坦克装甲车辆设计(行走系统卷)
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第三节 坦克装甲车辆悬挂技术

坦克装甲车辆高速行驶在崎岖的道路上,虽然履带或车轮因地面不平而上下跳动,但车内的乘员却感受不到强烈的颠振,究其原因,是悬挂系统起的作用。悬挂系统是坦克装甲车辆行动装置的重要组成部分,是将坦克装甲车的车体和负重轮连接起来的所有零部件的总称,主要包括弹性元件、减振器、限制器、平衡肘等。确保行驶平稳、乘坐舒适、保持乘员的工作效能是悬挂系统的核心任务。具体说,其功能主要体现在以下两个方面。一是弹性支承车体,缓和行驶装置(履带和负重轮)在路面行驶时产生并传给车体的冲击与振动,改善车内乘员的工作环境,提高工作效能。因地面崎岖而引起的坦克装甲车的起伏振动,会严重影响车内乘员的观察、瞄准和射击。同时这种振动会使车内乘员很快感到疲劳、恶心、头晕,严重时会造成内脏器官的损伤,极大地削弱战斗力。悬挂系统的另一个功用是减轻振动对车辆各部件的损伤和破坏,增加可靠性,从而确保坦克装甲车辆在任何路面上都能充分发挥动力-传动装置的最大效能,并保证其能以最大车速行驶,使车辆具有良好的机动性。坦克在恶劣地形上的高速运动能力取决于悬挂系统,特别是悬挂系统为负重轮提供的垂直行程。它是评价坦克装甲车辆战场机动性重要的指标之一。

一、弹性元件与阻尼元件

弹性元件是坦克装甲车辆悬挂系统的核心部件,它的发展和结构改进会影响到悬挂系统的发展步伐。最初的坦克(如英国的Ⅰ型坦克),最大公路速度只有5.95km/h,此时的悬挂系统为刚性悬挂(实际上就是无悬挂)。因为当时没有设计出任何一种悬挂系统,坦克行进时势必会给车内乘员带来很大的颠簸,再加上77kW发动机产生的热量、噪声及烟雾使乘员感到很不舒服。因此,迫切需要应用一种减振部件和悬挂系统来保证车辆行驶的平稳性和乘坐的舒适性。1917年法国“雷诺”FT-17轻型坦克的悬挂装置上,首次将螺旋弹簧和片状弹簧作为弹性元件。之后,各种类型的弹性元件和减振器不断应用在坦克装甲车的悬挂系统上,使得车辆的行驶平稳性和乘坐舒适性越来越好。自坦克问世以来,应用于悬挂系统上的弹性元件主要有片状弹簧、蜗卷弹簧、圆柱螺旋弹簧、扭杆弹簧和油气弹簧等几种。

片状弹簧由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成,安装好后两端自然向上弯曲,除具有缓冲作用外,还有一定的减振作用,纵向布置时还具有导向传力的作用。片状弹簧和蜗卷弹簧体积和重量偏大、挠度小、单位体积吸收的冲击能量小,作为非独立式悬挂装置的核心部件,经常被安装在车外,因此对敌人火力不具备防护能力。圆柱螺旋弹簧在受压缩时,可认为是绕成螺旋状的扭杆,常常应用于独立式悬挂装置,可安装在车内(如前苏联研制的T-34坦克)。举世闻名的“克里斯蒂”悬挂装置就采用圆柱螺旋弹簧作为弹性元件。此外,备受英国专家青睐的“霍斯特曼”悬挂装置也采用了螺旋弹簧作为弹性元件。选择螺旋弹簧作为悬挂系统的弹性元件,其缺点是占用车内空间较大,随着坦克装甲车辆负重轮设计行程的增大,在车内也难以布置,上述几种弹性元件都已被淘汰。目前,世界各国坦克装甲车辆的悬挂系统中更多地采用扭杆弹簧作为弹性元件。扭杆弹簧是圆截面的细长杆,承受纯扭转,结构简单,重量轻,横向布置在车内底甲板上方,占用车内空间小,有利于车辆的总体布置。尤其是经过工艺改进的高强度扭杆弹簧,更是履带式装甲车辆悬挂系统最优先考虑的弹性元件。油气弹簧是一种结构新颖的弹性元件,它由贮能器、动力缸和减振阀三部分组成。贮能器中含有一个高压惰性气体(一般为氮气)的弹性密闭气室,贮能器的其余容积内充满液体,减振阀与动力缸通过管道相连接。液体进出贮能器,改变气室占有的容积,气体压力随之变化,起到贮存与释放能量的作用,液体是气体的密封和传力介质。动力缸是一个液压执行机构,既能把外力所做的功变为贮能器内气体的压能,也能用贮能器内气体的压能对外做功。油气弹簧的容器(贮能器和动力缸)承受拉伸应力,能耐高压,体积小,重量轻,很适合越野车辆高速行驶。油气弹簧做成伸缩式元件,要比圆柱螺旋弹簧的体积和占用车内空间小得多。

减振器是安装在车体和负重轮之间的一个阻尼部件,用来消耗坦克的振动能量,衰减坦克的振动并限制共振情况下增大车体的振幅。由于坦克纵向角振动(前、后俯仰振动)最显著,并且对射击准确性影响最大,而这种振动在最前端和最后端两个负重轮处的运动加速度最大。所以,现代坦克多在最前、最后负重轮处安装减振器,以便有效地衰减坦克纵向角振动。由于减振器能够减小车体振动的振幅和次数,因而能延长弹性元件的使用寿命。目前,坦克上大都采用液压减振器。近年来,也有采用摩擦减振器的。

减振器吸功缓冲与弹性元件吸功缓冲不同。弹性元件变形吸功储存能量,随后还要释放出来,这是个可逆的能量转换过程;而减振器将吸收的能量,只转化为热能耗散掉,因而是一个不可逆的过程。可见减振器吸振能力最终还是取决于散热效果及密封件耐高温的性能。按不同的分类方法,减振器可分为不同的类型。

1.传力介质

(1)机械式(摩擦式)减振器 通常机械式(摩擦式)减振器是利用外部摩擦阻尼的形式来消耗振动能量、衰减车体振动的装置。摩擦式减振器的结构十分简单;但是,由于摩擦材料表面的耐磨性较差,磨损较快,摩擦阻力不稳定,致使这种减振器的使用性能不稳定,后被液压减振器所代替。但随着高温、耐磨性能良好材料的问世,同轴摩擦式减振器应运而生。例如豹2坦克(图1-45)的摩擦式减振器。

图1-45 豹2坦克摩擦式减振器

1—平衡肘;2—外齿摩擦片;3—平衡肘支撑轴承;4—内摩擦片;5—平衡肘轴承;6—侧装甲板;7—支承盘;8—平衡肘支架壳体;9—扭杆;10—碟形弹簧组;11—扭杆支架

