第二节 坦克装甲车辆行走系统的设计
一、总体方案与设计要求
(一)履带式行走装置总体方案
行走装置总体设计方案简要划分为无托带轮和有托带轮两种形式。前者如苏联T-54坦克,中国62式轻型坦克,采用较大直径的负重轮,能减轻橡胶轮胎热负荷,减小车体侧装甲暴露面积,但限制了负重轮动行程,降低了悬挂装置缓冲能力。后者如美国M-46坦克,德国豹式坦克,中国80式坦克等,采用较小直径的负重轮和有托带轮的履带行走装置。
悬挂装置中高强度扭杆弹簧和油气弹簧都能满足履带车辆行驶过程中对车体的缓冲和减振要求,形式的选取要适合车辆使用特点。为了避免油气悬挂中高压贮能器被敌方火力损伤爆破,产生飞片,对车内乘员造成杀伤,一线作战的车辆,如前苏联的T-80坦克、ВМП-3步兵战车、德国的“豹”2坦克,悬挂装置中仍采用高强度扭杆弹簧。为了充分利用油气弹簧调节车姿的功能,加大自行火炮射击俯仰角,或利用油气弹簧调平车身和闭锁作用,提高自行高炮射击精度,这类车辆有的采用油气悬挂或油气与扭杆弹簧合用的混合悬挂。
(二)行走装置总体布置和参数确定
行走装置总体布置和参数确定要满足车辆总体设计和战术技术指标的要求。主动轮布置在车首还是车尾,主要依据车辆使用要求和动力传动装置在车上的布置,主动轮后置能减轻上支履带以及诱导轮和张紧装置的载荷,常为主战坦克采用。车首轮轴心距地垂直高度表征车辆超越垂直墙高度,一般大于0.75m。首、尾轮轴心与车体质心水平距离中较小者表征车辆静力越壕宽度,一般不小于2m。前后负重轮轴心水平距离称履带着地长。履带单位着地面积支承的车重称履带着地单位压力,它与履带行驶阻力和附着性能有关,轻型车辆履带着地单位压力为60~80kPa,主战坦克为80~90kPa。前支履带与水平面的夹角(锐角)称履带接近角,一般为30°~45°,后支履带与水平面的夹角(锐角)称履带离去角,一般不小于20°。前支履带与车体首下甲板的距离不小于0.2m。车底到未变形的支承地面最小距离称车底距地高,一般在0.4~0.5m之间。
为了研究各个负重轮的布置,现定义:车辆在水平路面上行驶时,车体只产生垂直平移(振动),各负重轮悬挂弹性力的合力作用点为(车辆悬挂)弹性中心Cs。
这种情况下,车体每侧n个负重轮悬挂弹簧变形量fi相同,fi=f。如各悬挂刚度ki相同,ki=k。各轮沿车体纵向(水平方向)与车体质心的距离为li,则弹性中心Cs与车体质心(沿车体纵向)的距离xs为:
如果各轮悬挂安装情况相同,当弹性中心与质心不重合时xs≠0,静置在水平地面上悬置质量m的车体将有纵向倾角φj,当车体质心垂直静位移为fj时,各轮悬挂弹簧的静变形量为:
fi=fj+liφj
相应的各悬挂弹性力:
Fsi=-kfi=-kfj-kliφj
作用在车体上的总和弹性力:
各轮悬挂对车体质心的弹性力矩:
Msi=liFsi
对车体作用的总和弹性力矩:
由车体上静力和静力矩平衡,有:
代入,并简化之,得到:
解得:
为了解决弹性中心与车体质心不重合时静置在水平地面上的车辆车体发生纵向倾斜的问题,可在安装悬挂弹簧时,分别给各个悬挂弹簧一个预调量Δi=-liφj,这样装好的车辆落地后便可保持水平,但这并不能解决各个悬挂弹簧之间静力不均匀的问题。因而布置负重轮位置时,应在负重轮上下跳动过程中,车轮及相连接的悬挂部件不与车体内、外其他部件发生干涉的条件下,尽量减小|xs|的值,并使各个负重轮之间的轮距尽量均匀。
实际车辆是悬挂装置均存在内摩擦,当Xs≠0时,不一定产生车体纵向倾斜,但Xs值过大时,车体倾斜难以避免,从有利于越壕过障等使用情况出发,希望质心略后于弹性中心,但其量值应保持适当。
悬挂装置的性能虽与行走装置总体布置无直接关系,但它对乘员的工作效能、车轮的贴地性和行走装置工作可靠性有重要作用,按传统理论分析应选取适当的车体振动固有频率和阻尼比。现有履带装甲车辆车体俯仰角频率ρφ为0.8~1Hz,阻尼比ξρ为0.2~0.25。悬挂装置还应有较大吸功能量以减小平衡肘刚性撞击限制器概率有利于提高越野行驶速度。按现代理论分析悬挂性能还应有下列指标要求:车辆振动加速度(驾驶员处)均方根值和峰值;火炮行进间射击时车体角位移均值及允许最大值。
行走装置总体设计还应满足车辆总体专门要求,如:行走装置总质量或占全车重量的百分比(现有车辆一般为20%~22%);主要部件耐久性(主要部件为一个大修期,易损部件为一个中修期);特殊功能要求,如车姿调节,悬挂闭锁等。
二、履带推进装置的总体设计
(一)对履带推进装置的设计要求
(1)通过性能良好 坦克在松软地面、泥泞地面、沼泽地带、水稻田和起伏地等野外地面行驶时应有良好的通过性能;在超越垂直墙、攀登纵坡和侧倾坡时应具有良好的稳定性能。这些性能不仅和履带对地面的单位平均压力、车底距地高、履带的前轮中心高度、履带接地长、履带板的结构和花纹等有关;还和地面的附着条件有关。
(2)工作可靠 履带推进装置应有足够的强度、耐磨性和防护性。因它暴露在车体外边,工作条件极为恶劣;经常承受冲击负荷;并且容易遭受炮火、弹片和地雷的攻击。故应具有足够的强度、耐磨性和防护性。
(3)重量尽可能减轻 履带行驶装置一般占整车重量的14%~20%,其中影响最大的是负重轮和履带。各组件的重量与结构形式有关,减轻履带行驶装置重量对提高坦克的机动性能有重大意义。
(4)对路面破坏程度轻。
(5)噪声尽可能小。
(6)制造工艺简单,检查和维修方便。
(二)履带推进装置布置方案
确定履带行驶装置布置方案的原始数据有:车辆的战斗全质量和最大行驶速度。根据车辆的总布置给定主动轮和诱导轮的布置位置。此外,在技术任务书中还规定负重轮和悬挂装置的形式。
1.确定履带行驶装置各主要部件的尺寸
确定履带行驶装置各主要部件的尺寸,需结合图1-20进行。
图1-20 履带推进装置布置方案的简图
(1)两侧履带外缘间的宽度、履带中心距和履带接地长 两侧履带外缘间的宽度受铁路运输对货物宽度尺寸的限制,对于坦克和履带式自行火炮的允许极限宽度为3.45m;两侧履带外缘间的宽度由下式表示
Bt=B+bl
