Дифференциальное рулевое управление - это средство управления наземным транспортным средством путем приложения большего крутящего момента к одной стороне транспортного средства, чем к другой. [1] Дифференциальное рулевое управление является основным средством управления гусеничными транспортными средствами , такими как цистерны и бульдозеры , также используется в некоторых колесных транспортных средствах, широко известных как бортовое управление , и даже реализовано в некоторых автомобилях, где это называется векторизацией крутящего момента , для увеличения рулевое управление путем изменения направления колес по отношению к автомобилю. Дифференциальное рулевое управление отличается от рулевого управления по крутящему моменту , которое обычно считается отрицательным побочным эффектом при выборе конструкции трансмиссии.
История
Британская сельскохозяйственная компания, Хорнсби из Грэнтэма , разработала гусеничный ход, который был запатентован в 1905 году. [2] Тракторы Хорнсби имели гусеничную муфту с управляемой муфтой.
Механизмы
Существует несколько механизмов, которые были разработаны для изменения крутящего момента, прилагаемого к разным сторонам транспортного средства. К ним относятся рулевое управление с тормозом-муфтой, рулевое управление с тормозным дифференциалом, рулевое управление с регулируемым дифференциалом, рулевое управление с редуктором, рулевое управление с двойным дифференциалом Maybach, рулевое управление с двойным дифференциалом, рулевое управление с тройным дифференциалом , [1] гидравлическое , [3] и электрическое.
Сцепление-тормоз
При рулевом управлении с дифференциалом сцепления и тормоза мощность отключается с одной или другой стороны с помощью муфты , а на стороне без привода также может быть задействован тормоз для затягивания поворота. [1] Обратите внимание, что в этой конструкции нет дифференциала. Гусеницы по обе стороны от транспортного средства всегда будут вращаться с одинаковой скоростью, если только одна из них не отключена для рулевого управления. Этот метод прост в реализации, но неэффективен и подходит только для легковых автомобилей. Кроме того, при движении вниз по склону при торможении двигателем отключение одной стороны для поворота может привести к повороту в другом направлении. [1] [4]
Тормозной дифференциал
При рулевом управлении с тормозом и дифференциалом мощность подается на обе стороны через дифференциал, а тормоз применяется к одной или другой стороне. Замедление одной стороны заставляет другую сторону ускоряться из-за дифференциала, и поэтому транспортное средство поддерживает постоянную скорость. Последующий недостаток состоит в том, что изменение сопротивления качению или тяги с одной стороны на другую автоматически заставляет транспортное средство поворачивать, если ему не противодействует водитель. [1] Дифференциальное рулевое управление этого типа использовалось во многих конструкциях полугусеничных машин для облегчения крутых поворотов.
Управляемый дифференциал
При рулевом управлении с регулируемым дифференциалом шестерни внутри дифференциала блокируются, что приводит к тому, что одна сторона вращается быстрее, чем другая. Преимущество заключается в том, что на торможение не теряется мощность. Недостатком является то, что можно эффективно выполнить только один радиус поворота . Этот метод был разработан Cleveland Tractor Company в 1921 году и назван системой рекуперативного рулевого управления Cletrac . [1]
Зацеплен
В дифференциальном рулевом управлении с редуктором используются две полные коробки передач для подачи мощности на обе стороны, и один отдельный радиус поворота может быть получен из каждой комбинации передаточного числа . Основным недостатком этой системы является то, что она вдвое увеличивает размер и вес всей трансмиссии, и поэтому она была реализована только экспериментально. [1]
Двойной дифференциал Maybach
В двойном дифференциале Maybach мощность передается через одну главную трансмиссию, а затем через конечные передачи эпицикла с каждой стороны. Другая скорость привода вызывается передачей крутящего момента от отдельной «рулевой» трансмиссии на одну или другую главную передачу с использованием пары сцеплений. Обычно усилие рулевого управления вращается с фиксированным передаточным числом относительно двигателя, что приводит к разному радиусу поворота для каждого передаточного числа главной передачи. Эта система была реализована на немецких танках Panther во время Второй мировой войны. [1] Недостатком этой конструкции по сравнению с другими конструкциями с несколькими дифференциалами является то, что приложение рулевого управления к одной гусенице также увеличивает среднюю скорость двух гусениц, поэтому скорость транспортного средства не является постоянной.
