Системы управления танком - Tank steering systems

Системы управления танком позволить бак, или другой непрерывная дорожка автомобиль, чтобы повернуть. Поскольку гусеницы не могут быть наклонены относительно корпуса (в любой эксплуатационной конструкции), рулевое управление должно осуществляться за счет ускорения одной гусеницы вверх, замедления другой (или реверсирования) или комбинации обоих. В полуторожки Избегайте этого, комбинируя управляемые колеса и гусеницы с фиксированной скоростью.

Ранние системы рулевого управления были заимствованы от гусеничных рабочих машин, обычно с использованием схватить для уменьшения мощности на одну дорожку, вызывая ее замедление. Эти конструкции имеют множество проблем, особенно при подъеме на холмы или беге на высокой скорости, поскольку снижение мощности приводит к замедлению общей скорости. Подача мощности на обе гусеницы при их вращении с разной скоростью - сложная конструкторская проблема.

Был представлен ряд более совершенных дизайнов, особенно через Вторая Мировая Война, который поддерживал мощность на обоих гусеницах во время рулевого управления, концепция, известная как рекуперативное рулевое управление. Некоторые из них также позволяли одной гусенице двигаться вперед, а другая - наоборот, позволяя танку вращаться на месте, концепция, известная как нейтральное рулевое управление. Первой действительно успешной системой была британская конструкция с двойным дифференциалом 1924 года, которую скопировали и США, и Германия.

В большинстве современных западных конструкций используется вариант двойного дифференциала, тогда как в советских конструкциях предпочитали использовать две отдельные трансмиссии в одном корпусе. Системы с использованием электродвигателей с регуляторы скорости неоднократно опробовались, но не получили широкого распространения.

Двойной привод

Одним из решений проблемы рулевого управления является использование двух отдельных трансмиссий, каждая из которых управляет одной гусеницей. Это поддерживает мощность обоих гусениц при рулевом управлении, обеспечивает широкий диапазон кругов поворота и даже позволяет менять направление движения одной гусеницы, а другая движется вперед, позволяя танку поворачиваться на месте. Это можно комбинировать с тормозами для дальнейшего контроля радиуса поворота.[1]

Очевидным недостатком этой конструкции является стоимость и сложность двух трансмиссий, а также повышенная эксплуатационная нагрузка, которую это подразумевает. Другой заключается в том, что в случае отказа одного двигателя другой не может использоваться для управления обеими гусеницами. Обе эти проблемы были значительно уменьшены в случае сила пара, где большая часть двигателя с точки зрения габаритов и веса - это котел, и цилиндры, которые извлекают эту мощность, намного меньше по сравнению. Он также может обеспечивать переменную мощность, контролируя количество пара, подаваемого в каждый цилиндр. Это намного сложнее при использовании с двигатель внутреннего сгорания.[1]

Менее очевидная проблема заключается в том, что такому транспортному средству очень трудно удержать движение по прямой. Хотя губернатор может использоваться для обеспечения одинаковых скоростей вращения двигателя, нагрузки на гусеницы не будут одинаковыми, поскольку он движется по разной местности, что приводит к замедлению более загруженной гусеницы и повороту танка в этом направлении. Это приведет к блужданию танка при движении по неровной поверхности. Это не проблема на очень низких скоростях, и система иногда используется на бульдозеры и другие гусеничные строительные машины. Для танков требуются значительные навыки водителя и постоянная регулировка даже на относительно низких скоростях, характерных для ранних конструкций.[1]

Примеры настоящих систем с двойным приводом не распространены, но они существовали на протяжении большей части истории танков. Примеры включают британцев времен Первой мировой войны. Уиппет средний танк,[2] и M5 Стюарт.

Двойная трансмиссия или редукторное рулевое управление

Советские танки, такие как этот Т-72, ​​по сей день используют усовершенствованные варианты двойной трансмиссии.

