Системы рулевого управления танка позволяют танку или другому транспортному средству с непрерывной гусеницей совершать поворот. Поскольку гусеницы нельзя наклонять по отношению к корпусу (в любой эксплуатационной конструкции), рулевое управление должно осуществляться за счет ускорения одного пути вверх, замедления другого (или поворота его назад) или комбинации обоих. Полугусеничные автомобили избегают этого, комбинируя управляемые колеса и гусеницы с фиксированной скоростью.
Ранние системы рулевого управления были заимствованы от гусеничных рабочих транспортных средств, обычно с использованием сцепления для снижения мощности на одну гусеницу, вызывая ее замедление. Эти конструкции имеют множество проблем, особенно при подъеме на холмы или беге на высокой скорости, поскольку снижение мощности приводит к снижению общей скорости. Подача мощности на обе гусеницы при их вращении с разной скоростью - сложная конструкторская проблема.
Был представлен ряд более совершенных конструкций, особенно во время Второй мировой войны , которые поддерживали мощность обоих гусениц 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 как США, так и Германия.
Большинство современных западных конструкций используют вариант двойного дифференциала, в то время как советские конструкции предпочитают использовать две отдельные трансмиссии в одном корпусе. Системы, в которых используются электродвигатели с регулируемой скоростью , были опробованы в ряде случаев, но не получили широкого распространения.
Двойной привод [ править ]
Одним из решений проблемы рулевого управления является использование двух отдельных трансмиссий, каждая из которых управляет одной гусеницей. Это сохраняет мощность на обоих гусеницах при рулевом управлении, создает широкий диапазон кругов поворота и даже позволяет реверсировать одну гусеницу, в то время как 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 мощности пара , где большая часть двигателя с точки зрения размера и веса - это котел , а цилиндры, которые извлекают эту мощность, намного меньше по сравнению с этим. Он также может обеспечивать переменную мощность, контролируя количество пара, подаваемого в каждый цилиндр. Это намного сложнее при использовании с двигателями внутреннего сгорания . [1]
Менее очевидная проблема заключается в том, что такому транспортному средству очень трудно удержать движение по прямой. Хотя для обеспечения одинаковой скорости вращения двигателя можно использовать регулятор , нагрузки на гусеницы не будут одинаковыми, поскольку он движется по разной местности, что приводит к замедлению более нагруженной 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 эта система иногда используется на бульдозерах и других гусеничных строительных машинах. Для танков требуются значительные навыки водителя и постоянная регулировка даже на относительно низких скоростях, характерных для ранних конструкций. [1]
Примеры настоящих систем с двумя приводами не распространены, но они существовали на протяжении большей части истории танков. Примеры включают британский средний танк времен Первой мировой войны Whippet [2] и M5 Stuart .
