传动演义之一—发展概况

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/26 04:47:18


本文发表于 海陆空天惯性世界 第100期,此处仅作转载,著作权按照相关法规执行。

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传动演义之一—发展概况
传动演义之二—直驶变速技术的发展
传动演义之三—转向技术的发展
传动演义之四—电传动技术的发展
传动演义外传—中国坦克能否中心转向?



          风驰电掣,坦克向前冲锋,
          钢甲铁马扑向敌人,
          猛烈炮火压住日本强盗,
          打得鬼子仓皇逃命。
                          ——俄罗斯歌曲《三个坦克兵》

    自从首次驰骋一战至今,坦克始终令敌人产生一种莫名的敬畏。当大规模装甲集群风驰电掣地越过广袤的平原时,一切敢于阻挡它的敌人都将被碾得粉碎。从出现之日起,坦克的三大性能就紧紧地联系在了一起,任何一项被忽视都将造成坦克整体性能的下降。与火力和防护相比,坦克的机动性通常并不为军事爱好者所重视,但是我们决没有忽视它的理由,在真正的军人眼里,机动性有时甚至比其它两项指标更加重要。你可曾想过,现代坦克之所以拥有这样优异的机动性能,不仅仅是因为拥有性能良好发动机,更重要的是要有优秀的传动装置。事实上,坦克装甲车辆的综合传动装置已经成了一个国家工业水平的象征,世界范围内也没有几个国家全面掌握这项技术。那么,就让我用相对长的篇幅来介绍坦克传动系统的前世今生吧。


产生

    坦克装甲车辆的传动系统,从本质上讲,和履带式拖拉机没有区别。事实上,在履带车辆发展之初,传动系统都是专门为拖拉机设计的。1912年,美国出现了首批以内燃机为动力的霍尔特(Holt)履带拖拉机。尽管它只有一个挡,转向也要由专用的转向轮完成,但是它彻底与以往分别使用两台发动机驱动两侧履带的原始履带车辆划分了界限:它的两侧履带由同一台发动机提供动力(这样做的好处将在后面有专门说明)。这种霍尔特拖拉机除了用于田地耕作之外,在第一次世界大战之初,也在欧洲战场上用于牵引火炮,表现出良好的通过性和环境适应性。它对坦克的出现起了重要的参考作用。

    接下来的事情大家就很清楚了,英国于1915年首先试制成功了世界上第一辆坦克“小游民”(Little Willie),尽管有人对它世界第一的身份表示怀疑,但是它的兄弟“大游民”(Big Willie)——英军的Mark I型坦克却是无可争议的第一种用于实战的坦克。

    这两兄弟传动系统的特点是发动机直接与差速器相连,动力经过差速器后分别流入两侧的变速箱,之后传递到主动轮上。“小游民”的履带布置和以往的拖拉机很相似,而“大游民”为了提高翻越战壕和矮墙的能力改成了过顶履带。转向方式和霍尔特拖拉机一样,是通过车尾拖着的一对转向轮来实现的。这种转向方式是受到轮式车辆的启发,但是用在履带车辆上时却效率极低:转向半径很大,转向操纵力和转向阻力更是大的让人难以接受。据说,后来在一次战斗中转向轮被敌人炮火摧毁,驾驶员才被迫使用改变两侧履带速度的方法进行转向,发现效果居然比使用转向轮还好。从此,坦克上不再设置转向轮,坦克的转向全部通过主动改变两侧履带的速度来实现。



本文发表于 海陆空天惯性世界 第100期,此处仅作转载,著作权按照相关法规执行。

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传动演义之一—发展概况
传动演义之二—直驶变速技术的发展
传动演义之三—转向技术的发展
传动演义之四—电传动技术的发展
传动演义外传—中国坦克能否中心转向?



