Geraet4501 (kedoki) wrote,
Geraet4501
kedoki

Categories:

Механизм поворота с ГОП: как Char B1 и Strv 103 наводят орудие корпусом

В предыдущей статье я рассказал о принципах работы гидрообъёмных передач с аксиальными и радиальными насосами и моторами. Хотя без этих знаний рассматривать реальные конструкции бессмысленно, всё же голая теория не слишком интересна. Сегодня мы разберём реальные конструкции танковых трансмиссий с гидрообъёмными передачами на примере исторически значимых танков, таких как Char B1.

ВНРММВCHARB1ДПВ:



Однопоточные трансмиссии с ГОП
Начнём с простого, а именно с трансмиссий, в которых мощность от двигателя к ведущим колёсам идёт по одному потоку. В случае с ГОП это означает, что с двигателем соединяется гидрообъёмный насос, а с ведущими колёсами гидрообъёмные моторы.

Хотя применение ГОП в танковых трансмиссиях ассоциируется с современными основными боевыми танками, на самом деле эта идея, как и многие другие, уходит корнями в годы Первой мировой войны. Тогда ещё не обременённые опытом британцы делали первые шаги и не знали, какой тип трансмиссии лучше всего подойдёт для танка, тем более, что трансмиссия ранних "ромбов" была далека от идеала. Шутка ли, она требовала четырёх человек для управления. В 1916 году британцы объявили конкурс на лучшую танковую трансмиссию. Помимо разных вариантов электрических и механических трансмиссий был предложен аксиально-поршневой гидрообъёмный привод Williams-Janney.



Идея подкупала своей принципиальной простотой. Двигатель соединялся с двумя гидрообъёмными насосами, а ведущие колёса вращались гидрообъёмными моторами, по одному на борт. Эта система позволяла бесступенчато изменять скорость каждой гусеницы отдельно для поворотов с любым радиусом. В ней не было ни дифференциала, ни коробки передач, поэтому вождение радикально упрощалось.



Однако адекватно реализовать систему инженеры не смогли. Трансмиссия была слишком большой и не влезала в корпус целиком. В первых "ромбах" двигатель находился прямо в боевом отделении, поэтому внутри было жарко, шумно и душно. А тут новая проблема: необходимо охлаждать трансмиссионное масло. Инженеры решили не жарить экипаж ещё и масляным радиатором и вынесли его в корму. Но даже с отдельным радиатором не удалось удержать температуру на допустимом уровне, в ходе испытаний трансмиссия перегрелась и работала неадекватно. В результате предпочтение было отдано планетарным передачам.



Другой интересный эксперимент затеяли немцы. В 1944 году фирма Zahnradfabrik переделала один Pz.Kpfw.IV под установку аксиальной гидрообъёмной трансмиссии Thoma. Она занимала немного места, поэтому её скомпоновали в корме, переделав корпус под задние ведущие колёса. Видимо, этот танк был задуман как испытательный стенд гидрообъёмной передачи, запуск в производство Pz.Kpfw.IV с новой трансмиссией, конечно, не рассматривался. Немцы не успели испытать прототип, после войны он достался американцам, которые отправили его на испытательный полигон в Абердине. Там танк прошёл испытания, на которых трансмиссия сломалась. Продолжить их было невозможно из-за отсутствия запчастей. Американцы отмечали, что танк хорошо себя вёл при прямолинейном движении, но управляемость в повороте была неудовлетворительной.

Вид на рабочее место водителя:


МТО и трансмиссия:


Попытки использовать ГОП в качестве танковой трансмиссии провалились по ряду причин. Во-первых, создать быстроходную, компактную и надёжную гидрообъёмную трансмиссию, которая бы выдерживала большую мощность, оказалось не просто, а ведь в однопоточной схеме вся полезная мощность двигателя идёт через ГОП. Во-вторых, гидрообъёмные трансмиссии, в отличие от гидротрансформаторов, не обеспечивают автоматического изменения крутящего момента и жёстко связывают двигатель с ведущими колёсами. Поэтому связка гидротрансформатора и коробки передач оказалась намного более практичной, став фактически стандартом на современных танках. Однако ГОП пригодились в двухпоточных трансмиссиях. Об этом далее.