(2)液压减振器 在功率相等的情况下,液压减振器的金属用量最少,结构最紧凑,并具有比较稳定的性能,易于调整。液压减振器按结构可分为筒式、摆动活塞式和叶片式的(图1-46)。

图1-46 液压减振器

2.减振器与平衡肘连接形式

根据从平衡肘到减振器的传动装置的运动学简图,液压减振器又可以分为筒式、连杆式(连杆-活塞式、连杆-叶片式或连杆摩擦式的)和同轴式(叶片式或摩擦式)。

(1)摆杆-活塞式液压减振器。在一些已经过时的坦克装甲车辆上还可以见到它。因其尺寸小,所以将它们布置到车体上很容易,并且有良好的防护。但同时也由于其能量小,使用寿命短,因此不能满足现代高速履带式坦克装甲车辆对减振器的各种要求。

(2)筒式液压减振器。结构简单,制造工艺性好,可以互换,密封性好,工作性能高度稳定;在适当的外形尺寸和结构条件下能吸收较高的能量。筒式减振器在坦克装甲车辆的悬挂装置中获得广泛的应用。但是,在完善悬挂系统中由于负重轮行程的加大,在履带行走系统的现有外形尺寸条件下,要将筒式液压减振器布置在车体外面是件复杂的事情。此外,筒式液压减振器的防护性差。

(3)叶片式减振器有叶片密封的和不密封的两种。密封叶片式减振器的性能比较稳定。连杆式叶片减振器在车上的布置和防护性都很好,与车体的大面积接触保证其有良好的散热条件。同轴减振器没有杠杆的关节式连接,所以它们的布置实际上不受负重轮行程的限制,提高了悬挂装置的可靠性,且不要求在车体上另开减振器安装孔。同轴减振器的结构组合保证了悬挂装置的优质保养和修理。值得指出的是,叶片式减振器的制造比较复杂,质量和尺寸比较大。由于叶片的密封困难、隔板的形状复杂以及减振器体容易变形,因此不稳定性是这种减振器的特点。在减振器同轴布置的情况下,当经过强扭处理的扭力轴受热时,其强度可能下降。

二、悬挂装置的分类与特点

(一)简介

早期的坦克上没有悬挂装置,坦克即使以很低的速度在野地里行驶,也颠簸得很厉害。随着技术的不断进步,各种类型的悬挂装置在坦克装甲车辆上得到应用,车辆行驶的平稳性和乘坐的舒适性不断改善,坦克装甲车辆也具备了在崎岖道路上高速行驶的能力。

坦克装甲车辆的悬挂装置可以有多种划分方法,应用最为广泛的是按照弹性元件的不同来划分。据此可将坦克装甲车辆的悬挂装置分为螺旋弹簧式、扭杆式、油气式及混合式悬挂等。

现代履带式装甲车用得较多的是高强度扭杆弹簧和减振器并列的独立悬挂装置,也有采用油气悬挂和混合式悬挂的,悬挂性能和可靠性均有大幅度提高。

第一次世界大战结束后,世界各国才开始真正重视并有意识地研制坦克装甲车辆的悬挂装置。在这方面,美国人走在了前面。1919年,沃尔特·克里斯蒂设计出了他的第一辆坦克。

正所谓“墙内开花墙外香”,被美国军方抛弃了的“克里斯蒂”悬挂系统却在苏联遇上了知音。苏联于1936年研制的BT-7快速坦克的行动部分完全照搬了克里斯蒂的设计,后来苏联生产的T-34中型坦克和英国生产的“十字军”巡洋坦克也全面模仿了“克里斯蒂”的悬挂系统。第二次世界大战前,许多国家的坦克装甲车辆都应用了“克里斯蒂”悬挂系统,其先进的结构设计对20世纪30~40年代坦克装甲车辆悬挂系统的发展产生过重大影响。

后来改进成著名的T3“克里斯蒂”坦克。T3坦克应用了一种新型悬挂装置,使得坦克在行驶平稳性和乘坐舒适性等方面都比同期各国的坦克要优秀得多,这就是大名鼎鼎的“克里斯蒂”悬挂装置。从结构和原理上说,“克里斯蒂”悬挂属于螺旋弹簧式悬挂装置。这种悬挂的特点是采用了4个大直径负重轮,无托带轮,负重轮和车体之间由大型螺旋弹簧相连,最后一个负重轮处为水平螺旋弹簧,提高了负重轮的动行程。当它的第2个负重轮处于高度压缩状态时,其余的3个负重轮仍然处于伸张状态。这样,就可保证坦克装甲车在行驶过程中达到44km/h的高速度。T3式“克里斯蒂”坦克的缺点是操纵系统不灵活;悬挂系统全都拥挤在车内,使得车内空间狭小;履带寿命较短,攀越障碍的能力较弱等。因此,这种坦克在美国遭到了冷遇,“克里斯蒂”悬挂系统也因此被打入了冷宫。

悬挂装置目前典型的有扭杆悬挂和油气悬挂两大类。各类又可细分为不同形式。

1.扭杆悬挂

(1)按扭杆结构形式分类

①单扭杆 结构最简单、应用最广泛。因其长度贯穿整个车宽,使悬挂装置的刚度及剪应力较小。1938年在德国Ⅱ型坦克上最先采用。

②双扭杆 包括两根实心或一实一管同轴式两种结构。同轴式结构的特点是:可减小悬挂装置占用车内的空间,改善车辆可操作性,但它却难以实现大悬挂装置行程。两根扭杆可依次或同时扭转,依次扭转可降低装置的等效刚度和扭杆内应力,同时扭转则可增加装置的刚度。

③束状扭杆 由一束细而短的扭杆组成。扭杆应力较小,可用于大负重轮行程和大扭转角的工作条件下。但它和双扭杆轴的共同缺点是:结构复杂、可靠性差,其较大的外径将增加车体高度。