Простым шагом вперед от концепции двойного привода является использование одного двигателя и разделение выходной мощности на две трансмиссии. Рулевое управление осуществляется переключением передач на одной гусенице, а не на другой. Это снижает сложность системы двойного привода в сочетании с современным двигателем. Он также вводит новое поведение; дополнительная нагрузка на одну дорожку приводит к замедлению другой. На самом деле это улучшение по сравнению с решением с двойным приводом, поскольку оно заставляет весь танк замедляться, а не поворачиваться к загруженной гусенице.[3]

Обратной стороной этого подхода является то, что передачи высокой мощности являются устройствами, подверженными сбоям, особенно в эпоху Второй мировой войны. Они также являются сложными и трудоемкими устройствами для сборки и ремонта. Хотя он исключает второй двигатель по сравнению с концепцией двойного привода, он все еще относительно сложен по сравнению с решениями, которые следуют ниже.[3]

Системы двойного привода широко использовались с первых дней существования гусеничных машин, в том числе Holt 75 тракторы которые широко использовались в Первая Мировая Война.[4] Японцы приняли эту концепцию в 1925 году, и все их последующие танки во время Второй мировой войны использовали ее. Британцы также продолжали использовать его на легких танках, таких как Covenanter и Крестоносец раннего военного периода. Чешский LTH также принял систему, рассматривая службу с немцами как Panzer 38 (т).[3]

Советы представили эту систему для своего экспериментального танка КВ-13, и это привело к ее использованию в Семейство танков ИС. В более поздних версиях было введено больше шестерен для создания нескольких радиусов поворота, в том числе для поворота одной гусеницы. В Т-64 представила новую модель с семью скоростями, и эта базовая система была использована на Т-72, Т-90 и китайский Тип 98.[3][5]

Торможение сцеплением

Т-34 был одним из самых удачных танков, разработанных специально для использования системы рулевого управления со сцеплением.

Самая простая с механической точки зрения однодвигательная система рулевого управления, которая почти повсеместно использовалась на ранних конструкциях танков, представляла собой комбинацию тормоза и сцепления, соединенных с органами управления. Органы управления обычно представляли собой пару вертикальных ручек, по одной для каждой дорожки. Если потянуть за ручку, сцепление отключится, гусеница будет отключена, и она замедлится. Дальнейшее движение рукоятки приводило к усилению торможения этой гусеницы, позволяя регулировать радиус поворота.[3]

Основным недостатком этой конструкции является то, что при включении рулевого управления мощность двигателя снимается с гусеницы. Это заставляет танк замедляться, даже если тормоз не задействован. Если танк набирает высоту или идет по мягкому грунту, движение вперед может полностью прекратиться. Другой недостаток заключается в том, что тормоза постоянно рассеивают огромное количество тепла при рулевом управлении, что очень неэффективно. Тормоза, подходящие для управления большим транспортным средством, также непрактично велики.[3]

Торможение сцеплением было введено французами в 1916 году во время Первая Мировая Война. Большинство легких танков использовали его в 1920-1930 годах, а также некоторые более крупные танки, такие как британские экспериментальные Викерс Независимый и советский Т-35. Последними крупными проектами, использовавшими его, были советские Т-34 и немецкий Panzer III и Panzer IV.[3]

Дифференциальное торможение

Universal Carrier был широко распространенным примером тормозной дифференциальной системы.

