Системы рулевого управления танками

Не путать с управлением танком — схемой управления видеоигрой.

Леопард 2

Системы рулевого управления танками позволяют танку или другой машине с непрерывной гусеницей поворачивать. Поскольку гусеницы не могут быть расположены под углом относительно корпуса (в любой эксплуатационной конструкции), рулевое управление должно осуществляться за счет ускорения одной гусеницы, замедления другой (или ее поворота назад) или комбинации того и другого. Полугусеничные транспортные средства позволяют избежать этого, сочетая управляемые колеса и гусеницы с фиксированной скоростью.

Ранние системы рулевого управления были заимствованы у гусеничных рабочих машин, обычно с использованием сцепления для уменьшения мощности на одной гусенице, вызывая ее замедление. Эти конструкции имеют множество проблем, особенно при подъеме на холм или движении на высокой скорости, поскольку снижение мощности приводит к снижению общей скорости. Передача мощности на обе гусеницы при их повороте на разных скоростях является сложной проектной задачей.

был представлен ряд более совершенных конструкций, Особенно во время Второй мировой войны которые сохраняли мощность на обеих гусеницах во время рулевого управления - концепция, известная как рекуперативное рулевое управление . Некоторые также позволяли одной гусенице двигаться вперед, а другой — назад, 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.

В большинстве современных западных конструкций используется разновидность двойного дифференциала, тогда как в советских конструкциях предпочиталось использовать две отдельные трансмиссии в одном корпусе. Системы, использующие электродвигатели с регулируемой скоростью, неоднократно опробовались, но не получили широкого распространения.

Двойной привод

Одним из решений проблемы рулевого управления является использование двух отдельных трансмиссий, каждая из которых приводит в движение одну гусеницу. Это сохраняет мощность на обеих гусеницах во время рулевого управления, обеспечивает широкий диапазон поворотов и даже позволяет повернуть одну гусеницу задним ходом, в то время как другая движется вперед, позволяя танку разворачиваться на месте. Это можно комбинировать с тормозами для дальнейшего контроля радиуса поворота.

Очевидным недостатком этой конструкции является стоимость и сложность двух трансмиссий, а также связанная с этим повышенная нагрузка на техническое обслуживание. Во-вторых, если один двигатель выйдет из строя, второй не сможет использоваться для движения обеих гусениц. Обе эти проблемы были значительно уменьшены в случае с паровой электростанцией , где большая часть двигателя по размеру и весу представляет собой котел , а цилиндры, извлекающие эту мощность, по сравнению с этим намного меньше. Он также может обеспечивать переменную производительность, контролируя количество пара, подаваемого в каждый цилиндр. Это гораздо сложнее при использовании двигателей внутреннего сгорания .

Менее очевидная проблема заключается в том, что такому транспортному средству очень сложно поддерживать движение по прямой. Хотя для обеспечения одинаковой скорости двух двигателей можно использовать регулятор , нагрузки на гусеницы не будут одинаковыми при движении по разной местности, в результате чего более нагруженная гусеница замедляется и танк поворачивает в этом направлении. Это приведет к тому, что танк будет блуждать при движении по неровной поверхности. Это не проблема на очень низких скоростях, и система иногда используется на бульдозерах и других гусеничных строительных машинах. Для танков необходимы значительные навыки водителя и постоянная регулировка, даже на относительно низких скоростях, которые наблюдались в ранних моделях.

Примеры настоящих двухприводных систем встречаются нечасто, но они существовали на протяжении большей части истории танков. времен Первой мировой войны Примеры включают британский средний танк «Уиппет» .

Двойная трансмиссия или рулевое управление с редуктором

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

Простым шагом вперед по сравнению с концепцией двойного привода является использование одного двигателя и разделение выходной мощности на две трансмиссии. Рулевое управление осуществляется путем переключения передач на одной гусенице, а не на другой. Это снижает сложность системы двойного привода в сочетании с современным двигателем. Это также вводит новое поведение; дополнительная нагрузка на один путь приводит к замедлению и другого. На самом деле это улучшение по сравнению с решением с двойным приводом, поскольку оно заставляет весь танк замедляться, а не поворачивать в сторону загруженной гусеницы.

Обратной стороной этого подхода является то, что мощные передачи являются устройствами, подверженными сбоям, особенно в эпоху Второй мировой войны. Это также сложные и трудоемкие устройства для сборки и ремонта. Хотя в нем отсутствует второй двигатель по сравнению с концепцией двойного привода, он все же относительно сложен по сравнению с последующими решениями.

Системы с двойным приводом широко использовались с самых первых дней существования гусеничных машин, включая трактор Holt 75 , который широко использовался во время Первой мировой войны . 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 , в начале войны. Чешский LTH также принял эту систему, обслуживая немцев как Panzer 38(t) .