          风驰电掣,坦克向前冲锋,
          钢甲铁马扑向敌人,
          猛烈炮火压住日本强盗,
          打得鬼子仓皇逃命。
                          ——俄罗斯歌曲《三个坦克兵》

    自从首次驰骋一战至今,坦克始终令敌人产生一种莫名的敬畏。当大规模装甲集群风驰电掣地越过广袤的平原时,一切敢于阻挡它的敌人都将被碾得粉碎。从出现之日起,坦克的三大性能就紧紧地联系在了一起,任何一项被忽视都将造成坦克整体性能的下降。与火力和防护相比,坦克的机动性通常并不为军事爱好者所重视,但是我们决没有忽视它的理由,在真正的军人眼里,机动性有时甚至比其它两项指标更加重要。你可曾想过,现代坦克之所以拥有这样优异的机动性能,不仅仅是因为拥有性能良好发动机,更重要的是要有优秀的传动装置。事实上,坦克装甲车辆的综合传动装置已经成了一个国家工业水平的象征,世界范围内也没有几个国家全面掌握这项技术。那么,就让我用相对长的篇幅来介绍坦克传动系统的前世今生吧。


产生

    坦克装甲车辆的传动系统,从本质上讲,和履带式拖拉机没有区别。事实上,在履带车辆发展之初,传动系统都是专门为拖拉机设计的。1912年,美国出现了首批以内燃机为动力的霍尔特(Holt)履带拖拉机。尽管它只有一个挡,转向也要由专用的转向轮完成,但是它彻底与以往分别使用两台发动机驱动两侧履带的原始履带车辆划分了界限:它的两侧履带由同一台发动机提供动力(这样做的好处将在后面有专门说明)。这种霍尔特拖拉机除了用于田地耕作之外,在第一次世界大战之初,也在欧洲战场上用于牵引火炮,表现出良好的通过性和环境适应性。它对坦克的出现起了重要的参考作用。

    接下来的事情大家就很清楚了,英国于1915年首先试制成功了世界上第一辆坦克“小游民”(Little Willie),尽管有人对它世界第一的身份表示怀疑,但是它的兄弟“大游民”(Big Willie)——英军的Mark I型坦克却是无可争议的第一种用于实战的坦克。

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2011-7-6 09:48 上传


    这两兄弟传动系统的特点是发动机直接与差速器相连,动力经过差速器后分别流入两侧的变速箱,之后传递到主动轮上。“小游民”的履带布置和以往的拖拉机很相似,而“大游民”为了提高翻越战壕和矮墙的能力改成了过顶履带。转向方式和霍尔特拖拉机一样,是通过车尾拖着的一对转向轮来实现的。这种转向方式是受到轮式车辆的启发,但是用在履带车辆上时却效率极低:转向半径很大,转向操纵力和转向阻力更是大的让人难以接受。据说,后来在一次战斗中转向轮被敌人炮火摧毁,驾驶员才被迫使用改变两侧履带速度的方法进行转向,发现效果居然比使用转向轮还好。从此,坦克上不再设置转向轮,坦克的转向全部通过主动改变两侧履带的速度来实现。



发展概况

    早期的履带车辆传动系统中的差速器和离合器与轮式车辆并没有太大的不同,人们可以按照轮式车辆上得到的经验来设计履带车辆。轮式车辆可以使用差速器被动地适应转向,使两侧车轮具有不同的速度,因为两侧的速度差是由专门的转向系统产生的,所以轮式车辆的这种转向形式称为随动转向。而履带车辆则不同,转向系统需要主动地控制两侧输出,使两侧履带产生速度差迫使车辆完成转向,这称为主动转向。早期的轻型坦克上,使用过“单差速器”,后来出现了性能较好的“双差速器”。通过在差速器和两侧履带之间设置制动器,在需要转向时,对一侧施加一定程度的制动甚至完全制动,即可实现转向。


使用单差速器的Fiat-3000轻型坦克

    与差速器同时代的还有离合器转向,在变速箱和两侧主动轮之间各设置一个离合器(与变速箱前的主离合器结构基本相同,称为转向离合器)。在需要转向时,分离一侧的离合器,同时对该侧主动轮施加一定程度的制动力,就可以实现转向。

    用差速器转向时,转向的外侧履带将会增加一个速度值。而这个速度值随时都与低速侧由于制动产生的速度下降值相等,使坦克中心的运动速度保持不变。我们规定,不论传动系统是否使用单差速器,凡具有这种运动学特征的,都称之为“差速式转向”。

