军用履带车辆转向机构发展综述.docx
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军用履带车辆转向机构发展综述
军用履带车辆转向机构发展综述
吴宗文,
谭兵
（成都军区兵种训练基地装备部,四川崇州611237
1引言高速履带车辆直驶时因地面条件的复杂多变需不断地小角度修正方向,转向时为防止发动机熄火一般又需实施多次大角度分段转向。
这些转向操作显著影响了履带车辆平均运动速度的提高。
传动技术的发展使得履带车辆最大速度超过70km/h,从而较大幅度地提高了车辆平均行驶速度,但高速转向容易发生失控而导致严重后果。
此外,采用综合传动装置的新型军用履带车辆能够实现无级转向及小半径转向,这将为车辆的驾驶操作、使用维修、后勤保障、结构改进等方面带来新变化。
因此,总结履带车辆转向机构的结构特点及发展规律,分析履带车辆转向过程的动态特性,探索提高履带车辆机动性尤其是转向机动性的途径十分必要。
履带车辆转向原理不同于轮式车辆,它需要专门的转向机构改变两侧履带卷绕速度大小或方向使车辆转向。
履带车辆应用的转向机构依据功率流向可分为单功率流和双功率流传动。
2单功率流传动2.1
差速器
差速器式转向机构其类别从运动学上划分一般属于
单流差速式,其机构简图如图1所示。
差速式转向机构的基本原理是转向时一侧履带降低的速度等于另一侧履带提高的速度,车辆几何中心的平均速度不变。
单差速器转向机构主要应用到二战前大量生产的CardenLoyd超轻型坦克上。
但由于该型车辆直线行驶不稳定和转向灵活
性差等原因,很早就被淘汰了。
为增大转向半径而改进的锥齿轮和直齿圆柱齿轮的双重差速器在国外早期的轻型履带车辆上广泛采用,如HS30、霍基斯、法国的Renault
NC轻型坦克及美国M113步兵战车等。
2.2
转向离合器和行星转向机
在变速机构后直接串联上某种转向机构,通过操纵一侧转向元件使该侧履带速度降低,另一侧保持直线行驶时速度不变,形成独立式转向机构。
该类转向机构的典型代表有转向离合器、行星转向机等。
转向离合器转向机构通过制动带控制离合器的制动或滑磨以降低一侧履带的卷绕速度实现转向。
尽管该型转向机构能实现的转向半径较小,但因结构简单,目前仅在一些履带式工程车辆应用。
行星转向机是由转向离合器转向机构发展而来,可得到一定数目的规定转向半径。
低速侧小制动器制动时再生功率能够回传到高速侧,降低了转向对发动机功率的需求。
该型转向机构具有行星传动结构紧凑、传递效率高的优点,直驶稳定。
但大多需用非规定转向半径转向,功率损耗严重,同时转向机构需频繁调节,影响了车辆的平均速度和人员的作战效果。
T-55、T-62和德国早期的某些主战坦克上采用了该型转向机构。
行星转向机式转向机构如图2所示。
2.3双侧变速箱
双侧变速箱最早就出现在1916年的英国坦克上,它
在向两侧传递动力时可通过两侧变速箱采用不同排档实
摘
要:
综述了军用履带车辆转向机构的发展历程。
军用履带车辆传动系统由单功率流机械传动向双功率流综合传动
发展,转向机构由机械有级转向向静液无级转向发展。
为充分发挥液压元件优良的性能和提高液压元件的功率及效率发展了多种液压复合型转向机构。
多段液压机械连续无级综合传动和电传动以其明显的优势将成为新一代军用履带车辆传动技术研究的两个重要方向。
关键词:
军用履带车辆;转向机构;综述中图分类号:
TJ8111.2文献标识码:
A
文章编号:
1002-2333（200705-0016-03
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现转向。
1920年代,意大利的Fiat3000轻型坦克曾采用过固定轴齿轮的双侧变速箱。
它每侧4档,与发动机一起形成整体的动力传动装置。
在1932年和1937年,英国的威尔逊设计了6档和8档的双侧行星变速传动系。
之后
1960￣1970年代,液压操纵技术有了进一步的发展,双侧
变速箱传动系在现代坦克中又得到应用。
如前苏联的T-64坦克、T-72坦克及我国某新型主战坦克。
从继承传统的前置变速箱和二级行星转向机角度看,双侧变速箱可以看成是对原来禁止长时间作直驶加力档使用的二级行星转向机的进一步发展。
在双侧变速箱传动系中,采用液压操纵的行星变速箱作为侧变速箱,把传统的主离合器、变速箱、转向机和停车制动器的功能集中在侧变速箱中来实现,减少了动力传动空间,提高了传动系的可靠性和维修的方便性。
单功率流的双侧变速兼转向机构从运动学上属于独立式转向机构
两侧同档时直驶
不同档时转向。
但直驶
时理想的排档划分与转向要求的排档划分不能兼顾。
转向时侧变速箱传递发动机功率和负担回流功率,载荷冲击严重,并难于实现液力传动和自动换档。
我国某新型主战坦克
的结构简图如图3所示。
3双功率流传动
履带车辆机械式有级转向机构能实现的规定转向半
径数目有限,以非规定转向半径转向时摩擦元件发热和磨损严重,转向不平稳和效率低,限制了履带车辆的越野机动性。
随着液压技术的进步,采用变速和转向功率分流的双流传动系,实现了无级变速和无级转向的目标。
3.1纯静液转向机构
二战期间德国伦克公司研制的LG600首次采用了液
压转向技术,法国西斯姆研制的配置有静液转向机构
ESM500综合传动装置的勒克莱尔代表了当今综合传动
静液转向技术发展的新水平。
其传动简图如图4所示。