(2)按载荷传至负重轮的方法分类

①独立式 车体分别与负重轮独立相连接的悬挂装置。现代履带车辆广泛采用。

②平衡式 将两个以上负重轮安装在同一个机构上的悬挂方式。它装在车辆外,更换迅速,但影响负重轮行程。最早在法国雷诺FT-17型坦克上使用。目前,多用于拖拉机上。

③按扭杆 左右侧布置方式分类可分为不同轴式和同轴式两种。图1-47是各种扭杆式悬挂装置的布置简图。

图1-47 各种扭杆式悬挂装置的布置简图

此外,也有按平衡肘的结构、轴向固定方法、固定座形式,平衡肘与减振器连接方式等特征进行分类的。

(3)特点

①基本特点

a.单位体积材料吸功能力高、尺寸质量比小、占用车内空间小。

b.结构简单、重量轻、工艺成熟、可靠性及保护性好,不需要维护。

c.因车体底部设备布置困难,而需要增加车体高度100~150mm和车体质量。

d.更换时复杂费力。

这是一种技术最成熟、成本最低、各国采用最多的悬挂装置。随着高强度扭杆的发展,其性能已达到或接近油气悬挂装置。

②材料与工艺措施 制造扭杆材料和工艺方法的选择对提高扭杆的疲劳寿命影响很大。

a.材料 对扭杆所用材料的要求是:具有较高的拉伸强度、屈服极限、疲劳强度,以及良好的淬透性和一定的冲击韧性。

俄罗斯的坦克装甲车辆用扭杆,在工作应力较小时,采用60C2A钢制造;在承受大动载荷时,使用45XH2MΦA-Щ钢制造。

20世纪80年代美国使用锻钢制造扭杆,因其中杂质、磷、硫、气体含量高而影响了使用寿命。以后采用电渣重熔或真空电弧重熔方法冶炼的30VAR钢制造扭杆,其工作寿命提高了近4倍。可见冶炼方法和材料选择的重要性。

b.工艺强化措施 扭杆制造缺陷是导致断裂、疲劳失效的主要原因。为了提高长期处于高度变载荷工作条件下扭杆轴的寿命,目前在扭杆轴加工制造过程的各个环节已采取了多种措施,并制定了严格的检验标准。

机械加工 加工表面不允许有机械损伤和划痕,在正常情况下表面粗糙度应在0.8μm以上,制成品要经过磁力探伤检查。

热处理 普遍采用淬火后进行低温回火的工艺方法,以降低材料内部应力,提高强度。例如:用45XH2MΦA-Ⅲ制造的扭杆,其硬度为HB401~444,σs=1400MPa;σb=1500MPa。

表面机械强化 方法有两种。一种是采用喷丸处理保证扭杆表面硬化,在正常情况下硬化层深度为0.2~0.8mm;另一种方法是采用滚压处理,滚压扭杆的花键槽、杆部以及扭杆与花键头部的过渡部位,滚子直径为80~95mm,顶部圆角半径为R5+1mm,滚压深度在2mm之内,滚压力在10~11kN,每圈滚子进给不大于0.2mm。

强扭处理 方法是把将扭杆轴向工作方向扭转五次。第一次扭转角度应使表层应力超过材料的屈服点并保持30s时间,卸荷后,材料外层将保持有反方向的残余剪切应力。第二次至第五次扭转时,应减去前次扭转产生的残余变形角。但在第四次扭转时,应在扭转状态停留60s。

表面防护 扭杆轴杆部应进行表面磷化、涂漆或涂环氧树脂处理。然后再缝绑胶带或漆布来防止锈蚀或机械损伤。其中一种保护工艺在扭杆包装前将其浸入塑料溶胶内,寿命可提高1.5倍。

2.油气悬挂装置

(1)分类

①按油气弹簧结构形式可分为固定缸筒油气悬挂、摆动缸筒油气悬挂、肘内式缸筒油气悬挂、叶片式缸体油气悬挂。

②油气分隔方法分类。

a.无分隔式 对控制和补偿的外部液压渗漏无要求。

b.有隔片式 隔膜质量小,工作时无摩擦,可减小蓄气筒尺寸。

c.活塞分隔式 工作可靠,但蓄气筒尺寸大。

d.同轴叶片式 非悬挂质量小,容易制成整体式,工作腔压力大,密封及隔板结构复杂,需要随时补充渗漏,制造工艺性差。

③按油缸与气室布置方式分类。

a.整体式 弹簧阻尼元件、支架、平衡肘均装在一个构件内。工作可靠性高,保养方便。

b.分立式 各元件单独布置,可充分利用有限空间。图1-48是一种空降战车用带活塞式分隔器油气悬挂装置。

图1-48 活塞式分离器油气悬挂装置

(2)特点

①具有良好的非线性弹簧特性,其刚性随负荷的平均值增加而增加。

②可以提供较大的负重轮行程。

③容易进行车体高度、前后俯仰、左右倾斜,以及当车辆布置发生变化时车体状态的调整。

④安装在车外,并将弹性与阻尼元件制成一体后,便于加工、总体布置和拆装。

⑤可改善火炮射击的平稳性,建立可控悬挂系统。

⑥结构复杂,密封要求与加工成本高。

⑦-40°以下低温性能不佳,维修性与可靠性不如扭杆悬挂。

⑧车底距地高不易控制,在困难地面行驶超出散热能力时性能不稳定。

(3)应用 这是一种利用密闭容器内的高压气体作为弹性元件的悬挂装置。其工作原理是依靠控制动力机构和蓄气筒之间的液体流量来实现缓冲功能。工作特性介于纯气体和纯液体悬挂之间。工作时,容器内的气压在14.7MPa(150kgf/cm2)以上。

油气悬挂装置最早用于1960年定型的瑞典“S”型坦克,其主要作用是给固定在车体上的火炮提供射角。日本74式坦克的油气悬挂则是用来变换车高,以便提高越野性能。它们均属于第一代安装在车内的油气悬挂。

第二代安装在车外的油气悬挂主战坦克有英国“挑战者”、法国“勒克莱尔”、俄罗斯T-80、巴西“奥索里沃”、日本90式、韩国88式等。它们共同的特点是体积小。而且彼此独立、易于修理更换。其中,日本90式车体可在正常位置向上升170mm或向下降255mm(车高最低降至2.08m),据称中弹率比普通坦克降低30%左右;法国“勒克莱尔”上采用的油气悬挂动行程为300mm,静行程为109mm。

研制中的第三代肘内油气悬挂,弹性元件和阻尼元件均装在平衡肘内,体积比前两代悬挂装置更小。其特点可以归结为:结构简单,氮气热膨胀、车体距地高和履带张紧力变动量小,拆装方便,维修性好,采用高速阻尼低而低速阻尼高的多片湿式摩擦减振器与弹性元件分离安装,并借助车体将工作热量散走。如果用它取代扭杆悬挂装置可以达到节约车内空间、延长履带寿命、提高射击精度、改善乘坐舒适性的效果。