    如果转向时两侧的速度特征和离合器转向一样,外侧履带保持原来直驶速度不变,只有内侧履带速度降低,则称为“独立式转向”。

    在稍晚的时候,又有人提出一种“降速式转向”,通过专门设计的机构,使得车辆在转向时,内外侧履带按照一定比例降速,但是外侧降速较少。这种系统的特点是转向阻力较小(因为速度慢嘛),但是速度损失太大,不适合一线战斗车辆,只有苏联在IS-3和T-10M等重型坦克上使用过,不过其在工程车辆上倒是有很多应用。


使用降速式转向的IS-3

    至此我们可以将坦克装甲车辆的传动系统按照其实现的转向运动学特征划分为三类:差速式、独立式和降速式。当前所有的履带车辆传动都可以按照特点对号入座。可能会有人想到,既然转向时可以让内侧履带减速,那么将外侧履带增速也应该是可以实现转向的,那为什么独立式转向只提到了减速的情况,而没说增速的情况?同样,为什么没有按照比例增速实现转向的“增速式转向”呢?其实道理很简单,因为在转向时增速容易发生危险,而且转向需要的功率也很大,所以增速式转向只有理论价值,在实际中没有人会这样设计。

    上面主要讲的是传动的运动学特征,大家在吹牛的时候可以引用。而下面要讨论的才是大家真正关心的话题:传动系统的结构特征。

    首先要明确一个概念:传动究竟传的是什么?这个“动”指的是两个方面,一个是“运动”,也就是把发动机输出的转速传到主动轮上,它决定了坦克能跑多快;另一个是“动力”,是把发动机输出的转矩传到主动轮上,它决定了坦克的牵引力的大小。当然,这两者并不是完全独立的,它们的乘积就是功率。所以我们可以笼统的认为传动系统传递的就是功率,按照功率在传动系统中的流动形式,可以把传动系统分为单功率流传动和双功率流传动。

    与一般的轮式车辆不同,履带车辆是通过主动改变两侧履带速度的方法实现转向的,这个主动控制履带速度的机构称为转向机构[注1:主动转向与随动转向]。单流传动系统的特点是转向机构与变速机构串联,即发动机输出的功率是在通过变速机构之后才流入转向机构的;而双流传动系统则是转向机构与变速机构并联,发动机输出的功率先经过分流机构分为转向功率流和直驶功率流,分别经过转向机构与变速机构后通过汇流机构重新汇成一路再传递到主动轮上。


单流传动系统简图


双流传动系统简图

    最初的坦克使用的就是单流传动系统,其结构简单、使用和维修相对容易,前面提到的差速器转向和离合器转向都是典型的单流传动形式,它们的代表作分别是美国M113装甲车和苏联T-34中型坦克。在第一次世界大战后期,英国的威尔逊发展了一种二级行星转向机构可以使坦克在直驶和制动转向(指一侧履带完全制动,与一侧履带正转一侧履带反转的中心转向不同)之间增加一个中间规定转向半径。当用这个规定转向半径时,内侧制动用的小制动器完全不产生滑动摩擦,并且可以在低速侧回收功率补充到高速侧去,这使得滑摩转向的使用频率减小,提高机构的可靠性和功率利用的合理性。苏联的T-54、T-62以及中国的59式、62式等都采用了这种转向机构。

    有的读者可能会想到,如果两侧的行星转向机构都被操纵到中间传动比,那不就相当于增加了直驶变速挡吗?没错,59式坦克的驾驶员在遇到困难路面时,就是通过这种办法加大坦克传动比,实现增大牵引力的目的,这种方法称为“加力行驶”。按照这个思路,继续增加左右侧中间传动比的数目,同时取消两侧共用的变速机构,就形成了所谓的“双侧变速兼转向传动系统”。在直驶时,两侧变速箱挡位相同,当需要转向时,把内侧的挡位降低即可实现转向。苏联T-72、T-80、T-90使用的都是这一类转向机构。

