传动演义之三—转向技术的发展

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 13:47:00


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?


转向技术的发展

    前面已经提到过,履带车辆与轮式最大的不同之处在于转向方式,为了实现主动转向,履带车辆的传动系统中就设置了相应的转向机构。因为控制直驶的变速机构不论履带车辆还是轮式车辆都没有什么太大差别,所以在区分各种履带车辆传动系统时,转向机构就成了主要特征。上文提到的各种转向机构早期是与变速机构分开安装的,安装、维护都很麻烦。现在很多坦克已经实现在传动系统内集成变速、转向和制动机构,整个传动系统成为一个总成,称为综合传动装置,后来进一步发展为整个动力舱都可以整体吊装的动力传动一体化技术。

    为了便于大家理解,我还是按照从易到难的顺序来讲解。在开始介绍各种传动系统转向机构的特点之前,先让大家了解一下坦克转向时功率流向的相关问题。下面如果不作特别的说明,则假设坦克都是向前行驶的。首先简单说说是什么使坦克转向的,根据牛顿第二定律,任何物体如果想改变运动状态必须要有力的作用。坦克的转向改变了原来的运动状态,显然需要有力作用在坦克上才行。我们知道,这个“力”就是两侧牵引力关于坦克运动中心产生的力矩。在直驶时,左右两侧的牵引力是相等的,所以不会产生力矩,当需要转向时,转向机构改变了两侧牵引力的大小,从而产生了使坦克旋转的力矩。应该注意,当坦克在行驶中产生明显的转向时,坦克两侧牵引力的关系不仅仅是一大一小,更重要的是它们的方向是相反的!转向时外侧(高速侧)履带的牵引力方向永远是和坦克的运动方向是一致的(倒车时也是如此);而内侧(低速侧)履带,只有在直驶、中心转向或是以很大的半径转向时(至少半径要100米以上),才与坦克运动方向一致,一般在转向时都是和运动方向相反的。

    这样就产生了一个有趣的现象:在转向时坦克外侧履带向地面输出功率,而内侧履带从地面吸收功率。前者还好理解,因为凭感觉也知道在路上走肯定是要消耗车上功率的,但是从地面吸收功率怎么讲呢?简单地说,这可以看作是外侧履带带动车体拖着内侧履带在地上走,由于内侧受力方向与前进方向相反,所以是吸收功率,不仅不对外做功,还要从地面吸收功率进来。内侧履带吸收的这个功率是坦克的外侧履带传给地面的。那么现在的问题是,功率吸收进来跑到哪里去了?一般只有两种出路,一是被转向机构消耗掉,二是通过传动系统重新输出到外侧履带。如果转向机构内部存在滑动摩擦,那么就会功率在这里被消耗;如果内外侧履带在转向时通过传动系统相互连接,功率就会被传到外侧重新输出。这两种情况并不矛盾,实际中经常是同时出现的:内侧履带吸收的一部分功率由于转向机构内部滑摩损失掉,剩余的一部分重新由外侧输出。一个极端的例子是离合器分离转向,这时内外侧履带在传动系统中的联系会被断开,所以没有功率回流到外侧履带上,而是全部被转向机构的制动件、离合器吸收。要知道,坦克转向时需要输出的功率是与传动系统的形式无关的,不论内外侧履带在传动系统中是否存在联系,需要输出的功率大小都一样,小于这个数值坦克就不能完成转向。如果存在联系,外侧输出的就不仅仅是发动机提供的,还包括内侧回流的,所以发动机提供的功率可以小一些;如果不存在联系,那么外侧输出的功率必须全部由发动机提供,这就需要发动机提供比前一种情况更多的功率。显然,前一种情况对发动机的利用更合理。如果坦克装用了两台发动机分别驱动两侧履带,其实也相当于两侧履带之间没有联系,转向时内侧吸收的功率不能回流,外侧的发动机需要比直驶大的多的功率才能实现转向,这也是为什么一般坦克只用一台发动机的原因。有人说了:“把两台发动机连在一起不就可以了吗?”一点没错,不过这样和一台发动机又有什么区别呢?无非就是缸数变成两倍了。在这里再踩一下双侧变速箱,它还有一个不大不小的缺点:在转向时外侧的变速箱要承担全部发动机功率和内侧的回流功率,所以结构必须专门加强。回到开头对霍尔特拖拉机的评价,正因为它有了将内外侧履带连到一起的结构,它才具有了划时代的意义。这个结构给予坦克装甲车辆的好处,不亚于陆地行走时,我们的两条腿对于海豚尾鳍的优势。