式中 B——两侧履带接地面纵向轴线之间的距离,简称履带中心距,重型和中型军用履带式车辆的履带中心距B=2.7~2.8m,而轻型履带车辆的履带中心距B=2.4~2.6m,在选择不同型号车辆的履带中心距时,必须保证它们互相能沿压痕通过(即在两履带的内缘之间有相等的距离);
bl——履带板宽度。
按照评价车辆转向性能的履带接地长L与履带中心距B的比值L/B≤1.6~1.8,求出履带的接地长L。
(2)履带宽度 履带宽度和履带接地长、车辆的重量、型号、功用以及地面的单位平均压力有关,可由下式求出履带宽度:
式中 m——车辆的重量;
g——重力加速度;
pd——地面的单位平均压力,该值通常根据车辆的重量、用途和使用条件来确定,对于重量在10t以内的车辆和在雪地、沼泽地使用的履带车辆,pd为10~30kPa,对于重量小于或等于20t的普通用途的车辆,pd为40~70kPa,对于重量在20~30t的车辆,pd=60~80kPa,对于重量大于35t的车辆,pd=80~90kPa。
在选择履带的尺寸时,为了减小履带的单位长度的重量和增加车体的宽度,最好是选用较窄的履带。然后进行履带的初步计算。在初步计算过程中,计算出履带板的厚度hl。
(3)负重轮的数量和尺寸 负重轮数量越多,分布在接地段支承面上的载荷越均匀,因而车辆在松软地面上的通过性也越好;同时作用于负重轮上的载荷会减轻和负重轮的尺寸也会减小。按照接地段支承面的长度,在轻型履带式车辆上安装的负重轮数量为每侧n为4~6个。在中型履带式车辆上n为5~6个。在超过40t的车辆上n为6~7个。根据负重轮数量计算负重轮静载荷平均值Fjp,而根据静载荷便可求出负重轮的尺寸、负重轮外直径df和轮宽bf。
(4)车底距地高、负重轮的动行程 对于现代高速军用履带式车辆来说,不但根据车辆通过车辙道、沼泽地和雪地等地面的需要,而且还根据使负重轮有较大的动行程和车底不会产生托地现象,来决定车底的静态距地高度。
动行程与静态的车底距地高的变化关系式为
hd=hcj-hcmin
式中 hcj——车辆静态时车底距地高;
hd——负重轮动行程;
hcmin——最小的车底距地高,在现有的履带车辆结构中hcmin为0.1~0.2m。
以保证有满意的行驶平稳性为条件,确定所需要的动行程值。在第一次近似计算中,建议为克服一定高度的地面不平度,而又不发生悬挂装置“击穿”所必需的动行程为
式中 hH——要克服的地面不平度的高度;
Lpl——从车辆质量中心到第1个负重轮的距离(在作简图时可以取Lpl=0.5L);
ψ——相对熄灭系数,对于纵向角振动,ψ=0.2~0.25。
为了保证车辆能够沿地面不平高度为hH=0.15~0.2m的压成的地面上行驶,而又对行驶平稳性方面的各种参数没有限制,必须保证履带行驶装置的动行程hd>0.3m。现在,在个别型号的军用履带式车辆上,动行程超过了0.35m(M1坦克的hd=0.381m,M2的hd=0.356m)。
同时,要求静态的车底距地高不应小于:hcj=hcmin+hd。现有的履带式车辆的静态车底距地高(与动行程的大小有关)hcj=450~500mm。
(5)平衡肘轴的高度 为了作履带行驶装置简图,以平衡肘支座的结构为对象,给出从车底到平衡肘轴间的距离ha。对于无减振器的扭杆悬挂(中间负重轮的悬挂)和有外露式减振器的扭杆悬挂,ha为40~70mm。对于水陆车辆不希望在车底有凸出部分,应有较大的ha值。在用同轴的减振器情况下,ha值增大到100~140mm以上。对于活塞式油气悬挂来说,如果弹簧的臂从车底朝上安装,那么ha≥70mm;如果弹簧臂朝下安装,那么尺寸ha可以在160~220mm范围内。必须考虑到,在设计悬挂装置和使悬挂装置与车辆的总布置相协调的过程中,应使从车底到平衡肘轴的距离值ha进一步确定,它有可能与在作简图时给出的值不相等。
履带行驶装置各主要部件的其余尺寸,建议在作它们的简图时直接确定。
2.确定履带行驶装置布置方案简图
确定履带行驶装置布置方案简图的大致步骤,如图1-21所示。
图1-21 确定履带行驶装置布置方案简图的步骤
(1)以选定的比例画出履带接地段支承面的长度线L和各个负重轮轴线之间的距离。如果在第一次近似计算时,没有规定悬挂装置在车体上的布置特点,那么各个负重轮轴线之间的距离按下式求出:Lf=L/(n-1),以Lf为长度,确定负重轮轴线间的距离。
(2)首先画一条地面水平线,从地面水平线向上量取履带板的厚度hl,画出履带接地段滚道支承面水平线。从地面水平线向上量取静态车底距地高hcj,画出车底水平线。从车体底水平线向上量取尺寸ha,并画出水平点画线,平衡肘的转轴中心就位于这一水平点画线上。从履带接地段滚道支承面向上量取负重轮的半径rf,并标出负重轮轴的中心。
(3)以df为直径画出负重轮的外轮廓圆,并检查它们有没有相互接触。
(4)确定平衡肘的长度rp和其位置。在选择平衡肘的长度时,必须考虑到随着平衡肘长度的减小,在同样的静载荷条件下,作用于悬挂装置各元件的力矩就减小,它的体积-质量指标也就相应地减小。从另一方面看,较小的平衡肘长度难以保证增大负重轮的全行程,而增大负重轮全行程又是为改善行驶平稳性所需要的。
此外,应注意,在负重轮的尺寸小和平衡肘又短的情况下,在用倒挡行驶中克服障碍物时,会发生末端负重轮逆向摆动。所以平衡肘的安装位置要用倾斜角来限定,不同位置的平衡肘有不同的倾斜角:中间位置负重轮平衡肘倾斜角为βi=50°~55°,前后两端的负重轮平衡肘为βi≤60°。根据这样的条件来选择平衡肘的长度rp。为此,从负重轮轴心水平线向下量取静行程值hj。在平衡肘转轴中心线上任意一点O处向下量取倾斜角度βi,使角的下边射线与静行程hj的水平线相交,该交点和O点之间的距离就是平衡肘的长度rp。以负重轮的中心Of为圆心以平衡肘的长度为半径rp画圆弧,圆弧与平衡肘转轴中心的水平点画线相交点就是平衡肘的转轴中心,将该点与负重轮的轴心连起来,便得到平衡肘静态时的位置。