    双侧变速兼转向传动的优点是体积小,功率密度大,这也是俄系坦克体积较小的一个重要原因。但是相对于它的优点,其不足之处更加明显:它不仅难于设计,在使用中也很麻烦。首先,由于坦克对于直驶和转向的动力要求不同,所以要设计一个同时兼顾直驶和转向的传动机构是很困难的,一般只能采取折中的手段,设计出来的传动系统不是直驶挡位数目多的离谱,就是转向半径不合适(不是太大就是太小)。相信大家都看过俄罗斯坦克的表演,俄罗斯坦克在高速转弯时总会出现侧滑,这就是由于转向半径太小造成的。应该注意的是,这决不是机动性好的表现:因为侧滑是一个非受控状态,是一种很危险的情况。不仅坦克的路径难以预计,更严重的是,如果在侧滑过程中遇到较大的阻力很可能会造成翻车,这在传动系统设计的过程中应是尽量避免的。其次,该传动形式难于在两侧同时实现液力传动和自动换挡,对比同时代其它种类的转动形式,技术上不占优势;对比以往出现的传动形式,结构又相对复杂,使用、保养困难。因此,在目前看来没有明显的发展前途。

    前面提到过的“降速式转向”,也是一种单流传动,最著名的就是俄罗斯的ЗК转向机构。当操纵这种转向机构进行转向时,转向半径可以自适应于不同的道路阻力,稳定到一个特定值上。这种机构尽管不适合军用,但是移植到民用低速车辆上还是很好的,特别是节省转向功率而且机构也并不复杂。

    从出现时间来看,双功率流传动系统的出现比单流传动晚得多,最早的双流传动系统是1936年由Schneider公司研制成功的SOMUA转向机,此时很多二战中的著名坦克都已经定型了。而且因为技术不成熟,应用范围很有限。直到二十世纪40年代,英国和德国才逐渐发展出了现代形式的双功率流传动系统。这种结构比较简单合理,在输入端利用定轴齿轮将功率流分为直驶和转向两路,两路功率分别经过变速机构和转向机构,之后在输出端由汇流行星排将两路功率汇成一路。它在用不同的挡位工作时,会产生不同的转向效果。每一个挡位都有一个规定转向半径,同时低挡实现的转向半径小,而高挡时实现的转向半径大,这正好符合车辆行驶的要求。另外,如果在空挡时转向,就会得到一侧履带向前运动,另一侧履带向后运动的中心转向(也叫原位转向)。

    按照前面的分类方法,双流传动可分为差速式和独立式两类,根据汇流行星排太阳轮在直驶时的转速方向与汇流排齿圈转速方向的关系,又可细分为正独立式、零独立式、正差速式、零差速式和负差速式共五种双流传动系。本文的后半部分将有专门比较这几种形式的内容。有人又会问了:“为什么没有‘负独立式’呢?”因为负独立式要么是在转向时增速,要么不增速却结构复杂,没有实际意义。所以,负独立式传动并不存在。下面这张表格可以帮助大家理清这几种传动形式的关系:


    值得注意的是,在坦克装甲车辆传动系统的发展过程中,双功率流传动正在逐渐取代单流传动,大有一统天下之势。而单流传动在新研制的装备中,只有在车速、成本都很低的车辆上,才能显现出结构简单的优势。但是,这并不说明双流传动就是完美的,传动技术仍然在发展之中。

    无级变速一直为人们所追求的,对履带车辆而言,转向半径的无级变化也是为设计者、使用者所追求的。我们知道,利用机械、流体和电力都能实现无级传动。机械无级传动现在仅有被称为CVT的金属带式摩擦无级传动,其使用组合式钢带实现传动比无级变化,但是所能传递的功率有限,只能用在小型汽车上。电力无级传动的功率范围大,也便于控制。但是由于体积和重量都很大,在内部空间很紧张的战斗车辆上应用受到限制,只在少数型号上使用过。目前在车辆上应用较为广泛是流体传动,主要元件是液力变矩器(利用液体动能传递功率)、液力耦合器和液力制动器以及液压泵、液压马达等。通过液力变矩器,可以提高发动机的适应性系数,在一定程度上起到了无级变速以及减少挡位的作用。结合自动换挡技术,液力元件的应用使坦克装甲车辆的动力性提高了一个台阶。

