Неизвестный танк часть 4

Неизвестный танк...

(Раздел создан на основании книги "Танк" Военного издательства Министерства Обороны СССР 1954 года, под редакцией

Антонова А.С., Артамонова Б.А., Коробкова Б.М., Магидович Е.И. и других материалах.)

Часть 4

Часть 1

Часть 2

Часть 3

Часть 5

Часть 6

ГЛАВА   ВОСЬМАЯ

ПОДВИЖНОСТЬ

Такие боевые качества танка, как огневая мощь и неуязвимость, за­висят, прежде всего, от вооружения танка и надежности броневой защиты. Однако на огневую мощь и неуязвимость оказывает влия­ние и третье боевое качество танка — его маневренность. Чем выше маневренность танка, тем эффективнее огонь его вооружения и выше его неуязвимость от огня противника. Маневрирование танка на поле боя является фактором исключительной важности. В понятие маневренности мы будем включать три элемента: подвижность, или ско­рость прямолинейного движения, поворотливость и проходи­мость. Каждое из этих трех качеств влияет на маневренность, но только их сочетание определяет маневренность полностью. Танк, обла­дающий высокой скоростью движения по хорошим дорогам, но плохой поворотливостью и проходимостью вне дорог, будет иметь недостаточную тактическую маневренность. И наоборот, танк, сочетающий высокую про­ходимость вне дорог с хорошей поворотливостью, но развивающий низ­кую скорость при движении по дорогам, будет иметь недостаточную оперативную маневренность. Высокая маневренность танка —это в пер­вую очередь высокая тактическая и оперативная его подвижность, т. е способность быстро двигаться по дорогам и вне дорог.

Маневренность танка определяется удельной мощностью его двигателя и устройством механизмов трансмис­сии и ходовой части. От того, как подобраны передаточные числа коробки передач, зависит скорость движения танка по дорогам и вне дорог. От устройства механизмов поворота зависит поворотливость танка, легкость управления и быстрота поворота. Наконец, от устройства ходовой части зависит скорость движения на местности и  проходимость танка.

На маневренность влияют не только устройство и технические харак­теристики двигателя, трансмиссии и ходовой части танка, но и многие другие факторы, в особенности квалификация механика-водителя и усло­вия его работы в танке. Чем удобнее работать механику-водителю, тем он меньше утомляется, тем выше его внимательность. Все это сказы­вается и на маневренности танка. Маневренность танка зависит также от технического состояния, степени изношенности, отрегулированности, исправности всех механизмов и устройств. Кроме того, маневренность,, особенно тактическая, зависит от удобства наблюдения из танка при закрытых люках, т. е. от устройства приборов наблюдения.

Маневренность танка оценивается по средним скоростям его движения. Чем выше средние ско­рости в различных условиях движения, тем лучше маневренность танка. Средние скорости являются тем объек­тивным показателем, по которому можно судить о маневренных качест­вах танка. Однако средние скорости определяются не только устройством танка и мощностью его двигателя, но и умением быстро водить танк.

Следует помнить, что танк — это маневренное оружие войны, и он остается танком до тех пор, пока обладает скоростью. Чем выше ско­рость, тем выше боевые качества танка; поэтому уметь использовать все маневренные качества танка, или, иначе говоря, уметь водить танк с наи­большими средними скоростями — задача исключительной важности.

Эта глава посвящена первому элементу маневренности танка — подвижности, т. е. скорости при прямолинейном движении. В последую­щих главах будут рассмотрены два других элемента маневренности — поворотливость и проходимость. Поэтому в настоящей главе мы оста­новимся только на тех механизмах, которые обеспечивают скорость прямолинейного движения.

КАК ДВИЖЕТСЯ ТАНК

Движение гусеничной машины до некоторой степени напоминает движение паровоза по рельсам. Если бы рельсы можно было снимать после того, как по ним пройдет паровоз, и укладывать впереди него, то паровозу для движения не потребовался бы длинный железнодорожный путь. В гусеничной машине рельсы заменены гусеницами — бесконеч­ными замкнутыми цепями, состоящими из отдельных звеньев. Звенья, выстилаясь на местности, создают более или менее ровный путь, по которому опорные катки катятся, как колеса паровоза по рельсам (рис. 391).

Рис. 391. Движение гусеничной машины

Ведущие колеса подбирают освобождающиеся позади танка звенья и передают их вперед, а направляющие колеса (ленивцы) укла­дывают звенья перед передними опорными катками. Не связанные с до­рогой «рельсы» — гусеницы — позволяют танку двигаться в любом направлении.

СИЛА ТЯГИ  И  СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ


СИЛА ТЯГИ

Чтобы заставить танк катиться по гусеницам, к нему надо прило­жить силу. Эту силу создает двигатель, вращая посредством передаточ­ных механизмов ведущие колеса танка. Зубья ведущих колес, зацепляясь за гусеницы, стремятся выдернуть их из-под опорных катков танка. Однако гусеницы прижаты к земле весом танка, а их выступы, называе­мые грунтозацепами или шпорами, углублены в грунт и упираются в него. Если перекатить танк по гусеницам легче, чем выдернуть гусе­ницы из-под опорных катков, то ведущие колеса, отталкиваясь от непо­движно лежащих на грунте гусениц, будут толкать танк вперед.

На рис, 392 сила, толкающая танк, показана пунктиром, так как она является силой взаимодействия между двумя частями танка (корпу­сом и гусеницей), т. е, внутренней силой.

Рис. 392. Силы, действующие на танк при движении егопо горизонтальному пути

Но движение тела может быть обеспечено лишь внешней силой, т. е. силой взаимодействия тела с внеш­ней средой, в нашем случае танка с грунтом.

Чтобы танк двигался, нужны два условия: вращение ведущих колес, стремящихся-вытащить гусеницы из-под опорных катков, и достаточный упор гусениц в грунт. Силу, с которой грунт удерживает нижние ветви гусениц, назовем силой тяги. Она направлена в сторону движения танка, и ее приближенно можно считать равной силе, толкающей танк вперед по гусеницам.

СОПРОТИВЛЕНИЕ КАЧЕНИЮ

Движущийся танк всегда оставляет след, особенно заметный на мягком грунте. Погружаясь в грунт, гусеницы разрушают его, прессуют,. выдавливают в стороны, срезают неровности. Вследствие этого со стороны грунта на гусеницы действует сила, направленная против движения танка. Эту силу назовем силой сопротивления качению.

При движении по твердому грунту след менее заметен или почти не заметен. В этом случае меньше и сопротивление качению. Но оно существует, так как любой грунт сопротивляется воздействию гусениц движущегося танка.

Сила сопротивления качению различна на разных грунтах и даже на одном и том же грунте для разных танков. Она зависит от веса танка и от устройства его гусениц. Чем сильнее гусеницы прижаты к грунту, тем глубже они в него погружаются и тем больше сопротивление грунта. Если грунт мягкий, а сила, прижимающая гусеницы, велика, сопротив­ление качению увеличивается особенно значительно.

УДЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Глубина погружения гусениц в грунт зависит от силы, прижимаю­щей гусеницы к грунту. Но одна и та же сила, действуя на гусеницы, неодинаковые по площади, вызывает разное погружение их в грунт.

Для пешехода и лыжника одинакового веса трудность движения по снегу одинаковой глубины различна. Это легко объяснимо. Вес пешехода приходится на небольшую площадь ступней его ног, в то время как вес лыжника распределяется на значительно большую площадь лыж. Если выделить на грунте площадку в 1 квадратный сантиметр (1 см²), то ока­жется, что лыжник давит на эту площадку с силой, примерно в 15 раз меньшей, чем пешеход. Вот почему лыжник легко движется по глубо­кому снегу, тогда как пешеходу идти по такому снегу трудно или невоз­можно.

Следовательно, сопротивление качению зависит не только от веса танка, но и от площади гусениц, на которую приходится этот вес. Вес танка, приходящийся на 1 см² опорной поверхности гусениц, называется удельным   давлением.

Одно из основных преимуществ гусеничной машины по сравнению с колесной — значительно меньшее удельное давление. Опорная поверх­ность колес автомобиля меньше опорной поверхности гусениц танка. Из-за большого удельного давления колеса автомобиля при движении по мягкому грунту вязнут. Ввиду этого сопротивление качению автомо­биля может оказаться столь значительным, что автомобиль не сможет двигаться.

Удельное давление определяют, разделив вес танка на площадь опорной поверхности гусениц, т. е. на площадь той части обеих гусениц, которая лежит на грунте. Если обозначить вес танка через Gв кг, длину опорной поверхности гусеницы — через Lв см, а ширину гусеницы —че­рез bв см, то удельное давление gвыразится формулой

g = G : 2bL

Так, если G=25 т =25 000 кг, L= 250 см, а b= 50 см, то

g = 25000 : 2 x 250 x 50 = 1 кг/см²

Удельное давление, определенное таким способом, называется сред­ним удельным давлением. Подсчитывая его, предполагают, что вес танка равномерно распределяется по всей длине опорной поверх­ности гусениц. На самом деле это не так. Звено гусеницы, находящееся под катком, прижато к земле с большей силой, чем звенья, лежащие между катками; на твердом грунте звенья, лежащие между катками, вообще не передают давление на грунт (рис. 393, А).

Рис. 393.   Удельное давле­ние зависит от твердости грунта, числа и расположения опорных катков

При погружении гусениц в мягкий грунт давление распределяется по всей длине опорной поверхности гусениц более равномерно, так как часть нагрузки пере­дается на грунт свободными звеньями (рис. 393, Б). Но и в этом случае давление не выравнивается полностью: звенья, лежащие между катками, остаются менее нагруженными, чем звенья, находящиеся под катками. Чем больше катков и чем ближе они расположены один к другому, тем меньше разница между действительным и средним удельным давле­ниями (рис. 393,В). Чтобы выравнять, насколько это возможно, удель­ное давление, катки иногда располагали в шахматном порядке в два и три ряда  (рис. 393, Г).                    .

Удельное давление зависит также от формы звена. Если звено плоское (рис. 394, А), то оно передает давление на грунт всей площадью.

Рис. 394. Формы гусеничных звеньев; А — плоское звено; Б — ажурное звено      

Звено со шпорами опирается на твердый грунт только шпорами. Вырезы в ажурном звене (рис. 394, Б) приводят к увеличению удельного дав­ления.

Удельное давление зависит еще и от положения центра тяжести танка. Так, если центр тяжести находится не посередине танка, а, ска­жем, смещен назад, то на задние катки бу­дет приходиться большая нагрузка и давление под задними катками будет больше; поэтому наибольшее действительное удель­ное давление будет значительно превосхо­дить среднее; у двух танков с одинаковым средним давлением может быть различное действительное удельное давление.

Действительное и среднее удельные да­вления оказывают значительное влияние на сопротивление качению танка и на его про­ходимость. Чем больше удельное давление, тем больше сопро­тивление качению и ниже про­ходимость танка на рыхлых грунтах.

Обычно при сравнении танков по проходимости пользуются сред­ним (а не действительным) удельным давлением. Это объясняется, во-первых, тем, что среднее удельное давление проще подсчитать, чем дей­ствительное удельное давление, и, во-вторых, тем, что на мягких грунтах при погружении гусениц в грунт действительное удельное давление приближается к среднему, так как участки гусениц между катками также передают давление на грунт.

На рис. 395 приведены значения среднего удельного давления для различных случаев.

Рис. 395. Средние удельные давления для различных случаев (в кг/см²)

Из этого рисунка следует, что удельное давление-танка значительно ниже удельного давления колесных машин и прибли­жается к удельному давлению пешехода. Оно в 20 раз выше удельного давления лыжника и почти в 3 раза ниже удельного давления лошади со всадником.

КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ КАЧЕНИЮ

Таким образом, сила сопротивления качению зависит от грунта, по-которому движется танк, и от веса танка: чем мягче грунт и тяжелее танк, тем больше сопротивление его качению.

Чтобы определить сопротивление качению, танк буксируют тягачом (рис. 396).

Рис. 396. Определение силы сопротивления качению. Сила сопротивления качению танка примерно в 10 раз меньше его веса

Для этого испытываемый танк соединяют с тягачом через динамометр (прибор, измеряющий силу). Двигатель и механизмы транс­миссии танка отъединяют от гусениц, чтобы не создавать лишних сопро­тивлений качению танка.

При буксировке динамометр показывает силу сопротивления каче­нию. Эта сила значительно меньше веса танка; на горизонтальном участке она редко превышает 10% веса танка.

Пользуясь этим способом, можно определить сопротивление качению опытным путем. Но часто бывает нужно подсчитать эту силу, чтобы выяснить возможные условия движения танка, не производя никаких опытов. В этих случаях пользуются так называемым коэффициентом сопротивления качению  (обозначается буквой f).

Коэффициентом сопротивления качению назы­вается сопротивление качению (в тоннах), прихо­дящееся на 1 т веса танка на горизонтальном участке пути. Коэффициент сопротивления качению — отвлечен­ное число.

На различных грунтах коэффициенты fдля одного и того же танкабудут различны.

Поскольку коэффициент fопределяет сопротивление данного грунта, приходящееся на 1 т веса танка, определение коэффициента сопротивления может быть произведено для танков разного веса, но обязательно нахо­дящихся в одинаковых условиях по грунту. Имея таблицу коэффи­циентов fи сравнивая их, можно судить о том, какой грунт создает большее сопротивление и какой меньшее.

Для подсчетов коэффициенты сопротивления  качению берутся из рис. 397.

Рис. 397. Средние значения коэффициента сопротивления качению

 Зная коэффициент fи вес танка G, можно найти силу сопро­тивления качению R по формуле

R = fG.

Так, для поля f  = 0,08;   сопротивление качению танка весом   G = 25 т будет:

R = 0,08 х 25 = 2 m

На рис. 397 приведены средние величины коэффициента сопро­тивления качению.

На рис. 398 даны нижний и верхний пределы этого коэффициента для различных танков с гусеницами разного устройства.