Советы внедрили эту систему на своем экспериментальном танке КВ-13, и это привело к ее использованию в семействе танков ИС . В более поздних версиях появилось больше передач для создания нескольких радиусов поворота, включая реверс одной гусеницы. На Т-64 появилась новая модель с семью скоростями, и эта базовая система использовалась на Т-72 , ​​Т-90 и китайском Тип 98 .

Торможение сцеплением

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

Простейшая в механическом отношении одномоторная система рулевого управления, почти повсеместно использовавшаяся в ранних конструкциях танков, представляла собой комбинацию тормоза и сцепления, соединенных с органами рулевого управления. Органы управления обычно представляли собой пару вертикальных ручек, по одному на каждую дорожку. Потянув за ручку, вы отключили сцепление, освободив гусеницу и заставив ее замедлиться. Дальнейшее движение ручки все больше задействовало тормоз на этой гусенице, позволяя регулировать радиус поворота.

Основным недостатком этой конструкции является то, что при включении рулевого управления мощность двигателя снимается с гусеницы. Из-за этого танк замедляется, даже если тормоз не нажат. Если танк поднимается на подъем или движется по мягкой местности, движение вперед может полностью прекратиться. Еще одним недостатком является то, что тормоза постоянно рассеивают огромное количество тепла при рулевом управлении, что очень неэффективно. Тормоза, подходящие для управления большим транспортным средством, также невероятно велики.

Торможение сцеплением было введено французами в 1916 году во время Первой мировой войны . Большинство легких танков использовали его в 1920-е и 30-е годы, а также некоторые более крупные танки, такие как британский экспериментальный Vickers Independent и советский Т-35 . Последними крупными проектами, в которых он использовался, были советский Т-34 и немецкие Panzer III и Panzer IV .

Дифференциальное торможение

В Universal Carrier использовалась система тормозного дифференциала, а также деформация гусеницы.

Системы дифференциального торможения (или тормозного дифференциала) убирают сцепление на гусенице и добавляют дифференциал на выходе трансмиссии. Дифференциал позволяет гусеницам вращаться с разной скоростью, сохраняя при этом мощность. Затем рулевое управление осуществляется путем замедления одной гусеницы с помощью тормоза. Преимущество этой конструкции заключается в том, что мощность сохраняется на обеих гусеницах даже во время рулевого управления. Еще одним преимуществом является полная простота; система рулевого управления подключается непосредственно к тормозу и ни к чему больше, образуя очень простое механическое устройство.

Главный недостаток, как и тормозной системы сцепления, заключается в том, что рулевое управление рассеивает тепло через тормоза. Однако в отличие от системы со сцеплением в этом случае любой поворот требует торможения. Это можно использовать на более легких танках, но количество кинетической энергии в более крупных танках делает необходимые тормоза непрактично большими. Еще одним недостатком является то, что дифференциал позволяет гусеницам поворачивать с разной скоростью независимо от причины. Это может быть применение торможения, но также происходит при движении танка по местности; если одна сторона танка въезжает на мягкую местность и замедляется, танк естественным образом развернется в эту сторону. Поступательный импульс имеет тенденцию компенсировать этот эффект, поэтому в основном это проблема на низких скоростях.

Дифференциальное торможение на самом деле предшествовало торможению сцеплением на гусеничных машинах и было первоначально внедрено компанией Richard Hornsby & Sons в 1905 году на первой в мире гусеничной машине. Торможение сцеплением стало популярным только из-за своей механической простоты. Дифференциальное торможение можно было встретить на многих танках меньшего размера, особенно в эпоху перед Второй мировой войной. Британские танки начали использовать их во время Первой мировой войны и продолжили во время Второй мировой войны . Одним из распространенных примеров был Bren Carrier .

Управляемый дифференциал

M113 является наиболее широко используемым военным примером управляемой дифференциальной системы.

Дифференциальные тормозные системы по существу представляют собой эпициклическую трансмиссию с одним фиксированным передаточным числом, передаваемым через промежуточные шестерни . Управляемый дифференциал добавляет удлинение к стойке, удерживающей натяжные ролики, и накладывает на это удлинение обычный тормоз. При включенном тормозе натяжные ролики блокируются, и система работает как обычная планетарная эпициклика. При отпускании тормоза натяжные ролики вращаются, снижая скорость вращения с этой стороны. Это приводит к замедлению вывода на этой стороне на фиксированную величину.