    除了液力传动,流体传动的另一种形式——液压传动(利用液体静压能传递功率)也在大功率传动领域占领了一席之地。大家所熟悉的瑞典Strv103是最早应用液压传动系统的战斗车辆之一。目前较为成功的例子是美国M2步兵战车使用的HMPT-500液压机械连续无级传动,最大输入功率375kW,可以实现车辆全程无级调速以及转向半径的无级变化。另外,电力传动装置由于近些年来的迅猛发展,也开始成为大家的关注热点,其结构简单、安静,易于控制的特点特别适合军用车辆使用。由于它的功率传递路线及结构形式和机械传动有很多相似之处,上面提到的按照功率流和转向机构分类的方式对于电传动也是适用的,所以本文对于电传动装置的分类不做特别说明,留待感兴趣的读者自行斟酌。


注:操纵杆还是方向盘?

    T系列坦克使用操纵杆而不是方向盘的主要原因在于他们传动系统的布置形式。这种独立式单流传动系统的转向机构布置在车体两侧,在转向时需要操纵一侧的元件,另一侧不需要动作。由于距离较远,所以采用两个操纵杆分别控制两侧的操纵件。同样是单流传动,西方早期的差速式转向的操纵件布置在中央差速器两侧,距离较近,便于使用一套操纵杆或方向盘对两个操纵件进行控制。

    目前,由于液压控制技术的发展,新型坦克偏向于采用液压操纵。从理论上讲,所有传动形式都可以通过液压系统实现方向盘控制,二级行星转向机和双侧变速箱也可以。多年前就已经有使用方向盘成功应用于二级行星转向机的报导。而至于双流,尤其是使用液压转向的双流系统,更是便于使用方向盘。

    需要注意的是,履带车辆的方向盘和轮式车辆还是有很大差别的:因为液压元件结构的限制,所以方向盘摆角只有45度左右,远小于轮式的720度。这样,有些坦克干脆用一个类似于摩托车的手柄替代方向盘。

    德国的虎式比较有个性,它同时采用了方向盘和操纵杆。在大半径转向时使用方向盘,基本可以满足一般路面上的转向要求;如果半径不够小,就使用操纵杆制动一侧的履带。


发展概况

    早期的履带车辆传动系统中的差速器和离合器与轮式车辆并没有太大的不同,人们可以按照轮式车辆上得到的经验来设计履带车辆。轮式车辆可以使用差速器被动地适应转向,使两侧车轮具有不同的速度,因为两侧的速度差是由专门的转向系统产生的,所以轮式车辆的这种转向形式称为随动转向。而履带车辆则不同,转向系统需要主动地控制两侧输出,使两侧履带产生速度差迫使车辆完成转向,这称为主动转向。早期的轻型坦克上,使用过“单差速器”,后来出现了性能较好的“双差速器”。通过在差速器和两侧履带之间设置制动器,在需要转向时,对一侧施加一定程度的制动甚至完全制动,即可实现转向。

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2011-7-6 12:26 上传


使用单差速器的Fiat-3000轻型坦克
    与差速器同时代的还有离合器转向,在变速箱和两侧主动轮之间各设置一个离合器(与变速箱前的主离合器结构基本相同,称为转向离合器)。在需要转向时,分离一侧的离合器,同时对该侧主动轮施加一定程度的制动力,就可以实现转向。

    用差速器转向时,转向的外侧履带将会增加一个速度值。而这个速度值随时都与低速侧由于制动产生的速度下降值相等,使坦克中心的运动速度保持不变。我们规定,不论传动系统是否使用单差速器,凡具有这种运动学特征的,都称之为“差速式转向”。

    如果转向时两侧的速度特征和离合器转向一样,外侧履带保持原来直驶速度不变,只有内侧履带速度降低,则称为“独立式转向”。

    在稍晚的时候,又有人提出一种“降速式转向”,通过专门设计的机构,使得车辆在转向时,内外侧履带按照一定比例降速,但是外侧降速较少。这种系统的特点是转向阻力较小(因为速度慢嘛),但是速度损失太大,不适合一线战斗车辆,只有苏联在IS-3和T-10M等重型坦克上使用过,不过其在工程车辆上倒是有很多应用。