轴系断开则功率无法回流,功率只能浪费



轴系存在联系,功率可回收利用



外部视图


    言归正传,前面的帖子已经讨论了几种单流传动转向的特点,所以下面讨论的主要是五种双流传动系统转向机构。

    首先是零独立式,“零”的意思是:在直驶时汇流行星排的太阳轮转速为零,处于制动状态。使用这种传动形式最著名的要数Pzkpfw V中型坦克——二战德国的豹式。独立式传动在转向时需要降低内侧履带速度,根据行星排三元件(太阳轮、齿圈、行星轮架)的运动学关系,就要让内侧汇流排的太阳轮(与转向机构相连)与齿圈(与变速机构相连)反向旋转。


使用零独立式传动的豹式坦克

    和零独立式类似,正独立式只不过是在直驶时太阳轮和齿圈旋转的方向相同。转向时,需要制动内侧的太阳轮,使它转速降为零,达到降低内侧履带速度的目的。苏联АТ-Л牵引车用的就是这种传动形式。与零独立式不同的是,由于太阳轮的转动方向始终是一个方向,所以在倒挡时太阳轮和齿圈就变成了相互反向旋转的工况。如果太阳轮与齿圈反向旋转,就会使变速机构齿圈输出的一部分功率从太阳轮回流到转向机构,进而回流到分流机构和变速机构,之后再输出到齿圈上。这样构成的功率循环,与转向时内外履带和地面之间的功率循环不同。这个循环是有害的,因为它会一直在传动系统中循环而不输出,最终以热的形式散发掉,造成浪费;更主要的是,它使得传动机构需要承受比输出功率更大的功率,影响系统的可靠性和寿命。这种循环功率被称为“寄生功率”,在设计传动系统时是应该尽量避免的。不过,因为车辆使用倒挡的时间一般不是很长,所以对于正独立式传动来说,这种影响还不是很大。


使用正独立式传动的AT-L牵引车

    这两种独立式传动在空挡时都可以实现中心转向。应该注意的是,这种中心转向是不稳定的:只有两侧阻力相等时,旋转中心才与坦克中心重合;如果阻力一侧大一侧小,那么旋转中心将偏向阻力大的一侧。当地面阻力不好估计时,可以人为地制动某一侧履带,使旋转中心落在这条履带上,也就是形成制动转向,实现控制转向状态的目的。

    独立式转向机构转向时所需的功率较小,主要应用于早期双流传动系统。当发动机功率得到提升后,坦克装甲车辆传动系统开始偏向综合性能更好的差速式转向机构。


零差速式传动示意动画,借用自衙内,在此表示感谢
上面是转向分路,下面是直驶分路,左右两侧红色的是输出轴,和输出轴相连的大齿轮机构是汇流行星排
动画先后显示了直驶、行进间转向和中心转向三种工况

    首先从零差速式说起。零差速式传动就是指在直驶时汇流行星排的太阳轮转速为零的一种差速式传动。这种传动广泛应用于各种坦克装甲车辆,是综合性能最好一种双流传动形式,大家所熟知的豹2、M1、勒克莱尔、K1、90式等主战坦克以及PZH2000自行火炮、“美洲狮”步兵战车都使用的是零差速式双流传动。在转向时,转向机构使内侧汇流行星排的太阳轮相对齿圈反向旋转、外侧太阳轮正向旋转,从而使内侧履带减速而外侧履带增速。由于转向时两侧太阳轮转速相同方向相反,所以可以设置一根在直驶时不转动的零轴,零轴一侧直接与太阳轮啮合,另一侧通过一个惰轮与太阳轮相连,转向时驱动零轴旋转就可以使两侧太阳轮产生转速相等、方向相反的转动。因为直驶时零轴不旋转,可以通过液压泵和液压马达控制零轴,也可以使用液力偶合器给零轴助力,而不用担心直驶时会驱动它们而造成功率损失(因为直驶时它们根本不会转)。这样,各种新技术都很适于应用在零差速传动上,新研制的坦克装甲车辆很多都倾向于使用零差速传动系统。其中,使用液压泵和液压马达控制零轴的称为液压机械复合转向(法国EMS500),在此基础上使用液力偶合器给零轴助力的称为液压液力复合转向(德国HSWL354),不使用液压液力元件的,称作机械转向(德国LSG3000)。


豹2等多种现代坦克装甲车辆使用零差速式传动

    比较常见的还有正差速式,正差速系统在直驶时汇流行星排的太阳轮转速与齿圈转速相同。在需要转向时,制动内侧汇流排的太阳轮即可完成转向。前面提到的应用于M48、M60和梅卡瓦的CD-850传动就是正差速式系统。与零差速系统相比,正差速系统在倒挡时存在太阳轮与齿圈反转的工况,所以会产生寄生功率;而且,在直驶时需要一直驱动太阳轮旋转,不便于在转向分路布置液压泵和液压马达,也不适合使用液力偶合器给转向助力(因为会使转向分路效率降低很多)。因此,它的应用范围不如零差速系统。