从履带车辆无级转向机技术的发展看,静液无级转向是
1970~1980年代发展的具有代表性的新技术,之后,国外
发展的几乎所有新型和改进型军用或民用的履带车辆均采用了静液转向机构。
静液转向机构一般采用一组或多组可双向调节的液压泵和液压马达等无级变速元件组成容积式调速回路。
液压容积式无级调速系统具有良好的无级传动特性,结构紧凑、体积小、重量轻、承载能力强。
转向时,通过液压泵排量的正、反向调节实现车辆转向半径连续可控的无级变化。
采用双泵-马达系统转向机构的如瑞士PZ-61、
68及英国挑战者坦克等用的TN-37、TN-54传动等。
履带车辆一般以零差速转向机构应用最多。
直驶时,变量泵的排量为零,实现对转向零轴的闭锁,保证直驶的稳定性。
变速机构置于空档情况下转向,发动机所输出的功率全部由转向分路的液压元件传递,实现车辆原位中心转向。
但静液转向机构发展中仍需解决两个关键问题:
一是液压传动效率偏低,当代国际上液压领域最高传动效率只能达到75%~80%,部分负荷时仅为50%~70%,起步或小功率时更低;二是液压泵和马达加工精度要求高、制造困难。
此外,不同排档时转向操纵件的调整工况与转向半径间的对应关系不同,增大了驾驶员转向操作难度。
因此,在重型履带车辆上应用纯静液转向机构尚依赖液压技术的进一步发展。
3.2静液机械联合转向机构
为解决液压元件功率不足的矛盾,发展了液压加机
械复合转向机构。
它是由液压转向和机械转向两套机构复合而成,液压无级转向机构实现较大半径转向（外阻力较小,由机械转向机构实现几个较小的规定转向半径转向（外阻力较大。
该型机构改善了大半径转向特性,但由于其结构复杂,制造困难,而且仅在以较大半径转向时实现无级变化,仅作为过渡型转向机构。
采用该型机构有БΜΠ-3步兵战车、瑞典S坦克采用的双套机构FBTV-2B。
德国ZF公司的LSG-2000及4HP3000、德国RENK的液压机械复合转向方案等。
图5为LSG-2000传动装置简图。
在大半径无级转向时液压马达工作,机械部分进入准备状态。
当液压转向达到其最小半经时,结合离合器,单
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向联轴节滑转使得机械转向的动力可由变速之后的汇流排齿圈输送,车辆获得一个规定的转向半径。
单向联轴节可自动使液压和液压机械转向两阶段及时平稳衔接而不出现空程或重叠,这是该方案特殊结构的优点之一。
图6为俄罗斯学者提出的在双侧变速传动基础上增加液压转向的改进方案。
其工作原理是当液压转向达到其最小转向半径时通过降低低速侧排档以继续机械转向。
3.3
动静液复合转向机构
该型转向机构的特点是利用液力偶合器提供功率以解决液压泵和马达功率不足的问题。
一般条件下
液力助力偶合器空转,转向由泵和马达实现。
当液压元件功率不能满足困难地面和小半径转向的需要时,外界阻力使液压系统高压升高到额定最高油压,偶合器开始为转向提供助力矩。
当总转向力矩超过外阻力矩时,油压回落,偶合器逐渐停止工作。
该类方案应用到了豹Ⅱ坦克的HSWL-354、AMX-30、黄鼠狼步兵战车等多种车辆上。
该方案可以实现全程无级转向,但箱体结构和控制系统复杂,转向效率不高。
图7为应用于豹Ⅱ坦克的1100kW的HSWL-354传动简图。
4电传动
电传动将发动机输出能量转化为电能,再将电能转
化成机械能,借助电能转换和控制技术实现动力无级传递。
以电传动为基础的全电战斗车辆具有强大的越野机动性、最适宜的燃油消耗、便于保障和部署等诸多优点,成为新一代装甲车辆发展的新方向。
美国的M113电传动装甲输送车、88&20吨的高级混合传动电驱动演示车、
装有电传动系统的“悍马”车、荷兰的44&12吨轮式全电战车等初步显示了电传动的优势。
图8为美国2010年前准备装备的全电式战斗车。
5
转向机构未来的发展
（1以双流传动静液转向为基础的履带车辆综合传
动,综合了机械传动、液压传动的优点。
为提高液压转向的功率采取了多种途径,形成了多种类型的转向机构,实现了一定区间内无级转向的目标。
液压泵和马达是无级转向系的核心部件。
随着泵和马达功率及效率的提高和联体泵-马达技术的逐步成熟,可以预见静液传动及转向技术必将在重型履带车辆上得到广泛的应用。
（2近年来新发展的多段液压机械双流无级传动具有以小功率液压元件传递大功率特性、高效率特性和可控的无级调速特性等优点。
该型机构应用于转向可实现全程的无级转向功能。
美国的三段式液压机械无级传动装置
HMPT-500、德国ZF公司开发的SHL-5000液压机械综
合传动装置、日本小松研发的四段式HSMT液压机械传动装置以其传递功率大、效率高、无级变速和全程无级转向等优良性能突显了在重型履带车辆上应用的优势。
（3电传动技术作为传动系统的一个发展方向有巨大的发展潜力,随着电机、电力电子和控制技术的飞速发展,电传动逐步取代现有动力传动系统将成为可能。
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苑士华.多段液压机械双流无级传动的理论与试验研究[D].北京:
北京理工大学,1999.
（编辑阳
光
作者简介:
吴宗文（1967-,男,助理工程师。
主要从事装备管理及保
障工作。
收稿日期:
2006-12-16
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