(5)检查当负重轮作相对位移时有无互相接触的现象。为此,从负重轮轴心向上量取动行程值hd。以rp为半径,以平衡肘转轴中心为圆心画圆弧,该圆弧与负重轮的静行程hj和动行程hd值的水平限制线有两个交点;以这两个交点为圆心,画出负重轮在最低位置和最高位置的轮廓圆。检查一下并排分布的负重轮有没有互相接触,画出履带的上支段,履带厚hl在大多数现代高速履带式车辆上,有托带轮的履带行驶装置的高度在1.05~1.3m范围内,并且首先用负重轮的尺寸和动行程值来确定这一高度。负重轮处于最高位置时和上支履带之间应有一定的空隙hb,用以消除两者碰撞,改善悬挂元件和限制器的布置条件,保证当改进悬挂装置时在不改变履带行驶装置各主要元件的位置的情况下,增加动行程的可能性。
(6)以车体处于最大纵向倾角时,车首或车尾的诱导轮或主动轮不碰地为条件,确定诱导轮和主动轮的位置和尺寸。为此,在车体向车首或车尾倾斜时,画出履带支承面与处在两端位置的负重轮相切的切线。在车体向车首纵倾的情况下,用迎角αH>6°~8°给出所需要的诱导轮离履带支承面的高度储备;相应地,在车体向车尾纵倾情况下,用角度αK>2°给出所需要的主动轮离履带支承面的高度储备。在履带的上支段与角αH的上辐射线之间,在与最边缘负重轮相隔X≥0.5λ+XT的距离上画出诱导轮。此处λ为诱导轮沿车体的最大纵向位移;XT为在非同轴悬挂的条件下两侧扭杆间的间距;如果对面一侧向诱导轮方向偏移,那么要考虑XT值的变化。
金属轮缘的诱导轮的最小直径,在中型和重型军用履带式车辆上dy>0.51m,而在轻型车辆上为dy>0.4m。
主动轮布置在上支履带与角αK的上辐射线之间。此时,应考虑到为了保证能够在用倒挡行驶时克服障碍。主动轮的齿应该超出车体的轮廓。
还必须指出,在选择主动轮和诱导轮的尺寸时,必须力求尽可能使其直径尺寸大些,这可以减小履带的弯曲角度,也就相应地增加履带铰链的使用寿命和减小履带推进装置内的功率损失。此外,在大直径的主动轮上可以布置较多的齿,相应地提高主动轮的使用寿命和增加啮合的可靠性。在有托带轮的履带推进装置中,主动轮的分度圆直径d0在0.6~0.65m范围内。在给定齿数和履带的节距后,最后确定主动轮分度圆的直径。
(7)在作履带推进装置布置简图的同时,确定车首部分车底的形状,以防止当车体向车首纵倾时它的突出部分碰地。为此,车首部分的车底甲板做成倾斜的,其倾斜角φH最好不小于φH=φk+φHαH,式中,φk为车体向车首的最大纵倾角,φk=arctan[(hj+hd)/L]。此外,必须规定当车体在hcjmin极限内向车首纵倾时,在倾斜甲板的下方距离履带支承面有一个空隙。在确定车首部分的底甲板的形状之后确定前几个负重轮的平衡肘的位置。为此,从静态位置的负重轮中心画半径为rp的弧线,使该弧线与从车首倾斜甲板引出的直线相交,有一交点,由此交点量取ha线段与前述弧线相交,这个新交点就是平衡肘转轴的新中心,作接地段端点位置负重轮的轮廓线并检查它们互相间有无接触。
(8)选择托带轮的尺寸,dt=0.18~0.25m,它们位于履带上支段的下面,在纵向位于负重轮之间的间隔空间内。
(9)在作履带推进装置布置方案的横向投影图时,给出从履带到车体的距离ba=0.03~0.05m。确定负重轮与车体之间的距离bk,该距离的大小决定悬挂元件可能的外形尺寸及其在车体外部的布置。
根据推进装置和悬挂装置各元部件的设计结果、在车上的布置以及在计算完悬挂系统后,再进一步确定履带行驶装置布置方案简图的各种尺寸。
三、履带推进装置结构选型
(一)主动轮
1.主动轮的主要参数计算
一般在绘制履带推进装置简图时选取主动轮的直径。对于质量在10t以上的履带式车辆来说,如果负重轮的动行程大,再加上在行驶装置中有托带轮,那么主动轮轮齿的节圆直径d0要在0.6~0.7m范围内。已知履带节距t1后,即可求出主动轮的齿数
在主动轮直径已选定的情况下,如果又给定履带的尺寸或履带节距tl,将Zz值化整以后,便可以具体确定主动轮的节圆直径d0。
如果履带销露在外面,那么主动轮的宽度bz通常等于履带的宽度;而当履带销在履带板的孔内时,主动轮的宽度bz略小于履带宽度。用以下关系求出其最小宽度
bz≥bf+2bt+2bd
式中 bf——负重轮宽度;
bt——主动轮齿宽;
bd——轮毂的支承面宽。
主动轮的齿宽与发动机功率Pe有关,其关系式为
式中 Kt——系数,该值在0.1~0.2mm/kW范围内,与双销式橡胶金属铰链履带一起工作的主动轮的Kt值比较大;
Pemax——发动机的最大功率;
nz——主动轮的齿圈数。
如果齿圈上有支承轮毂,那么它们的宽度,对于单销式橡胶金属铰链履带来说约等于1.4bt;对于双销式来说,大于0.3bt。通常在计算侧传动输出轴时,求出主动轮轮毂的花键尺寸和它们在主动轮宽度上的位置。轮毂和轮盘的厚度取决于材料的强度和制造的方法。对于铸造件来说,例如加强筋的最小厚度,以及修圆半径和铸造斜度按照有关的规定。主动轮的内轮盘一般将侧传动箱包围,在外形上与侧传动箱一致。外轮盘上的开孔不应降低轮盘的强度。
计算主动轮的齿圈与轮盘的固定螺栓所受的力,如图1-22所示,其力矩的平衡方程式如下:
图1-22 主动轮齿圈螺栓受力简图
式中 Fch——主动轮齿圈节圆(d0)上一个齿所受的最大的切向力;
d0——齿圈节圆直径;
Fly——固定齿圈的螺栓圆周方向的切向力;
dly——螺栓所在圆周的直径。
为了防止轮盘和齿圈的法兰盘连接平面滑动,两者之间需要有足够的摩擦力Fm,该摩擦力需要由螺栓的拧紧力Fln来保证,即
Fm=Flnμnl≥Fly
或
Fln≥Fly/μnl
式中 μ——摩擦系数,对于法兰盘的钢质表面,μ=0.15~0.25;
nl——齿圈的固定螺栓数。
根据螺栓的抗断强度条件求出螺栓的直径
式中许用拉应力[σ]=(0.5~0.7)σs;σs为螺栓材料屈服极限。
2.履带与主动轮的啮合
(1)对主动轮与履带啮合形式的要求 通过正确选择啮合形式和建立啮合元件的相应工作面来保证在推进装置的各种工况下,主动轮能够将力可靠地传递给履带。同时必须考虑以下基本要求:
①啮合形式应保证各元件的顺利地进入啮合和退出啮合。
②实现无冲击传递力。