Двойной дифференциал
При рулевом управлении с двойным дифференциалом, как и в системе с двойным дифференциалом Maybach, мощность от второй трансмиссии подается на эпициклическую шестерню главной передачи одной или другой стороны. Однако в этой конструкции средняя скорость движения гусениц поддерживается за счет добавления натяжного ролика для приложения противоположного крутящего момента к шестерне эпицикла на другой стороне поворота. Пара муфт используется для передачи выходного сигнала трансмиссии рулевого управления, которая поворачивается только в одном направлении, на поперечный вал рулевого управления в любом направлении. Эта система была разработана в 1928 году майором Уилсоном. [1] Здесь усилие рулевого управления используется не столько для приложения крутящего момента к обеим сторонам, сколько для управления разницей в крутящем моменте и скорости между двумя сторонами.
Также обратите внимание, что в любом из методов рулевого управления с двойным или тройным дифференциалом эффективные радиусы поворота (например, без рулевого сцепления или проскальзывания тормозов) определяются соотношением между входной скоростью рулевого управления и входной скоростью главного привода в каждом из них. планетарный редуктор. Это означает, что наличие нескольких передаточных чисел в рулевой трансмиссии приводит к множеству радиусов поворота для каждого передаточного числа главной передачи. Дополнительная сложность механических систем и средств управления движением означает, что эта возможность редко реализуется.
Тройной дифференциал
Рулевое управление с тройным дифференциалом похоже на рулевое управление с двойным дифференциалом, за исключением того, что вместо использования поперечного вала рулевого управления и промежуточной шестерни используются два поперечных вала рулевого управления, соединенные с дифференциалом рулевого управления. Часть крутящего момента всегда передается через дифференциал рулевого управления и два планетарных дифференциала. Тормоза используются вместо сцепления для замедления того или иного поперечного вала рулевого управления. Рулевое управление работает так же, как упомянутое выше дифференциальное рулевое управление с тормозами, за исключением того, что неэффективность рулевого тормоза влияет только на крутящий момент, передаваемый через рулевое управление.
Гидравлический
Гидравлическое дифференциальное рулевое управление состоит из системы гидравлического привода с одним гидравлическим насосом и двумя гидравлическими двигателями , по одному с каждой стороны. [3] Эта система часто используется на погрузчиках с бортовым поворотом и косилках с нулевым поворотом .
Электрический
Электро-дифференциальное рулевое управление состоит из двух электродвигателей, по одному с каждой стороны, которые вращаются с разной скоростью в зависимости от потребностей рулевого управления. Часто применяется в колесных роботах .
Рука
Большинство традиционных инвалидных колясок управляются с помощью дифференциального рулевого управления, когда их ведет водитель.
Радиус поворота
В зависимости от реализации, трения между приводным механизмом и землей и доступной мощности автомобиль с дифференциальным рулевым управлением может иметь нулевой радиус поворота или радиус поворота от бордюра до бордюра, равный длине транспортного средства, при движении с каждой стороны с одинаковой скоростью. но в противоположных направлениях. Это также называется нейтральным поворотом . [5] Транспортные средства, у которых только одно ведущее колесо с каждой стороны жестко выровнено, а все остальные могут свободно вращаться, такие как инвалидные коляски и колесные роботы, требуют наименьшего усилия для поворота. Транспортные средства с длинными непрерывными гусеницами с каждой стороны, которые должны скользить по земле для того, чтобы вообще повернуть, требуют большей мощности.
Примеры
- Танки , бронетранспортеры , бронетранспортеры , самоходные зенитные установки и аналогичные военные машины
- Бульдозеры , экскаваторы , тракторы , ратраки , траншеекопатели и другая тяжелая техника.
- Погрузчики с бортовым поворотом и их производные
- Вездеходы-амфибии
- Косилки с нулевым поворотом
- Дифференциальные колесные роботы
- Инвалидные кресла
Смотрите также
- Системы управления танком
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i Филип Эдвардс (сентябрь 1988 г.). «Дифференциалы, теория и практика» . Конструктор Ежеквартально . Проверено 13 ноября 2017 .
- ^ Британский патент № 16,345 (1904)
- ^ а б Карим Ницца. "Как работают погрузчики с бортовым поворотом и вездеходные погрузчики Caterpillar" . Как работает материал . Проверено 23 ноября 2017 .
- ^ Стюарт Дж. Макгиган; Питер Дж. Мосс (ноябрь 1998 г.). «Обзор трансмиссионных систем гусеничной военной техники» . Журнал Battlefield Technology . 1 (3) . Проверено 23 ноября 2017 .
- ^ Майкл Грин; Джеймс Д. Браун (2008). Танки Тигры на войне . Издательская компания МБИ. п. 46. ISBN 9781610600316.