Рис. 398. Предельные значения коэффициента сопротивления качению

По этим пре­делам коэффициента можно судить, в каких пределах допускается ошибка, когда пользуются средним коэффициентом. А это, в свою оче­редь, позволяет отказаться от излишней точности в расчетах там, где достичь этой точности невозможно.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ НА ПОДЪЕМЕ.

СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ

Выше определялось сопротивление качению танка на горизонталь­ном участке местности. Но такая местность встречается крайне редко. Только замерзшие озера и некоторые короткие участки дорог можно счи­тать горизонтальными. Даже поверхность замерзших рек, строго говоря, не горизонтальна, так как реки имеют уклон. Путь танка— это беспре­рывное чередование подъемов и спусков, иногда крутых, иногда еле за­метных для глаза.

Разложим графически вес танка, поднимающегося в гору, на две со­ставляющие (рис. 399): одну—перпендикулярную к опорной поверх­ности, прижимающую танк к грунту; другую — направленную парал­лельно пути.

Рис. 399. Силы, действующие на танк при движении его на подъеме

Первая составляющая — назовем   ее   сцепным   весом — равна произведению веса танка G на косинус угла подъема   α  («альфа»):

G х cos α

Вторая составляющая — сила сопротивления подъему — равна весу G, умноженному на синус угла α:

G  х sin α

Сила сопротивления подъему направлена против движения танка, и она тем больше, чем круче подъем. Эта сила не зависит от качества исостояния грунта.

Общее сопротивление движению R₀ на подъеме слагается из сопро­тивления подъему (G  sinα) и сопротивления качению, равного

f G cosα

Таким образом,

R₀ = f G cos α + G  sin α

Будем называть силу R₀силой сопротивления движе­нию. На рис. 400 показано, как изменяется сила R₀с изменением угла подъема.

Рис. 400.   Сила сопротивления движению на подъеме увеличивается с увеличением угла подъема

С увеличением угла α сила Rо увеличивается (на гра­фике сила R₀выражена в долях веса танка). При α= 0 (горизонталь­ный участок пути) R₀= 0,1 G; при α= 30° R₀= 0,6 Gи т. д. Зная вес танка, по графику легко определить сопротивление движению танка на подъеме. Так, если вес танка G= 30 т,а угол подъема α= 10°, то из графика R₀ = 0,28 G или R₀ = 0,28 х 30 = 8,4 т.

Для подъемов до 10° можно принимать соз а = 1, а  sin α= i  (i— подъем в тысячных, или тангенс угла подъема). 

R₀=(f+i) G

Подсчитаем сопротивлеыие в двух случаях движения.

На подъеме в 10° (i=0,18) при весе танка G= 25 т и f= 0,1 сила сопротивления Rо = (0,1 + 0,18) х 25 = 7 т. На горизонтальном участке пути (i= 0) Rо = 0,1 х 25 = 2,5 т.

Таким образом, на подъеме крутизной 10° сопротивление движению танка увеличивается почти в 3 раза.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ НА СПУСКЕ.

ТЯНУЩАЯ  СИЛА

Разложив силу веса танка при движении под уклон (рис. 401) так, как это было сделано для случая движения на подъеме, увидим, что хила Gsinа теперь направлена в сторону движения.

Рис. 401.  Силы, действующие на танк при движении его под уклон

Та часть веса, которую танку приходится преодолевать на подъеме, теперь тянет танк вниз, облегчая его движение. Назовем эту силу тянущей силой. Она уменьшает общее сопротивление движению танка на спуске.

Чтобы определить сопротивление движению на спуске, надо в фор­мулу (4) подставить выражение Gsinа  со знаком минус. Тогда получим R₀

R₀= ( f cosа — sinа ) G

или  (для углов до 10°)

R₀ = ( f-i ) G

Определим, на каком уклоне для движения не потребуется сила тяги, а танк будет спускаться под действием своего веса, т. е. движение танка не будет обусловлено работой двигателя.

Если f= 0,1, то iтакже должно быть равно 0,1. В этом случае R₀= 0, т. е. танк как бы не встречает сопротивления и для его движения не требуется сила тяги. Но i= 0,1 соответствует угол а = 6°. На спусках круче 6° тянущая сила не только преодолеет сопротивление грунта, но вызовет разгон танка; поэтому, если на крутых спусках хотят обеспечить равномерное движение, гусеницы притормаживают, т. е. создают силу, противоположную силе тяги, — силу  торможения.

СИЛА ТЯГИ И СЦЕПЛЕНИЕ

Выше рассмотрен пример, когда на спуске сопротивление движе­нию танка равно нулю, В этом случае танк движется равномерно без силы тяги.

Когда сопротивление не равно нулю, равномерное движение танка возможно, если сила тяги равна силе сопротивления движению, или, как говорят, полностью уравновешивает ее. Чем больше сопротивление, тем больше должна быть и сила тяги.

Обозначив силу тяги буквой Pмы можем следующим образом записать условие равномерного движения танка:

P = R₀

Как движется танк, когда эти силы неравны, будет рассмотрено ниже. Сейчас мы рассмотрим условия, обеспечивающие увеличение силы тяги, необходимое при повышении сопротивления, и пределы этогоувеличения.

БУКСОВАНИЕ ГУСЕНИЦ

Увеличение сопротивления движению требует увеличения силы тяги: Как указывалось, сила тяги — это сила, с которой грунт удерживает нижние ветви гусениц. Если сопротивление движению станет чрезмерно большим или грунт будет скользким, ведущим колесам будет легче вы­дернуть гусеницы из-под опорных катков, чем перекатывать танк вперед. Гусеницы «забуксуют», и танк остановится.

Следовательно, чтобы определить наибольшее со­противление, которое танк может преодолеть, надо вы­яснить, с какой наибольшей силой грунт в остоянии удерживать гусеницы.

Пусть гусеницы танка имеют совершенно гладкие звенья (рис. 402, А).

Рис. 402.  Сила тяги создается силами трения между гусеницей и грунтом и силами противо­действия грунта давлению шпор

В этом случае они удерживаются на грунте только силой трения между звеньями и грунтом. Если сила трения недоста­точна, гусеницы будут буксовать.

Сила трения гусениц о грунт зависит от сцепного веса танка и свойств самого грунта. Ее величина состав­ляет 40—70% веса танка. Если сопротивление будет больше этой величины, нач­нется буксование гусениц. Чтобы увеличить силу тяги» надо увеличить сцепление гусениц с грунтом. Для это­го на звеньях гусениц де­лают выступы — шпоры, ко­торыми гусеница упирается в грунт.

Рассмотрим работу гусе­ниц, имеющих шпоры.

Пока сопротивление не­велико и для движения тре­буется небольшая сила тяги, гусеницы удерживаются на грунте только силой трения,

Шпоры в этом случае не работают (рис. 402, Б). Если сопротивление возрастет, потребуется и большая сила тяги. Сила трения уже не смо­жет удерживать гусеницы на грунте. Нижние ветви гусениц, лежащие на земле, начнут смещаться назад, уплотняя шпорами грунт. Так будет про­исходить, пока шпоры не уплотнят грунт настолько, что дальнейшее дви­жение нижних ветвей гусениц назад станет невозможным (рис. 402, В), Вследствие уплотнения грунта шпорами появится дополнительная сила; удерживающая гусеницы; за счет этой дополнительной силы и возрастет сила тяги.

Пусть сопротивление еще увеличится, что потребует увеличения силы тяги. Тогда нижние ветви гусениц больше сместятся назад; при этом шпоры плотнее спрессуют грунт: более плотный грунт будет сильнее удерживать звенья на месте.

Когда шпора в грунте сдвигается назад, впереди нее образуется пу­стота (ячейка). При большом смещении наступит момент, когда стенка между соседними ячейками станет такой тонкой, что грунт уже не сможет удержать шпоры. Тогда гусеницы сорвут грунт и забуксуют.

Таким образом, в случае преодоления больших сопротивлений сила тяти танка слагается из силы трения между гусеницами  и грунтом и силы, возникающей вследствие того, что шпоры упираются в грунт, уплотняя его (сила зацепления). Но последняя возникает лишь в случае, если нижние ветви гусениц не лежат на грунте неподвижно: они все время несколько смещаются назад; чем больше сила тяги, тем больше смещение гусениц. Это явление называется частичным буксова­нием, в отличие от полного буксования, при котором танк вообще не движется ( в обиходе буксованием называют именно полное буксование),

При частичном буксовании снижается скорость танка. В то время как танк движется вперед по гусеницам, сами гусеницы смещаются назад. С танком происходит то же, что с человеком, идущим по песча­ному подъему: ноги его скользят назад, и движение замедляется. Частич­ное буксование особенно сильно сказывается при движении по рыхлым грунтам: по болоту, песку, снегу. Потеря скорости здесь достигает 10— 15%, а иногда и больше; на твердых грунтах (дорогах) буксование ни­чтожно   (1—3%), а иногда его и вообще может не быть.

Для увеличения сцепления с грунтом на звенья гусениц надевают дополнительные шпоры. Чтобы не портить дорог, особенно в условиях городского движения, и уменьшить сопротивление качению, до­полнительные шпоры снимают, когда в них нет нужды.

СИЛА ТЯГИ ПО СЦЕПЛЕНИЮ.

КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ

Наибольшая сила, с которой грунт может удерживать гусеницы, на­зывается силой тяги по сцеплению. Ее величина зависит от силы, прижимающей гусеницы к грунту, т. е. от сцепного веса танка, а также от характера грунта и конструкции гусениц.

Сила тяги по сцеплению показывает, какое наибольшее сопротивле­ние может преодолеть танк. В обычных условиях движения танку при­ходится преодолевать сопротивления, которые меньше предельных. В этих случаях действительная сила тяги меньше силы тяги по сцеп­лению.

Для определения силы тяги по сцеплению нужно знать сцепной вес танка и коэффициент сцепления гусениц с грунтом φ . Коэффициент φ как и коэффициент сопротивления качению, определяется опытным пу­тем. Для этого поступают следующим образом.

К испытываемому танку сзади прицепляют через посредство динамо­метра гусеничную тормозную тележку. Затормаживая гусеницы тележки, увеличивают силу, необходимую дляее буксировки, до тех пор, пока гу­сеницы танка не забуксуют. Полученные при этом показания динамо­метра складывают с сопротивлением качению испытываемого танка, под­считанным по приведенным выше формулам или найденным из опыта, и определяют таким образом общее сопротивление или равную ему силу тяги по сцеплению. Испытания ведут на горизонтальном участке (или исключают влияние подъема).

Найдя силу тяги по сцеплению Р_сее делят на вес танка. Это и бу­дет коэффициент сцепления  φ т. е.

φ = Р_с / G

На рис. 403 приведены средние величины коэффициента сцепле­ния для гусениц без дополнительных шпор (речь идет о съёмных шпо­рах, прикрепляемых к звеньям гусениц для увеличения сцепления) и с дополнительными шпорами (нижние цифры) для различных грунтов,

Рис. 403. Средние  значения   коэффициентов   сцепления φ для гусениц без до­полнительных шпор (числитель) и с дополнительными   шпорами (знаменатель)

а на рис. 404 наименьшие и наибольшие значения коэф­фициента сцепления для гусениц без дополнительных шпор.

Рис. 404. Предельные значения коэффициента сцепления для гусениц бездополнительных шпор

На грунте, который может создать достаточный упор (твердый грунт, покрытый дерном, уплотненный снег и т. д.), дополнительные шпоры повышают коэффициент сцепления на 30—50%. Так, например, при движении танка с гусеницами без дополнительных шпор по снегу глубиной 200—400 мм коэффициент сцепления φ = 0,4, а с дополнитель­ными шпорами φ =0,57.

Наибольшую величину коэффициента сцепления для плотных грун­тов и гусениц без дополнительных шпор следует принимать не выше 0,7—0,8.

Как видно из сравнения рис. 403 и 397, коэффициент сцепления обычно в несколько раз больше коэффициента сопротивления качению на тех же грунтах.

Взяв из таблиц коэффициент сцепления и умножив его на сцепной вес танка Gcosα, можно определить силу тяги по сцеплению по фор­муле:

Р_с = φ G cos α

В случае движения по полю, коэффициент сцепления которого φ =0,7, при подъеме 10° (cosα= 1) сила тяги по сцеплению для танка весом 25 т составит

Р_с = 0,7х25 = 17,5 т.

Такова наибольшая величина сопротивления, которое сможет пре­одолеть танк весом 25 т в данных условиях движения. При рассмотрении сопротивления движению было определено, что для танка весом 25 т на подъеме 10° сила сопротивления. Р_o= 7 т. Следовательно, сцепление в данном случае вполне обеспечивает преодоление подъема,

ПРЕДЕЛЬНЫЙ  ПОДЪЕМ,  ПРЕОДОЛЕВАЕМЫЙ  ТАНКОМ

Определим наибольший подъем, который сможет преодолеть танк при наилучшем сцеплении гусениц с грунтом, т. е. при наибольшем зна­чении коэффициента φ. При этом сила тяги Р_с должна равняться наи­большему, пока нам не известному значению силы сопротивления R₀, т. е. Р_с = R_0.

Взяв коэффициент сцепления φ = 1 (предельное значение φ для плотных грунтов и  гусениц с дополнительными шпорами)  и  f = 0,1, найдем

Р_с = φ G cos α =  G cos α;

в то же время

R₀= f φ G cos α +  G sin α = 0,1 G cos α + G sin α,

отсюда

G cos α = 0,1 G cos α +  G sin α,

Сократив вес и разделив обе части равенства на cos α, найдем ве­личину тангенса предельного угла подъема:

tgα= 0,9

что соответствует углу α= 42°. Значит, наибольший угол подъема, кото­рый мог бы преодолеть танк при наилучшем сцеплении гусениц с грун­том, равен примерно 40—42°. В обычных условиях движения наиболь­ший угол подъема составляет 30—35°.