Двухпоточные трансмиссии с ГОП
Идея двухпоточных трансмиссий с гидрообъёмным приводом по сути очень проста. Мощность от двигателя к ведущим колёсам поступает по двум потокам. Первый идёт через коробку передач и гидротрансформатор (при его наличии), через него передаётся большая часть мощности. Второй поток идёт через гидрообъёмную передачу, он передаёт сравнительно немного мощности, поэтому сделать адекватную и надёжную гидропередачу вполне по силам. Затем оба потока суммируются в двух планетарных механизмах, например, в двух планетарных рядах на левый и правый борт, или в двух дифференциалах. Таким образом, ГОП служит лишь для поворота, плавно и бесступенчато изменяя скорости вращения гусениц.

А ведь действительно, чем притягательна идея использовать ГОП в танковой трансмиссии? Бесступенчато менять скорость может и связка гидротрансформатора с планетарной КПП, причём работает она куда адекватнее и надёжнее. Зато ГОП позволяет эффективно поворачивать с бесконечным числом радиусов. Но ради этого не обязательно использовать ГОП в качестве заменителя всей механической трансмиссии, достаточно добавить гидрообъёмный привод в механизм поворота. Что и было сделано в двухпоточных трансмиссиях.



В этой области первыми были французы, и пришли они к двухпоточной трансмиссии совсем не от хорошей жизни. В ходе разработки Char B1 они почему-то решили усидеть на двух стульях, а именно: сделать узкий и длинный танк, хорошо преодолевающий окопы, а также разместить основное 75-мм орудие во лбу корпуса. А раз танк узкий, то места для водителя и орудия немного. Чтобы одно не мешало другому инженеры отказались от наведения орудия по горизонтали. Таким образом, орудие наводилось поворотом всего корпуса, а водитель стал ещё и наводчиком. Разумеется, это потребовало очень продвинутой на тот момент трансмиссии, которая бы позволяла совершать точные повороты.



Механизм поворота Char B1 состоит из двух дифференциалов, верхнего и нижнего. Нижний дифференциал соединялся с коробкой передач, его полуоси вращали ведущие колёса. Во время прямолинейного движения мощность шла только через него. Над ним находился второй дифференциал. Его полуоси связывались шестернями с полуосями нижнего дифференциала, причём одна ось непосредственно, а другая через паразитную шестерню:



При движении по прямой полуоси нижнего дифференциала вращались с одинаковыми скоростями. Вращались и связанные с ними полуоси верхнего дифференциала, причём за счёт паразитной шестерни в противоположных направлениях. Так как полуоси верхнего дифференциала вращаются с равными скоростями, но в противоположных направлениях, его блок сателлитов остаётся неподвижным.

А теперь самое интересное и понятное. С верхним дифференциалом соединена гидрообъёмная передача. Когда водитель наклоняет штурвал, насос начинает прокачивать масло, приводя гидромотор. Если штурвал наклонён влево, то гидромотор вращает ведомый вал в одном направлении, если вправо - то в противоположном, а скорость вращения зависит от угла наклона. Далее происходит следующее. Гидромотор вращает верхний дифференциал. Благодаря паразитной шестерне одна из его полуосей замедляется, а другая ускоряется, соответственно замедляются и ускоряются полуоси нижнего дифференциала. Одна гусеница начинает вращаться быстрее, а другая медленнее, танк входит в поворот.

Эта схема замечательна не только тем, что позволяет очень точно задавать радиус поворота. Скорости вращения гусениц зависят от отношения скорости вращения верхнего и нижнего дифференциалов. Значит, чем выше включена скорость в коробке передач, тем больше будет радиус поворота. А если включить нейтраль и наклонить штурвал, то мощность пойдёт только по второму потоку через верхний дифференциал и танк начнёт поворот на месте. Всё месте это значительно облегчает управление танком и даёт возможность очень точно поворачивать корпус для наведения орудия.