3.减振器

(1)功用 吸收悬挂系统的能量并将这一部分能量转化为热量散掉,以便达到衰减车体振动、限制共振状态下车体振幅增大这一目的。它具有不可逆吸收转换功能。

(2)分类

①按结构类型和布置方式分类,可分为筒式横杆活塞式、叶片式和同轴式几种。

a.筒式 结构简单,工艺及密闭性好,工作性能稳定,但防护性能最差。目前,军用履带车辆广泛采用。结构如图1-49所示。

图1-49 筒式减振器

1—活塞杆;2—上盖;3—护罩;4—橡胶垫;5—环;6—弹簧;7—环;8—支撑套;9—活塞;10—内筒;11—外筒;12—螺母;13—环;14—弹簧;15—锥形弹簧;16—底座;17—回复补偿阀体;18—压缩补偿阀体;19—螺塞;20—弹簧;21—支撑环;22—弹簧;23—回复阀体;24—弹簧;25—压缩阀体

b.横杆活塞式 尺寸小,容易布置,但因工作能量小和使用寿命短而不适于高速车辆。

c.叶片式 分为密封和不密封两种。密封式布置防护性及散热性好,而制造比较复杂,质量和尺寸较大,密封困难,器体易变形,性能不稳定是其缺点。工作液为透平油和变压器油各50%。这种结构按布置方式又可分为连杆和同轴式。

d.同轴式 与平衡肘轴同轴安装,有液压式和摩擦式两种。布置时不受负重轮行程限制,可靠性高,易于保养维修,同时也不削弱车体防护;但其受热后易使扭杆发热。其摩擦式如德国“豹”2上10个减振器均采用摩擦式。其摩擦片寿命可达10000h。某摩擦式减振器如图1-50所示。

图1-50 摩擦式减振器

1—平衡肘;2—摩擦片;3—轴承;4—压板;5—轴承;6—支撑盘;7—扭杆;8—碟片弹簧;9—壳体;10—支撑体;11—压盘

②按工作原理分类

a.液压式 结构上有筒式与叶片式等几种。

b.摩擦式 这种摩擦式分主动式和被动式,由此来实现摩擦阻力,可使车体振动等比例地衰减,而且正反行程减振阻力大体相等。

叶片式和摩擦式减振器是具有角位移的减振器,可能的方案如图1-51所示。

图1-51 减振器的几种方案

1—连接器;2—拉杆;3—平衡肘

同轴减振器方案没有杠杆臂的关节连接,因而可以保证它们有大的阻力。这种方案对负重轮行程没有限制,悬挂组件具有整体结构,减振器的防护性好。这种方案结构上的缺点是减振器的外形尺寸和质量较大,这与各元件围绕着平衡肘轴布置以及工作压力比较低有关。大的外形尺寸使这种减振器在车上的布置,特别是将它布置在车首非常困难。因为悬挂装置支架的凸出部分太大。减振器大的尺寸还会加大扭杆的离地高度和它们互相间的相对位移。减振器发热引起扭杆的发热,这也是不希望见到的现象。

连杆式减振器有两种安装方案:一是布置在平衡肘轴的上方,减振器通过连接器1、拉杆2和平衡肘3上固定臂的销耳相连(图上未画出);二是布置在平衡肘轴的纵向方向。第一种方案实际上对负重轮行程没有限制;但是,为了不削弱悬挂装置与车体本身的固定位置,要求在负重轮与车体侧装甲之间有足够大的距离来安装减振器。减振器相对于平衡肘支座的下部纵向布置方案的特点是防护性比较好;并且要求负重轮与车体之间的距离尺寸也不大。为了安装这些减振器要求在车体上开孔增加安装座。由于受杠杆臂系统运动学简图的限制,不会总能保证负重轮的最大行程。在上述方案中增加弹性元件和限制器是件十分复杂的事。

(二)扭杆悬挂系统

1.简介

扭杆弹簧实际上是一种细长的金属杆,在车底甲板上横向安装。其长度与车体宽度差不多,它的一端固定在车体支架上,另一端与平衡肘相连,在行驶过程中负重轮的上、下跳动使扭杆扭转,以吸收地面对车体的冲击能量。每一个负重轮都与一根扭杆相连,扭杆数目与负重轮数目相同。扭杆的直径和长度决定着坦克装甲车辆的悬挂特性。由于扭杆结构简单,安装方便,单位体积吸收能量较多,在车体内所占容积不大,工作可靠,不易损坏,已成为20世纪50年代后履带式装甲车辆悬挂装置中首选的金属弹性元件。20世纪60年代中期,西方主要发达国家对扭杆弹簧的制造工艺进行了改进。一是将热处理工艺中的中温回火改为低温回火,在保持材料具有良好韧性和塑性的情况下,提高了材料的扭转屈服点;二是增加了强扭预应力处理工序,提高扭杆弹簧的承载能力。改进后的扭杆弹簧称为高强度扭杆弹簧,目前许多国家主战坦克的悬挂装置中都应用了这种高强度扭杆弹簧。

2.布置

扭杆在悬挂装置中,既可同心配置,又可同向配置。

扭杆采用同心配置时,悬挂装置的工艺和体积质量指标要好一些,因为扭杆的长度与同向配置的相比要减小40%,其最大工作应力比较高(1325MPa)。这种配置方式的缺点是扭杆的工作条件变坏,因为在这种情况下车辆底部承受载荷而变形,从而使扭杆产生弯曲应力。除此之外,在往底部焊接中间支承座时会出现不同心度,花键孔的椭圆度,那么在花键接合处负荷分布不均匀,从而对扭杆的寿命产生不良影响。

扭杆同向配置的悬挂装置能在轴的工作应力水平最大的条件下实现较大的动行程(近350mm)。因此,军用履带车辆大多数悬挂装置都采用这种结构形式。这种扭杆同向配置的缺点是两不同侧的悬挂装置和负重轮的错移,由于这个(因为运动阻力不同)原因使车辆往一侧跑偏。

扭杆式悬挂装置在其与车体的连接方面有不同的方式。目前,采用两种固定方式:一种用螺栓连接,另一种是用法兰盘和螺纹连接;螺纹直接在平衡肘轴上控制,将其拧入焊接车体上的螺母内。

第二种方式在质量、布置和工艺方面有一定的优越性,但是配合面长度相对来说并不大,在支座内有间隙,当承受高负荷时有时会使螺纹接合处和肘轴本身产生过应力。

为了安装平衡肘,车体内采用了滑动轴承和滚动轴承。车辆使用经验表明,滚针轴承比滚动轴承在很大程度上更能满足对悬挂装置工作能力的要求,这是因为滚针轴承能可靠地密封住平衡肘轴和支座。采用滑动轴承可以减小悬挂装置的重量和外形尺寸,但是由于在摩擦零件之间有较大的间隙,在使用过程中这种间隙会增大,悬挂装置内腔会落入磨粒而导致轴承有严重的磨损,这样一来会使平衡肘产生偏斜,从而降低了负重轮的轮胎的工作能力。

要想提高军用履带式车辆行驶的平均速度,就需要有这样的悬挂装置,其刚度较低,动行程较大,减振器的散热能力较强。要做到这一点,需要将弹性和阻尼元件同心配置并制成统一的整体。比如,在美国研制出这样的悬挂装置,它是由实心的扭杆弹簧和配置在平衡肘轴上的叶片式液力减振器组成的。这种结构金属用量少,但是需要在高温条件下保证扭杆弹性性能的稳定性。德国采用的扭杆式悬挂装置,其摩擦式减振器也配置在平衡肘轴上。