Преимущество этой конструкции заключается в том, что тормоз не задействуется для замедления автомобиля, он просто включает или выключает второй набор передач. Это означает, что он не рассеивает энергию, за исключением короткого периода, когда она применяется или высвобождается. Более плавного рулевого управления можно добиться частичным применением тормоза, но тогда он начинает рассеивать энергию, как затормозивший дифференциал. Основным недостатком является то, что радиус поворота только один. Как и стандартное дифференциальное решение, эти системы также подвержены самоповороту при движении по бездорожью.

Система была изобретена Cleveland Tractor Company в 1921 году и иногда известна под торговым названием Cletrac Differential. Он использовался на большинстве французских танков в межвоенный период, а также на немецких Grosstraktor . Он был наиболее распространен в моделях США и использовался на всех легких и средних носителях с 1932 года до конца Второй мировой войны. Более позднее использование включало французский AMX 13 , японский Type 61 и широко производимый американский БТР M113 .

Двойной дифференциал

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

Более сложная система двойного дифференциала по своей базовой концепции аналогична управляемому дифференциалу, поскольку она контролирует скорость гусениц, управляя вращением натяжных роликов. Однако в этом случае используются два комплектных дифференциала, по одному на каждую гусеницу, а управление натяжными роликами осуществляется не тормозом, а вторым приводным валом — рулевым валом .

Обычно рулевой вал соединен с двигателем напрямую, а не с выходом трансмиссии. Это означает, что он вращается в относительно узком диапазоне 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. Натяжной ролик меняет направление с одной стороны, поэтому они всегда вращаются в противоположных направлениях.

При выключенном сцеплении, чтобы вал не вращался, натяжные ролики в двух дифференциалах фиксируются на месте. Это похоже на управляемый дифференциал с включенным тормозом. Когда рулевая муфта включена, вал вращает одну из направляющих шестерен вперед, а другую назад, в результате чего одна гусеница ускоряется, а другая замедляется.

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

Система полностью рекуперативна: 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 подается через трансмиссию на систему рулевого управления, в некоторых конструкциях бак можно поворачивать или даже поворачивать на месте, даже когда главная коробка передач не включена (функция, известная как нейтральное рулевое управление). Ограничением этой функции является прочность рулевого вала, который должен быть достаточно прочным, чтобы перемещать танк, если эта функция желательна, но в противном случае его можно сделать легче, если в этом нет необходимости.

Двойные дифференциалы впервые были использованы в экспериментах во Франции, начиная с 1921 года, и были обнаружены на многих тяжелых танках Второй мировой войны, включая немецкие « Тигры» . бесступенчатая трансмиссия с использованием гидростатической трансмиссии использовалась На Char B1 , обеспечивающая плавное изменение радиуса поворота, что устранило главный недостаток системы. Низкая эффективность этой системы означала, что она не получила широкого распространения, но быстрое усовершенствование гидродинамических гидромуфт сделало ее обычным явлением в послевоенную эпоху. В большинстве западных танков, начиная с 1960-х годов, использовались вариации этой конструкции, особенно M60 Patton и M1 Abrams .

Тройной дифференциал Мерритта – Брауна

«Черчилль» был первым танком, в котором использовалась система рулевого управления с тройным дифференциалом.

Эта система была разработана доктором Х. Э. Мерриттом , директором по проектированию танков в 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 рулевого вала по сравнению с двойным дифференциалом, в котором скорость вала фиксирована. Этот выходной сигнал приводит в движение направляющие ролики неизмененного двойного дифференциала, обеспечивая бесступенчатую регулировку рулевого управления. Он обладает всеми преимуществами двойного дифференциала, однако единственным недостатком является то, что тормоз третьего дифференциала рассеивает некоторую энергию при пробуксовке, но это зависит только от количества энергии, затрачиваемой на управление транспортным средством, а не от общей энергии. доставлен на рельсы.

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 придавало этим конструкциям беспрецедентную маневренность и способность преодолевать подъемы, чего не было в других конструкциях вплоть до начала холодной войны . Базовая версия продолжала использоваться в британских моделях до TN 10 Conqueror и TN 12 Chieftain . Эта система сегодня вообще не используется в пользу улучшенных гидродинамических трансмиссий с двойным дифференциалом, начиная с трансмиссии Challenger .

Двойной дифференциал Майбаха

Panther была единственным действующим пользователем системы Maybach.

Система Maybach по сути представляет собой упрощенную версию двойного дифференциала, или, точнее, с механической точки зрения, дифференциала с двойным управлением. Он заменяет вал рулевого управления переднего и заднего хода и систему сцепления двойного дифференциала одним валом, который вращается в одном направлении и тормозит натяжные ролики. Как и управляемый дифференциал, тормоза обычно применяются для удержания натяжных роликов в неподвижном состоянии. Рулевое управление отпускает тот или иной тормоз, заставляя натяжное колесо вращаться и замедлять ход гусеницы. В отличие от полного двойного дифференциала, другая сторона не ускоряется, поэтому система не является полностью рекуперативной, а поскольку обе направляющие группы вращаются в одном направлении, она не обеспечивает нейтральное рулевое управление. Радиусы поворота руля фиксированы и определяются выбором передачи в главной передаче.