③在载荷作用下啮合面的滑动最小并且在啮合处的应力也不大。
(2)各种啮合形式的特点 在T-34和T-44坦克上采用的是板齿啮合[见图1-23(a)]。现在已很少采用这种啮合方式,因为它有以下严重缺点:这种啮合方式的履带应有两种外形的履带板(带齿的和不带齿的)以及较大的节距;由于传递牵引力的啮合元件的数量少,故履带铰链、履带板齿和主动轮的滑轮的磨损较大。这种啮合方式中作用于履带板齿上的牵引力对铰链的轴线产生一种力矩,这种力矩使履带板与主动轮轮缘分离,造成在履带板齿脱离啮合时产生冲击载荷。
图1-23 特殊的板孔啮合
在俄制履带式输送车ГТ-С和拖拉机КД-35上采用齿啮合[图1-23(b)]。这种啮合形式对于高速履带式车辆来说,它也是不够完善的,因为在主动轮的齿槽内会填满泥土,功率损失和磨损较大。与板齿啮合一样,作用于履带板齿上的牵引力对铰链轴产生一种力矩,这种力矩使履带板脱离主动轮轮缘。
在现代履带式车辆上履带与主动轮的基本啮合方式是板孔啮合[见图1-23(c)]。板孔啮合方式在履带的铰链平面内实现力的传递,这就从根本上保证降低其工作的不均匀性和减小噪声。较小的履带啮合销尺寸可以使主动轮设计成齿距小而齿数多的主动轮,这也使啮合更加平稳并降低各元件的磨损。按照履带节距tl与主动轮齿距tz的比值,板孔啮合分为特殊的和法向的两种啮合。
(3)特殊的板孔啮合 特殊板孔啮合的特点是主动轮的齿距稍大于一条新履带的节距tz>tl。特殊的板孔啮合应用在许多履带式输送车上,其目的是为了在金属铰链磨损的情况下延长履带的使用寿命。为此目的,主动轮的齿距稍大于一条新履带的节距tz>tl。这种啮合(见图1-23)的工作特点是用主动轮齿圈的一个齿来传递牵引力。这样,伴随而来的是大的啮合应力和大的磨损。因为当tz>tl时,使一个齿处于脱离啮合状态(后一个齿处在包容弧线上),而随着铰链的磨损,履带节距逐步增大;当履带节距大于主动轮齿距tz<tl时,使一个齿处于啮合状态。由于节距与齿距的不相等tz>tl,前、后的齿与相应的啮合销相距一个间隙Δ(见图1-23),因而在进入下一次啮合时发生某种撞击。在制动状态时,主动轮已停止转动而履带却还在惯性力的作用下继续向前运动,其中的一个啮合销从包容弧线上的第一个齿的背面带撞击地进入啮合[见图1-23(b)]。前面几块履带板的啮合销由于履带节距与主动轮齿距的不相等而向齿顶滑移,其结果可能脱离啮合。
第二种情况,当tz<tl时,随着履带铰链的磨损,啮合销向主动轮齿顶滑移的现象可能发生在牵引工况[见图1-23(c)]。在履带节距增大10~15mm时,啮合完全被破坏,需要更换履带。
为了防止在制动工况时,tz>tl的情况下出现履带隆起现象,制造过一种双齿距的特殊啮合。它与一般的特殊啮合的区别是,在主动轮的齿槽内制有齿距等于节距tl的特殊凹槽(见图1-24),当主动轮制动时,履带啮合销被顺利地带入凹槽内。应该指出的是,这种啮合形式的齿形不对称,不能实现为了延长齿圈的使用寿命而进行换位修理。
图1-24 双齿距板孔啮合
(4)法向板孔啮合 法向板孔啮合的特点是主动轮的齿距大体上等于履带的节距。橡胶金属铰链履带的特点是,其节距变化不大,主动轮的节圆直径d0的变化也不大。这实际上保证了啮合近于法向。如所指出过的那样,金属铰链履带的销耳和销受到磨料磨损使履带节距tl扩大。随着履带节距的增大,履带板啮合销在向齿顶滑移时,在大直径上进入与主动轮齿的啮合。如果在这种情况下,凭借特殊的齿形,按铰链的磨损程度在大直径上保证分别实现条件,等,那么这种啮合叫做多齿距法向板孔啮合(见图1-25)。
图1-25 法向多齿距板孔啮合
法向板孔啮合的优点是:不只用一个齿来传递牵引力,而是用在包容弧线上的几个齿来传递牵引力,这有助于减小啮合区的力。为了减小齿和啮合销接触区的磨损,重要的是不但要保证减小力,而且要保证它们在相互作用时无滑动。在进入啮合或退出啮合时销子不可避免地要沿齿面滑动。对于单销式铰链履带来说,力的传递可以有两种方法:推进法和牵引法。用推进法传递力时,主动轮的齿顺履带板移动方向作用在后面几个销耳的啮合销子上。用牵引法传递力时,主动轮的齿将力传递在前面几个销耳的啮合销子上。
对双销式橡胶金属铰链履带最常见的是通过端连器体实现力的传递。这种履带有压力差,所以保证端连器体有较为稳定的啮合姿态。此外,应指出的是,采用与齿圈制成一体的支承轮毂,不但能降低主动轮齿上的载荷,而且相应地提高啮合寿命50%以上。现在,双销式橡胶金属铰链履带采用双重啮合。所谓双重啮合,就是在支承毂上制有不高的特形齿,它们与基本履带节销耳的外表面啮合(见图1-26)。
图1-26 双销式橡胶金属铰链履带的双重啮合
(5)单销式履带啮合副 所谓单销式啮合副,是指凡相邻两块履带板都由一根履带销连接起来的履带,这类履带与主动轮齿圈的啮合副称为单销式啮合副,如图1-27所示。T-54A坦克、M113、装甲输送车等都是采用了单销式啮合副。目前多数吨位较小的军用履带式车辆仍然采用单销式啮合副,但也有例外,如T-72也采用单销式啮合副。
图1-27 履带与主动轮的单销式啮合副
单销式履带啮合副的主动轮齿圈与履带的啮合形式与链轮与链条啮合相类似,图1-27表示的是主动轮齿圈与履带的相互啮合情况。当车辆前进时,齿圈插入履带板的啮合孔内拨动履带,齿圈与履带板啮合孔处链销在a—a弧段处相啮合;当车辆倒驶时,齿圈反方向拨动履带,齿圈与履带板啮合孔链销在b—b弧段处相啮合。以上两种情况齿圈是主动件,履带是被动件。当车辆转向时,低速侧的齿圈成为被动件,低速侧的履带拨动齿圈在b—b弧段处相啮合,此时履带为主动件,当切断动力使车辆减速行驶或制动时,情况与上述的相同,即履带为主动件,齿圈为被动件。
根据主动轮齿圈与履带板的啮合部位不同,单销啮合副可以分为内啮合和外啮合两种:当啮合部位在该块履带板两履带销之间时,这种啮合形式称为内啮合,此时主动轮齿圈插入该块履带板啮合孔内拨动该块履带板,如M113等,车辆前进及倒车时,其履带啮合副均为内啮合,即其啮合部位a—a弧段与b—b弧段均在该块履带板的两履带销之间[见图1-27(b),(c)]。