扭杆弹簧和油气弹簧都能满足履带式装甲车辆悬挂系统的使用要求,具体选用哪种适合车辆的使用特点呢?一线作战的车辆,为了避免前沿火力引燃油气弹簧在车内的高压容器对乘员造成伤害,常采用高强度扭杆弹簧作为悬挂系统的弹性元件。美国M1系列坦克、德国“豹”式坦克,苏联T-72、T-80坦克和BMP-3步兵战车等,在悬挂装置中都采用了高强度扭杆弹簧。自行火炮则广泛采用了油气弹簧悬挂系统来调节车体俯仰,补充火炮高、低角,扩大火力攻击范围。雷达控制的自行高炮,安装的是油气弹簧悬挂装置,在车体调平后闭锁,能提高射击精度。

3.扭杆悬挂装置的方案和类型

军用履带式车辆的扭杆(扭力轴)悬挂装置的方案如图1-52所示。它是利用圆形扭杆在扭转时的弹性变形实现车体和负重轮之间的弹性连接。扭杆的一端用花键固定在车体上,另一端固定在悬挂装置的平衡肘内。平衡肘转动时,扭杆就发生扭转。

图1-52 扭杆悬挂装置方案简图

现在已设计出许多扭杆式悬挂装置结构,按照不同特点可以分为不同的类型。按弹簧的结构形式分,有一根扭杆的单扭杆式悬挂装置,有两根实心扭杆或一根实心的、一根管状的扭杆组成的双扭杆式悬挂装置,有由一些并在一起的小直径扭杆组成的束状扭杆式悬挂装置。

按左、右两侧悬挂装置扭杆的布置,分为不同轴心布置和同轴心布置的扭杆式悬挂装置。

扭杆悬挂装置的各种方案示于图1-52中。在军用履带式车辆上用得最广的扭杆是不同轴心布置的单扭杆式悬挂装置;因为这种扭杆式悬挂装置的结构最简单,与同轴心布置的扭杆相比,其长度较长(利用车体的整个宽度),能够保证悬挂装置有较小的刚度和较小的剪切应力。

扭杆同轴心布置的优点是可以减小悬挂装置占用车内的空间;减少坦克装甲车辆直线行驶时的驶偏倾向,因而改善了坦克装甲车辆的可操纵性。但是,这种方案的缺点是难以实现大的悬挂装置行程,以及车体底部的可能变形会使花键的工作条件变坏。

在有两根扭杆的弹簧内,两根扭杆可以依次或同时扭转。依次扭转时在负重轮行程大的情况下,能降低悬挂装置的等效刚度和扭杆内的应力;同时扭转时会增加悬挂装置的刚度。图1-52(f)的方案说明由一根实心扭杆和两根管状扭杆组成的复式弹簧,其中的一根管状扭杆用来作为副钢管弹簧来保证非线性特性。

束状扭杆弹簧以其一束细而短的扭杆来保证大的扭转角和相应的负重轮行程,但应力比较小。双扭杆和束状扭杆的主要缺点是:结构复杂、可靠性差、外部直径较大,为了将它们安装在车体底部需要较大的车底距地高度。

目前,通过选用高强度材料和相应的制造工艺、对扭杆加以强化以及选择平衡肘的适当长度等措施以后,采用结构简单、工作可靠、不同轴心布置的单扭杆式悬挂装置,就可以实现足够大的负重轮行程(580mm以上)。

(三)油气悬挂系统

早在20世纪30年代,英国坦克就曾应用过油气弹簧作为悬挂系统的弹性元件。但受到当时制造水平和动密封元件质量的限制,可靠性差,没有得到进一步的应用。随着液压技术的发展和制造技术的进步,到了20世纪60年代,油气弹簧在车辆悬挂系统中的应用终成现实,瑞典的S坦克就是典型代表。S坦克采用可调式油气悬挂系统,能按照车辆转向和火炮射击要求,控制悬挂和车身的姿态,这个全新概念的方案,在坦克装甲车辆悬挂系统研究中曾引起过强烈的反响。随后,英国、日本、巴西、印度等国的坦克也采用了可调式油气悬挂。这种悬挂装置不但应用于装甲车辆,还可应用于大型运输车辆和客运车辆,尤其是用于越野车和需要作业的工程车。20世纪70年代,美国和苏联等国在主战坦克悬挂系统中成功地应用了高强度扭杆弹簧,作为弹性元件的油气弹簧已经不具优势。但其调节的功能,特别是作为控制力应用于主动悬挂中,仍有很好的前景。鉴于油气悬挂的特点,英国、法国、日本在现装备上还是采用油气悬挂装置,但美、俄、德军坦克大国尚未列装。

油气悬挂是一种带有液力阻尼的气体弹簧,以油液传递压力,用气体(氮气)作为弹性介质的弹性元件。与通常的螺旋弹簧、扭杆弹簧相比,油气悬挂具有结构紧凑、动行程大、刚度非线性的优点。根据油气悬挂装置液压油缸和蓄能器的不同特点可以分为不同的类型。

1.液压油缸的结构形式

(1)筒式(活塞式)油气悬挂装置 筒式油气悬挂简图如图1-53所示。按蓄能器数目,筒式油气悬挂装置又可分为单蓄能器油气悬挂、双蓄能器油气悬挂。

图1-53 MBT-70双蓄能器油气悬挂

(2)叶片式油气悬挂装置 叶片式油气悬挂装置。采用同轴叶片式液压机构的油气悬挂装置方案,具有较小的非悬挂重量,可以很容易地将它制成整体式,很方便地布置在车上;对来自液压系统液体的输送十分简单。采用同轴叶片式液压机械的油气悬挂装置的主要缺点是其密封装置很复杂。

2.筒式液压缸的固定形式

(1)固定式液压油缸 固定式动力液压缸的方案,常常制造成整体式的,将它布置在车体外部,这种方案能简化油气悬挂装置的保养和修理工作,使悬挂装置的结构更加紧凑。保证用固定的管道将油气弹簧与液压系统连接起来。用曲柄-连杆传动时,在加上侧向力作用于活塞,而造成缸壁和密封件的不均匀磨损。在这种油气弹簧结构中要求有专门连接活塞与连杆接头用的轴承,但就接头的尺寸又受到限制。固定式动力液压缸的油气悬挂装置,由于有平衡肘的轴承支架因而重量比较大。

有一种固定式动力液压缸的方案,如果其臂向下布置,那么将这种油气悬挂布置在车辆的侧面是比较简单的,尤其是对于前面几个负重轮的悬挂。有两个动力液压缸的方案,能够减小弹簧的宽度尺寸(在相等的工作压力和载荷条件下,减小动力液压缸的直径);保证减小作用于连杆轴承和平衡肘轴的负荷;在有两个蓄能器的情况下,可以使负重轮静态条件下的悬挂特性具有较高的刚度,但是这种悬挂装置也比较复杂。