Системы дифференциального торможения (или дифференциала с тормозом) снимают сцепления на гусенице и добавляют дифференциал на выходе трансмиссии. Дифференциал позволяет гусеницам поворачиваться с разной скоростью, оставаясь включенным. В таком случае рулевое управление осуществляется за счет замедления одной гусеницы с помощью тормоза. Преимущество этой конструкции заключается в том, что мощность сохраняется на обеих гусеницах даже во время рулевого управления. Еще одно преимущество - прямая простота; система рулевого управления подключается непосредственно к тормозу и ни к чему другому, образуя очень простую механическую конструкцию.[3]

Главный недостаток, как и тормозной системы со сцеплением, заключается в том, что рулевое управление отводит тепло через тормоза. Однако, в отличие от системы с сцеплением, в этом случае любой поворот требует торможения. Это можно использовать на более легких танках, но количество кинетической энергии в больших танках делает требуемые тормоза непрактично большими. Другой недостаток заключается в том, что дифференциал позволяет гусеницам поворачиваться с разной скоростью независимо от причины. Это может быть применение торможения, но также происходит при движении танка по местности; если одна сторона танка выходит на более мягкую местность и замедляется, танк естественным образом поворачивается в эту сторону. Движение вперед имеет тенденцию компенсировать этот эффект, поэтому в основном это проблема на низких скоростях.[3]

Дифференциальное торможение фактически предшествовало торможению сцеплением на гусеничных транспортных средствах, первоначально оно было введено Ричард Хорнсби и сыновья в 1905 году на первой в мире гусеничной машине. Торможение сцеплением стало популярным только благодаря своей механической простоте. Дифференциальное торможение можно было найти на многих небольших танках, особенно в эпоху до Второй мировой войны. Британские танки начали использовать их во время Первой мировой войны и продолжали Вторая Мировая Война. Одним из распространенных примеров был Брен Кэрриер.[3]

Управляемый дифференциал

M113 - наиболее широко используемый военный образец управляемой дифференциальной системы.

Дифференциальные тормозные системы по сути эпициклическая передача с одним фиксированным передаточным числом, передаваемым через бездельник шестерни. Управляемый дифференциал добавляет удлинитель к стойке, удерживающей направляющие ролики, и ставит обычный тормоз на этот удлинитель. При включенном тормозе холостые колеса заблокированы, и система работает как обычный эпициклический двигатель. Когда тормоз отпущен, холостые колеса вращаются, снижая скорость вращения с этой стороны. Это приводит к замедлению вывода на этой стороне на фиксированную величину.[3]

Преимущество этой конструкции заключается в том, что тормоз не применяется для замедления транспортного средства, он просто включает или выключает второй набор передач. Это означает, что он не рассеивает энергию, за исключением короткого периода его применения или высвобождения. Более плавное рулевое управление может быть достигнуто путем частичного нажатия на тормоз, но затем оно начинает рассеивать энергию, как тормозной дифференциал. Главный недостаток - всего один радиус поворота. Как и стандартное дифференциальное решение, эти системы также могут автоматически поворачиваться при движении по бездорожью.[3]

Система была изобретена Кливлендская тракторная компания в 1921 году и иногда известна под торговой маркой Cletrac Differential. Его использовали на большинстве французских танков в межвоенное время, а также на немецких Гросстрактор. Это было наиболее распространено в дизайне США, использовалось на всех легких и средних с 1932 года до конца Второй мировой войны. Позже использовались французские AMX 13, Японский Тип 61, и широко производимые в США M113 APC.[3]

Двойной дифференциал

Тигр был одним из первых танков, в которых широко использовался двойной дифференциал.

Более сложная система двойного дифференциала похожа на управляемый дифференциал в базовой концепции, поскольку она контролирует скорость гусениц, контролируя вращение холостых колес. Однако в этом случае используются два полных дифференциала, по одному на каждую гусеницу, и холостые колеса управляются не тормозом, а вторым приводным валом, рулевой вал.[3]

Обычно рулевой вал подсоединяется к двигателю напрямую, а не к выходу трансмиссии. Это означает, что он вращается с относительно узким диапазоном оборотов по сравнению с главным приводным валом. Рулевой вал разделен на два выходных вала посредством системы сцепления, которая позволяет выходным валам вращаться вперед, назад или вообще не вращаться. Холостой ход меняет направление с одной стороны, поэтому они всегда вращаются в противоположных направлениях.[3]