Двойная трансмиссия или редукторное рулевое управление [ править ]
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 и 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 последующими решениями. [3]
Системы с двойным приводом широко использовались с первых дней существования гусеничных машин, в том числе трактора Holt 75 , широко использовавшегося во время Первой мировой войны . [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 Crusader раннего периода войны. Чешский LTH также принял эту систему на вооружение немцев как Panzer 38 (t) . [3]
Советский Союз представил эту систему для своего экспериментального танка КВ-13, что привело к ее использованию в семействе танков ИС . В более поздних версиях было введено больше шестерен для обеспечения нескольких радиусов поворота, в том числе для поворота одной гусеницы. На Т-64 была представлена новая модель с семью скоростями, и эта базовая система использовалась на Т-72 , Т-90 и китайском Типе 98 . [3] [5]
Торможение сцеплением [ править ]
Самая простая с точки зрения механики однодвигательная система рулевого управления, которая почти повсеместно использовалась на ранних конструкциях танков, представляла собой комбинацию тормоза и сцепления, соединенных с органами рулевого 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 поднимается или ходит 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 Первой мировой войны . Большинство легких танков использовали его в 1920-1930 годах, а также некоторые более крупные танки, такие как британский экспериментальный Vickers Independent и советский Т-35 . Последними крупными проектами, использовавшими его, были советский Т-34 и немецкий Panzer III и Panzer IV . [3]
Дифференциальное торможение [ править ]
Системы дифференциального торможения (или дифференциала с тормозом) снимают муфты на гусенице и добавляют дифференциал на выходе трансмиссии. Дифференциал позволяет гусеницам поворачиваться с разной скоростью, оставаясь включенным. В этом 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, создавая 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 более крупных 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. Прямой импульс имеет тенденцию компенсировать этот эффект, поэтому в основном это проблема на низких скоростях. [3]
Дифференциальное торможение фактически предшествовало тормозу сцеплением на гусеничных транспортных средствах, поскольку первоначально было введено Ричардом Хорнсби и сыновьями в 1905 году на первом в мире гусеничном транспортном средстве. Торможение сцеплением стало популярным только из-за своей механической простоты. Дифференциальное торможение можно было найти на многих небольших танках, особенно в период до Второй мировой войны. Британские танки начали использовать их во время Первой мировой войны и продолжили во время Второй мировой войны . Одним из распространенных примеров был Брен Кэрриер . [3]
Контролируемый дифференциал [ править ]
Дифференциальные тормозные системы представляют собой планетарную трансмиссию с одним фиксированным передаточным числом, передаваемым через промежуточные шестерни . Управляемый дифференциал добавляет удлинитель к стойке, удерживающей направляющие ролики, и тормозит это удлинение обычным способом. 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 заставляет вывод на этой стороне замедляться на фиксированную величину. [3]
Преимущество этой конструкции заключается в том, что тормоз не применяется для замедления транспортного средства, а просто включает или выключает второй набор передач. Это означает, что он не рассеивает энергию, за исключением короткого периода ее применения или высвобождения. Более плавное рулевое управление может быть достигнуто за счет частичного нажатия на тормоз, но затем он 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 Cleveland Tractor Company в 1921 году и иногда известна под торговой маркой Cletrac Differential. Его использовали на большинстве французских танков в межвоенное время, а также на немецком Grosstraktor . Это было наиболее распространено в дизайне США, использовалось на всех легких и средних с 1932 года до конца Второй мировой войны. Позже использовались французский AMX 13 , японский Type 61 и широко производимый в США БТР M113 . [3]
Двойной дифференциал [ править ]
Более сложная система двойного дифференциала похожа на управляемый дифференциал в базовой концепции в том, что она регулирует скорость гусениц, контролируя вращение холостых колес. Однако в этом случае используются два полных дифференциала, по одному на каждую гусеницу, а холостые колеса управляются не тормозом, а вторым приводным валом, рулевым валом . [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 с помощью 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 одну из направляющих роликов вперед, а другую 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 рекуперативна, вся мощность двигателя достигает гусеницы 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 эта функция 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, включая немецкие тигры . На Char B1 использовалась дополнительная бесступенчатая мощность с использованием гидростатической трансмиссии , обеспечивающая плавное изменение радиуса поворота, что устранило главный недостаток системы. Низкий КПД этой системы означал, что она не получила широкого распространения, но быстрое улучшение гидродинамических гидравлических муфт сделало ее обычным явлением в послевоенную эпоху. Большинство западных танков с 1960-х годов использовали вариации этой конструкции, особенно M60 Patton и M1 Abrams . [6]
Тройной дифференциал Мерритта – Брауна [ править ]
Эта система была разработана доктором Х.Э. Мерриттом , директором по дизайну резервуаров Woolwich Arsenal , и произведена компанией David Brown 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, в котором скорость вала фиксирована. Этот выходной сигнал приводит в движение направляющие ролики двойного дифференциала, который в остальном не изменился, обеспечивая бесступенчатое 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 основном на британских танках военного и послевоенного времени, сначала на танке Черчилль, а затем на танке Кромвель и его последующих моделях. Это дало этим конструкциям беспрецедентную маневренность и способность подниматься на высоту, которой не могли добиться другие конструкции вплоть до начала холодной войны . Базовая версия продолжала использоваться на британских конструкциях до TN 10 Conqueror и TN 12 на Chieftain . Эта система, как правило, сегодня не используется в пользу улучшенных гидродинамических трансмиссий в двойном дифференциале, начиная с трансмиссии в Challenger . [6] [7]
Двойной дифференциал Maybach [ править ]
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 на одной конструкции - танке Panther . 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, призванных упростить производство.