将弹簧布置在平衡肘内的油气悬挂装置,在车体内部占的空间最小,但它使平衡肘的重量增加,从而增加非悬挂的重量;并相应地增加对负重轮和履带的动载荷。这种结构要实现对悬挂装置的控制是很复杂的。

(2)摆动式液压油缸 摆动式液压缸油气悬挂简图如图1-54所示,用于汽车和轻型军用履带式车辆油气悬挂装置,摆动式动力液压缸方案的优点是:弹簧的重量小;动力液压缸活塞的密封工作条件好(它们不受侧向载荷作用);接头的轴承尺寸不受限制。但是,在大的负重轮行程的情况下,将这种弹簧组装在车体外边是很复杂的;而且摆动式缸体使得来自控制系统液体的输送(常常是通过一根软管)复杂化。

图1-54 M60改装车单蓄能器油气悬挂

1—活塞;2—活塞杆;3—平衡肘;4—负重轮轴;5—蓄能器

3.蓄能器内油、气分隔件

根据蓄能器内液体和气体的分隔方法,油气悬挂装置蓄能器可以制成无隔片式的、有隔片式或浮动活塞式的。如果没有给油气悬挂装置规定控制和补偿外部液压传动的渗漏,那么蓄能器没有隔片是可以的(如凯迪拉克仪表公司研制的油气悬挂装置14K),见图1-55。如果蓄能器内用膜式隔片,那么可以将蓄能器设计得紧凑一点,因为隔膜的重量小,工作无摩擦。用浮动活塞作隔片时,其工作比较可靠,但为了布置它,要求蓄气筒的长度尺寸较大。

图1-55 油气悬挂装置

4.特点

(1)油气悬挂的优点

①油气悬挂装置具有非线性、变刚度和渐增性。它在平坦的地面上行驶时,动行程较小,悬挂刚度较小,行驶平稳性较好;而在起伏地行驶时,则随着负重轮动行程的增大,悬挂刚度变大,故能吸收较多的冲击能量,避免产生刚性撞击。较好地满足了行驶平稳性和缓冲可靠性的要求,并提高了行驶速度,改善了坦克的机动性能。

②采用油气悬挂,使车辆振动周期增大,振动频率降低,有较好的行驶平顺性。因而搜索和跟踪目标平稳,减少了火炮稳定系统所要求的功率。在长度为1000km越野跑道上试验表明,装有油气悬挂M60AI坦克28.96km/h速度行驶,比装扭杆的M60AI坦克以19.3km/h速度行驶时的射击命中精度还要高。

③装有可调式油气悬挂装置的坦克车体,可以上、下升降及前后俯仰和左右倾斜。因此可以提高车辆的通过性和扩大火炮的射角范围(如74式坦克车体在正常高度时可升、降200mm,前后俯仰6°,左右倾斜9°),并且有利于车辆隐藏。油气悬挂装置具备调整车体姿势的能力,能使坦克便于射击和保证火炮耳轴的水平,减小炮弹的横偏量。对于坦克涉水和通过积雪地、水田及沼泽地也是有利的。

④油气悬挂还可以实现悬挂闭锁及车体调平。液压闭锁可使弹性悬挂变成刚性悬挂,可消除射击时车体的振动,提高射击精度。在车辆爬坡和紧急制动时还可防止横向侧滑,这些对坦克、自行火炮、火箭发射车和工程车都是很有意义的。

⑤油气悬挂能改善乘员的舒适性,能防止精密电子仪器振动加速度过大而损坏或失效。装油气悬挂的车辆在起伏地面上行驶时,振动频率较小,振动周期较大,振动加速度较小。做对比试验,以三挡同一速度行驶时,试验车某部位的振动加速度为(2.5~5)g,对比的同型车加速度为(4.6~6.3)g。装有扭杆悬挂与装油气悬挂的M60坦克在越过高度为304.8mm和406.4mm障碍的对比试验表明:前者车速小于16.1km/h时,驾驶员位置的加速度已达到2.5g,而后者车速在48km/h时同一位置加速度都小于2.5g,如图1-56所示。

图1-56 M60坦克装备扭杆与油气悬挂时加速度的对比

1—扭杆;2—油气悬挂;3—冲击许可极限

⑥体积小,重量轻,结构紧凑,易于布置。油气悬挂集传统悬挂中的弹性元件和阻尼元件于一体,使得悬挂简单紧凑。重量一般比传统悬挂轻50%以上。

⑦与扭杆悬挂相比,油气悬挂在压缩行程终点前段有较大的弹力。如压缩行程阻尼力较小,则负重轮对履带压紧作用较大,每个负重轮犹如有源的履带张紧器,在动态情况下可使履带的松弛度减到最小,改善了对履带的诱导作用,使履带不易脱落。

⑧油气悬挂可省去单独的减振器。在油气弹簧内部油液往返流动的通道上,设置阻尼阀和限压阀,就具有减振器的功能。

⑨车外安装的油气悬挂,无需占用炮塔回转底板至车底甲板间安装扭杆所需的空间高度,此高度约需80~150mm。采用油气悬挂可减少车体的高度及其重量。

⑩油气悬挂只要改变油气弹簧蓄能器的充气压力,就可以在不同负载的变型坦克装甲车辆上应用,故部件的通用性较好。

可调式油气悬挂可使行动部分维修方便,如坦克装甲车辆在野外需要拆卸某个负重轮时,只需使该负重轮处的油气悬挂处于放油位置,无需液压千斤顶就可拆装负重轮。

当车辆外部安装新型武器、附加装甲或有其他改进时,油气悬挂装置能针对诸如重心、重量等战技指标的改变,容易进行平衡调整,还可方便地调整改善负重轮、履带、地面间的接触情况,保持履带的张紧度。

(2)油气悬挂的缺点

①油气悬挂布置在车外,防护性较差。若其外侧有负重轮及屏蔽装甲,防护就有所改善。

②油气悬挂成本一般较扭杆悬挂要高,据国外资料统计,其成本约高出20%~25%,并且其可靠性与寿命都不如扭杆悬挂。

③油气悬挂中的油压和气压力都较高。MBT-70试验车的压力高达80MPa,具有潜在安全风险,对油和气的密封装置要求较高,零件加工精度要求较严,否则会漏油、漏气而不能使用。