使用正差速式传动的M48

    相比前两种差速式系统,负差速式只有在英国坦克装甲车辆上应用,原因在于这种系统和双侧变速兼转向系统一样存在先天不足。顾名思义,负差速式在直驶时太阳轮和齿圈的旋转方向相反。刚才已经说了,这样会产生寄生功率,使传动效率降低。和正差速式不同的是,负差速系统在直驶时就有寄生功率,而直驶又是车辆的主要工作状态,所以说负差速式的功率利用相对不合理。英国的征服者(Conqueror)、百人队长(Centurion)和酋长(Chieftain)使用的都是这种传动形式,但是最新的挑战者(Challenger)却改成了零差速式,这从一个侧面反映出负差速式已经不能适应坦克装甲车辆对传动系统的要求。


使用负差速式传动的百人队长

    这里顺便谈一下关于双流传动系统的反转向问题。双流传动系统的倒挡是通过改变变速机构旋向来实现的,所以在后退时,转向机构对太阳轮的操作和前进时是一样的。换句话说,如果驾驶员向右打方向盘,实际上得到的并不是车头向右转,而是车头绕着坦克中心顺时针转。前进时肯定没问题,顺时针转和右转是一样的;但是倒退时却不同,顺时针转就成了车尾向左转。这正好和轮式车辆相反,也与单流传动系统相反。这种现象就称作双流传动系统的反转向。有的双流传动系统对转向机构采用反向的措施(如英国的T-300传动) ,与正、倒挡的换挡机构操纵相联系,转向功率流由不同正、倒转伞齿轮工作,使转向特性符合习惯。也有的坦克使用了一个换向器,让车辆在挂倒挡时可以获得和轮式车辆相似的操纵特性。但是这也增加了系统的复杂程度,多数双流系统并没有采用,而是通过对驾驶员进行专门训练的方法解决这个问题。

    在挂空挡时,差速式双流传动可以实现中心转向。不过,只有变速机构在空挡时可以闭锁的零差速系统才能实现真正的转向半径固定为零的中心转向。另外两种,由于变速机构在空挡时不可能闭锁(如果闭锁了,正差速的会向前走,负差速的会向后退),所以不能实现这种功能。实际上,除了个别专门设计了闭锁机构的车辆外,大部分装用差速式双流系统的坦克实现的中心转向都是相对转向半径(坦克转向半径和履带中心距的比值)为0—0.5的半径不定的转向,特殊情况下也可能大于0.5,但是对作战和使用并没有太大影响,仍然有实用价值。有趣的是,俄罗斯有一种五挡双侧变速兼转向传动系统,如果该传动系统一侧挂1挡、一侧挂倒1挡,那么它的运动状态将是相对转向半径固定,且仅仅为0.091的中心转向,这个转向半径比很多双流传动的都要小很多。所以说,中心转向不是双流传动的专利,单流系统也可以实现,甚至能实现得更好。双流系统真正的优势在于它各挡的规定转向半径是可以随着挡位升高而增大,并且是易于控制的。

    除了以上这些传动形式,近年来又发展出了一些新型传动,比较有代表性的是液压机械复合传动和电传动。最早应用液压机械复合传动的是瑞典Strv 103,美德联合研制的MBT-70坦克使用的XHM-1500也是液压机械复合传动。这些都属于液压机械的早期形式,工作效率偏低。后来美国M2步兵战车上使用的HMPT-500已经是一种较为成熟的形式,实际使用效果不错,日本最新的TK-X坦克使用的也是这种类型的传动,限于篇幅,在此不作更多详细的介绍。电传动其实出现得很早,一战法国的圣沙蒙突击坦克、二战德国的斐迪南自行火炮就已经开始使用电传动。电传动的优点是传动效率高、爆发力大,可以实现无级变速、任意半径转向,没有机械传动换档的冲击振动,传动部件布置灵活并且可以采用电力再生制动等等;不足之处是体积、重量较大。新一代坦克的发展需要大量的电能满足定向能武器、电磁炮、电热炮、电磁装甲以及雷达所需,在机械传动条件下的车辆无法满足这个需要,而在电传动坦克中发电机发出数百千瓦的电能,提供这个能量需求是有可能的。加之电力电子技术的发展使大功率器件不断涌现,因此电传动技术从相对灵活的汽车步入重型履带车辆也就顺理成章了。经过长时间的论证,美军未来作战系统(FCS)的有人作战系统(MCS)决定使用电传动底盘,虽然目前该项目已被取消,但是美军电传动车辆的发展并没有陷入停滞,未来的发展前景仍然非常广阔。