多数车辆的单销式啮合副在前进挡与倒挡都采用内啮合,只有T-54A坦克在前进挡采用外啮合。实践证明,这种啮合形式在车辆转向履带承受横向力时,履带在齿圈上的啮合位置不够稳定。因为此时齿圈在啮合孔的较宽一侧与链销相啮合,容易产生横向移动使履带板与侧装甲板上推销铁产生摩擦,使履带销头部很快磨损。曾有人将履带调向使用,即前进挡改为内啮合,倒挡改为外啮合,这样齿圈在啮合孔较窄的一侧与链销相啮合。啮合位置比较稳定,因而改善了啮合性能,提高了履带的使用寿命。
(6)双销式履带啮合副 所谓双销式履带啮合副,是指凡相邻两块履带板由两根履带销及连接套连接起来的,这类履带啮合副称为双销式啮合副,如图1-28所示。M4A3、M48、M1、豹1和豹2坦克等都采用双销式啮合副。目前采用双销式啮合的主战坦克越来越多,而吨位较小的车辆仍采用单销式啮合。但也有例外,从减小重量出发,T-72坦克仍采用单销式啮合副。
图1-28 履带与主动轮的双销啮合副
3.结构和性能特点
双销履带板每块履带板有两根履带销,相邻履带板的两根履带销通过连接套、两侧带斜面的螺栓和螺母连接起来。每根履带销的一端都铣有一个平面,带斜面的螺栓与履带销端部的平面配合。带橡胶衬套的履带销按一定的相对位置压入履带板的销耳孔内,装配后,履带板在自由状态下有一个预扭角。如M48坦克预扭角为7°,M4A2坦克为8°,M48采用单诱导齿,M42采用双诱导齿;后者将连接套和诱导齿合为一体。
双销啮合副的啮合工况如图1-28所示,当车辆前进时,齿圈主动拨动链销(即连接套的啮合圆弧面);两者在a—a处相啮合。当车辆倒驶时,齿圈反方向拨动履带并与链销在b—b处相啮合,以上两种工况齿圈是主动件,履带为被动件。当车辆减速、制动转向时,在低速侧履带是主动件,齿圈为被动件。
双销啮合副有如下的性能特点。
①用前进挡及倒挡行驶时,每块履带板的两个链销均能同时与齿圈的两个凹面相接触,同时在a—a和b—b处相接触,由于啮合孔较宽,前进挡齿圈主动,啮合副在a—a处相啮合,此时齿圈另一侧与倒挡时链销接触处b—b间存在较大间隙,当履带主动时,在消除这段间隙的瞬时不可避免会出现冲击,而使传动系承受较大的动载,并且易使主动轮在固定轴上发生松动。当齿圈和链销磨损后,这个问题更为严重。
②同样总长和块数的履带,双销的活动关节比单销的多一倍,履带节距近似缩小50%,提高了履带的挠性,对减少冲击和噪声有利。
③啮合可靠并且稳定,容易实现多齿啮合。双销式啮合副其连接套在齿面上的啮合是两边托住的,啮合位置比较确定,不易产生滑移,同时由于连接套和齿圈工作表面经过机械加工,几何形状较精确,这对保证多齿啮合、降低单齿负荷、提高工作平稳性和寿命较为有利。
④啮合副接触处的挤压应力较小,链销不仅与齿的凹面相啮合(有些单销也如此),并且链销圆弧面曲率半径与齿凹面曲率半径近似相等(如M60坦克齿面曲率半径R=24.6mm,链销圆弧面曲率半径r=23.9mm)。齿面与链销接触处的挤压应力σj为
式中 Fzy——正压力;
b——齿圈宽度;
E——材料的弹性模数;
r——链销曲率半径;
R——接触点齿形曲率半径,对凹齿括号内取负号,因r≈R,故σj较小。
⑤为减小橡胶衬套所承受的剪应力和挤压应力,以提高使用寿命,应尽可能增大压入销耳孔之橡胶衬套的长度。当履带板宽度bl相同时,双销式在结构上可配置较长的胶套,由图1-29可见,双销式∑l=2l4≈0.9bl;而单销式∑l=2l1+l2≈0.5bl。
图1-29 橡胶衬套配套长度
⑥双销式履带板在进入及退出啮合过程中,铰链(橡胶衬套)处相对转角比单销式的小。这可从啮合副进程来分析。
由图1-30可见,双销式进入啮合端链销位置分别由0、1、2、3点进入啮合,齿圈沿反时针方向转动,相当于履带板向顺时针方向转动搭到齿圈上,链销2、3所在履带板绕O1转动,O2转到与齿圈相啮合,使链销1处的橡胶衬套转动θ1角,此时O3转到,随后绕转到,使链销2处的橡胶套转动θ2角。
图1-30 进入和退出啮合时衬套的转角变化
对于单销式,相邻两个链销即1与3(无链销2),链销中心为O1及O3点,在进入啮合过程中链销1处的衬套转角为θ,链销3由O3点转到且有
θ=β+θ1+α=θ1+θ2
双销式退出啮合的过程与进入啮含的过程相反,由图1-30可见转到,使链销2处衬套转过θ2角,随后又使链销1处的衬套转过θ1角。
双销式啮合副的缺点是履带较重,制造成本较高。
(二)简介
负重轮的功用是,支撑车辆车体在履带接地段上滚动;并将车辆的重力较均匀地分配在整个履带接地段上。负重轮(见图1-31)由轮毂1,螺栓2,轮盘3,轮缘和橡胶缓冲件4,护缘5,密封装置6,负重轮轴10,轴承8、11,盖13等组成。当轮缘用轻金属制造时,为了保护它不被履带齿磕坏而在其外面装有钢圈(护缘5)。
图1-31 负重轮的组成
1—轮毂;2—螺栓;3—轮盘;4—橡胶缓冲件;5—护缘;6,7—密封件;8—滚柱轴承;9—支承套;10—负重轮轴;11—球轴承;12—螺母;13—盖
在现代履带式车辆的履带推进装置中,每侧有4~7个负重轮。增加负重轮的数量,可以使履带支承面上的压力分布均匀,使车辆在承载力差的地面上的通过性变好,使负重轮橡胶圈以及轴承和悬挂装置各元件上的载荷减小,同样也可以将负重轮的尺寸设计得小一点。
按不同的原则,负重轮分为两大类。
(1)按轮缘的数量:单排的和双排的。
(2)按缓冲程度:无缓冲件的(全金属的);内部缓冲的和外部缓冲的(有外橡胶圈的),如图1-32所示。
图1-32 各种形式的负重轮
对于军用履带式车辆负重轮的结构有以下要求:保证在履带上的滚动阻力最小;在各种条件下的使用寿命较长;负重轮在履带上滚动时的动负载和噪声较小;维修简便;尺寸小,质量轻。
在轻型军用履带式车辆上采用单排式负重轮,其结构简单,在水陆两用车辆上具有辅助排水的功能,当负重轮倾斜时,外侧橡胶圈的过载比较小。但是,在使用这种负重轮时由于履带必须用有两个导向齿的履带板,而可能增加履带的重量;履带难以自动清除进入履带板与导向齿之间的脏杂物;由于橡胶圈的宽度小,而使负重轮下的履带稳定性变坏;它们的散热条件也较差。军用履带式车辆最适宜于用双排式负重轮。