При выключенном сцеплении, чтобы вал не вращался, направляющие ролики в двух дифференциалах зафиксированы на месте. Это похоже на управляемый дифференциал с включенным тормозом. Когда рулевое сцепление включено, вал вращает один из холостых наборов вперед, а другой назад, в результате чего одна гусеница ускоряется, а другая замедляется.[3]

Поскольку разница скоростей двух гусениц не зависит от выбора коробки передач, это делает эффект рулевого управления менее выраженным на более высоких скоростях; это означает, что танк имеет больший радиус поворота на более высоких скоростях, что обычно и нужно. Однако система производит только один радиус для любого заданного выбора коробки передач.[6]

Система полностью регенеративная, вся мощность двигателя поступает на гусеницу либо через главный карданный вал, либо через систему рулевого управления, никакая энергия не теряется на тормоза или сцепления. Кроме того, поскольку мощность передается от трансмиссии к системе рулевого управления, в некоторых конструкциях бак может поворачиваться, даже когда главный редуктор не включен. Ограничением этой функции является прочность рулевого вала, который должен быть достаточно прочным, чтобы перемещать бак, если это требуется, но в противном случае его можно сделать легче, если в этом нет необходимости.[6]

Двойные дифференциалы были впервые использованы в экспериментах во Франции, начиная с 1921 года, и были обнаружены на многих тяжелых танках Второй мировой войны, в том числе на немецких. Тигры. Добавление бесступенчатого выхода с использованием гидростатическая трансмиссия использовался на Char B1, обеспечив плавное изменение радиуса поворота, что устранило главный недостаток системы. Низкий КПД этой системы означал, что она не получила широкого распространения, но быстро улучшила гидродинамику. гидравлические муфты сделал это обычным явлением в послевоенное время. Большинство западных танков, начиная с 1960-х годов, использовали вариации этой конструкции, особенно M60 Patton и M1 Abrams.[6]

Тройной дифференциал Мерритта – Брауна

Черчилль стал первым танком, в котором использовалась система рулевого управления с тройным дифференциалом.

Эта система была разработана доктором Х. Э. Мерритт, Директор по дизайну резервуаров Вулидж Арсенал, и изготовлен Дэвид Браун Ltd.

Тройной дифференциал представляет собой модификацию двойного дифференциала, заменяющую рулевые муфты одинарным тормозным дифференциалом, аналогичным управляемому дифференциалу. Этот третий дифференциал обеспечивает любую желаемую выходную скорость на рулевом валу по сравнению с двойным дифференциалом, где скорость вала фиксирована. Этот выходной сигнал приводит в движение направляющие ролики двойного дифференциала, который в остальном не изменился, обеспечивая бесступенчатое рулевое управление. У него есть все преимущества двойного дифференциала, а единственным недостатком является то, что тормоз на третьем дифференциале рассеивает некоторую энергию при пробуксовке, но это зависит только от количества энергии, используемой для управления транспортным средством, а не от общей энергии. доставлен на рельсы.[6]

Тройной дифференциал использовался в первую очередь на британских танках военного и послевоенного времени. Черчилль танк а позже Танк Кромвеля и его последующие разработки. Это дало этим конструкциям беспрецедентную маневренность и способность подниматься, которые не могли сравниться с другими конструкциями до тех пор, пока они не достигли высот. Холодная война. Базовая версия продолжала использоваться в британских проектах до TN 10 Завоеватель и TN 12 на Вождь. Эта система, как правило, не используется сегодня, в пользу улучшенных гидродинамических трансмиссий в двойном дифференциале, начиная с трансмиссии в Претендент.[6][7]

Двойной дифференциал Maybach

Panther был единственным действующим пользователем системы Maybach.