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2011-7-6 12:25 上传


使用降速式转向的IS-3
    至此我们可以将坦克装甲车辆的传动系统按照其实现的转向运动学特征划分为三类:差速式、独立式和降速式。当前所有的履带车辆传动都可以按照特点对号入座。可能会有人想到,既然转向时可以让内侧履带减速,那么将外侧履带增速也应该是可以实现转向的,那为什么独立式转向只提到了减速的情况,而没说增速的情况?同样,为什么没有按照比例增速实现转向的“增速式转向”呢?其实道理很简单,因为在转向时增速容易发生危险,而且转向需要的功率也很大,所以增速式转向只有理论价值,在实际中没有人会这样设计。

    上面主要讲的是传动的运动学特征,大家在吹牛的时候可以引用。而下面要讨论的才是大家真正关心的话题:传动系统的结构特征。

    首先要明确一个概念:传动究竟传的是什么?这个“动”指的是两个方面,一个是“运动”,也就是把发动机输出的转速传到主动轮上,它决定了坦克能跑多快;另一个是“动力”,是把发动机输出的转矩传到主动轮上,它决定了坦克的牵引力的大小。当然,这两者并不是完全独立的,它们的乘积就是功率。所以我们可以笼统的认为传动系统传递的就是功率,按照功率在传动系统中的流动形式,可以把传动系统分为单功率流传动和双功率流传动。

    与一般的轮式车辆不同,履带车辆是通过主动改变两侧履带速度的方法实现转向的,这个主动控制履带速度的机构称为转向机构[注1:主动转向与随动转向]。单流传动系统的特点是转向机构与变速机构串联,即发动机输出的功率是在通过变速机构之后才流入转向机构的;而双流传动系统则是转向机构与变速机构并联,发动机输出的功率先经过分流机构分为转向功率流和直驶功率流,分别经过转向机构与变速机构后通过汇流机构重新汇成一路再传递到主动轮上。

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2011-7-6 12:28 上传


单流传动系统简图

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2011-7-6 12:28 上传


双流传动系统简图
    最初的坦克使用的就是单流传动系统,其结构简单、使用和维修相对容易,前面提到的差速器转向和离合器转向都是典型的单流传动形式,它们的代表作分别是美国M113装甲车和苏联T-34中型坦克。在第一次世界大战后期,英国的威尔逊发展了一种二级行星转向机构可以使坦克在直驶和制动转向(指一侧履带完全制动,与一侧履带正转一侧履带反转的中心转向不同)之间增加一个中间规定转向半径。当用这个规定转向半径时,内侧制动用的小制动器完全不产生滑动摩擦,并且可以在低速侧回收功率补充到高速侧去,这使得滑摩转向的使用频率减小,提高机构的可靠性和功率利用的合理性。苏联的T-54、T-62以及中国的59式、62式等都采用了这种转向机构。

    有的读者可能会想到,如果两侧的行星转向机构都被操纵到中间传动比,那不就相当于增加了直驶变速挡吗?没错,59式坦克的驾驶员在遇到困难路面时,就是通过这种办法加大坦克传动比,实现增大牵引力的目的,这种方法称为“加力行驶”。按照这个思路,继续增加左右侧中间传动比的数目,同时取消两侧共用的变速机构,就形成了所谓的“双侧变速兼转向传动系统”。在直驶时,两侧变速箱挡位相同,当需要转向时,把内侧的挡位降低即可实现转向。苏联T-72、T-80、T-90使用的都是这一类转向机构。

    双侧变速兼转向传动的优点是体积小,功率密度大,这也是俄系坦克体积较小的一个重要原因。但是相对于它的优点,其不足之处更加明显:它不仅难于设计,在使用中也很麻烦。首先,由于坦克对于直驶和转向的动力要求不同,所以要设计一个同时兼顾直驶和转向的传动机构是很困难的,一般只能采取折中的手段,设计出来的传动系统不是直驶挡位数目多的离谱,就是转向半径不合适(不是太大就是太小)。相信大家都看过俄罗斯坦克的表演,俄罗斯坦克在高速转弯时总会出现侧滑,这就是由于转向半径太小造成的。应该注意的是,这决不是机动性好的表现:因为侧滑是一个非受控状态,是一种很危险的情况。不仅坦克的路径难以预计,更严重的是,如果在侧滑过程中遇到较大的阻力很可能会造成翻车,这在传动系统设计的过程中应是尽量避免的。其次,该传动形式难于在两侧同时实现液力传动和自动换挡,对比同时代其它种类的转动形式,技术上不占优势;对比以往出现的传动形式,结构又相对复杂,使用、保养困难。因此,在目前看来没有明显的发展前途。