注:前分流与后分流

    并不是所有的零差速双流传动系统都能实现中心转向,这和传动系统的分流机构的布置有直接关系。双流传动中的分流机构一般安装在液力变矩器前后,布置在变矩器前的称为“前分流”;在后面的称为“后分流”。

    比较典型的使用前分流零差速传动的履带车辆有德国的豹式和英国的挑战者。另外,RENK公司出品的所有双流传动装置都采用了前分流形式。这种形式的零差速传动的变速分路由于存在液力变矩器的柔性环节,可以在空挡时挂双挡进行闭锁,保证变速分路转速为零。这样就可以实现相对转向半径严格为零的中心转向。同样是由于变速分路存在柔性环节,在行驶中进行转向时,变速分路转速不是非常稳定,遇到阻力会自动降低,会引起转向半径自动减小。但是在实际使用中,这个问题表现不很突出,这是由于驾驶员会自发调节方向盘来适应转向半径的变化。

    采用后分流机构的主要有美国M1、日本90式、法国勒克莱尔等。和前分流不同,由于传动系统中的液力变矩器在变速与转向分路之前,因此变速分路不存在柔性环节,除非在液力变矩器和变速机构之间增加一个离合器,否则这种类型的传动装置在空挡时将不能实现闭锁,只能让变速机构自由转动。这样如果两侧履带受到的阻力不同,阻力大的一侧的转速就会变慢,同时阻力小的一侧会变快,这就造成了“中心转向”的转向中心位置不固定。实际中地面阻力都不是相等的,在很多时候,使用这一类传动的履带车辆只能实现相对半径0.5左右的“中心转向”,这和单流系统的制动转向没什么区别。后分流的优势是在行驶中进行转向时,变速分路和转向分路的转速关系是一定的,不会引起转向半径自动减小,行驶中转向半径的可控性更好。

    从目前来看,前分流与后分流并没有高下之分,只是设计思路上的差异。勒克莱尔使用了后分流,但是其改进型号换装的欧洲动力机组(EPP)却是前分流的;日本90式、韩国K1虽然被认为师从豹2和M1,但是传动系统和老师恰恰相反,分别使用了后分流和前分流系统。可以预见,分流机构的前后之争还要继续下去。


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?


转向技术的发展

    前面已经提到过,履带车辆与轮式最大的不同之处在于转向方式,为了实现主动转向,履带车辆的传动系统中就设置了相应的转向机构。因为控制直驶的变速机构不论履带车辆还是轮式车辆都没有什么太大差别,所以在区分各种履带车辆传动系统时,转向机构就成了主要特征。上文提到的各种转向机构早期是与变速机构分开安装的,安装、维护都很麻烦。现在很多坦克已经实现在传动系统内集成变速、转向和制动机构,整个传动系统成为一个总成,称为综合传动装置,后来进一步发展为整个动力舱都可以整体吊装的动力传动一体化技术。

    为了便于大家理解,我还是按照从易到难的顺序来讲解。在开始介绍各种传动系统转向机构的特点之前,先让大家了解一下坦克转向时功率流向的相关问题。下面如果不作特别的说明,则假设坦克都是向前行驶的。首先简单说说是什么使坦克转向的,根据牛顿第二定律,任何物体如果想改变运动状态必须要有力的作用。坦克的转向改变了原来的运动状态,显然需要有力作用在坦克上才行。我们知道,这个“力”就是两侧牵引力关于坦克运动中心产生的力矩。在直驶时,左右两侧的牵引力是相等的,所以不会产生力矩,当需要转向时,转向机构改变了两侧牵引力的大小,从而产生了使坦克旋转的力矩。应该注意,当坦克在行驶中产生明显的转向时,坦克两侧牵引力的关系不仅仅是一大一小,更重要的是它们的方向是相反的!转向时外侧(高速侧)履带的牵引力方向永远是和坦克的运动方向是一致的(倒车时也是如此);而内侧(低速侧)履带,只有在直驶、中心转向或是以很大的半径转向时(至少半径要100米以上),才与坦克运动方向一致,一般在转向时都是和运动方向相反的。

