynią biegów wynosi 36 dm3/100 km przebiegu). Oszczędność zużycia paliwa przekłada się także na zwiększenie zasięgu ciężarówki do ponad 1050 km.
Zaobserwowano, że kierowanie pojazdem stało się ułatwione. Kierowanie Jelczem 442.32A przypomina jazdę samochodem osobowym, oczywiście z uwzględnieniem gabarytów i masy ciężarówki. Praca kierowcy jest w takim rozwiązaniu mniej absorbującą. Podczas rozpędzania się samochodu zmiana przełożeń odbywa się płynnie, bez szarpnięć.
Nie występuje wówczas strata energii na pokonanie pojawiających się przy niższych prędkościach jazdy oporów bezwładności, które są skutkiem ręcznej zmiany biegów (czas ok. od 1,5 do 2,0 s), czy zmiany biegu z przełączeniem z dolnego na górny zakresu pracy manualnej skrzyni przekładniowej (czas: ok. od 1,7 do 2,2 s).
Dodać należy, że Jelcz 442.32, z racji swoich cech terenowych, wyposażony jest w wiele elementów wirujących i ciężkie ogumione koła jezdne. Przekłada to się na opory bezwładności mas wirujących, które również należy pokonać kosztem podwyższania prędkości obrotowej silnika (dodawanie gazu). Nie sprzyja to ekonomii jazdy samochodu z manualnie sterowaną skrzynią biegów.
Wykonano także testy brodzenia ciężarówki, zgodnie z metodyką badawczą WITPiS. Test ten nie jest lubiany przez zamawiających to badanie, ze względu na ostre wymagania stawiane pojazdom wojskowym. Jelcz 442.32A próbę tę zaliczył pomyślnie.
Zobacz pełny artykuł w nowym wydaniu czasopisma Wojsko i Technika >>