    前面提到过的“降速式转向”,也是一种单流传动,最著名的就是俄罗斯的ЗК转向机构。当操纵这种转向机构进行转向时,转向半径可以自适应于不同的道路阻力,稳定到一个特定值上。这种机构尽管不适合军用,但是移植到民用低速车辆上还是很好的,特别是节省转向功率而且机构也并不复杂。

    从出现时间来看,双功率流传动系统的出现比单流传动晚得多,最早的双流传动系统是1936年由Schneider公司研制成功的SOMUA转向机,此时很多二战中的著名坦克都已经定型了。而且因为技术不成熟,应用范围很有限。直到二十世纪40年代,英国和德国才逐渐发展出了现代形式的双功率流传动系统。这种结构比较简单合理,在输入端利用定轴齿轮将功率流分为直驶和转向两路,两路功率分别经过变速机构和转向机构,之后在输出端由汇流行星排将两路功率汇成一路。它在用不同的挡位工作时,会产生不同的转向效果。每一个挡位都有一个规定转向半径,同时低挡实现的转向半径小,而高挡时实现的转向半径大,这正好符合车辆行驶的要求。另外,如果在空挡时转向,就会得到一侧履带向前运动,另一侧履带向后运动的中心转向(也叫原位转向)。

    按照前面的分类方法,双流传动可分为差速式和独立式两类,根据汇流行星排太阳轮在直驶时的转速方向与汇流排齿圈转速方向的关系,又可细分为正独立式、零独立式、正差速式、零差速式和负差速式共五种双流传动系。本文的后半部分将有专门比较这几种形式的内容。有人又会问了:“为什么没有‘负独立式’呢?”因为负独立式要么是在转向时增速,要么不增速却结构复杂,没有实际意义。所以,负独立式传动并不存在。下面这张表格可以帮助大家理清这几种传动形式的关系:

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2011-7-6 12:29 上传


    值得注意的是,在坦克装甲车辆传动系统的发展过程中,双功率流传动正在逐渐取代单流传动,大有一统天下之势。而单流传动在新研制的装备中,只有在车速、成本都很低的车辆上,才能显现出结构简单的优势。但是,这并不说明双流传动就是完美的,传动技术仍然在发展之中。

    无级变速一直为人们所追求的,对履带车辆而言,转向半径的无级变化也是为设计者、使用者所追求的。我们知道,利用机械、流体和电力都能实现无级传动。机械无级传动现在仅有被称为CVT的金属带式摩擦无级传动,其使用组合式钢带实现传动比无级变化,但是所能传递的功率有限,只能用在小型汽车上。电力无级传动的功率范围大,也便于控制。但是由于体积和重量都很大,在内部空间很紧张的战斗车辆上应用受到限制,只在少数型号上使用过。目前在车辆上应用较为广泛是流体传动,主要元件是液力变矩器(利用液体动能传递功率)、液力耦合器和液力制动器以及液压泵、液压马达等。通过液力变矩器,可以提高发动机的适应性系数,在一定程度上起到了无级变速以及减少挡位的作用。结合自动换挡技术,液力元件的应用使坦克装甲车辆的动力性提高了一个台阶。

    除了液力传动,流体传动的另一种形式——液压传动(利用液体静压能传递功率)也在大功率传动领域占领了一席之地。大家所熟悉的瑞典Strv103是最早应用液压传动系统的战斗车辆之一。目前较为成功的例子是美国M2步兵战车使用的HMPT-500液压机械连续无级传动,最大输入功率375kW,可以实现车辆全程无级调速以及转向半径的无级变化。另外,电力传动装置由于近些年来的迅猛发展,也开始成为大家的关注热点,其结构简单、安静,易于控制的特点特别适合军用车辆使用。由于它的功率传递路线及结构形式和机械传动有很多相似之处,上面提到的按照功率流和转向机构分类的方式对于电传动也是适用的,所以本文对于电传动装置的分类不做特别说明,留待感兴趣的读者自行斟酌。


注:操纵杆还是方向盘?