Автомобили с одной ведущей осью преодолевают значительно мень­шие подъемы. По условиям сцепления автомобиль с двумя ведущими осями может в лучшем случае преодолеть подъем до 30°. Меньшая сила тяги по сцеплению у обычного автомобиля по сравнению с танком объяс­няется не только тем, что сцепление колес с грунтом хуже, чем сцепле­ние гусениц. Имеет значение также и то, что ведущие колеса автомобиля (обычно задние) прижимаются к земле не всем весом автомобиля, как гусеницы танка, а лишь частью его, поскольку часть веса автомобиля приходится на передние колеса, которые не создают силы тяги.

Стальные колеса паровоза и трамвая имеют очень плохое сцепление со стальными рельсами, поэтому по сравнению с подъемами, преодоле­ваемыми танком, подъемы, которые может преодолеть поезд или трам­вай, невелики.

СКОРОСТЬ ТАНКА И СИЛА ТЯГИ

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ И СИЛА ТЯГИ

Движущийся танк, преодолевая сопротивление движению, совершает работу. Величину этой работы в единицу времени можно определить, зная силу сопротивления и скорость танка. Скорость — это путь, прохо­димый танком в единицу времени. Умножив этот путь на силу сопротив­ления, мы найдем работу, совершаемую в единицу времени. Так, если скорость vвыражена в км/час, а сила сопротивления R_o — в т, то ра­бота, совершенная в течение часа, т, е, мощность, будет

N = R_o v т км/час.

Разделив найденную величину на 3600 (так как 1 час = 3600 секун­дам) , получим мощность, выраженную в тоннокилометрах в секунду,

N = R_o v / 3600  т км/сек.

Обычно мощность выражают в лошадиных силах. Чтобы перейти от тоннокилометров в секунду к лошадиным силам, надо умножить найден­ную нами мощность на 1 000 000, так как 1 км = 1000 м, а 1 т — 1000 кг, и разделить на 75 (1 л. с. = 75 кгм/сек).
тогда

N = 1000000 / 3600 х 75 R_o  v

или

N = 100 / 27 х 75 R_o  v

Мощность, необходимая для движения танка, создается двигателем. Однако не вся мощность двигателя Nдиспользуется на передвижение танка: 25—30% всей мощности двигателя расходуется на вращение вен­тилятора, трение в передаточных механизмах и деталях движителя танка. И только 70—75% идет на преодоление сопротивления движению. Следо­вательно, если принять, что потери мощности составляют 25%, то

N = 0,75 Nд = 100 / 27 R_o  v,

или

27 х 0,75 Nд = 100 R_o v,

откуда округленно

N = 5 R_o v,

где мощность выражена в л. с, сопротивление в т скорость в км/час.

Так как сила тяги при движении танка с постоянной скоростью должна быть равна силе сопротивления, или Р = R_o, то

Nд = 5 Рv

отсюда

Р = Nд / 5 v

или

Р = 0,2Nд / v                      (5)

Здесь также   N_д — в  л.с;  v— в  км/час; Р — в т.

Из формулы (5) следует, что сила тяги изменяется прямо пропорционально мощности двигателя и обратно пропорционально   скорости   движения  танка.

Сила тяги должна меняться в широких пределах соответственно тем сопротивлениям,  которые преодолевает танк.  На  хорошей дороге,  где коэффициент сопротивления f= 0,05 (см. рис. 397) и подъемы не превы­шают 1—1,5°, сила сопротивления движению  R₀=0,06 G; на предель­ном подъеме 42° и при f= 0,1R₀= 0,78 G,  или в 13 раз больше.

Из формулы Р = 0,2 N_д/vследует, что при неизменной мощ­ности двигателя силу тяги можно увеличить, лишь уменьшая скорость.

Обратимся к характеристике двигателя (см. рис. 175).  Пусть танк движется по хорошей дороге, используя полную мощность двигателя. Этой мощности соответствует определенный крутящий момент на веду­щих колесах, обеспечивающий силу тяги. Допустим теперь, что сопро­тивление возросло и силу тяги требуется увеличить в 2 раза. Характе­ристика двигателя показывает, что его крутящий момент нельзя увели­чить вдвое путем уменьшения оборотов двигателя; крутящий момент остается почти постоянным. При уменьшении числа оборотов коленчатого вала понизится лишь скорость танка, а сила тяги увеличится только в пределах приспособляемости двигателя, т, е. для большинства двига­телей в 1,1 —1,3 раза (не более чем на 30%).

Следовательно, необходимы другие способы увеличения силы тяги.

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО

Возьмем две шестерни, посаженные на валы: одну с 20, другую с 40 зубьями (рис. 405).

Рис. 405. Определе­ние передаточного числа пары шестерен

Если вращать вал малой шестерни, т, е. ведущий вал, то малая шестерня приведет во вращение большую, вместе с которой начнет вра­щаться ведомый вал. Пока малая шестерня совершит один оборот, работают поочередно все ее 20 зубьев, и каждый из них сцепляется с од­ним из зубьев большой шестерни. Значит, за время, в течение которого малая шестерня сделает один оборот, большая повернется также на 20 зубьев, т. е. сделает пол-оборота; вторые пол-оборота она совершит за время, в течение которого малая шестерня сделает следующий оборот. Таким образом, за два оборота малой шестерни большая шестерня, а следовательно, и ведомый вал сделают один, оборот.

Если ведущий вал делает n₁оборотов в минуту, то число оборотов

n₂ведомого вала будет равно половине n₁т. е. n₂  = n₁ / 2

Если на ведомой шестерне будет не 40, а 60 зубьев, то за время, в течение которого ведущая шестерня сделает три оборота, ведомая сде­лает один оборот:  n₂  = n₁ / 3

Если ведущая шестерня больше ведомой (допустим, ведущая имеет 40, а ведомая 20 зубьев), то за один оборот она повернет ведомую шестерню на два оборота: n₂ = 2 n₁

Таким образом, при передаче вращения через пару шестерен число оборотов ведомого вала будет зависеть от числа зубьев ведущей и ведо­мой шестерен.

Отношение числа оборотов ведущего вала к числу оборотов ведо­мого называется передаточным числом. Передаточное число обозначается буквой  i;  i= n₁ /  n₂

Если передаточное число больше единицы, ведо­мый вал вращается медленнее ведущего, а если меньше — быстрее его.

В нашем первом примере ведущая шестерня имеет число зубьев.

 z₁ = 20, ведомая z₂ = 40;   z₁/ z₂ = 40/20 = 2; это и есть передаточное число.

 В  последнем примере z₁ = 40,   z₂ = 20; z₂ / z₁= 40 / 20 = 1/2это такжепередаточное число.

Для пары шестерен передаточное число равно отношению числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей.

Определим крутящий момент на ведомом валу  (рис. 406).

Рис.406. Определение крутящего момента на ведомом валу

Зуб ведущей шестерни давит на зуб ведомой с определенной си­лой Р. Эта сила равна крутящему моменту ведущего вала М₁ деленному на радиус ведущей шестерни r₁, т. е.

Р = М₁ / r₁

Чем меньше радиус ведущей шестерни, тем больше сила, действую­щая на зуб ведомой.

Чтобы найти крутящий момент М₂ на ведомом валу, надо умножить, силу Р на плечо ее действия, т, е. на радиус ведомой шестерни r₂; полу­чим М₂ = Р r₂. Чем больше радиус ведомой шестерни, тем больше крутя­щий момент на ведомом валу.

Итак, М₂ = Р r₂.  следовательно,

Р = М₂ / r₂.

В то же время

Р = М₁ / r₁.

Так как сила Р одна и та же, то можно приравнять эти две вели­чины, написав

М₁ / r₁  = М₂ / r₂.

Отсюда следует, что

М₂ / М₁. =   r₂ / r₁

Из двух сцепленных шестерен та шестерня больше, у которой больше зубьев. Так, если одна шестерня имеет 20 зубьев и радиус ее-равен 50 мм, то радиус второй шестерни, имеющей 40 зубьев, будет ра­вен 100 мм; поэтому вместо отношения радиусов  r₂ / r₁  можно подставить отношение числа зубьев  z₂ / z₁ т. е.

М₂ / М₁. =  r₂ / r₁   =   z₂ / z₁

Но  z₂/ z₁  это передаточное число i. Таким образом,

М₂ / М₁. =  I  или   М₂= i М₁.

Крутящий момент ведомого вала равен крутя­щему моменту ведущего, умноженному на передаточное число,

Как указывалось, при i= 2 число оборотов ведомого вала вдвое меньше числа оборотов ведущего. Но при этом крутящий момент на ведомом валу, как только что было установлено, вдвое больше, чем на ведущем. Зна­чит, при уменьшений скоро­сти в 2 раза крутящий мо­мент увеличивается также в 2 раза.

Таким образом, если со­единить с двигателем малую шестерню, а с ведущими ко­лесами танка — сцепленную с ней большую, сила тяги увеличится; при этом ско­рость танка уменьшится во столько же раз (по сравне­нию со случаем, когда колен­чатый вал двигателя был бы соединен непосредственно с ведущими колесами).

Если вращение передает­ся последовательно через не­сколько пар шестерен (рис. 407), общее передаточное число будет равно

i = i₁ х i₂ …х i_{3 ...}

или

 i = z₂ / z₁   z₄ / z₃    z₆ / z₅                                     

Рис. 407.  Определение передаточного числа нескольких пар шестерен

В чем легко убедиться, рассматривая работу передачи. В нашем примере

I= 40 / 20 х 60 / 20 х 40 / 20  =  12

Итак, общее передаточное число передачи равно произведению передаточных чисел всех последовательно включенных пар шестерен, нахо­дящихся между ведущим и ведомым валами,

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Соединим ведущий вал, имеющий три шестерни, с коленчатым ва­лом двигателя (рис. 408), На ведомом валу, соединенном с ведущими колесами танка, также установим три шестерни, которые могут передви­гаться вдоль вала, а вращаются всегда вместе с ним; это достигается применением шлицевого соединения, показанного на рис. 408.

Рис. 408. Схема коробки передач

Шестерни, установленные на шлицах ведомого вала так, чтобы их можно было пе-редвигать вдоль вала, называются каретками.

Пусть передаточное число первой пары шестерен i₁— 13, передаточное число второй пары i₂— 4, третьей пары i₃=1. Передвигая влево крайнюю правую каретку, введем в зацепление третью пару шестерен с передаточным числом i₃=1. Тогда ведомый вал будет делать столько же оборотов, сколько коленчатый вал двигателя, а крутящий момент на ведомом валу будет равен крутящему моменту двигателя. Этот крутящий момент создает на гусеницах танка силу тяги определенной величины. Пусть величина силы тяги равна 0,06 G,что дает танку возможность двигаться по хорошим дорогам с небольшими подъемами в 1—15°.

Допустим теперь, что с хорошей дороги танк перешел на подъем крутизной 10°, для которого необходима сила тяги, равная примерно 0,25 G, т. е. примерно вчетверо большая, чем в первом случае.

Если при движении танка по хорошей дороге двигатель работал с наибольшей подачей горючего, т. е. использовал всю свою мощность, он не может увеличить крутящий момент в 4 раза. Но можно вывести из зацепления третью пару шестерен и ввести в зацепление вторую пару с передаточным числом i= 4. Тогда крутящий момент на ведомом валу станет вчетверо больше крутящего момента двигателя. Это позволит уве­личить вчетверо силу тяги, и танк сможет преодолевать подъемы кру­тизной около 10°. При этом вследствие уменьшения числа оборотов ве­домого вала и связанных с ним ведущих колес скорость танка умень­шится в 4 раза.

Наконец, если включить первую пару шестерен с передаточным чис­лом i= 13, крутящий момент и сила тяги увеличатся в 13 раз сравни­тельно со случаем, когда включена третья пара шестерен. Сила тяги бу­дет равна 0,78 G, что даст танку возможность преодолеть подъем около 42°. При этом скорость танка будет в 13 раз меньше, чем на хо­рошей дороге.

Таким образом, если ввести между двигателем и ведущими коле­сами таyка такой механизм, как только что рассмотренный, то он по­зволит получать разные передаточные числа и тем самым изменять силу тяги на гусеницах и скорость движения танка, не меняя числа оборотов и крутящего момента двигателя. Этот механизм называется коробкой передач.

Рассмотренная нами коробка передач называется трехступенчатой, так как она имеет три ступени или три разных передаточных числа.

Если ни одна пара шестерен не находится в зацеплении, т. е. все каретки занимают нейтральное положение, значит ведущие колеса танка отключены от двигателя. Следовательно, коробка передач дает возмож­ность отключать двигатель от ведущих колес танка. Это бывает необ­ходимо при запуске двигателя и на коротких остановках, чтобы не глу­шить двигатель. Кроме того, специальная передача заднего хода в ко­робке передач (на схеме не приведена) дает возможность танку дви­гаться не только вперед, но и назад.

ДИАПАЗОН СКОРОСТЕЙ

Выше было установлено, что сила тяги, необходимая для движения танка на хорошей дороге, равна 0,06 G, а для преодоления наибольшего подъема — 0,78 Gт. е, в 13 раз больше.

Пусть передаточное число на высшей передаче равно единице, а сила тяги на этой передаче Р_в = 0,06 G. Если передаточное число низ­шей передачи взять равным 10, то сила тяги будет Р_н = 0,06 х10 = 0,6 G.

Вследствие приспособляемости двигателя можно увеличить эту силу еще в 1,1—1,3 раза, т. е. до 0,7—0,8 G. Правда, при этом двига­тель будет работать на пониженных оборотах и, следовательно, при дли­тельной работе может перегреться. Но подъемы свыше 40° не бывают длинными, а кратковременная работа двигателя на максимальном кру­тящем моменте вполне допeстима. Отсюда следует что передаточное число 10 вполне обеспечивает движение танка при всех сопротивлениях движению — от сопротивления движения по горизонтальной хорошей дороге до сопротивления движению на предельном подъеме в 40—42°.

Так как скорость танка уменьшается во столько же раз, во сколько увеличивается сила тяги, то

Р_н /  Р_в    =   v_в  /  v_н

где v_в — скорость на высшей передаче, а v_н — скорость на низшей пе­редаче при одних и тех же оборотах двигателя.