    这样就产生了一个有趣的现象:在转向时坦克外侧履带向地面输出功率,而内侧履带从地面吸收功率。前者还好理解,因为凭感觉也知道在路上走肯定是要消耗车上功率的,但是从地面吸收功率怎么讲呢?简单地说,这可以看作是外侧履带带动车体拖着内侧履带在地上走,由于内侧受力方向与前进方向相反,所以是吸收功率,不仅不对外做功,还要从地面吸收功率进来。内侧履带吸收的这个功率是坦克的外侧履带传给地面的。那么现在的问题是,功率吸收进来跑到哪里去了?一般只有两种出路,一是被转向机构消耗掉,二是通过传动系统重新输出到外侧履带。如果转向机构内部存在滑动摩擦,那么就会功率在这里被消耗;如果内外侧履带在转向时通过传动系统相互连接,功率就会被传到外侧重新输出。这两种情况并不矛盾,实际中经常是同时出现的:内侧履带吸收的一部分功率由于转向机构内部滑摩损失掉,剩余的一部分重新由外侧输出。一个极端的例子是离合器分离转向,这时内外侧履带在传动系统中的联系会被断开,所以没有功率回流到外侧履带上,而是全部被转向机构的制动件、离合器吸收。要知道,坦克转向时需要输出的功率是与传动系统的形式无关的,不论内外侧履带在传动系统中是否存在联系,需要输出的功率大小都一样,小于这个数值坦克就不能完成转向。如果存在联系,外侧输出的就不仅仅是发动机提供的,还包括内侧回流的,所以发动机提供的功率可以小一些;如果不存在联系,那么外侧输出的功率必须全部由发动机提供,这就需要发动机提供比前一种情况更多的功率。显然,前一种情况对发动机的利用更合理。如果坦克装用了两台发动机分别驱动两侧履带,其实也相当于两侧履带之间没有联系,转向时内侧吸收的功率不能回流,外侧的发动机需要比直驶大的多的功率才能实现转向,这也是为什么一般坦克只用一台发动机的原因。有人说了:“把两台发动机连在一起不就可以了吗?”一点没错,不过这样和一台发动机又有什么区别呢?无非就是缸数变成两倍了。在这里再踩一下双侧变速箱,它还有一个不大不小的缺点:在转向时外侧的变速箱要承担全部发动机功率和内侧的回流功率,所以结构必须专门加强。回到开头对霍尔特拖拉机的评价,正因为它有了将内外侧履带连到一起的结构,它才具有了划时代的意义。这个结构给予坦克装甲车辆的好处,不亚于陆地行走时,我们的两条腿对于海豚尾鳍的优势。

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2011-7-27 10:25 上传


轴系断开则功率无法回流,功率只能浪费

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轴系存在联系,功率可回收利用

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外部视图

    言归正传,前面的帖子已经讨论了几种单流传动转向的特点,所以下面讨论的主要是五种双流传动系统转向机构。

    首先是零独立式,“零”的意思是:在直驶时汇流行星排的太阳轮转速为零,处于制动状态。使用这种传动形式最著名的要数Pzkpfw V中型坦克——二战德国的豹式。独立式传动在转向时需要降低内侧履带速度,根据行星排三元件(太阳轮、齿圈、行星轮架)的运动学关系,就要让内侧汇流排的太阳轮(与转向机构相连)与齿圈(与变速机构相连)反向旋转。

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使用零独立式传动的豹式坦克
    和零独立式类似,正独立式只不过是在直驶时太阳轮和齿圈旋转的方向相同。转向时,需要制动内侧的太阳轮,使它转速降为零,达到降低内侧履带速度的目的。苏联АТ-Л牵引车用的就是这种传动形式。与零独立式不同的是,由于太阳轮的转动方向始终是一个方向,所以在倒挡时太阳轮和齿圈就变成了相互反向旋转的工况。如果太阳轮与齿圈反向旋转,就会使变速机构齿圈输出的一部分功率从太阳轮回流到转向机构,进而回流到分流机构和变速机构,之后再输出到齿圈上。这样构成的功率循环,与转向时内外履带和地面之间的功率循环不同。这个循环是有害的,因为它会一直在传动系统中循环而不输出,最终以热的形式散发掉,造成浪费;更主要的是,它使得传动机构需要承受比输出功率更大的功率,影响系统的可靠性和寿命。这种循环功率被称为“寄生功率”,在设计传动系统时是应该尽量避免的。不过,因为车辆使用倒挡的时间一般不是很长,所以对于正独立式传动来说,这种影响还不是很大。

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2011-7-27 10:25 上传


使用正独立式传动的AT-L牵引车
    这两种独立式传动在空挡时都可以实现中心转向。应该注意的是,这种中心转向是不稳定的:只有两侧阻力相等时,旋转中心才与坦克中心重合;如果阻力一侧大一侧小,那么旋转中心将偏向阻力大的一侧。当地面阻力不好估计时,可以人为地制动某一侧履带,使旋转中心落在这条履带上,也就是形成制动转向,实现控制转向状态的目的。