刚性轮缘的负重轮在履带板滚道上的滚动阻力最小。但是它们具有将动载荷传递到轴承、履带板和履带销上的特性,特别当车辆高速行驶时更是如此。采用内部缓冲的负重轮的优点是,可以使动载荷下降33%~50%,减小缓冲件的橡胶体积并且缓冲体的防护不易损坏。但是,内部缓冲的负重轮结构复杂,而且也并不一定保证动载荷和噪声有较大的下降。
外部缓冲的负重轮(实心的外橡胶圈),虽然其相对质量大和橡胶圈极易损坏;但与内部缓冲的负重轮相比,它的优点是将传递到轴承和履带上的动载荷降低5/6~6/7;并且有助于提高行驶平稳性和降低噪声。合理地选择负重轮数量及其尺寸,增加外橡胶圈的刚度,正确地布置轮距,减小轴承部件内的摩擦损失,这些都可以达到减小外橡胶圈负重轮的滚动阻力的目的。通过降低静载荷和动载荷,用高强度材料制造轮毂、轮盘和轮缘,来达到提高负重轮的寿命、减小尺寸和重量的目的。俄罗斯负重轮轮毂用32×06Л钢铸造(俄制),或用38CrSi钢模锻。轮辋和轮盘用38CrSi钢制造。如果为了减轻负重轮的重量,可用W-93、W-95轻合金(俄制)制造轮辋和轮盘。护缘用38CrSi钢制造。全金属负重轮用27SiMnTi钢铸造。缓冲橡胶圈使用的是34PИ-12和34PИ-14橡胶(俄制),用专用黏结剂将橡胶圈黏结在轮缘上。
为了改进负重轮的维修性,最好将负重轮的轮盘在结构上设计成可拆卸的。为了减小负重轮的尺寸,一些车辆采用滚道挂胶的履带。履带滚道挂胶还可以降低对负重轮外橡胶圈的压力,减小其变形和发热。但也同时使负重轮在挂胶履带上的滚动阻力增大25%~50%。
(三)托带轮
坦克每侧一般各有三个托带轮,用于支撑上支段履带和限制上部履带的滑移,托带轮有单轮缘和双轮缘结构,轮缘有挂胶和不挂胶(金属型)两种。为简化结构缩减尺寸,近代又发展有支托履带板一侧(内侧或外侧)的托边轮,其轮缘有金属型、内缓冲型或外缓冲(轮缘挂胶)型。采用托边轮一般首尾端布置内托轮,中间布置外托边轮。其轮体结构相同,仅支座长短不同。托带轮由轮毂、轮缘、支座、自紧油封和端盖等组成(图1-33所示)。
图1-33 托带轮
(1)支座 用螺栓固定在车体上。螺栓采用弹簧垫圈和钢丝两种方式锁紧防松。前后两位置的支座可以互换安装。
(2)轮毂 通过两个球轴承支撑在支座轴上。靠车体一侧轴承采用迷宫式结构和自紧油封进行密封。轮毂外径上套压着缓冲胶圈和钢质轮缘。轴向用螺母和定位销将其固定。
(3)端盖 用螺栓固定在轮毂上,其中有两个螺孔与内腔相通。可以从一个孔加注润滑两个轴承的坦克2号润滑脂。
有托带轮方案的优点是:减小上支段履带的摆动,从而减小履带铰接处的功率损失;并且可以采用小直径负重轮。采用小直径负重轮有助于降低非悬挂重量和增加负重轮的行程。
无托带轮方案一般采用大直径负重轮,负重轮直接支托上支段履带。这样,就增加了履带行驶装置的重量。这种方案的优点是:履带脱落的趋势小,噪声小。后一点对于薄壁车体来说是很重要的。
(四)诱导轮
两个诱导轮分别位于车首两侧,两侧诱导轮可以互换安装。诱导轮典型结构如图1-34所示。
图1-34 诱导轮和履带张紧机构
它由轮毂和两个焊在轮毂外径上,并且外表面上有硫化橡胶层的轮缘组成。诱导轮通过一个球轴承和双列向心短圆柱滚子轴承安装在曲臂的诱导轮轴上,用螺母轴向固定后再用销子防松。
轮毂密封:靠车体一侧,用装有毡垫及双向自紧油封的挡油盖和装配时涂有白铅油的纸垫进行密封。外侧采用涂有白铅油的纸垫和用10个螺栓拧紧的轴头盖密封。其中两个加工在轮毂厚壁处的螺孔与轮毂内腔相通,可以由螺孔向轮毂内加注2号坦克润滑脂对轴承进行润滑。为便于识别,在两个注油孔处拧入的螺栓端面上涂有红色磁漆。
(五)履带张紧机构
张紧机构的功用是,通过移动诱导轮来张紧或放松履带。张紧机构包括:导向装置,张紧装置,闭锁或定位装置,张紧机构的传动装置,缓冲或补偿装置(见图1-35)。
图1-35 诱导轮和具有蜗轮传动曲臂张紧机构
(1)导向装置 它决定诱导轮的移动方向并将部分履带张紧力传递给车体。
(2)张紧装置 按诱导轮轴的移动轨迹形式,张紧装置分为曲臂型的和直线型的两种。第一种情况,诱导轮的轴沿圆弧移动;第二种情况,诱导轮的轴沿直线移动。在军用履带式车辆上用得最多的是曲臂型张紧装置,因为其结构比较简单,使用比较方便。直线型张紧装置,现在基本上用在诱导轮在低位(放下位置)的履带推进装置中。
(3)张紧机构的传动装置 移动诱导轮可以直接用手工方式(没有专门机构,如ПT-76);但更多的是用张紧机构的传动装置来移动诱导轮。张紧机构可以保证乘员在张紧履带时省力,而在某些情况下,还保证远距离或自动张紧履带。后一种张紧机构配有专门的传动装置和操纵系统。张紧机构的传动装置,可以分为螺杆型、蜗杆型(圆柱面非自锁型或球面蜗杆可自锁型)以及液压传动型。螺杆传动机构的结构比较简单,工作可靠,保证自动制动,所以只要固定诱导轮的位置就足够了。它们的缺点是效率低;并且,由于受曲臂转角的限制而使它的尺寸比较大。蜗杆机构[见图1-35(a)、(b)]的结构最紧凑,所以在有限的空间内好布置。圆柱面蜗杆传动(T-55,BMP-1)有一个齿处于啮合状态,这就限制了传递大载荷的可能性,而要求有专门的自锁装置。在T-55上有专门的与附加蜗杆传动机构相连接的端面齿固定联接式的自锁装置;这种装置使张紧机构复杂化,并且在进行定期检修工作时也费时间。现在在重型军用履带式车辆上,采用不带自锁装置的球面蜗杆传动装置的比较简单的张紧机构[见图1-35(b)]。带液压传动的张紧机构保证工作轻便,能远距离张紧履带,比较容易按压力表检查履带预张紧力的大小和有实现自动张紧的可能性(保持履带的后部张紧并随行驶条件改变张紧程度)。由于液压型张紧机构的尺寸大,因此需要有较大的空间来布置它们。在装有液压型张紧机构的轻型军用履带式车辆上,可以用液压锁将诱导轮固定在履带张紧后的位置上。在比较重型的车辆上,液压型张紧机构也同样需要专门的机械式自锁机构。