Отношение  v_в  /  v_н  называют диапазоном скоростей и обозна­чают буквой d.

d = v_в  /  v_н

Для танка диапазон скоростей желательно иметь примерно рав­ным 10, Уменьшение диапазона приводит либо к уменьшению преодоле­ваемого на низшей передаче сопротивления (например, подъема), либо к снижению высшей скорости танка.

Действительно, пусть диапазон скоростей равен 5 и сила тяги на высшей передаче Р_в = 0,06 G. Тогда на низшей передаче она составит P_в = 0,06 Gx5 = 0,3 G. Танк сможет преодолевать подъемы не более 10—12° (см. рис. 400).

Пусть теперь при том же диапазоне сила тяги на низшей передаче равна Р_н = 0,7 G, что соответствует подъему в 40°. Тогда на высшей передаче сила тяги будет

P_в  =  0,7 G  / 5 = 0,14 G

Между тем для движения по хорошей дороге достаточно иметь силу тяги 0,06—0,07 G. В этом случае при движений по хорошей дороге со­здастся запас силы тяги, который использовать невозможно, так как выс­шая передача уже включена.

Следовательно, по хорошей дороге танк будет двигаться с меньшей скоростью, чем позволяет мощность его двигателя. Значит, двигатель в этом случае будет работать на неполной мощности.

Итак, уменьшение диапазона ниже d=10 нежелательно.

Увеличение диапазона свыше 10 не имеет смысла, так как при этом танк будет иметь либо слишком малую силу тяги на высшей передаче, не соответствующую действительным условиям движения по дорогам, либо чрезмерно большую силу тяги на низшей передаче, использовать которую не удастся, так как она будет превышать максимальную силу тяги по сцеплению.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Предположим, что коробка передач имеет только две передачи: выс­шую, обеспечивающую скорость движения v_в= 50 км/час и силу тяги Р_в = 0,06G, и низшую, которой соответствуют v_н= 5 км/час и P_н= 0,6G; диапазон скоростей коробки d= 10.

Если танк с такой коробкой передач двигался по хорошей дороге, а потом перешел, например, на пахоту, пусть даже без подъемов, но с такими условиями движения, которые требуют силы тяги примерно 0,08—0,1G, то он уже не сможет продолжать движение на высшей пе­редаче, даже если учесть приспособляемость двигателя. В этом случае придется перейти на низшую передачу и двигаться со скоростью 5 км/час, в то время как мощность двигателя позволяет иметь скорость 30—35 км/час. С пяти километровой скоростью придется двигаться на всех сопротивлениях, превышающих 0,06—0,07 G.

Введем в коробку промежуточную передачу, скорость на которой будет v_пр  = 30 км/час и соответствующая ей сила тяги Р_пр = 0,1 G. На этой передаче танк сможет двигаться, преодолевая сопротивления от 0,07 до 0,12 G(с учетом приспособляемости двигателя), т. е. на местно­сти с подъемами до 2—3°. На пятиградусных подъемах уже потребуется перейти на низшую передачу, и танк будет двигаться со скоростью 5 км/час, при этом мощность двигателя будет снова использоваться не­полностью. Таким образом, недостаточно иметь и трехступенчатую ко­робку передач.

Сколько же передач в коробке желательно иметь для танка? Оче­видно, столько, сколько встречается различных сопротивлений при дви­жении, т. е. бесчисленное множество, так как величина сопротивления непрерывно изменяется. С такой коробкой танк будет преодолевать любое сопротивление, встречающееся на его пути (в пределах диапазона скоростей); причем мощность двигателя всегда будет использоваться полностью, а скорость танка при всяком сопротивлении будет настолько большой, насколько позволяет мощность двигателя. Коробку передач, обеспечивающую бесчисленное множество передач, называют непре­рывной. Такие коробки из-за своей сложности и больших потерь мощности тюка не получили широкого применения на танках. Подавляю­щее большинство танков имеет ступенчатые коробки, т. е. ко­робки с ограниченным числом передач.

Рассмотрим подробнее работу коробки передач, имеющей три пере­дачи с передаточными числами i₁= 10, i₂=4, i₃= 1, что дает силы тяги P_г= 0,6 G, Р₂ = 0,24 G, Р₃ = 0,06 G(рис. 409) при скоростях 50, 12,5 и 5 км/час.

Рис. 409. Использование  мощности двигателя при трех­ступенчатой коробке передач и диапазоне d= 10

Предположим, что танк движется по местности, на которой сопро­тивление движению непрерывно возрастает от нуля (как мы видели выше, сопротивление движению, в отличие от сопротивления качению, может равняться нулю, например на спуске) до 0,72 G, Допустим далее, что крутящий момент двигателя может увеличиться на 20% вследствие приспособляемости, а мощность при этом уменьшится до 60% от наи­большей. Будем считать, что механик-водитель управляет танком, под­держивая обороты двитателя все время возможно большими и при­мерно постоянными (если двигатель снабжен вcережимным регулято­ром—регулятор установлен на наибольшие обороты).

При сопротивлении, равном нулю, потребная мощность двигателя также равна нулю. Двигатель работает вхолостую. Танк движется на высшей (третьей) передаче с наивысшей скоростью, соответствующей этой передаче.

С увеличением со­противления, чтобы двигатель не заглох, надо подать в его цилиндры больше го­рючего. Тогда крутя­щий момент возра­стет, а с ним увели­чится и мощность. Обороты же двигате­ля, а значит, и ско­рость танка не изме­нятся.

При сопротив­лении R₀= 0,06 Gмощность двигателя будет использова­на полностью    (на 100%).   С   дальней­шим увеличением сопротивления танк уже не сможет  двигаться с наи­большей скоростью третьей передачи: обороты двигателя начнут сни­жаться, и возросшее  сопротивление придется преодолевать, используя приспособляемость двигателя при все более уменьшающейся мощности. Когда сопротивление достигнет 0,06-1,2 = 0,072 G, продолжать дви­жение на третьей передаче будет уже невозможно: приспособляемость двигателя использована до конца. Если не перейти на вторую передачу, двигатель заглохнет.

Дальше танк будет двигаться на второй передаче с соответствую­щей ей наибольшей скоростью. Но на этой передаче можно развить силу тяги 0,24 G, а переход на нее произведен при сопротивлении, равном 0,072 G. При этом сопротивлении мощность двигателя используется совершенно неудовлетворительно — всего на 30%. Однако по нашему: условию сопротивление непрерывно повышается, и по мере его роста используемая мощность двигателя увеличивается, достигая 100 % при R₀= 0,24 G.

Далее скорость опять начнет падать, и при R₀= 0,29 Gпридется перейти на первую передачу. На первой передаче танк будет двигаться, используя вначале всего около 50% мощности двигателя. Когда же со­противление достигнет R₀= 0,6 G, мощность будет снова использоваться. целиком. Дальнейшее увеличение сопротивления движению вызовет уменьшение скорости и мощности. При R₀= 0,72 Gдвигатель заглохнет, так как приспособляемость двигателя будет исчерпана, а более низкой сту­пени коробки передач в нашм случае нет.

Конечно, в реальных условиях случай такого беспрерывного увеличе­ния сопротивления маловероятен. Мы рассмотрели его, чтобы показать, как у танка с выбранной нами коробкой передач может быть использо­вана мощность двигателя при разных сопротивлениях и на каких переда­чах можно при этих сопротивлениях двигаться.

Из рис. 409 следует, что все сопротивления от 0,07 Gдо 0,29 Gпри­ходится преодолевать на второй передаче, а более 0,29 G— на первой. При этом на весьма большом числе сопротивлений мощность двигателя используется плохо. Кроме того, большой разрыв между скоростями со­седних передач (50 и 12,5 км/час) приведет к тому, что при переходе на высшую передачу двигатель не сумеет обеспечить набор нужной скорости — он заглохнет. Все это заставляет оценить трехступенчатую коробку передач для диапазона скоростей,  равного 10,  как неудовлетвори­тельную.

Нетрудно убедиться, что как использование мощности, так и раз­рыв между соседними передачами зависят при одном и том же диапа­зоне от количества передач; чем их   больше, тем лучше используется, мощность и тем меньше разрыв между соседними передачами. Но увели­чение числа передач в обычной ступенчатой коробке связано с   рядом-трудностей — оно усложняет конструкцию коробки передач и ее при­вода. Чрезмерное же уменьшение диапазона скоростей, как мы видели, ухудшает подвижность танка,

РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН

Иногда, чтобы не увеличивать значительно количества передач и не уменьшать диапазон, поступают следующим образом. Сопротивления, соответствующие подъемам 40—42°, встречаются на пути танка крайне редко. Танк трогается с места также в большинстве случаев не на низ­шей передаче; поэтому низшую передачу несколько отделяют от следую­щих за ней передач коробки. В этом случае такую передачу называют замедленной (или медленной). Остальные передачи нумеруют по порядку, начиная с первой. Замедленная передача применяется только при движении в особо тяжелых условиях, главным образом при преодо­лении крутых подъемов, трогании с места на подъемах и т. д.

Более широкий разрыв между замедленной и первой передачами по­зволяет сблизить остальные передачи, следовательно, облегчить их пе­реключение, а также полнее использовать при работе на этих передачах мощность двигателя. В конечном счете все это повышает среднюю ско­рость движения танка.

Отношение скорости танка на высшей передаче к скорости на за­медленной называется в этом случае общим диапазоном коробки, а отношение скорости на высшей передаче к скорости на первой — pабочим диапазоном (реже — главным диапазоном), так как именно в этом диапазоне чаще всего приходится работать танку. Если принять, что в рабочем диапазоне танк должен преодолевать сопротивле­ния от 0,06 G(на хороших дорогах) до 0,24—0,25 G(что соответствует подъемам до 10°), то необходимая величина рабочего диапазона со­ставит

d = 0,24 / 0,06 = 4 Р

В этом диапазоне и должно быть, прежде всего обеспечено достаточно легкое переключение пере­дач, не приводящее к остановке двигателя, и макси­мальное использование его мощности. На рис. 410 пока­зано, как влияет количество передач в рабочем диапазоне на использо­вание мощности двигателя.

Рис. 410.  Зависимость наименьшего использования мощности двигателя  от  величины разрыва между пе­редачами

Здесь под разрывом между передачами по­нимается отношение скоростей двух соседних передач. Из графика видно,, что при трех передачах, когда отношение скоростей соседних передач равно 2, используется не менее 60% мощности; при четырех, когда отно­шение скоростей соседних передач равно 1,6,—не менее 70%; при пяти, когда отношение скоростей соседних передач равно 1,4, — приблизи­тельно 80%. Дальнейшее увеличение числа передач не дает значитель­ного роста использования мощности: даже удвоение числа передач (с 6 до 12) увеличивает использование мощности всего на 10% .

Таким образом, пять передач в рабочем диапазоне и одна замедлен­ная вполне обеспечивают удовлетворительное использование мощности двигателя. При таком числе передач переключение также не представляет трудности. На рис. 411 показано, как используется мощность в рабочем диапа­зоне пятиступенчатой коробки передач с общим диапазоном 10 и рабо­чим диапазоном 4.

Рис. 411.   Использование мощности двигателя в рабо­чем  диапазоне при пятиступенчатой  коробке передач (низшая передача — замедленная)

Из рисунка видно, что процент используемой мощно­сти будет ниже 70 только на очень малых сопротивлениях — около 0,03, которые встречаются весьма редко.

СХЕМЫ КОРОБОК  ПЕРЕДАЧ

Коробки передач могут быть устроены по-разному. Однако в каждой коробке обязательно есть ведущий вал, которому передается крутящий момент от двигателя, и ведомый, передающий уже измененный в коробке крутящий момент ведущим колесам танка

Рассмотрим основные схемы коробок передач, применяющихся на танках. Главное различие в этих схемах заключается в количестве ше­стерен и валов и способах использования шестерен — используются ли одни и те же шестерни на нескольких передачах или только на одной.

На рис. 412 показана простейшая ко­робка передач.

Рис.412. Схема коробки передач с двумя валами

В ней всего два вала. В та­кой коробке трудно получить большое пере­даточное число, так как крутящий момент на каждой передаче передается только через одну пару шестерен, а одна пара шестерен не может дать значительного передаточного числа. В самом деле, если ведущая ше­стерня имеет всего 12 зубьев (по условиям изготовления и работы шестерен меньше зубьев обычно не делают), то ведомая ше­стерня при передаточном числе 5 будет иметь 60 зубьев, а диаметр ее для обычных танковых коробок будет не менее 300 мм. При большем передаточном числе размеры шестерен будут еще больше, и вся коробка станет очень громоздкой.

Как правило, в танковых коробках передач передаточное число одной пары ше­стерен не превышает 3, поэтому коробки с двумя  валами применяются лишь при малом диапазоне скоростей.

Если диапазон скоростей велик, крутящий момент на каждой пере­даче передается через две и более пар шестерен. Тогда общее переда­точное число равно произведению передаточных чисел каждой пары и может быть достаточно велико даже при сравнительно небольших ше­стернях. В этом случае между ведущим и ведомым валами имеется один (рис. 413) или несколько передаточных валов с промежуточными ше­стернями.

Рис.   413,   Схема коробки передач с тремя валами (одинпередаточный вал)

В коробке передач, показанной на рис. 413, ведущий и ведомый валы расположены соосно — на одной прямой. Это дает возможность соединять их кулачковой или зубчатой муфтой так, что оба вала могут вращаться как одно целое (с передаточным числом, равным единице). Такая передача называется прямой; при ее включении шестерни вращаются вхоло­стую. Вследствие этого зубья шестерен не изнашиваются и мощность на преодоление тре­ния между зубьями почти не затрачивается.

Прямой передачей выгодно делать ту из передач, на которой машина движется большую часть времени (так, на автомоби­лях прямой передачей чаще всего делают высшую передачу).