    独立式转向机构转向时所需的功率较小,主要应用于早期双流传动系统。当发动机功率得到提升后,坦克装甲车辆传动系统开始偏向综合性能更好的差速式转向机构。

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零差速式传动示意动画,借用自衙内,在此表示感谢
上面是转向分路,下面是直驶分路,左右两侧红色的是输出轴,和输出轴相连的大齿轮机构是汇流行星排
动画先后显示了直驶、行进间转向和中心转向三种工况

    首先从零差速式说起。零差速式传动就是指在直驶时汇流行星排的太阳轮转速为零的一种差速式传动。这种传动广泛应用于各种坦克装甲车辆,是综合性能最好一种双流传动形式,大家所熟知的豹2、M1、勒克莱尔、K1、90式等主战坦克以及PZH2000自行火炮、“美洲狮”步兵战车都使用的是零差速式双流传动。在转向时,转向机构使内侧汇流行星排的太阳轮相对齿圈反向旋转、外侧太阳轮正向旋转,从而使内侧履带减速而外侧履带增速。由于转向时两侧太阳轮转速相同方向相反,所以可以设置一根在直驶时不转动的零轴,零轴一侧直接与太阳轮啮合,另一侧通过一个惰轮与太阳轮相连,转向时驱动零轴旋转就可以使两侧太阳轮产生转速相等、方向相反的转动。因为直驶时零轴不旋转,可以通过液压泵和液压马达控制零轴,也可以使用液力偶合器给零轴助力,而不用担心直驶时会驱动它们而造成功率损失(因为直驶时它们根本不会转)。这样,各种新技术都很适于应用在零差速传动上,新研制的坦克装甲车辆很多都倾向于使用零差速传动系统。其中,使用液压泵和液压马达控制零轴的称为液压机械复合转向(法国EMS500),在此基础上使用液力偶合器给零轴助力的称为液压液力复合转向(德国HSWL354),不使用液压液力元件的,称作机械转向(德国LSG3000)。

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2011-7-27 10:25 上传


豹2等多种现代坦克装甲车辆使用零差速式传动
    比较常见的还有正差速式,正差速系统在直驶时汇流行星排的太阳轮转速与齿圈转速相同。在需要转向时,制动内侧汇流排的太阳轮即可完成转向。前面提到的应用于M48、M60和梅卡瓦的CD-850传动就是正差速式系统。与零差速系统相比,正差速系统在倒挡时存在太阳轮与齿圈反转的工况,所以会产生寄生功率;而且,在直驶时需要一直驱动太阳轮旋转,不便于在转向分路布置液压泵和液压马达,也不适合使用液力偶合器给转向助力(因为会使转向分路效率降低很多)。因此,它的应用范围不如零差速系统。

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2011-7-27 10:25 上传


使用正差速式传动的M48
    相比前两种差速式系统,负差速式只有在英国坦克装甲车辆上应用,原因在于这种系统和双侧变速兼转向系统一样存在先天不足。顾名思义,负差速式在直驶时太阳轮和齿圈的旋转方向相反。刚才已经说了,这样会产生寄生功率,使传动效率降低。和正差速式不同的是,负差速系统在直驶时就有寄生功率,而直驶又是车辆的主要工作状态,所以说负差速式的功率利用相对不合理。英国的征服者(Conqueror)、百人队长(Centurion)和酋长(Chieftain)使用的都是这种传动形式,但是最新的挑战者(Challenger)却改成了零差速式,这从一个侧面反映出负差速式已经不能适应坦克装甲车辆对传动系统的要求。

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使用负差速式传动的百人队长
    这里顺便谈一下关于双流传动系统的反转向问题。双流传动系统的倒挡是通过改变变速机构旋向来实现的,所以在后退时,转向机构对太阳轮的操作和前进时是一样的。换句话说,如果驾驶员向右打方向盘,实际上得到的并不是车头向右转,而是车头绕着坦克中心顺时针转。前进时肯定没问题,顺时针转和右转是一样的;但是倒退时却不同,顺时针转就成了车尾向左转。这正好和轮式车辆相反,也与单流传动系统相反。这种现象就称作双流传动系统的反转向。有的双流传动系统对转向机构采用反向的措施(如英国的T-300传动) ,与正、倒挡的换挡机构操纵相联系,转向功率流由不同正、倒转伞齿轮工作,使转向特性符合习惯。也有的坦克使用了一个换向器,让车辆在挂倒挡时可以获得和轮式车辆相似的操纵特性。但是这也增加了系统的复杂程度,多数双流系统并没有采用,而是通过对驾驶员进行专门训练的方法解决这个问题。