(4)缓冲装置 保证降低作用于诱导轮、履带和张紧机构上的动载荷。在军用履带式车辆的推进装置中,由于处在高位的诱导轮碰地的可能性不大,所以不采用缓冲装置。同时,如果在使用油气悬挂的车辆上采用缓冲装置,不但可以降低履带的动载荷;而且当悬挂装置发热和车底距地高度大时,可以部分地补偿履带的预张紧力。
(5)补偿装置 在带有补偿装置的张紧机构中,诱导轮或主动轮通过杆件系统与前后边缘负重轮连接,这可以补偿履带倾斜段的松弛程度,使履带较好地保持稳定的形状,减小推进装置内的动载荷和更加充分地实现负重轮的静行程。但是,不管是缓冲装置,还是补偿装置,都使张紧装置的结构复杂化,所以,现在在军用履带式车辆上都采用比较简单的、体积比较小的、能在履带预张紧之后将诱导轮定位的张紧机构。
安装在坦克前部左、右侧的诱导轮支架上,与诱导轮一起调节履带的松紧程度。结构形式为单蜗杆式,主要由支架、曲臂、蜗轮和蜗杆、螺杆、轴套、支撑套、摩擦片、橡胶圈、盖等组成。蜗轮和蜗杆间为球面啮合,其特点是二者同时啮合的齿数增多,因而可以承受更大的冲击载荷和履带的张紧力。
①支架 焊在车体前部两侧,支架外端孔内装有轴套,轴套内镶有为防止轴向移动而采用翻边处理的铜衬套;支架内端孔也装有经翻边处理的铜衬套。它们分别作为曲臂轴的内外支点。
②曲臂 由曲臂轴、曲臂、诱导轮轴三部分组成。在曲臂轴上装有轴套、支承套和用花键连接的蜗轮。通过调节安装在轴套与支架之间的调整垫,使三者在圆螺母拧紧定位后,既能相互接触又能进行相对转动,同时调节蜗轮与蜗杆的正确啮合位置。在用螺栓固定在支架上的轴套与曲臂端面之间还装有密封用的橡胶圈。
焊在曲臂上的两个挡块与用螺栓固定在轴套上的限制块,限定曲臂的转角在240°范围内,以避免在调节履带时蜗轮与蜗杆脱开啮合。同时,在安装和更换蜗轮时,应注意使蜗轮上刻线与曲臂花键端面上的刻线位于同一平面内。曲臂上还焊有确定履带调整器锁紧方法的指针。
③蜗轮 通过内花键与曲臂轴相连。其一端靠住支撑套,另一端用螺母固定和销子锁紧。
④蜗杆 安装并支撑在支架内的上、下衬套上。在其内螺纹孔中安装着闭锁用的螺杆。上衬套上端装有用螺钉固定的橡胶垫和端盖,下端与蜗杆之间装有上环。下衬套和下盖用螺栓固定在支架下端,下衬套上端与蜗杆之间装有下环。下衬套的外径环槽中还装有密封橡胶圈,它与支架之间安装的调整垫则是用于调整蜗轮和蜗杆正确的啮合位置。
⑤螺杆 其上部加工的六方体用于利用工具转动螺杆。
⑥下端盖 盖上装有两个用纸垫密封、钢丝锁紧的螺塞,用于排除潜渡后装置内的积水。
(六)履带
履带由相互间用履带销连接起来的履带板组成。按所用材料的不同,履带分为全金属履带板、着地面(底面)挂胶的履带板、滚道面(负重轮与履带相接触的平面)挂胶的履带板、滚道面和着地面都挂胶的履带板。履带销着地面和滚道面只要有一处挂胶,就通称为挂胶履带板。着地面挂胜的履带板在沥青公路日益增多的今天,其优点尤为显著。滚道面挂胶的履带板能缓解和负重轮的冲击;并能提高负重轮橡胶轮缘的使用寿命。但同时也增加了行驶阻力。美国坦克几乎都采用滚道面挂胶履带板。履带销挂胶可以提高履带板的使用寿命和效率,减少噪声,并能改善啮合副的啮合质量。按金属履带板板体的制造方法,履带分为铸造的、模锻的和焊接的。按履带板间连接的形式,履带分为单销式和双销式。按铰链(履带销)的结构,履带分为金属铰链和橡胶金属铰链履带(又叫销耳挂胶履带)。
履带分为无铰链式(带式)和铰链式(链环式),铰链式履带由许多单个链环(履带板)组成,链环彼此之间用外摩擦和内摩擦铰链连接在一起,外摩擦是在开式或闭式滑动(滚动)铰链中产生的,内摩擦是在橡胶金属铰链中产生的。
制有开式滑动铰链的履带的特点是结构简单,工艺性好,成本低,质量轻和在使用过程中易于更换损坏的链环,所有这些使得这种履带被广泛应用。这种履带总共只由两个零件组成;履带板和履带销(有时采用限位弹性垫圈或在带垫圈的开口销以防履带板轴向移动),这种连接不要求高精度。零件的结构简单可使其生产自动化。履带的刚度好,在拉伸和纵向扭转时能保证其在履带链环上具有良好的稳定性。该履带的缺点是寿命短(特别是在磨蚀性高的土壤上行驶),这是由于铰链的强烈磨损所造成的。比如在白俄罗斯和波罗的海沿岸地区,用于主战坦克的制有开式铰链的履带的使用寿命约为1500km,用于轻型军用履带车辆约为1200km。寿命如此低的原因是铰链过度磨损使履带板节距过分增大而与主动轮不能正常啮合。
曾尝试用工艺方法(例如:镀铬,渗碳等)来增加铰链的耐磨性,但没取得显著的效果。在履带销表面上渗硼0.12~0.25mm深,在使用初期铰链的抗磨性增大了4~9倍。但是这使得履带的寿命在上述使用条件下总共增加800~1200km,因为在渗硼层磨损之后这种效果就完全消失了,如果继续增大渗硼层的厚度,就会使履带销本身的疲劳强度降低到危险极限。因此,在现代军用履带车辆上采用制有开式铰链的履带是很有限的。
制有闭式铰链的履带,其摩擦面是用各种不同形式的密封装置保护防止落入土壤的磨蚀微粒。但是为了配置密封装置几乎是要加倍地增加铰链的工作直径,从而会增加履带的质量和铰链内的摩擦力矩。为了减少摩擦功率损耗,铰链的工作表面涂以润滑油或覆以减磨耐磨材料。
闭式铰链的履带的耐久性通常是由密封元件的可靠性来决定的,密封元件的损坏或磨损(由于较高的动力载荷,轴向移动,直接与土壤接触等),从而导致铰链的加剧磨损。由于被密封部位的数量很大(一条履带上约有1000处),所以难以实现可靠性有更大的提高。闭式铰链的履带的寿命比开式铰链履带的寿命只大一倍。闭式铰链履带在目前主要是用在履带运输牵引车上。
在橡胶金属铰链履带中,履带销和履带板的相对运动是借助橡胶元件的弹性扭转变形来实现的。
橡胶金属铰链履带的质量比开式铰链履带的要大,在制造方面也比较复杂,但是其寿命高。