④油气悬挂一般较难在-40℃以下的气温下正常工作,对油液和橡胶低温性能要求较高。

⑤维护、维修比较困难,并需配备专用的设备(如氮气充气设备等)。

⑥成本高。油气悬挂除了悬挂缸、蓄能器外,还需要配置液压泵、液压控制阀以及相应的电子、电气控制元件和油箱、滤清器等辅件,因而成本较高。

(四)混合式悬挂系统

由两种结构形式的弹性元件共同组合而成的车辆悬挂系统,被称为混合式悬挂系统。对于履带式装甲车来说,其首、尾悬挂在调节车体俯仰中的作用大于中间的悬挂。为了降低可调式油气悬挂的造价,节省调节系统的液压源,减少连接管路,提高悬挂可靠性,20世纪70年代后期,在高强度扭杆弹簧问世后,一些原先采用油气悬挂的车辆,将中间的油气悬挂换成高强度扭杆弹簧,而车辆首尾仍保留可调式油气悬挂,或不可调式油气悬挂装置,从而出现了混合式悬挂装置。混合悬挂兼顾了高强度扭杆弹簧和可调式或不可调式油气弹簧两种悬挂的优点,既保证了悬挂系统的功能,又降低了造价,是坦克装甲车辆悬挂装置发展的方向之一。

(五)半主动悬挂系统

1.刚度可调半主动悬挂系统

弹性元件刚度可调是在空气弹簧(油气弹簧或电磁弹簧)基础上实现的。通过改变弹簧刚度来减振的半主动悬挂由Hubbard和Margolia于1976年提出。20世纪80年代油气悬挂已广泛用于装甲车。经过研究人员的不懈努力,我国也将油气悬挂成功地应用在了履带式装甲车辆上,为实现装甲车悬挂弹簧刚度控制奠定了基础。

车辆弹性元件需承担车身的静载,因而实施刚度控制比阻尼控制困难得多,目前在半主动悬挂的研究中,通过对阻尼进行实时控制来实现半主动悬挂的研究比较多。但空气悬挂(油气悬挂)具有刚度低、质量轻、噪声低、寿命长等独特优势,故许多学者开展了基于空气弹簧(油气弹簧和电磁弹簧)的半主动悬挂的研究,并取得了一定的成绩。

2.阻尼可调半主动悬挂系统

(1)传统的阻尼可调半主动悬挂 传统的阻尼可调半主动悬挂又可分为有级可调和无级可调两种。传统阻尼可调半主动悬挂采用各种开关型节流阀或连续活门来控制液体的阻尼大小,实现阻尼的有级或连续调节。这种形式的悬挂是早期半主动悬挂研究的主要方向,可调节流阀一般设置在减振器内部,也可以设置在外部的通道上,如梅赛德斯-奔驰公司研制出的一种外置可调减振器。经过长时间的研究发现,传统可调减振器有着难以克服的缺陷,如节流阀制造精度要求高、结构复杂、响应慢等。

(2)基于电流变液和磁流变液减振器的半主动悬挂 随着电流变液和磁流变液等新型材料的相继出现,研究人员开始利用电流变液和磁流变液研制可以实现无级可调的减振器。磁流变液(电流变液)在外加磁场(电场)作用下,其黏度、剪切强度等会发生显著变化。电流变液对电场反应迅速,控制带宽广。磁流变液响应略慢,但在屈服应力、温度范围、塑形黏度、稳定性等方面强于电流变液,并且在相同的减振要求下,磁流变液减振器的耗电量明显低于电流变液减振器。表1-1列出了电流变液和磁流变液的主要性能参数。由表1-1的性能参数比较可以看出,磁流变液与电流变液具有类似的性能,但磁流变液在以下几个方面优于电流变液:磁流变液和电流变液的耗电功率虽然相同,但磁流变液的工作电压只有2~25V,从而可避免电流变液的工作电压高达几千伏带来的危险和不便,尤其是可避免对军用车辆通信装备的干扰。在相同耗电功率下,磁流变液的屈服应力是电流变液的20~50倍。由于这一特点,在达到相同最大阻力或减振效果的前提下,磁流变液制作的驱动器体积将更小,同时磁流变液对杂质影响不敏感,温度适应范围更宽。因而,各国军用车辆也加大了在磁流变液减振器这方面的研究力度。美国内华达大学为“悍马”军用吉普车设计并制造了磁流变液减振器,该磁流变液减振器具有失效保护功能,试验表明,磁流变液减振器输出阻尼力大,响应速度快,具有优良的动态特性。国内在磁流变液减振器的研究上做了大量工作,取得了一些成绩。国家仪表功能材料工程研究中心研制的磁流变体,其剪切屈服力基本达到美国Lord公司的水平。

表1-1 电流变液和磁流变液的主要性能参数

磁流变液减振器,由于其装置简单、体积小、可实现连续变化、响应速度快、能耗小等一系列优点,目前已成为车辆半主动悬挂系统较为理想的构成元件。

3.半主动悬挂系统的特征

半主动悬挂系统是一种非常实用的可调式悬挂系统,无论和传统的被动式悬挂系统还是理论上更先进的主动式悬挂系统相比,从工程角度上讲,其优越性都非常明显。图1-57为半主动悬挂系统模型示意图。

图1-57 半主动悬挂系统模型示意图

半主动悬挂系统只是调节悬挂系统的参数,不需要大的功率输入。而参数调节对相位不敏感,需要采集的车体动态信号也少,液压管路结构简单,系统稳定。

(六)主动悬挂系统

1.简介

随着电子技术的发展和控制理论的成熟,主动悬挂成为悬挂发展的热门课题,这种悬挂能使车辆提高以下能力。

(1)能显著提高车辆机动性。由于坦克装甲车辆行驶路面状况比普通车辆更加恶劣,要提高现有车辆的越野行驶速度,再依靠对传统被动悬挂系统的优化设计,车速进一步提高的空间已经很小。当前,制约车辆行驶速度的进一步提高的主要因素已不是发动机功率的不足,而是高速行驶情况下车内振动太剧烈以至乘员无法忍受而不得不降低车速。因此,下一代坦克装甲车辆要达到预期的车速,就需要开发合适坦克装甲车辆的主动悬挂装置。越野行驶速度是坦克装甲车辆机动性的一个重要指标,速度提高了,车辆的战场生存能力也会增强。

(2)提高车辆行进间射击精度。采用高性能主动悬挂的坦克装甲车辆,能有效降低车身由于路面引起的垂直振动和俯仰振动,从而为车载武器提供一个稳定的发射平台,有利于提高其行进间射击命中率。

(3)有效降低车身及部件所受的冲击和振动。车上各部件工作条件改善了,可以延长部件的使用寿命,降低坦克装甲车辆的维修保养费用。而且,由于采用了主动悬挂的车辆振动冲击明显降低,各部件可以进一步减轻重量,在一定程度上减小车重。