Система Maybach - это, по сути, упрощенная версия двойного дифференциала, или, точнее говоря, с точки зрения механики, двойного управляемого дифференциала. Он заменяет рулевой вал переднего и заднего хода двойного дифференциала и систему сцепления на один вал, который вращается в одном направлении и тормозит на холостых колесах. Как и управляемый дифференциал, тормоза обычно используются для фиксации холостых колес. Входы рулевого управления отпускают тот или иной тормоз, заставляя холостое колесо вращаться и гусеницу замедляться. В отличие от полного двойного дифференциала, другая сторона не ускоряется, поэтому система не является полностью регенеративной, а поскольку оба холостых колеса вращаются в одном направлении, она не обеспечивает нейтральное рулевое управление.[3]

Система Maybach использовалась только в одном дизайне: Танк пантера. Состояние экономики Германии в конце войны, особенно возможности обработки и поставки прочных материалов, означало, что только небольшое количество сложных двойных дифференциалов могло быть произведено. Для Panther, предназначенного для серийного производства, Maybach разработал трансмиссию AK7-200 с рядом конструктивных замечаний, направленных на упрощение производства.

Электрические трансмиссии

В Шар Сен-Шамон использовала бензиново-электрическую трансмиссию.
Порше Elefant Истребитель танков использовал бензиново-электрическую трансмиссию, но оказался крайне ненадежным.

Ранние системы рулевого управления были неэффективными и теряли настолько много мощности, что были неэффективны для тяжелых транспортных средств. Компания Holt Manufacturing (предок Компания Caterpillar Inc. ) чья конструкция гусениц повлияла на ранние танки, экспериментировал с бензиново-электрическая трансмиссия в их Газовый электробак Holt. Аналогичный дизайн использовался на французском Сен-Шамон и, в свою очередь, адаптирован для установки на испытательный автомобиль британской Марк II серии. Ни один из них не имел особого успеха, хотя было произведено несколько сотен экземпляров Saint-Chamond.[8]

Несмотря на умеренный успех, эти ранние системы были большими и чрезвычайно тяжелыми; один в Сен-Шамоне прибавил пять тонн.[8][9] Другие конструкции и последующие модели, использующие аналогичную систему, обычно отклонялись как непрактичные.[9]

Некоторые из первых попыток создания новых электрических трансмиссий были предприняты в британский ранний период войны. TOG эксперименты, а также немцами в рамках послевоенных экспериментов с тяжелыми танками. Самым заметным среди немецких усилий был Порше участие в конкурсе, в результате которого будет создан Тигр.[10] Шасси этих конструкций позже было преобразовано в ряд других ролей, включая Elefant (первоначально «Фердинанд») истребитель танков.[11] Этот тип трансмиссии также использовался в сверхтяжелых Танк VIII Maus. На практике силовой агрегат моделей Porsche оказался даже менее надежным, чем традиционный тип, и к концу войны поставка медь был слишком ограничен, чтобы рассматривать возможность использования такого количества двигателей в трансмиссии.[12]

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ а б c Огоркевич 2015, п. 298.
  2. ^ Флетчер 2016, п. 110.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q Эдвардс 1988, п. 47.
  4. ^ Огоркевич 2015, п. 297.
  5. ^ «Трансмиссия для танка Т-72 и его модификаций». Харьковский машиностроительный завод Морозова.
  6. ^ а б c d е Эдвардс 1988, п. 48.
  7. ^ Огоркевич 2015, п. 300.
  8. ^ а б Джексон, Роберт (2010). 101 отличный танк. Розен Паблишинг. п. 9. ISBN  978-1-4358-3595-5.
  9. ^ а б Смитерс, А. Дж. (1986). Новый Экскалибур: разработка танка 1909–1939 гг.. Перо и меч. п. 92. ISBN  978-0-436-47520-7.
  10. ^ Огоркевич 2015, п. 130.
  11. ^ Каррутерс, Боб (2013). Справочник по немецким вооруженным силам. Перо и меч. п. 409. ISBN  978-1-78159-215-1.
  12. ^ Огоркевич 2015 С. 300–301.

Библиография

внешняя ссылка