Электрические трансмиссии [ править ]
Ранние системы рулевого управления были неэффективными и теряли настолько много мощности, что были неэффективны для тяжелых транспортных средств. Компания Holt Manufacturing Company (предок Caterpillar Inc. ), чья конструкция гусениц повлияла на ранние танки, экспериментировала с бензиново-электрической трансмиссией в своем бензобаке Holt . Аналогичный дизайн использовался на французском Saint-Chamond и, в свою очередь, адаптирован для установки на испытательный автомобиль британской серии Mark II . 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; тот, что в Сен-Шамоне, прибавил пять тонн. [8] [9] Другие конструкции и последующие разработки, использующие аналогичную систему, были отклонены как непрактичные. [9]
Некоторые из первых попыток создания новых электрических трансмиссий были предприняты британцами в ходе экспериментов TOG в начале войны , а также немцами в ходе экспериментов с тяжелыми танками в середине войны. Самым заметным среди немецких усилий было участие Porsche в конкурсе, который в конечном итоге привел к созданию Tiger. [10] Шасси этих проектов позже было преобразовано в ряд других ролей, включая истребитель танков Elefant (первоначально «Фердинанд») . [11] Этот тип трансмиссии также использовался в сверхтяжелом Panzer VIII Maus.. На практике трансмиссия моделей Porsche оказалась даже менее надежной, чем традиционный тип, и к концу войны поставки меди были слишком ограничены, чтобы рассматривать возможность ее использования в таких количествах в двигателях трансмиссии. [12]
См. Также [ править ]
- Рулевой привод с поперечным приводом
- Дифференциальное рулевое управление
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ^ a b c Огоркевич 2015 , стр. 298.
- ^ Флетчер 2016 , стр. 110.
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р д Edwards 1988 , с. 47.
- ^ Ogorkiewicz 2015 , стр. 297.
- ^ "Трансмиссия для танка Т-72 и его версий" . Харьковский Морозовский машиностроительный завод .
- ^ a b c d e Эдвардс 1988 , стр. 48.
- ^ Ogorkiewicz 2015 , стр. 300.
- ^ a b Джексон, Роберт (2010). 101 отличный танк . Розен Паблишинг. п. 9. ISBN 978-1-4358-3595-5.
- ^ a b Смитерс, AJ (1986). Новый Экскалибур: разработка танка 1909–1939 гг . Перо и меч. п. 92. ISBN 978-0-436-47520-7.
- ^ Ogorkiewicz 2015 , стр. 130.
- ^ Каррутерс, Боб (2013). Справочник по немецким вооруженным силам . Перо и меч. п. 409. ISBN. 978-1-78159-215-1.
- ^ Ogorkiewicz 2015 , стр. 300-301.
Библиография [ править ]
- Эдвардс, Филипп (сентябрь 1988 г.). «Системы управления цистерной (дифференциалы, теория и практика)» . Constructor Quarterly : 47–48.
- Флетчер, Дэвид (2016). Британские боевые танки: Первая мировая война до 1939 года . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1-4728-1756-3.
- Огоркевич, Ричард (2015). Танки: 100 лет эволюции . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1-4728-1305-3.
Внешние ссылки [ править ]
- Гусеничное рулевое управление транспортных средств перечисляет большинство этих систем вместе со схемами.