    T系列坦克使用操纵杆而不是方向盘的主要原因在于他们传动系统的布置形式。这种独立式单流传动系统的转向机构布置在车体两侧,在转向时需要操纵一侧的元件,另一侧不需要动作。由于距离较远,所以采用两个操纵杆分别控制两侧的操纵件。同样是单流传动,西方早期的差速式转向的操纵件布置在中央差速器两侧,距离较近,便于使用一套操纵杆或方向盘对两个操纵件进行控制。

    目前,由于液压控制技术的发展,新型坦克偏向于采用液压操纵。从理论上讲,所有传动形式都可以通过液压系统实现方向盘控制,二级行星转向机和双侧变速箱也可以。多年前就已经有使用方向盘成功应用于二级行星转向机的报导。而至于双流,尤其是使用液压转向的双流系统,更是便于使用方向盘。

    需要注意的是,履带车辆的方向盘和轮式车辆还是有很大差别的:因为液压元件结构的限制,所以方向盘摆角只有45度左右,远小于轮式的720度。这样,有些坦克干脆用一个类似于摩托车的手柄替代方向盘。

    德国的虎式比较有个性,它同时采用了方向盘和操纵杆。在大半径转向时使用方向盘,基本可以满足一般路面上的转向要求;如果半径不够小,就使用操纵杆制动一侧的履带。
最近CD图片不给力啊、报告版主,除了第一张其它的全阵亡了。。
这资料可以出书卖钱了
崇拜一个先,研读中……
够长,ipad比较悲剧,先顶再看
先研究下,拜读中
哦已然看过了
学习了 增长知识
.......图完全看不到啊


大半年前买的NAAS第100期,就是为了A版的这一篇文章……再次狂顶!!!

PS:

二代步战的CH400传动真让人想举BKC——定轴齿轮变速机构,手动控制换挡,1个倒档档位……原来最早期的鳖产履带战车综合传动装置居然芥末原始……而且还听说介种技术档次的综合传动装置,居然还占据了总共几千台套鳖产综合传动装置的主流……不知道二代步战现在有木有升级成自动挡啊

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二代步战的CH400传动真让人想举BKC——定轴齿轮变速机构,手动控制换挡,1个倒档档位……原来最早期的鳖产履带战车综合传动装置居然芥末原始……而且还听说介种技术档次的综合传动装置,居然还占据了总共几千台套鳖产综合传动装置的主流……不知道二代步战现在有木有升级成自动挡啊
为啥有奖励?
这么好的贴还担心没人顶
顶楼主文章,想MARK在细读
楼主发钱辛苦了
学习好文章{:soso_e102:}
非常感谢楼主的分享啊,很好的科普材料啊!学习了!
已MARK,
搬了小板凳,先回复再认真学习。
为什么我们用最落后的技术??
难得 一见的技术好文。CD就需要多 一点 这样多技术少口水的好文,才能把CD的 水平搞上去
楼主辛苦了
这种科普文章才是超大最让我喜爱之处~
围观A斑猪撒钱
喜之狼 发表于 2011-7-6 14:34
围观A斑猪撒钱
狼哥发点小金币吧,木有钱了
学习了,期待大大更多科普。
第一次敢上分红,不容易啊,支持楼主!
第一张图挂了
先拿点奖金,再好好读一下。
好贴,学习中
楼主这样让我觉得我不厚道啊
老大的文章肯定要过来顶的。
试试手气,2楼图好像挂了
貌似除了第一张图片,其他都挂了
此贴有内容,还有钱拿,嘻嘻
不錯, 祈求下一部份
好帖,版主好文章。
这文章看的太专业了,要慢慢消化!
好文,先顶后看.
好文,先顶后看.
老师这篇文章不错,对于吾等军事初级粉丝有着很大的教育作用,好贴,收藏了!