Так как на танке высшей передачей приходится пользоваться сравнительно редко (она предназначена для движения только по хорошим дорогам), прямую передачу в тан­ковых коробках делают не высшей, а пред­шествующей ей. Передаточное число прямой передачи равно единице; поэтому, чтобы ско­рость танка на высшей передаче была боль­ше, чем на прямой, передаточное число выс­шей передачи должно быть меньше единицы. В этом случае ведомый вал должен вращаться быстрее ведущего. Такую передачу называют повышающей.

С увеличением числа передач увеличивается и число шестерен коробки. Чтобы избежать значи­тельного увеличения числа шесте­рен, а значит, и размеров коробки,, делают комбинированные короб­ки, в которых общее число ше­стерен уменьшено, В рассмотрен­ных нами коробках число шесте­рен вдвое больше числа передач, т. е. на каждую передачу при­ходится по паре шестерен. Короб­ка, показанная на рис, 414, имеет десять шестерен, но она дает не пять, а восемь передач.

Рис. 414, Схема комбинированной коробки передач

Действи­тельно, когда сцеплены шестер­ни 1и 2, передвижением каре­ток ведомого вала можно полу­чить четыре передачи. Еще четы­ре передачи дадут те же каретки при сцеплении шестерен 3 и 4.Но управлять коробкой такого устройства, как показано на рис, 414, труднее, чем простой: чтобы включить некоторые передачи, приходится передвигать сразу две ка­ретки—одну на ведущем, другую на ведомом валу.

Более сложные сочетания шестерен позволяют еще уменьшить их число. Так, в коробке, где промежуточные шестерни установлены неза­висимо одна от другой (не на общих валах), можно с десятью шестер­нями получить уже не восемь, а шестнадцать передач. Правда, меха­низм управления такой коробкой будет весьма сложным.

ЗАДНИЙ ХОД

Коленчатый вал двигателя всегда вращается в одну и ту же сто­рону. Между тем, чтобы танк мог свободно маневрировать, в особенно­сти в узких проходах, он должен иметь возможность двигаться не только вперед, но и назад. Для этого служит передача   заднего хода,или, сокращенно, зад­ний ход. Пользуясь задним ходом, можно изменять направление вращения ведущих ко­лес танка при неизмен­ном направлении вра­щения коленчатого ва­ла двигателя.

Для получения зад­него хода в короб­ке имеется дополнитель­ная каретка — каретка заднего хода (рис. 415). 

Рис. 415. Каретка заднего хода

При движении танка вперед каретка на ведомом валу (на рисунке задняя шестерня) сцеплена с шестерней ведущего вала. Так как ведущий вал вращается по часовой стрелке, то ведомый будет вращаться против часовой стрелки, как показано прерывистой стрелкой. То же самое произойдет при включении любой другой передачи (на рисунке шестерни этих передач не показаны).

Чтобы включить задний ход, передвигают каретку заднего хода, вводя ее в зацепление с шестерней на ведущем валу. Каретка заднего хода и ее вал с сидящей на нем вто­рой шестерней начнут вращаться против часовой стрелки. Вторая ше стерня каретки заднего хода, сцеп­ленная с шестерней ведомого вала, будет вращать ведомый вал по часо­вой стрелке, т. е. в направлении, противоположном тому, которое было при движении танка вперед. Вслед­ствие этого изменится направление вращения ведущих колес танка, и танк пойдет задним ходом,

ДЕМУЛЬТИПЛИКАТОР

Чтобы увеличить число передач и диапазон скоростей, на некоторых танках устанавливали две коробки передач, соединяя ведомый вал одной из них с ведущим валом другой. До­полнительная коробка, имеющая две, реже три передачи, называется де­мультипликатором в том случае, если ее передачи замедляю­щие (рис. 416), или мультипликато­ром, если ее передачи ускоряющие.

Рис. 416. Коробка   передач  с  демулътипликатором

Если на танке стоит четырехсту­пенчатая коробка, демульти­пликатор позволяет получить во­семь передач — по четыре на каж­дой передаче демультипликатора.

Коробка в сочетании с демульти­пликатором работает так же, как рассмотренная нами комбинирован­ная коробка (см, рис. 414), но при этом вся установка получается более громоздкой; вводится самостоятельный механизм со своим картером, отдельным рычагом управления, увеличивается общее число валов и шестерен.

Так, в коробке, показанной на рис. 414, имеется три вала и десять шестерен, а в коробке с демультипликатором (см, рис. 416) —пять валов и двенадцать шестерен, хотя число передач в обоих случаях равно восьми,

ГЛАВНЫЙ  ФРИКЦИОН 

УДАР ШЕСТЕРЕН ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ

Рассмотрим явления, происходящие при переключении передач. Пусть коленчатый вал двигателя жестко связан с ведущим валом коробки. В коробке находятся в зацеплении шестерни 1 и 2 (рис. 417, слева). Числа оборотов этих шестерен не равны, но окружные скорости их зубьев (т. е. путь, проходимый зубом в единицу времени) одинаковы. Это понятно, так как находящиеся в зацеплении зубья шестерен не мо­гут обгонять друг друга.

Рис. 417. Удар зубьев шестерен при переключении передач

Шестерня 3, жестко сидящая на ведущем валу, делает столько же оборотов, сколько шестерня 1. Но скорость ее зубьев больше скорости зубьев шестерни 1. Действительно, чем дальше от центра вала находится зуб, т. е, чем больше шестерня, тем больший путь за один оборот вала проходит зуб этой шестерни и тем больше его окружная скорость (рис. 417, посередине). Так, например, если диаметр шестерни 3. Вдвое больше диаметра шестерни 1, то ее зуб за один оборот опи­шет вдвое большую окружность; вдвое больше будет и его окруж­ная скорость.

По той же причине окружная скорость зуба шестерни 4 на ведомом валу меньше, чем окружная скорость зуба шестерни 2, Значит, скорость зуба шестерни 3 намного больше скорости зуба шестерни 4. Разность в скоростях зубьев этих шестерен будет тем больше, чем сильнее раз­рыв между скоростями обеих передач.

Разность окружных скоростей даст себя знать при попытке ввести в зацепление шестерни 3 и 4, т. е. перейти на высшую передачу; прои­зойдет удар зубьев зацепляемых шестерен; он будет тем сильнее, чем больше разница между окружными скоростями шестерен.

Удар не произойдет, если окружные скорости зубьев обеих шесте­рен в момент включения будут одинаковы. Чтобы уравнять их, надо за­медлить вращение ведущего вала после того, как выключена низшая передача. Это можно сделать, уменьшив подачу горючего, т. е. снизив обороты коленчатого вала двигателя. Для безударного включения пере­дачи механик-водитель должен точно уловить момент, когда скорости уравняются.

При переходе с высшей передачи на низшую (рис. 417, справа) окружная скорость зубьев шестерни 1 меньше, чем окружная скорость зубьев шестерни 2. Чтобы уравнять окружные скорости, можно после выключения передачи  увеличить подачу горючего, ускорив тем самымскорость вращения ведущего вала. Можно также выждать, пока не сни­зятся обороты ведомого вала в результате замедления движения танка, идущего по инерции. Но в обоих случаях все зависит опять-таки от искусства механика-водителя.

ФРИКЦИОННАЯ МУФТА

Если на время переключения передач разъединить ведущий вал ко­робки с коленчатым валом двигателя, удар будет значительно слабее. Так как ведущий вал коробки уже не связан с двигателем и вращается только по инерции, а масса этого вала невелика, то число оборотов его может легко измениться, как только шестерни начнут входить в зацеп­ление; поэтому между двигателем и коробкой передач должен быть ме­ханизм, который позволял бы отключать их друг от друга на время переключения передач, а затем вновь соединять. Таким механизмом мо жет быть соединительная муфта.

Однако жесткая соединительная муфта, например зубчатая, для этой цели не годится. При ее включении тоже произойдет удар, но не зубьев шестерен, а зубьев муфты. Меха­низм должен постепенно урав­нивать скорости коленчатого вала двигателя и ведущего вала коробки, которые он соединяет. Этого можно достичь при помощи такой муфты, которая передает крутящий момент посредством трения. Такая муфта называется фрикционной. Фрикционная муфта, соединяющая двигатель танка с его коробкой передач, называется главным фрикционом или сцеплением.

В работе почти всех рассмотренных нами ранее механизмов уча­ствовала сила трения. В большинстве случаев она оказывает вредное влияние, поэтому ее стараются уменьшить. Но уже при рассмотрении движения танка в начале настоящей главы мы познакомились с полез­ным действием силы трения. Именно сила трения удерживает опорные ветви гусениц на грунте, препятствуя их буксованию, т. е. обеспечивает движение танка.

Во фрикционных механизмах, к числу которых принадлежит и глав­ный фрикцион, сила трения используется для передачи крутящего мо­мента от одной вращающейся детали к другой.

Простейшая фрикционная муфта состоит из двух дисков, установ­ленных на разных валах и прижатых один к другому (рис. 418).

Рис. 418. Схема фрикционной муфты

Возни­кающая вследствие прижатия сила трения обеспечит передачу от одного вала к другому крутящего момента, величина которого будет равна про­изведению силы трения на средний радиус дисков (радиус трения).

Устройство главного фрикциона рассмотрено в главе III.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ, ПЕРЕДАВАЕМЫЙ ФРИКЦИОНОМ

Величина крутящего момента, передаваемого фрикционом, зависит от величины сил трения между ведущими и ведомыми деталями и от ра­диуса, на котором действуют эти силы. Можно считать, что сила трения приложена приблизительно в середине рабочей (трущейся) поверхно­сти диска. Таким образом, чем больше средний радиус диска, тем большиймомент трения имеет фрикцион и тем больший крутящий момент двигателя можно через него передать. Однако значительно увеличивать радиус трущихся деталей нельзя, так как это поведет к увеличению раз­меров фрикциона.

Как мы уже говорили, сила трения зависит от силы, с которой при­жаты одна к другой трущиеся детали, и от материала, из которого они изготовлены. В танковых фрикционах применяют либо одни стальные диски трения, либо стальные с чугунными; иногда для увеличения тре­ния диски обшивают специальными накладками из фрикционных мате­риалов, например из прессованной медно-асбестовой плетенки (ферродо) и т. п.

Если сила, сжимающая диски, равна 100 кг, то возникающая между дисками сила при трении стали по стали достигает 18 кг, стали по чу­гуну — 25 кг, стали по ферродо — 30 кг. Для некоторых фрикционных материалов сила трения достигает 50—55 кг на 100 кг прижимающей силы.

Сила трения резко уменьшается, если на трущиеся поверхности по­падает масло. Со стальных дисков масло легко смывается бензином, а с дисков, имеющих накладки, его удалить очень трудно, так как масло впитывается в поры накладок.

Иногда делают специальные фрикционы, работающие в масле. В этих фрикционах в противоположность сухим диски изнашиваются го­раздо медленнее, а включение фрикциона происходит более плавно; кроме того, масло хорошо отводит тепло от трущихся поверхностей ди­сков. Но зато сила трения между дисками таких фрикционов гораздо меньше, чем сухих.

Можно повысить силу трения фрикциона, увеличив силу, сжимаю­щую диски, т. е. сильнее сжав пружины. Но это нерациональный способ, потому что чем сильнее сжаты пружины, тем труднее выключить фрик­цион и тем большую работу приходится для этого выполнять механику-водителю.

Есть, однако, способ, который позволяет значительно повысить силу трения, не увеличивая сжатия пружин. Этот способ широко используется на средних и тяжелых танках.

В главе IIIбыло рассмотрено устройство фрикциона, который назы­вается однодисковым (см. рис. 91); в нем всего две пары поверх­ностей трения: одна пара — маховик и ведомый диск, другая — ведомый и нажимной диски. Сила трения длякаждой из пар одинакова, так как они сжаты одними и теми же пружинами. Если добавить в фрикцион еще один ведущий и один ведомый диск, получится уже четыре пары поверх­ностей с одинаковой силой трения для каждой пары, а общая сила трения возрастет вдвое. Вдвое, следовательно, увеличится и пере­даваемый крутящий момент и т. д. Поэтому, когда нужно переда­вать большой крутящий момент, применяют многодисковые фрикционы. Устройство такого фрикциона также рассмотрено выше (см. рис. 92).

Чем больше дисков имеет фрикцион, тем больший момент он может передавать.

Так, если сила трения для одной пары поверхностей равна Р, сред­ний радиус диска — R, а число пар поверхностей трения — n, фрикцион может передать момент М =РRп.

Заметим, что каждый диск (кроме двух крайних) имеет две поверх­ности трения.   Поэтому, например, если фрикцион имеет 7 ведущих и 6 ведомых дисков, у него будет 12 пар поверхностей трения (т. е. п = 12). Тогда при той же силе нажатия пружин и тех же размерах он сможет передать момент, в 12 раз больший, чем фрикцион, показанный на схеме (рис. 418), и в 6 раз больше, чем однодисковый.

Чтобы фрикцион мог полностью и надежно передать наибольший крутящий момент двигателя, момент от сил трения должен быть больше момента двигателя, т, е. фрикцион должен иметь некоторый запас мо­мента. В танковых фрикционах этот запас составляет 50—200%. Без него уже при небольшом ослаблении пружин или замасливании части дисков фрикцион не сможет передавать полный крутящий момент и бу­дет буксовать, в результате чего может «сгореть»,

РАБОТА ФРИКЦИОНА ПРИ БЫСТРОЙ ОСТАНОВКЕ ТАНКА

Вращаясь с большой скоростью, коленчатый вал и особенно маховик двигателя обладают большим запасом энергии. Выше мы видели, что, раскрутив маховичок инерционного стартера, можно, пользуясь его энер­гией, без труда провернуть коленчатый вал мощного двигателя. Маховик двигателя, правда, вращается медленнее маховичка инерционного стар­тера, но размеры его больше, и он тяжелее.