На полуосях дифференциалов также были тормоза. В случае неисправности гидрообъёмного привода ими можно было тормозить гусеницу и входить в поворот, а если затянуть оба тормоза, танк останавливался. Кроме того, в трансмиссии использовались автоматически выключаемое сцепление, не дающее двигателю глохнуть на низких оборотах, а также трёхвальная коробка передач с хорошим диапазоном скоростей. Трансмиссия Char B1 была одной из самых совершенных конструкций своего времени, настоящий прорыв 20-х годов. Фактически это предтеча трансмиссий многих современных ОБТ. Из-за наличия двух дифференциалов данная схема механизма поворота получила название double differential. Аналогичные по кинематике механизмы поворота до сих пор так называют, хотя они реализованы на бортовых планетарных рядах.

Теперь подробно рассмотрим радиальный гидрообъёмный привод Naeder. Он состоял из насоса и мотора, объединённых в один блок. Радиальная схема была выбрана из-за того, что она выдерживала высокий крутящий момент при низких оборотах.



В механизме два вала: ведущий 1 и ведомый 2. Ведомый вал вращается мотором М через эксцентрик на подшипнике. Ведущий вал 1 аналогично связан с насосом Н. Жидкость циркулирует по каналам между ними:



На схемах выше оси эксцентриков на ведущем валу совпадают с осью самого вала, поэтому он вращается вхолостую и насос не работает. Это показывает поперечный разрез:



На разрезе виден восьмиугольник, к нему со всех сторон прижаты поршни. В центре восьмиугольника расположен вал через подшипник. Пока что все оси совпадают и поршни не двигаются.

Насос управляется следующим образом. На ведущем валу сидят два восьмиугольника на подшипниках. Между ними и валом есть скользящие вперёд-назад клинья, я выделил их на фрагменте чертежа:



Если мы сдвинем клинья вперёд или назад, то оси подшипников сместятся от оси вала и они начнут работать как эксцентрики. Значит, восьмиугольник станет гулять из стороны в сторону по очереди двигая поршни, а насос начнёт прокачивать масло. Это, в свою очередь, заставит поршни гидромотора по очереди толкать эксцентрик и вращать ведомый вал.



Наклоном штурвала водитель регулировал смещение осей эксцентриков на ведущем валу и таким образом изменял скорость вращения вала гидромотора. От неё, в свою очередь, зависели скорости полуосей дифференциалов и, в конечном итоге, гусениц танка.

Другую двухпоточную трансмиссию с ГОП в годы Второй мировой войны для Пантеры создали немцы. Их реализация намного ближе к современным трансмиссиям, поскольку в ней вместо дифференциалов используются планетарные суммирующие ряды. Выглядит блок механизма передач и поворота весьма солидно:



Схема работы:



Трансмиссия строится вокруг двух планетарных механизмов, левого и правого. Напомню, что они состоят из трёх вращающихся частей: солнечной шестерни, эпицикла и водила, причём скорость вращения одного элемента зависит от скоростей вращения двух других. Первый поток мощности идёт от коробки передач на эпициклы, я выделил его красным. Второй поток мощности идёт от аксиальной гидрообъёмной передачи к солнечным шестерням (выделено голубым), а водила через бортовые передачи вращают ведущие колёса.



При движении по прямой мощность идёт только по первому потоку. Солнечные шестерни стремятся вращать вал, связывающий их с гидрообъёмной передачей. Однако из-за паразитной шестерни одна солнечная шестерня пытается вращать его в одном направлении, а другая - в противоположном, в результате вал заклинивается (подробнее я разбирал этот принцип на механизме поворота Тигра). Чтобы совершить поворот водитель штурвалом наклоняет барабан цилиндров аксиального гидромотора и тот начинает работать. Масло прокачивается по контуру, насосы начинают вращать солнечные шестерни через вал. Из-за паразитной шестерни одна солнечная шестерня ускоряется, а другая замедляется, соответственно ускоряются и замедляются гусеницы и танк входит в поворот. Направление поворота зависит от направления наклона барабана цилиндров гидромотора, а радиус - от угла наклона.