除此以外,还有其他方面的优点:节距的稳定性高,从而能大大地增加与主动轮啮合的使用期限;车辆行驶时暴露目标的噪声比较低;功率耗损小,因而燃料耗量低;由于它和地面之间是弹性作用,动载荷小,从而能减小了在加速和制动时由于车体振动出现的冲击影响;由于减少了拉紧履带的次数和取消了由于铰链磨损致使履带变长而需定期地去除履带板这道工序,从而使行走系统技术保养的工作量减小。目前,大多数现代军用履带车辆都装备了这种履带。
无铰链带式履带是借助胶布或橡胶钢丝带弹性基体可弯曲而变形的,在其上固定有金属链环,能保证与地面附着和主动啮合并能将履带稳定在负重轮下面。带式履带被用在具有特别高的通过性的车辆上。带式履带无铰接功率损耗效率高,噪声低、质量轻是履带发展的方向。
坦克和其他军用履带车辆暂不采用带式履带,这是因为易于损坏和可维修性低(在断裂时需更换整条履带,或者更换相当长的一段)。除此之外,在纵向扭转和弯曲时具有较大的易变形性,带式履带较易脱落。
用于保证坦克在松软地面上仍具有较高通过性;实现履带推进装置的牵引力和制动力。上述主战坦克履带以金属铰链式为主,需要时也可以换装防滑履刺式履带或挂胶式履带。现对其典型结构简述如下。
1.金属履带
图1-36为输送车的履带板,其材料为高锰钢(ZGMn13),前进挡及倒挡时均为内啮合,着地筋为间断直线式。为配合单负重轮缘、采用双诱导齿。履带销的固定采用挡圈卡环式结构,但使用中挡圈和卡环容易脱落。
图1-36 输送车的履带板
图1-37为中坦克的履带板,其材料为高锰钢(ZGMn13),前进挡时为外啮合,倒挡时为内啮合。着地筋为间断直线式。为配合双负重轮缘采用单诱导齿。由38CrSi钢制造的履带销轴向没有固定,用焊在车体侧甲板上的推销铁来防止履带销沿轴向脱出。这种结构形式使履带销端部经常和推销铁摩擦,消耗功率又使履带销端部磨损严重。
图1-37 中坦克履带销固定结构
1—卡环;2—履带销;3—履带板
曾采用过在两相邻履带板销耳间安放卡环的结构,使卡环限制履带销轴向移动,这种结构试车后效果很好,未发现推销铁磨履带销端部情况。当通过冰雪及沼泽地带为增加附着性能,备有防滑板,它可通过垫块,螺栓将其固定在履带板上,间隔数块履带板安装一块防滑板(图1-38),但工作不够可靠。
图1-38 某坦克履带的防滑板
图1-39为水陆坦克的履带板,前进挡和倒挡时均为内啮合,着地筋为人字形,具有较好的附着性能,排泥较好。履带销的固定采用挡圈卡环式结构。
图1-39 水陆坦克履带板
2.敷胶的履带和橡胶金属铰链履带
图1-40是M4A2坦克的敷胶履带,双销式。履带板金属构架两边敷有橡胶,以提高推进装置工作的平稳性并保护路面不受破坏。但与金属履带板比较,其附着性能稍差。它还采用了橡胶金属铰链,每块履带板有两根履带销(双销式),与单销式相比较其重量较重。
图1-40 M4A2坦克履带板(双销式)
图1-41是改进后的M4A2履带板,单销式,在中间有一个诱导齿,改变了铰链结构。增加了履带板的宽度。在每个较宽的销耳内压入四个带橡胶衬套的销耳套。履带销与销耳套用键连接。在履带板窄的销耳内没有销耳套,履带销利用平面和楔子固定在耳孔中,楔子用铆边的方法挡住。
图1-41 M4A2坦克履带板(单销式)
图1-42为一种试验型敷胶履带板,为不破坏公路路面,扩大平时部队训练车辆的通行范围。在履带板金属板体上敷有一层橡胶。金属板材料为高锰钢(ZGMn13),履带销材料为38CrSi,橡胶采用混炼型聚氨酯橡胶。试车表明这种挂胶履带板可在各种路面、各种地形下行驶4000km以上,在坡道上拖载性能与原金属履带板基本相同,但转向阻力稍微增大。试验表明混炼型聚氨酯橡胶具有机械强度高、耐磨损、耐撕裂、黏结力强、低温性能好等特点,应用于金属履带板挂胶是比较合适的。
图1-42 敷胶履带板
M113装甲输送车的履带板中,内侧负重轮滚道及外侧接地处均敷有橡胶,前者直接敷在履带板的板体上,后者敷在一块冲压的薄钢板上,用螺栓和螺母固定在履带板的板体上。因履带上下两面均敷有橡胶,因而减少了噪声并保护路面不被破坏。在所有的销耳内压入带有橡胶衬套的销耳套,销耳套的八角形内孔与八角形断面的履带销配合。履带卷绕时,销与销耳套间无相对转动,而是橡胶衬套发生弹性变形,避免了履带销和销耳内孔的机械磨损、冲击和噪声,延长了履带的使用寿命。履带销的两端用螺母固定,防止履带销脱落。
挂胶履带具有降低行驶噪声、提高行动部分效率和保护路面的三大功能。在使用这种履带时,需要更换主动轮上的齿圈。
3.单诱导齿金属履带
每条履带由若干块履带板、履带销和弹性卡环组成,结构如图1-43所示。
图1-43 金属铰链式履带
(1)履带板:由耐磨的高锰钢铸造而成。板体两端有与主动轮齿圈相啮合的啮合孔,板两侧加工有9个销耳孔;一个诱导齿用于规正履带,并防止坦克转向或侧倾行驶时履带脱落。履带板接地一面上铸有横、纵向加强筋,用于提高刚度和强度,以及与地面的附着力。
(2)履带销:用于履带板之间的连接。其一端为圆形销头,组装履带时应将其放在靠车体一侧,利用侧减速器箱盖上的推销铁将向外窜动的履带销推回。装在两块履带板销耳之间,并卡在履带销头部环槽内的弹性卡环,用于限制履带销的窜动,以减少履带销头与推销铁之间的磨损。
4.防滑式履带
可提高坦克在冬季起伏地、冰雪地、冰川上行驶的通过性能。如图1-44所示,它由金属铰链式履带板及每隔四块装一块的锥孔履带板和防滑履刺组成。防滑履刺接地端为三棱形,另一端为圆锥形。使用时从接地面一侧将履刺圆锥形一端打入锥孔履带板中。
图1-44 防滑式履带
5.新型履带
美国陆军坦克与机动车辆司令部目前正在为现有的和未来的坦克装甲车辆研制不同重量级的通用双销可更换衬垫式履带,我国重型车辆也采用该型履带。其目的在于通过提高履带寿命来降低其使用和后勤支援费用。现已研制出新型的T150、T154和T158三种型号的双销可更换衬垫式履带,并正在研制更新型的下一代战车用的履带。结构更合理、且质量轻、使用寿命更长。
履带板在装配时应使橡胶衬套预扭一个角度,即两块履带板装好后在自由状态下相互成一定角度,这可以减少橡胶衬套向一个方向的扭转变形量,使工作中橡胶衬套能向两个方向扭转变形以减小橡胶衬套的扭转应力,减少橡胶衬套变形时消耗的能量以提高行走系统的效率。如M4A2履带板的预扭角为14°。