Допустим, что танк наехал на такое препятствие, которое исключает возможность движения вперед, и поэтому внезапно остановился. Гусе­ницы и, следовательно, все валы и шестерни передаточных механизмов, вплоть до ведомой части фрикциона, также должны остановиться. Не будь главного фрикциона, энергия продолжающего вращаться коленча­того вала с закрепленным на нем массивным маховиком пошла бы на разрушение деталей механизмов трансмиссии; произошло бы скручива­ние валов и поломка шестерен.

При наличии главного фрикциона такая возможность исключена. Так как танк остановился, то остановилась и ведомая часть фрикциона. Ма­ховик же вместе с другими деталями ведущей части будет продолжать вращаться; произойдет пробуксовка фрикциона, энергия маховика будет расходоваться на трение между дисками и в конечном счете превратится в тепло. В худшем случае это приведет к перегреву дисков, но поломки деталей трансмиссии будут предотвращены.

Явление, рассмотренное нами, происходит не только тогда, когда танк останавливается, но и во всех случаях, когда сопротивление движе­нию танка внезапно возрастает, вследствие чего резко уменьшается его скорость.

Буксование фрикциона в рассмотренных случаях уменьшает вероят­ность остановки двигателя. Действительно, если фрикцион пробуксовы­вает, то уменьшение оборотов ведущих колес не вызовет резкого сниже­ния оборотов двигателя. В данном случае обороты двигателя будут уменьшаться постепенно. При этом чем больше маховик, тем медленнее будут снижаться обороты двигателя, тем меньше вероятность его оста­новки.

Таким образом, фрикцион предохраняет передаточ­ные механизмы танка от поломок и препятствует остановке двигателя при резком уменьшении ско­рости танка.

Заметим, что механизм, предохраняющий агрегаты танка от поломок при резком изменении скорости его движения, обязателен при любом устройстве трансмиссии.

РАБОТА  ФРИКЦИОНА  ПРИ  ТРОГАНИИ  ТАНКА  С МЕСТА

Резкая остановка танка и трогание с места имеют много общего: в обоих случаях коленчатый вал работающего двигателя оказывается со­единенным с неподвижными ведущими колесами танка. Разница заклю­чается лишь в том, что при внезапной остановке танка двигатель вообще не может провернуть ведущие колеса, а при трогании с места он не мо­жет сделать это сразу, так как по инерции танк стремится остаться на месте.

Перед троганием с места механик-водитель выключает фрикцион и включает передачу, после чего плавно включает фрикцион. Ведомая часть фрикциона, связанная с ведущими колесами танка, сначала остается неподвижной, в то время как ведущая часть, связанная с коленчатым ва­лом двигателя, вращается. Ввиду этого в первый момент включения фрикцион будет полностью буксовать. Постепенно ведомая часть, увле­каемая ведущей, начнет вращаться, и танк плавно тронется с места. По мере того как обороты ведомой части увеличиваются, танк набирает ско­рость, и пробуксовка фрикциона уменьшается. Наконец, когда число обо­ротов ведущей и ведомой частей сравняется, пробуксовка фрикциона прекратится.

Пробуксовка фрикциона длится 1—2 секунды. Чем дольше он бук­сует, тем плавнее танк трогается с места. Можно продлить пробуксовку искусственно, включая фрикцион медленно. Но во время пробуксовки часть мощности двигателя тратится на трение между дисками. В резуль­тате диски нагреваются, и износ их ускоряется, особенно, если они об­шиты фрикционными накладками. Длительная пробуксовка приводит к тому, что накладки «горят», стальные диски коробятся и фрикцион вы­ходит из строя.

Во избежание порчи фрикциона его следует включать  быстро,  но  плавно.

Таким образом, главный фрикцион, помимо своего основного назна­чения — обеспечивать безударное переключение передач, предохраняет механизмы от поломки и позволяет танку плавно трогаться с места. Кроме того, фрикцион дает возможность отключать двигатель танка от коробки передач на очень коротких остановках и при преодолении неко­торых препятствий, резко снижающих скорость движения танка, а также при пуске двигателя, чтобы не тратить мощность стартера на прокручи­вание валов и шестерен коробки.

МЕХАНИЗМ  ВЫКЛЮЧЕНИЯ  И  ПРИВОД  УПРАВЛЕНИЯ  ФРИКЦИОНОМ

Чтобы выключить фрикцион, надо отвести нажимной диск от дисков трения (см, рис. 91, глава III). Тогда нажатие пружин на диски трения прекратится, сила трения исчезнет, и ведомая часть сможет остано­виться. Нажимной диск надо отвести на такое расстояние, чтобы между каждой парой поверхностей трения ведущих и ведомых дисков образо­вался зазор примерно 0,2—0,25 мм для стальных дисков и до 0,5 мм для дисков с обшивкой.

Достаточный зазор между дисками обеспечивает «чистоту» вы­ключения фрикциона, т. е. полное разобщение его ведущих и ведо­мых деталей.

Сила пружин включенного фрикциона составляет обычно 500— 1000 кг в зависимости от конструкции фрикциона. Когда отводится нажимной диск, пружины сжимаются дополнительно. Следовательно, чтобы выключить фрикцион, требуется сила, несколько большая, чем ука­зана выше.

Фрикцион выключают педалью. Но сила, которую следует при­лагать к педали, не должна быть больше 20—25 кг, иначе управлять танком будет трудно. Следовательно, чтобы сжать пружины фрикциона, между педалью и нажимным диском требуется ввести механизм, позво­ляющий прикладывать к педали силу, в 25—50 раз меньшую, чем сила, действующая на нажимной диск. Это можно сделать только при боль­шом передаточном числе привода; но тогда потребуется и большой ход педали. Так, если нажимной диск отходит при выключении фрикциона на 5 мм, то при передаточном числе 25—50 потребуется ход педали 125—250 мм (не считая хода на выбор зазоров в соединениях тяг). Ход педали редко делают больше 200 мм, так как при большем ходе управ­лять педалью неудобно.

Нужный выигрыш в силе обеспечивается устройством механизма выключения и привода к нему.

К приводу относится педаль, а также рычаги и тяги, соединяющие ее с механизмом выключения. Кроме рычагов привода, обеспечивающих выигрыш в силе, в самом механизме выключения для увеличения силы имеется рычажное устройство или наклонная плоскость.

В рычажном механизме выключения выключающая муфта действует на длинные плечи рычагов, а их короткие плечи оттягивают нажимной диск (см. рис. 94, глава III). Выигрыш в силе, полученный при помощи механизма выключения, достигается небольшой, примерно в 3 раза, по­этому при наличии сильных пружин нужно вводить длинные рычаги в привод.

Лучшие результаты дает механизм выключения с наклонными пло­скостями. Механизм с наклонными плоскостями состоит из двух кулач­ковых или шариковых чашек выключения: подвижной и неподвижной (см. рис, 91, глава III). Подвижная чашка через шарикоподшипник со­единена с отжимным диском, а неподвижная закреплена на картере двигателя.

Чем меньше угол наклонной плоскости, тем больше получается вы­игрыш в силе; если угол наклона составляет 10—12°, то сила увеличи­вается в 6 раз. Однако при уменьшении наклона увеличивается трение между кулачками или шариками и «слезками».

Кроме механического привода, рассмотренного нами в некоторых, танках применялся гидравлический привод.

Схема гидравлического привода показана на рис. 419.

Рис. 419.  Схема гидравлическою привода выключения главного  фрикциона

Здесь пе­даль главного фрикциона связана с малым поршнем, который может двигаться в цилиндре, заполненном маслом. Этот цилиндр трубкой свя­зан со вторым цилиндром, поршень которого значительно больше пер­вого. Второй поршень воздействует на механизм выключения.

Нажимая на педаль, механик-водитель передвигает малый поршень, который гонит масло во второй цилиндр. Давление масла в обоих цилин­драх будет одинаково. Но так как площадь второго поршня, на которую действует это давление, больше, то и сила, приложенная к этому поршню, будет во столько же раз больше. Так, если сила, действующая на малый поршень, равна 20 кг, а площадь его днища в 50 раз меньше площади днища большого поршня, то на второй поршень будет действовать сила

1000 кг.

Гидравлический привод позволяет, таким образом; получить большой выигрыш в силе без рычагов и на­клонных плоскостей. Однако нетруд­но убедиться, что и здесь выигрыш в силе получается ценой проигрыша в длине хода выключения. В нашем примере путь, который пройдет боль­шой поршень, будет в 50 раз меньше пути, пройденного малым поршнем. Следовательно, практически величи­на возможного выигрыша в силе ограничивается, как и для механиче­ского привода, ходом педали.

УСТРОЙСТВА, ОБЛЕГЧАЮЩИЕ ВЫКЛЮЧЕНИЕ ФРИКЦИОНА

Выключать фрикцион приходится очень часто. За 1 час движения по местности с подъемами до 1,5° ме­ханик-водитель переключает переда­чу 20—60 раз. Так как сила на пе­дали достигает 20—25 кг, то управ­ление фрикционом довольно сильно утомляет механика-водителя. Поэто­му на некоторых танках применяют специальные устройства, облегчаю­щие выключение фрикциона, так называемые сервоустройства. При их помощи мускульная сила ме­ханика-водителя частично заменяет­ся силой пружин фрикциона или силой, создаваемой за счет энергии двигателя танка. Последняя расхо­дуется: на создание давления возду­ха — при пневматическом серво­приводе или давления масла — при гидравлическом сервоприводе. Иногда для облегчения выключе­ния фрикциона используют разре­жение во впускной трубе двига­теля (сервоустройство вакуумного типа).

На рис. 420 показано, как используется для облегчения выключения фрикциона энергия пружин в механическом сервоустройстве.

Рис. 420.   Схема работы механиче­ского сервоустройства выключения главного фрикциона

Педаль главного фрикциона через рычаг связана с предварительно растянутой разгружающей пружиной (сервопружиной).

В положении А, когда фрикцион включен, сервопружина помогает возвратной пружине удерживать педаль в заднем положении. Как видно из рисунка, сила натяжения пружины вместе с силой сопротивления на оси педали создают пару сил, препятствующую движению педали вперед.

При нажатии на педаль механик-водитель дополнительно растяги­вает сервопружину, пока педаль не дойдет до мертвой точки, в которой плечо пары сил равно нулю (положение Б). После этого сервопружиыа начинает сжиматься, причем создаваемая в этом случае пара сил стре­мится повернуть педаль вперед — сервопружина помогает выключению фрикциона (положение В).

При следующем включении фрикциона его пружины, разжимаясь, возвращают педаль в заднее положение и растягивают сервопружину, причем возвратная пружина переводит педаль через мертвую точку.

Описанное устройство очень простое, но оно сравнительно мало об­легчает работу механика-водителя, так как действие сервопружины должно быть намного слабее действия пружин фрикциона. В противном случае фрикцион не сможет включаться под действием своих пружин, так как их силыне хватит, чтобы преодолеть силу сервопружииы.

На рис. 421 показана схема пневматического сервоустройства.

Рис. 421. Схема пневматического сервоустройства для выключенияглавного фрикциона

Ком­прессор, приводимый в действие двигателем танка, сжимает и накачи­вает воздух в баллон высокого давления. Нажимая на педаль, механик-водитель поворачивает распределительный кран и сообщает рабочий ци­линдр с баллоном. Воздух давит на поршень и передвигает его, преодо­левая давление пружин фрикциона. Фрикцион   выключается (рис. 421, вверху). Если отпустить педаль, кран соединит рабочий цилиндр с атмо­сферой, воздух перестанет давить на поршень, и пружины, разжимаясь, включат фрикцион (рис. 421, внизу).

Так как в данном случае, нажимая на педаль, механик-водитель за­трачивает силу только для того, чтобы открыть распределительный кран, то для выключения фрикциона требуется ничтожная сила.

БЕСПРУЖИННЫЕ ФРИКЦИОНЫ

Давление воздуха или масла может быть использовано не только для выключения, но и для включения фрикциона. В этом случае фрик­цион будет без пружин.

Устройство гидравлического (масляного) механизма включения бес­пружинного фрикциона показано на рис. 422.

Рис. 422. Схема гидравлического привода включения беспружинного фрикциона

От масляного насоса, приводимого во вращение двигателем, масло поступает к распределитель­ному крану и далее к цилиндру. Находящийся в цилиндре поршень свя­зан штоком с нажимной муфтой фрикциона. Давление, созданное насо­сом, передается через поршень и нажимную муфту дискам фрикциона (рис. 422, вверху).

Нажимая на педаль, механик-водитель поворачивает распределитель­ный кран, и масло из цилиндра возвращается в бак. Слабая пружина, установленная в цилиндре, толкает поршень в обратную сторону и отво­дит нажимную муфту, выключая фрикцион  (рис. 422, внизу).

Постоянное давление в системе поддерживается редукционным кла­паном. При возрастании давления клапан открывается и перепускает часть масла или все масло из насоса в бак.

Фрикцион такого типа не требует регулировки (см. ниже). Давление на поршень всегда одинаково; оно поддерживается редукционным клапа­ном, следовательно, всегда обеспечено полное включение фрикциона.

РЕГУЛИРОВКА ФРИКЦИОНА

Чтобы ведущие и ведомые диски фрикциона могли быть полностью сжаты, нажимной диск должен перемещаться под действием пружин, не встречая препятствий. Если на пути нажимного диска окажется какой-нибудь упор, который не даст ему двигаться, сила пружин будет частично или полностью передаваться на этот упор, а не на диски (рис. 423. вверху).

Рис. 423.  Регулировка главного фрикциона

Диски в этом случае не будут сжаты, и фрикцион не сможет полностью передавать крутящий момент двигателя. Танк будет плохо «тянуть». Так как фрикцион в этом случае непрерывно пробуксовывает, диски будут нагреваться, фрикционные накладки могут «сгореть».

Упоры, которые могут помешать нажимному диску свободно пере­мещаться, встречаются почти во всяком фрикционе. Не обязательно, чтобы они удерживали непосредственно нажимной диск; удержать его и помешать пружинам сжать рабочие диски может какая-либо из деталей механизма выключения или привода.