Несмотря на совершенно другую реализацию, работает немецкий механизм поворота аналогично французскому. У него тоже радиусы поворота зависят от включённой скорости в КПП, а на нейтрали возможен разворот на месте. Действительно, когда мощность идёт только по второму потоку, солнечные шестерни вращаются в противоположных направлениях. Они стремятся повернуть эпициклы в разные стороны. Но ведь эпициклы связаны общим валом. Получается, этот вал вместе с эпициклами заклинивается и вся мощность идёт на гусеницы, вращающиеся с равными скоростями в противоположных направлениях.

После войны на допросе Книпкамп сказал, что две Пантеры с этим механизмом поворота испытывались в течение года. Был выдан заказ на 50 таких трансмиссий, рассматривались планы оснащать вообще все Пантеры двухпоточной трансмиссией с ГОП, однако в 1944 году все работы были остановлены. Книпкамп отмечал, что система с ГОП отличается наименьшими задержками в работе по сравнению со сцеплениями и тормозами.

Механизм поворота с ГОП рассматривался и на Е-серии. Вот схема одного из вариантов трансмиссии E-25 с планетарной КПП и ГОП в механизме поворота:



Ранние трансмиссии с ГОП давались инженерам с большим трудом. При сборке Char B1 на заводе требовалось тщательно отлаживать каждый гидрообъёмный привод Naeder. Когда началась война, темпы производства подскочили, а качество снизилось, поэтому отмечались случаи выхода гидрообъёмного привода из строя. В этом случае Char B1 мог эффективно вести огонь только из 47-мм пушки и спаренного с ней пулемёта. Немцы потратили несколько лет на эксперименты с гидрообъёмным приводом Thoma, но так и не успели внедрить его в серийное производство. Лишь после войны с развитием технологий гидрообъёмные передачи постепенно начали своё распространение.

На Standardpanzer рабочей группы Б была использована трансмиссия с планетарной коробкой передач Pulsgetriebe и гидрообъёмным механизмом поворота. При её создании немцы перемудрили сами себя, ведь даже привод к вентиляторам системы охлаждения планировалось сделать гидрообъёмным! В результате прототип группы Б показал себя менее надёжным и проиграл в конкурсе.



Примерно в то же время швейцарцы оснастили свой средний танк Pz 61 двухпоточной трансмиссией с гидробъёмным приводом. Что интересно, они также разработали новую трансмиссию с ГОП и для модернизации старичка Jagdpanzer 38 (t), который состоял у них на вооружении под индексом G 13. А в параллельной вселенной шведы развивали целое семейство безбашенных танков, у которых механизм поворота с ГОП является штатным средством наведения орудия по горизонтали. Испытания показали, что на Strv 103 эта система обеспечивает не меньшую точность наводки, чем традиционные башни. В настоящее время трансмиссии с ГОП давно доведены до ума и используются на многих основных боевых танках.
Tags: танкач, трансмиссии
Subscribe

  • Обзор двухтактных дизелей, часть 2

    В первой части статьи мы говорили о принципах двухтактных двигателей и разобрали схему двухтактного двигателя со встречно-движущимися поршнями на…

  • Дайджест из ВК #2

    Очередная подборка небольших постов из ВК о бронетехнике: Богатый внутренний мир ARL 44 И снова обозначения немецкой бронетехники (всё никак не…

  • Хромоногий «Ягдтигр»

    На Warspot вышла моя новая статья об истории Ягдтигра с точки зрения его ходовой части, вернее, ходовых частей. В ней рассказывается о развитии…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 18 comments

  • Обзор двухтактных дизелей, часть 2

    В первой части статьи мы говорили о принципах двухтактных двигателей и разобрали схему двухтактного двигателя со встречно-движущимися поршнями на…

  • Дайджест из ВК #2

    Очередная подборка небольших постов из ВК о бронетехнике: Богатый внутренний мир ARL 44 И снова обозначения немецкой бронетехники (всё никак не…

  • Хромоногий «Ягдтигр»

    На Warspot вышла моя новая статья об истории Ягдтигра с точки зрения его ходовой части, вернее, ходовых частей. В ней рассказывается о развитии…