    在挂空挡时,差速式双流传动可以实现中心转向。不过,只有变速机构在空挡时可以闭锁的零差速系统才能实现真正的转向半径固定为零的中心转向。另外两种,由于变速机构在空挡时不可能闭锁(如果闭锁了,正差速的会向前走,负差速的会向后退),所以不能实现这种功能。实际上,除了个别专门设计了闭锁机构的车辆外,大部分装用差速式双流系统的坦克实现的中心转向都是相对转向半径(坦克转向半径和履带中心距的比值)为0—0.5的半径不定的转向,特殊情况下也可能大于0.5,但是对作战和使用并没有太大影响,仍然有实用价值。有趣的是,俄罗斯有一种五挡双侧变速兼转向传动系统,如果该传动系统一侧挂1挡、一侧挂倒1挡,那么它的运动状态将是相对转向半径固定,且仅仅为0.091的中心转向,这个转向半径比很多双流传动的都要小很多。所以说,中心转向不是双流传动的专利,单流系统也可以实现,甚至能实现得更好。双流系统真正的优势在于它各挡的规定转向半径是可以随着挡位升高而增大,并且是易于控制的。

    除了以上这些传动形式,近年来又发展出了一些新型传动,比较有代表性的是液压机械复合传动和电传动。最早应用液压机械复合传动的是瑞典Strv 103,美德联合研制的MBT-70坦克使用的XHM-1500也是液压机械复合传动。这些都属于液压机械的早期形式,工作效率偏低。后来美国M2步兵战车上使用的HMPT-500已经是一种较为成熟的形式,实际使用效果不错,日本最新的TK-X坦克使用的也是这种类型的传动,限于篇幅,在此不作更多详细的介绍。电传动其实出现得很早,一战法国的圣沙蒙突击坦克、二战德国的斐迪南自行火炮就已经开始使用电传动。电传动的优点是传动效率高、爆发力大,可以实现无级变速、任意半径转向,没有机械传动换档的冲击振动,传动部件布置灵活并且可以采用电力再生制动等等;不足之处是体积、重量较大。新一代坦克的发展需要大量的电能满足定向能武器、电磁炮、电热炮、电磁装甲以及雷达所需,在机械传动条件下的车辆无法满足这个需要,而在电传动坦克中发电机发出数百千瓦的电能,提供这个能量需求是有可能的。加之电力电子技术的发展使大功率器件不断涌现,因此电传动技术从相对灵活的汽车步入重型履带车辆也就顺理成章了。经过长时间的论证,美军未来作战系统(FCS)的有人作战系统(MCS)决定使用电传动底盘,虽然目前该项目已被取消,但是美军电传动车辆的发展并没有陷入停滞,未来的发展前景仍然非常广阔。


注:前分流与后分流

    并不是所有的零差速双流传动系统都能实现中心转向,这和传动系统的分流机构的布置有直接关系。双流传动中的分流机构一般安装在液力变矩器前后,布置在变矩器前的称为“前分流”;在后面的称为“后分流”。

    比较典型的使用前分流零差速传动的履带车辆有德国的豹式和英国的挑战者。另外,RENK公司出品的所有双流传动装置都采用了前分流形式。这种形式的零差速传动的变速分路由于存在液力变矩器的柔性环节,可以在空挡时挂双挡进行闭锁,保证变速分路转速为零。这样就可以实现相对转向半径严格为零的中心转向。同样是由于变速分路存在柔性环节,在行驶中进行转向时,变速分路转速不是非常稳定,遇到阻力会自动降低,会引起转向半径自动减小。但是在实际使用中,这个问题表现不很突出,这是由于驾驶员会自发调节方向盘来适应转向半径的变化。

    采用后分流机构的主要有美国M1、日本90式、法国勒克莱尔等。和前分流不同,由于传动系统中的液力变矩器在变速与转向分路之前,因此变速分路不存在柔性环节,除非在液力变矩器和变速机构之间增加一个离合器,否则这种类型的传动装置在空挡时将不能实现闭锁,只能让变速机构自由转动。这样如果两侧履带受到的阻力不同,阻力大的一侧的转速就会变慢,同时阻力小的一侧会变快,这就造成了“中心转向”的转向中心位置不固定。实际中地面阻力都不是相等的,在很多时候,使用这一类传动的履带车辆只能实现相对半径0.5左右的“中心转向”,这和单流系统的制动转向没什么区别。后分流的优势是在行驶中进行转向时,变速分路和转向分路的转速关系是一定的,不会引起转向半径自动减小,行驶中转向半径的可控性更好。