Система «Майбах» использовалась только на одной конструкции — танке «Пантера» . Состояние экономики Германии в конце войны, особенно возможности механической обработки и поставки прочных материалов, означало, что можно было производить лишь небольшое количество сложного двойного дифференциала. Для «Пантеры», предназначенной для серийного производства, Майбах разработал трансмиссию АК7-200 с рядом конструктивных изменений, призванных упростить производство.

Деформация трека

Хотя гусеницы нельзя было полностью повернуть под углом, можно было деформировать гусеницу так, что гусеничная машина пошла по кривой траектории. Передние тележки British Universal Carrier устанавливались на поперечной трубе, проходящей через корпус. Поворот рулевого колеса смещал тележки влево или вправо, вызывая скромный поворот. Дальнейший поворот колеса вызывал торможение то в одну, то в другую сторону. Light Tank Mk VII Tetrarch использовал аналогичную систему, но передние колеса и два средних колеса с каждой стороны поворачивались, вызывая деформацию.

Электрические трансмиссии

В Char Saint-Chamond использовалась бензино-электрическая трансмиссия.

компании Porsche Истребитель танков Elefant использовал бензино-электрическую трансмиссию, но она оказалась крайне ненадежной.

Ранние системы рулевого управления были неэффективными и теряли настолько большую мощность, что были неэффективны для тяжелых транспортных средств. Компания Holt Manufacturing Company (предшественница Caterpillar Inc. ), чья конструкция гусениц повлияла на ранние танки, экспериментировала с бензино-электрической трансмиссией в своем газоэлектрическом баке Holt . Аналогичная конструкция использовалась на французском Saint-Chamond и, в свою очередь, была адаптирована для установки на один британский тяжелый танк Mark II, чтобы конкурировать с другими разработками трансмиссии, включая Mk II, оснащенный британским бензиново-электрическим двигателем Westinghouse , и оригинальный прототип тяжелого танка. Мать» с бензоэлектрическим приводом Daimler. Победителем стала традиционная конструкция с эпициклическими редукторами. Ни один из них не имел особого успеха, хотя было произведено несколько сотен экземпляров Saint-Chamond.

Несмотря на умеренный успех, эти ранние системы были большими и чрезвычайно тяжелыми; тот, что в Сен-Шамоне, прибавил пять тонн. Другие конструкции и последующие модели, использующие аналогичную систему, в целом были отклонены как непрактичные.

Некоторые из первых попыток создания новых электрических трансмиссий были предприняты британцами в начале войны для конструкции тяжелого танка TOG1 (бензиновый двигатель приводил в движение сдвоенные генераторы, приводившие в действие по одному электродвигателю на гусеницу), а также немцами в рамках проекта среднего танка TOG1. -военные эксперименты на тяжелых танках. Наиболее примечательной разработкой Германии был VK 4501 (P) — разработка Porsche для тяжелого танка, уступившая Henschel. Около 100 шасси этой отвергнутой конструкции были переоборудованы в самоходную противотанковую пушку Elefant (первоначально «Фердинанд») Panzerjäger . Этот тип трансмиссии также использовался в сверхтяжелом Panzer VIII Maus . На практике трансмиссия конструкции Porsche оказалась даже менее надежной, чем трансмиссия традиционного типа, и к концу войны поставки меди были слишком ограничены, чтобы рассматривать возможность использования такого количества меди в двигателях трансмиссии.

См. также

• Поперечная рулевая передача
• Дифференциальное рулевое управление

Ссылки

Библиография

• Эдвардс, Филипп (сентябрь 1988 г.). «Дифференциалы, теория и практика 3: Системы управления танками» . Ежеквартальный журнал «Конструктор» (1): 47–48. Архивировано из оригинала 15 сентября 2019 года . Проверено 7 января 2024 г.
• Флетчер, Дэвид (2016). Британские боевые танки: от Первой мировой войны до 1939 года . Издательство Блумсбери. ISBN  978-1-4728-1756-3 .
• Огоркевич, Ричард (2015). Танки: 100 лет эволюции . Издательство Блумсбери. ISBN  978-1-4728-1305-3 .

Внешние ссылки

• Джонс, МЫ (2003). «Управление гусеничным транспортным средством» . Гизмология . Архивировано из оригинала 11 ноября 2020 г. Перечисляет большинство этих систем вместе с диаграммами.