На рис. 423 показан упорный болт, который не дает педали отходить слишком далеко назад. Если ввер­тывать этот болт, он будет нажи­мать на педаль и подаст ее вперед. Педаль через тяги и рычаги привода и механизма выключения отведет на­жимной диск вправо так, что между ним и ведомым диском образуется зазор. Диск не будет зажат и сила пружин передастся на упорный болт, как и показано на рис. 423, вверху. В данном случае болт оказывается упором, мешающим нажимному ди­ску свободно перемещаться.

Если болт вывернуть (рис. 423, внизу), пружины фрикциона пере­местят нажимной диск влево, со­жмут диски, и фрикцион включится. В этом случае между деталями ме­ханизма выключения образуются за­зоры.

Фрикцион с шариковым механиз­мом выключения (см. рис. 91, глава III) не включается полностью, когда подвижная чашка через ша­рики или кулачки упирается в непо­движную. Тогда сила пружин пере­дается на неподвижное кольцо. Если расстояние между чашками доста­точное, а между шариком и чашкой есть зазор, нажимной диск переме­щается свободно, и фрикцион вклю­чается полностью.

Чтобы проверить, не ограничи­вается ли ход нажимного диска, надо взяться  рукой за рычаг подвижнойчашки и слегка покачать ее. Рычаг должен перемещаться на некоторое расстояние свободно, почти без всякого усилия, или, как говорят, иметь свободный ход. Наличие свободного хода показывает, что в меха­низме выключения есть зазоры и, следовательно, диски полностью сжаты. Это правило действительно для любого фрикциона с пружинами, какой бы механизм выключения он ни имел.

Правильно отрегулированный фрикцион должен иметь свободный ход педали, обеспечивающий работу фрикциона на достаточное время. Дело в том, что по мере износа дисков их толщина уменьшается, нажим­ной диск под действием пружин сдвигается в сторону маховика и за­зоры уменьшаются; поэтому свободный ход педали становится меньше. Когда свободный ход исчезнет полностью, включенный фрикцион начнет буксовать. Чем меньше свободный ход, установленный при регулировке, тем быстрее он исчезает в результате износа дисков трения и тем скорее приходится снова регулировать фрикцион.

Свободный ход должен быть не меньше того, который указан в на­ставлении для данного танка. Но он не должен быть и слишком велик. Ведь, кроме свободного хода педали, во время которого выбирают все зазоры в приводе и в механизме выключения, нужен рабочий ход, при котором отводится нажимной диск, чтобы фрикцион полностью выклю­чился. Поэтому полный ход педали равен сумме свободного хода и ра­бочего хода.

Величину рабочего хода уменьшать нельзя. Если он будет мал, фрикцион полностью не выключится, так как нажимной диск недоста­точно отойдет от дисков трения. Значит, если увеличить свободный ход педали, надо увеличить и полный ход ее. Однако при большом ходе пе­дали выключать фрикцион становится неудобно.

Отсюда следует и другой вывод: недостаточно отрегулировать сво­бодный ход педали, обеспечив полное включение фрикциона; регу­лировать необходимо также и полный ход. Только в этом случае обеспечивается полное выключение фрикциона.

Свободный и полный ход педали в разных фрикционах регулируются по-разному. Неодинакова и величина этих ходов. Но суть регулировок всегда одна и та же. При регулировке фрикционов с рычажным механизмом выключения добавляется требование, чтобы муфта вы­ключения нажимала на все рычаги выключения одновременно. Иначе нажимной диск перекосится, и нормальная работа фрикциона нару­шится.

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ

Главный фрикцион ослабляет удары зубьев шестерен во время пере­ключения передач, но полностью не предотвращает их. Чтобы избежать удара, нулшо полностью уравнять окружные скорости зубьев включаемых шестерен. Фрикцион дает возможность только приблизительно уравнять окружные скорости и, следовательно, полностью не предохраняет зубья шестерен от ударов и разрушения.

Для предохранения шестерен от поломки можно применить один из следующих способов: ослабить силу удара зубьев или ввести специаль­ные устройства, которые выравнивали бы окружные скорости зубьев при переключении.

ПОСТОЯННОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ ШЕСТЕРЕН

С целью уменьшить силу удара зубьев делают коробки передач с по­стоянным зацеплением шестерен.

На рис. 424 показана часть коробки передач с постоянным зацепле­нием шестерен.

Рис. 424.   Передачи с постоянным зацеплением шестерен

В отличие от коробки с подвижными каретками, ше­стерни ведущего вала этой коробки не соединены с ним шлицами, а сво­бодно вращаются на подшипниках, и потому число их оборотов может отличаться от числа оборотов ведущего вала. Между каждыми двумя такими шестернями на шлицах вала установлена зубчатая или кулачко­вая муфта, заменяющая каретку в обычной коробке. Каждая из шесте­рен ведущего вала постоянно сцеплена с одной из шестерен ведомого вала независимо от того, включена передача или нет.

Когда муфта находится в нейтральном положении, как это показана на рис. 424, ведущий вал может вращаться, но шестерни ведущего, а значит, и ведомого вала будут неподвижны. Чтобы включить передачу, надо передвинуть муфту вправо или влево. Тогда кулачки муфты войдут в зацепление с кулачками на ступице шестерни и крутящий момент будет передаваться от ведущего вала через муфту на ведущую шестерню, а с нее — на ведомую.

Допустим, что в коробке включена третья передача — муфта сдви­нута влево, а по условиям движения необходимо перейти на четвертую передачу. Шестерня четвертой передачи на ведущем валу вращается и при включенной третьей передаче; ее вращает шестерня ведомого вала, причем нетрудно убедиться, что она вращается медленнее, чем ведущий вал и связанная с ним муфта.

Так как окружные скорости кулачков на муфте и ступице шестерни в момент включения четвертой передачи неодинаковы, произойдет удар между кулачками. Но сила удара будет воспринята не одним зубом, как это бывает при включении каретки, а несколькими кулачками муфты. Кроме того, износ кулачков не так сильно отражается на работе коробки, как износ зубьев. Объясняется это тем, что кулачки работают только в момент включения и выключения передач, а зубья шестерен работают все время.

При постоянном зацепле­нии можно заменить шестерни с прямыми зубьями шестерня ми с косыми (наклонными) зубьями. Эти шестерни рабо­тают более плавно, бесшумно и меньше изнашиваются. Кро­ме того, их зубья длиннее и поэтому прочнее.

Устройство коробки пере­дач с постоянным зацеплением шестерен сложнее, так как, по­мимо шестерен, в ней имеются муфты и значительно большее количество подшипников. По­этому во многих коробках по­стоянное зацепление шестерен осуществляют только для выс­ших передач. Шестерни низших передач, которые включаютсязначительно реже, делают подвижнымии

УРАВНИТЕЛИ  СКОРОСТЕЙ  (СИНХРОНИЗАТОРЫ)

Постоянное зацепление шестерен ослабляет удар зубьев шестерен при переключении, но не исключает его. Чтобы полностью устранить удар, надо, как уже указывалось, иметь устройства для выравнивания окружных скоростей зубьев. Такие устройства называют уравните­лями скоростей или синхронизаторами.

Синхронизаторы (рис. 425) ставятся в коробках передач с постоян­ным зацеплением шестерен.

Рис. 425. Уравнитель (синхронизатор)

В отличие от коробки, часть которой пока­зана на рис, 424, коробка с синхронизаторами имеет две муфты — кулач ковую и фрикционную (конусную), как показано на рис. 425. На конус­ной муфте внутри и снаружи сделаны шлицы. Внутренними шлицами ко­нусная муфта соединяется с валом коробки. На наружных шлицах конус­ной муфты установлена кулачковая муфта. Она всегда вращается вместе с конусной муфтой, но может передвигаться по ее шлицам, как обычная каретка на валу. Кулачковая муфта удерживается на конусной несколь­кими шариковыми фиксаторами. В конусной муфте сделаны с обеих сто­рон две выточки в виде внутренних конусов. Эти конусы могут надви­гаться на наружные конусы левой и правой шестерен. Кулачки кулачко­вой муфты могут входить в зацепление с кулачками на ступицах ше­стерен.

Рассмотрим работу синхронизатора, показанного на рис. 425.

При переходе с одной передачи на другую муфта передвигается, до­пустим, влево (рис. 426).

Рис. 426. Работа синхронизатора

Сначала обе муфты, связанные фиксаторами, движутся вместе, пока конусная поверхность внутренней муфты не при­жмется к конусу на ступице шестерни (рис. 426, слева). Между кону­сами возникает трение, вследствие чего скорости вращения шестерни и муфты будут выравниваться. Как видно из рисунка, конусная муфта пе­редвигаться дальше влево не может, так как конусы плотно прижаты один к другому. Кулачковая же муфта, увлекаемая вилкой переключе­ния, пойдет дальше, при этом шарики фиксаторов будут утоплены з гнезда. Кулачки муфты войдут в зацепление с кулачками на ступице шестерни  (рис. 426, справа), и передача включится. Так как окружные скорости зубьев муфты и шестерни уравнены, включение произойдет без удара. Мощность будет передаваться с вала конусной муфте, через ее шлицы — кулачковой муфте, а от муфты — шестерне.

Некоторые синхронизаторы этого типа устроены так, что кулачковая муфта не может быть передвинута до тех пор, пока скорости муфты и шестерни не уравняются полностью.

ИЗБИРАТЕЛЬ (СЕЛЕКТОР)

На некоторых танках применялся механизм, значительно облегчаю-щий управление коробкой передач, так называемый избиратель или селектор. Селектор позволяет подготовить коробку передач к пере­ходу на следующую передачу, когда еще не выключена предыдущая. Переключение передач разбивается на две операции — предвари­тельную и основную. На основную операцию требуется значи­тельно меньше времени, чем при переключении без избирателя. Это по­зволяет быстрее переходить с одной передачи на другую. Поэтому ско­рость танка за время переключения снижается значительно меньше, чем при переключении обычной коробки передач; это уменьшает вероятность остановки двигателя.

На рис. 427 показана принципиальная схема избирателя на три пе­редачи.

Рис. 427. Схема избирателя (показано положение деталей лри включенной передаче)

Его основные детали — валик переключения, кулачковый валик и клавиши.

Валик переключения имеет продольную канавку, куда могут входить нижние концы клавишей. На верхний конец клавиша через рычажок дей­ствует выключающая пружина. Рычажок, таким образом, одним концом связан с клавишем, а другим с переводным валиком соответствующей передачи коробки передач. На каждом клавише есть прижимающая пру­жина, которая дает возможность кулачку повернуться, когда клавиш пе перемещается, и отжимная пружина, выводящая клавиш из продольной канавки валика переключения при его повороте.

Валик переключения связан тягами с педалью главного фрикциона. После выключения фрикциона валик поворачивается, давая возможность клавишам выходить из его продольной канавки или входить в нее. Пе­ред включением фрикциона валик возвращается в прежнее положение, толкая вверх клавиш, находящийся в его канавке. Таким образом вклю­чается передача.

Рассмотрим подробнее, как происходит переключение передач.

Допустим, что танк движется на второй передаче; на рис. 428 видно, что клавиш второй передачи приподнят.

Рис. 428. Работа избирателя (выбор передачи)

Заранее заметив препятствие, которое танк сможет преодолеть только на первой передаче, механик-водитель рычагом избирателя переводит кулачковый валик из положения 2 в положение 1 (предварительная опе­рация); при этом выступ кулачка 2 отойдет в сторону от клавиши 2 (рис. 428), а кулачок , сжав прижимающую пружину, прижмет кла­виш  к валику переключения.Пока в коробке ничего не изменилось, танк продолжает двигаться на второй передаче. Перед самым препятствием механик-водитель нажимает на педаль главного фрикциона; при выключении фрикциона поворачи­вается связанный с педалью валик переключения (рис. 429).

Рис. 429. Работа избирателя (переключение)

 Клавиш 2 под действием отжимной пружины выходит из продольной канавки ва­лика переключения. В то же время выключающая пружина при помощи рычажка передвигает вверх переводной валик коробки, и вторая пере­дача выключается. Одновременно в канавку валика переключения под воздействием сжатой кулачком прижимающей пружины входит кла­виш I,

Когда механик-водитель отпустит педаль фрикциона, валик переклю­чения повернется и займет прежнее положение. Клавиш 1 поднимется и, сжимая выключающую пружину, переместит рычажок, а с ним и пе­реводной валик, который включит первую передачу. Тем же способом можно перейти со второй передачи на третью и т. д. Если рычаг избира­теля повернут в положение Н_у ни один из трех клавишей не войдет в ка­навку валика, это будет нейтральное положение.

Таким образом, основная операция происходит одновременно с вы­ключением и последующим включением фрикциона. На переключение требуется лишь столько времени, сколько нужно для того, чтобы нажать на педаль фрикциона и отпустить ее. Разумеется, привод к фрикциону должен быть устроен так, чтобы включение фрикциона происходило лишь после включения передачи.

Применить избиратель возможно для коробки с постоянным заце­плением шестерен и синхронизаторами.

Избиратель может быть совмещен с сервоустройством. Если для пе­реключения передач применяется сервоустройство, например гидравличе­ское, можно сделать так, что при передвижении рычажка избирателя впускные клапаны рабочих цилиндров гидропривода откроются, но масло в них еще не поступит; поэтому переключение не произойдет, пока не будет нажата педаль главного фрикциона. После того ка:к механик-води­тель, нажав на педаль, выключит главный фрикцион, распределительный кран соединит масляный «насос с рабочими цилиндрами, в них поступит масло, и произойдет переключение.

Сервопривод «позволяет управлять не только коробкой, но и главным фрикционом при помощи одного и того же рычажка переключения пере­дач. В этом случае переключение может производиться как с предвари­тельным выбором передачи, так и без него. Такое управление коробкой называется полуавтоматическим. 

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧ

Усложнение устройства коробки передач направлено на упроще­ние и облегчение управления коробкой. Внимание, ко­торое уделяют конструкторы этой задаче, как и вообще облегчению управления танком, объясняется ее значением как для повышения средней скорости танка, так идля улучшения условий работы меха­ника-водиггел я.