    从目前来看,前分流与后分流并没有高下之分,只是设计思路上的差异。勒克莱尔使用了后分流,但是其改进型号换装的欧洲动力机组(EPP)却是前分流的;日本90式、韩国K1虽然被认为师从豹2和M1,但是传动系统和老师恰恰相反,分别使用了后分流和前分流系统。可以预见,分流机构的前后之争还要继续下去。
这一期的NAAS100相当的好,感谢版主
很喜欢科普类的东西,原来如此奇妙阿,哈哈,谢谢楼主科普
科普的东西不多见啊,多谢楼主喽。
先收藏了,晚上回去拜读。

神马时候能开回豹子,死也值得咯。
浪将 发表于 2011-7-27 11:04
先收藏了,晚上回去拜读。

神马时候能开回豹子,死也值得咯。
多谢支持~
刚才和你讨论的时候,突然想起来我这篇文章里有介绍空挡转向的内容。
前些天99大改比较火,估计发了也没人看,一直搁着。现在貌似平静了,所以继续发[:a4:]
小白进来接受科普。
这个文章会在性世界上看到吗?
有趣的是,俄罗斯有一种五挡双侧变速兼转向传动系统,如果该传动系统一侧挂1挡、一侧挂倒1挡,那么它的运动状态将是相对转向半径固定,且仅仅为0.091的中心转向,这个转向半径比很多双流传动的都要小很多。所以说,中心转向不是双流传动的专利,单流系统也可以实现,甚至能实现得更好。------这种方式还是第一次听说,在教材和关于传动的资料里都没见过,能否详细说明?最好能有原理图。我怎么都没想明白单流是怎么实现的,因为双侧变速箱的功率输入都是同向的。如何在变速箱里单侧实现反向输出?
ds-sunny 发表于 2011-7-27 11:23
有趣的是,俄罗斯有一种五挡双侧变速兼转向传动系统,如果该传动系统一侧挂1挡、一侧挂倒1挡,那么它的运动 ...
一侧挂一档一侧挂倒档即可
进来接受科普,很喜欢楼主的文章
顶一下再去找纸本看
期待楼主更多科普内容,但愿能中奖。
agein 发表于 2011-7-27 11:26
一侧挂一档一侧挂倒档即可
问题是输入端都是同向的啊。双侧传动的倒档状态功率输入是反向的吧?
谢谢楼主科普
老大99A等能0差速否?
ds-sunny 发表于 2011-7-27 11:38
问题是输入端都是同向的啊。双侧传动的倒档状态功率输入是反向的吧?
倒档的输入端转动方向本来就和前进挡一样:L
要是发动机能换向,就没必要设置倒档了。
又科普了,我一直以为坦克的差速器和车上的一样…………多谢科普
agein 发表于 2011-7-27 11:40
倒档的输入端转动方向本来就和前进挡一样
要是发动机能换向,就没必要设置倒档了。
也就是说输入端转向不能变,靠变速箱内的倒档齿轮换向了?
其实有演示的模型看着就更直观了
ds-sunny 发表于 2011-7-27 11:44
也就是说输入端转向不能变,靠变速箱内的倒档齿轮换向了?
可以这么理解,不过行星变速箱里面没有专门的倒档齿轮,而是通过改变机构连接方式造成输出与输入反向。
科普啊,有营养啊
agein 发表于 2011-7-27 12:03
可以这么理解,不过行星变速箱里面没有专门的倒档齿轮,而是通过改变机构连接方式造成输出与输入反向。
明白了,之前我一直以为输入可以通过前传动改变方向的。其实双侧行星变速理论上就能实现双侧反向输出。难怪看小巴那个哈立德有双侧履带反向的情况。之前乌克兰那个T84也出现过这个镜头,虽然也想到了两则变速一正一倒的可能,但是一直不敢确认。
这一次优图有视频,看得非常清楚啊

话说刚知道双流的倒档和轮式车辆是反的
进来接受科普,顺便参加抽奖
图挂了,真悲催的图床!
哇哇,好贴,还有奖金。
再次接受科普
我运气一向很背...
科普好文
还有视频~恩~加深印象~不错
文章好长,收藏下来,慢慢研读
科普文章一定要支持!
先鼎鼎再仔细看~~~
CH-1000都有哪些车应用呢?
好贴啊,慢慢看,慢慢学习
please 奖励 800
好贴我来了
差速器嘛   里面是行星齿轮   就是大齿轮套个小齿轮

挺有意思的
参加抽奖  利国利民