(4)能有效保持车上乘员的战斗力。由于车身振动明显减轻,驾驶员和车上其他乘员的乘坐条件显著改善,能最大程度地保持战斗力。

(5)采用主动悬挂的车辆在载荷变化时能保持车高不变,保证车轮全行程跳动,消除在非设计行驶高度下引起的操控性变化现象,同时解决了被动悬挂针对载荷变化通常将刚度设计偏高而造成舒适性损失的问题。在粗糙路面上增加离地间隙提高通过性,高速行驶时适当减少离地间隙以减少阻力,同时降低重心利于提高车辆操控性和舒适性。转向时车身侧倾、制动时车身纵摆可以通过调整有关车轮的悬挂参数来解决,不但可以提高车辆的舒适性,同时还能消除或减少车身运动带来的车轮定位参数变化和制动跑偏等问题,可提高车辆的操控性。

主动悬挂装置是近十几年来发展起来的由电脑控制的一种新型悬挂系统。它汇集了力学和电子学的技术知识,是一种比较复杂的高技术装置。它是在车上各个悬挂支承点,除作用悬挂力外,在支承点和悬挂元件中间,再接入由外部能源提供的控制力,使车辆在行驶过程中,即使车轮有较大起伏,各悬挂支承点的总和支承力变化仍不大,达到大大改善车辆振动的目的。这种有外部能源介入工作的悬挂系统称为主动悬挂,一般可通过可调式油气悬挂或混合式悬挂改造实施。而半主动悬挂是外部能源只用来改变行驶过程中悬挂元件的特性参数,不直接参与系统工作的悬挂。

2.特点

主动悬挂是一种具有做功能力的悬挂,通常包括产生力和转矩的主动作用器、测量元件和反馈控制器等。因此,主动悬挂需要一个动力源为悬挂系统提供连续的动力输入。当车辆载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化时,主动悬挂利用转感器获知车辆的瞬态动力学特性,将这些信息输入到控制器中,利用控制器对信息进行处理,其中处理的方法是依据一定的控制算法,之后将得到的控制信号输出给液压系统,使液压系统输出相应的主动力,从而使悬挂的性能得到优化,从而满足车辆的行驶平顺性和操纵稳定性等各方面的需要。主动悬挂与被动悬挂相比,根本性区别在于:主动悬挂能连续地提供并调节能量流,因而其动力学性能不能随车辆载荷的变化而变化,控制力也不受原先所存储的能量而产生或改变;主动悬挂可以产生为许多变量函数的力,因此能够适应广泛的外部干扰。

通过对比分析,主动悬挂具有以下显著的特点:①能够在获得较好的舒适性的情况下满足小的悬挂动态变形;②悬挂的动力学性能不随车辆的载荷而变化;③对任何形式的激励均能做出高速响应;④能根据激励的变化而任意改变其特性,以达到最好的控振效果。

3.主动悬挂系统结构

主动悬挂是一个动力驱动系统,包括测量系统、反馈控制中心、能量源和致动器四个部分。其原理是测量系统通过传感器获得车辆的振动信息,传递给控制中心进行处理,进而由控制中心发出指令给能量源产生控制力,再由致动器进行控制,衰减悬挂系统的振动(如图1-58所示)。

图1-58 一种主动悬挂系统原理模型图

m2—簧载质量;m1—非簧载质量;kb—悬架系统弹性系数;k1—轮胎弹性系数;c2—悬架系统阻尼系数;F—控制力;z0—路面激励;zd—液压缸活塞相对于缸体的位移

目前,主动悬挂按照所采用的致动器不同可以分为:主动空气悬挂、主动油气悬挂、电液主动悬挂、电控主动悬挂和电磁主动悬挂等。

主动空气悬挂是在已有的空气悬挂基础上通过电磁阀控制进入气室的空气量来达到主动控制的目的。但由于空气的可压缩性,其响应灵敏度较低,对路面输入来不及响应。目前,主动空气悬挂主要用于车高控制。另外,主动空气悬挂系统需要大容量的压气机,存在占有空间较大、在车上布置困难等缺点。

主动油气悬挂(或者称为可调油气悬挂)的工作原理是通过调节空气体积实现刚度特性,通过改变油液管路中的节流孔的数量完成阻尼特性调节。该悬挂目前所能实现的功能仅限于调节车身高低、俯仰和侧倾等的车身姿态调节功能,增加若干测控元件和致动器后才能实现适应路面输入和车速变化的实时控制。而且,其油气缸布置在车体外,防护性不好。

电液主动悬挂采用双作用液压缸或旋转叶片式致动器作为执行元件,采用电磁阀控制致动器中的压力来实现对车身振动的主动控制。

电控主动悬挂是用高能带宽度的可控机电致动器取代了传统的液压致动器,致动器在车身与车轮之间传递—个几乎不变的作用力。该悬挂系统的致动器在保持车辆底盘姿态的同时,还可根据地形变化作出响应,主动控制车轮的垂直位移,从而实现对车辆横向摇动、纵向摇动以及车辆平稳起伏的主动控制,在实现这种效果的同时,致动器还充当着电动机和发电机两个角色,根据实现总体平稳响应的需要,加大或卸去悬挂能量。

电磁主动悬挂中,采用电磁相互作用作为力源,具体的致动器有的采用永磁体之间的相互作用,有的开发了基于电磁相互作用的电磁致动器。电磁主动悬挂系统易于实现电子控制,可为全电车辆的发展提供基础条件。主动电磁悬挂的电动机控制器根据传感器测得的车辆状态参数计算施加到该电磁致动器的位移量,进而控制电动机,即使得电磁致动器产生对应于位移输入的最优阻尼力。电动机装有电磁感应装置控制电路,电磁感应装置通过该控制电路连接到电磁感应装置控制器上。

目前,发达国家正在致力于研究和试验电磁悬挂,研究目标是将其应用于汽车或军用车辆上。但是,由于电磁致动器具有能量密度小的缺点,目前难以用于车重较大的坦克履带车辆上。

(七)外置悬挂装置

外置悬挂装置的主要技术优点是车轮行程大,而且装有一个多股弹簧。这都能提高车辆在不平路面上的行驶速度,能为车上乘员和设备提供更好的行驶平顺性。由于车辆的行驶稳定性提高了,故车辆武器系统行进间的射击精度也会有所提高。外置悬挂装置的实际优点为外部螺栓连接装置,这是为了增加车体内部空间而考虑设置的。这些高度可调的外置悬挂装置适合安装在车重在20~70t的车辆上。3870型和2884型外置悬挂装置具有寿命长和维护费用低的特点,可以减少使用和后勤支援费用。

(1)性能 装有非线性多股弹簧,更强的履带主动张紧能力、更高的越野机动性、更大的负重轮行程、更精确的行进间射击精度。

(2)设计特点 技术成熟,并已经过验证:采用轻型、液压、不磨损减振和栓接配合结构。

(3)可调整性 适合安装在质量20~70t的车辆上,弹簧刚度可以调节,减振性能可以得到优化。

(4)后勤要求 采用通用模块,可互换的减振集成管,维护要求低,使用寿命为9656km,无需占用车内空间。

(5)备选装置 高度控制装置、闭锁装置、主动减振装置。