Чем проще и легче управлять танком, тем чаще механик-водитель будет переключать передачи, когда этого требуют условия движения, и тем полнее будет использована мощность двигателя, что позволит повы­сить среднюю скорость движения. Наоборот, если управлять танком тя­жело, механик-водитель будет избегать переключения передач даже в том случае, когда это необходимо.

Применение избирателя, сводя основную операцию переключения к простому воздействию на педаль фрикциона, значительно облегчает управление танком. Следующий шаг на пути к облегчению управления — это переход к автоматическому переключению передач.

Автоматические устройства для переключения передач обычно до­вольно сложны. Поясним лишь сущность их работы по весьма упрощен­ной схеме (рис. 430).

Рис. 430. Принципиальная схема автоматической коробки передач

Передачи в этой схеме переключаются при помощи давления масла, которое масляный насос подает в рабочие цилиндры через золотниковые коробки.

Поршеньки (золотники) этих коробок связаны с центробежными ре­гуляторами, установленными на ведомом валу коробки передач. При пе­редвижении золотника открывается или закрывается доступ масла в ра­бочие цилиндры.

Допустим, что танк движется на первой передаче, на которой мощ­ность передается через шестерни 1—2 и 5—6. Пусть сопротивление дви­жению уменьшилось: танк перешел с подъема на горизонтальный уча­сток пути. Вследствие этого скорость танка начинает увеличиваться, воз­растает при этом и число оборотов ведомого вала коробки. Грузы обоих показанных на схеме регуляторов под действием центробежной силы рас­ходятся, сжимая пружины золотников; так как пружины обоих золот­ников одинаковы, то сильнее будут расходиться более тяжелые грузы ре­гулятора второй передачи. При определенной скорости, наибольшей для первой передачи, они передвинут золотник второй передачи, открыв до­ступ маслу из насоса в рабочий цилиндр этой передачи. Действуя на поршень, масло передвинет каретку передаточного вала. Шестерни 1 и 2 выключатся, а шестерни 3 и 4 войдут в зацепление; включится вторая передача. Путь масла в рабочий цилиндр и положение деталей меха­низма   переключения  для   этого  случая   показаны на схеме пунктиром.

Если сопротивление уменьшится еще более и танк достигнет высшей скорости на второй передаче, более легкие грузы второго регулятора также разойдутся настолько, что передвинут свой золотник. Масло пой­дет в рабочий цилиндр третьей передачи, каретка 6 передвинется и вый­дет из зацепления с шестерней 5; одновременно кулачки шестерен вой­дут в зацепление с кулачками на шестерне 3. Вторая передача таким об­разом выключится, а третья  (прямая) включится.

Допустим теперь, что на третьей передаче сопротивление движению танка увеличивается. Скорость танка и число оборотов ведомого вала коробки понизятся. Вследствие этого центробежная сила уменьшится, и легкие грузы регулятора третьей передачи сойдутся. Золотник третьей передачи передвинется в обратную сторону, и поступление масла из на­соса в рабочий цилиндр этой передачи прекратится. Одновременно рабо­чий цилиндр через золотниковую коробку соединится с баком. Выклю­чающая пружина, разжимаясь, передвинет поршень (масло перетечет в бак) и включит низшую, вторую передачу.

Дальнейшее увеличение сопротивления и уменьшение скорости при­ведут к тому, что сойдутся грузы регулятора второй передачи и вклю­чится первая передача.

Таким образом, передачи переключаются автоматически, без участия механика-водителя, в зависимости от сопротивления движению; при этом танк всегда движется на самой высшей передаче, какую только допу­скает сопротивление движению.

Механизм автоматического переключения требует ряда дополни­тельных устройств, не показанных на схеме, из которых упомянем о следующих.

Прежде всего, необходимо автоматическое устройство, выключающее и включающее главный фрикцион при переключении передач. Как будет видно из дальнейшего, для планетарной коробки передач такое устрой­ство не требуется, что позволяет упростить механизм автоматического переключения; поэтому автоматическое переключение чаще применяют для планетарных коробок. Но и в обычной коробке передач с главным фрикционом может быть применено автоматическое переключение. Так, рассмотренный выше главный фрикцион, который включается давлением масла (см. рис. 422), может быть применен и здесь; тогда подача масла в его рабочий цилиндр будет включаться и выключаться автоматически.

Допустим далее, что по условиям движения, например на марше в колонне, танк не может идти с большой скоростью, хотя сопротивление и позволяет двигаться на высшей передаче. Тогда механик-водитель уменьшает подачу горючего. В силу этого скорость танка уменьшается, и автомат включает низшую передачу, хотя в этом нет необходимости. Чтобы этого не произошло, ставят дополнительное устройство, не допу­скающее перехода на низшую передачу при уменьшенной подаче горю­чего, пока скорость танка не достигнет определенной величины. Напри­мер, если на полной подаче горючего переход с третьей передачи на вторую происходит в тот момент, когда скорость танка снизится до 20 км/час, то на малой подаче танк будет продолжать движение на третьей передаче, пока скорость не уменьшится до 15 км/час. Упомяну­тое устройство управляется приводом к дроссельной заслонке или рейке топливного насоса (педалью подачи горючего).

Наконец, при движении танка на крутом спуске будут автомати­чески включаться одна за другой высшие передачи, т. е. танк будет раз­гоняться, что недопустимо; поэтому в механизме переключения необхо­димо иметь еще одно дополнительное устройство, которое позволяло бы в подобных случаях выключать автомат.

ПЛАНЕТАРНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

ПРИНЦИП  ДЕЙСТВИЯ

Планетарные передачи применяются в коробках передач, механиз­мах поворота танка, бортовых передачах и в других механизмах (стар­тер, механизм поворота башни и др.).

Передача названа планетарной потому, что она имеет некоторое сходство с солнечной системой. В солнечной системе вокруг солнца об­ращаются его спутники — планеты. Каждая планета в то же время вра­щается вокруг своей оси, В планетарной передаче вокруг центральной солнечной шестерни обращаются шестерни — спутники, сател­литы (рис. 431).

Рис. 431.    Планетарная передача внутреннего зацепдения

 Каждый сателлит вращается на оси, закрепленной в детали, называемой коробкой сателлитов или водилом. Все сател­литы находятся в зацеплении с солнечной шестерней и с зубчатымвенцом, на котором сде­ланы внутренние зубья.

Планетарная передача, имеющая зубчатый венец, называется планетарной передачей внутренне­го зацепления.Рассмотрим работупланетарной передачи вну­треннего зацепления.

Закрепим зубчатый ве­нец неподвижно (рис. 432) и будем вращать солнечную шестерню.

Рис. 432. Работа планетарной передачи внутреннего зацепления при заторможенном и расторможенном венце

Чтобы ясно представить себе, что при этом происходит, предположим, что сателлит заменен двуплечим рычагом. Средней частью этот рычаг свободно поса­жен на ось сателлита, а заостренными концами входит между зубьями солнечной шестерни и венца. Повернувшись на небольшой угол, солнеч­ная шестерня передвинет верхний конец двуплечего рычага; нижний ко­нец его, удерживаемый неподвижным венцом, останется на месте; по­этому средняя часть двуплечего рычага переместится, но на меньшее расстояние, чем верхний конец. Средняя часть рычага — это ось сател­лита, закрепленная в водиле. Значит, солнечная шестерня, вращаясь, за­ставляет водило поворачиваться в ту же сторону, причем скорость пере­мещения оси сателлита меньше скорости зуба солнечной шестерни.

Конечно, если повернуть солнечную шестерню дальше, рычаг выйдет из зацепления с зубьями, но поскольку в действительности у нас не ры­чаг, а шестерня (сателлит), при повороте в зацепление будут входить его новые зубья; каждая пара противоположно лежащих зубьев сателлита будет как бы представлять собой двуплечий рычаг. Таким образом, са­теллит будет вращаться на оси, одновременно обегая внутри неподвиж­ный венец, и через свою ось увлекать водило.

Пусть в нашей планетарной передаче солнечная шестерня является ведущей частью, а водило — ведомой; например, солнечная шестерня свя­зана с коленчатым валом двигателя, а водило — с ведущими колесами неподвижного танка. Освободим (растормозим) зубчатый венец. Солнеч­ной шестерне труднее провернуть водило, которое удерживается веду­щими колесами танка, чем свободный венец; поэтому венец начнет вра­щаться, а водило останется на месте — средняя часть рычага непо­движна (рис. 432, справа). На сколько повернется один его конец, на столько же повернется и другой, но в обратную сторону. Итак, когда зуб­чатый венец освобожден, передача выключена, хотя все шестерни про­должают оставаться в зацеплении.

Чтобы включить передачу вновь, будем постепенно тормозить венец. В первый момент водило неподвижно. Затем оно начнет вращаться, при­чем, по мере того как скорость венца будет уменьшаться, скорость враще­ния водила, будет увеличиваться. До тех пор, пока зубчатый венец не остановится, водило будет вращаться медленнее, чем при неподвижном венце: концы двуплечего рычага перемещаются в разные стороны, хотя и с Неодинаковой скоростью. Следовательно, постепенно уменьшая скорость вращения   венца, т. е. тормозя его с возра стающей силой, мож­но постепенно увеличи­вать скорость водила.

Заметим, что мож­но закрепить не зубча­тый венец, а солнечную шестерню (рис, 433).

Рис. 433. Понижающие и повышающие планетарныепередачи внутреннего зацепления

Если вращать венец, то будет вращаться и во­дило; в данном случае лишь меняются места­ми подвижный и непо­движный концы двупле­чего рычага. Посколь­ку передвигается одив конец рычага, а другой удерживается, середина рычага будет двигать­ся медленнее, чем ко­нец, т. е. водило будет делать меньше оборо­тов, чем венец: передача будет понижать обо­роты (рис, 433, вверху). Водило может быть не только ведомой, но и ведущей частью пере­дачи. При этом ведо­мой частью станет сол­нечная шестерня   (еслизакреплен венец) или венец (если закреплена солнечная шестерня). В этом случае мы как бы передвигаем двуплечий рычаг за середину, удерживая один из его концов. Второй конец рычага будет проходить больший путь, чем середина, значит, венец или солнечная шестерня бу­дут вращаться быстрее, чем водило: передача будет повышать обороты (рис. 433, внизу).

Таким образом, можно получить четыре различные передачи с не­одинаковыми передаточными числами в зависимости от того, как исполь­зуются отдельные части планетарной передачи.

Существуют планетарные передачи и без зубчатого венца. Они на­зываются планетарными передачами внешнего зацепления.

Такие передачи состоят из двух солнечных шестерен, установленных на разных валах, и парного сателлита (рис. 434).

Рис.434. Планетарная передача внешнего зацепления

Одна из солнечных шестерен неподвижна; она называется тормозной. Другая, называемая ведущей, приводится во вращение. И в этом случае сателлиты будут обращаться вокруг солнечных шестерен и вращать водило.

В самом деле, солнечная шестерня вращает связанный с ней сателлит. Второй сателлит, сделанный заодно с первым, стремится по­вернуть тормозную шестерню. Но так как она закреплена неподвижно и повернуться не может, то саттелит обегает вокруг тормозной шестерни. Значит, его ось будет перемещаться и приводить водило во вращение.

Рассмотрим два случая работы такой передачи: когда тормозная ше­стерня меньше ведущей и когда она больше ее. Для упрощения представим парный сателлит в виде двуплечего рычага, как мы уже делали выше.

В первом случае (рис. 434, А) мы удерживаем один конец рычага. Сила, передвигающая рычаг, приложена в точке, лежащей между сере­диной рычага и этим концом; поэтому средняя часть рычага (ось сател­лита) будет перемещаться в ту же сторону, что и ведущая шестерня.

Значит, если тормозная шестерня меньше ведущей, водило вра­щается в ту же сторону, что и ведущая шестерня.

Во втором случае (рис. 434, Б) мы перемещаем конец рычага, удер­живая рычаг в некоторой точке, лежащей между этим концом и середи­ной (точка зацепления большой солнечной — тормозной — шестерни с ма­лым сателлитом); поэтому средняя часть рычага (ось сателлита) будет перемещаться в противоположную сторону.

Значит, если тормозная шестерня больше ведущей, водило вращается в сторону, противоположную вращению ведущей шестерни.

Все планетарные передачи имеют одну общую особенность: одна из шестерен (солнечная или венец) может быть неподвижной. а оси сател­литов обязательно перемещаются. Этим и отличается планетарная пере­дача от обычной шестеренчатой, где все шестерни вращаются, а оси их не перемещаются. Если закрепить водило, оси сателлитов перемещаться не будут. Но тогда на все время, пока водило будет неподвижно, плане­тарная передача превратится в обычную.

ПЕРЕДАТОЧНОЕ  ЧИСЛО ПЛАНЕТАРНОЙ  ПЕРЕДАЧИ

Определим передаточное число планетарной передачи внутреннего зацепления, у которой ведущей частью является солнечная шестерня, ведомой — водило, а венец, неподвижен.

Заменяя сателлит рычагом, мы видели, что один конец этого рычага закреплен, а другой передвигается солнечной шестерней. Очевидно, что за одно и то же время середина рычага проходит вдвое меньшее расстояние, чем его конец. Таким образом, дуга аbвдвое больше дуги cd(рис. 435); зуб сателлита  всегда движется вдвое бы­стрее, чем ось сателлита.

Рис.  435.  К определению передаточного числа планетарной передачи внутреннегозацепления

За один оборот солнечной шестерни ее зуб пройдет путь, равный длине окруж­ности солнечной шестерни. Длина этой окружности равна 2πг₁ где г₁— радиус сол­нечной шестерни. Если солнечная шестерня делает n₁об/мин, путь, пройденный ее зубом за 1 минуту, будет 2πг₁n₁ такой же путь пройдет зуб сателлита, так как его скорость в точке касания равна скорости зуба солнечной шестерни; вдвое меньший путь оси сателлита составит

2π г₁ n₁ / 2 = π г₁ n₁

Ось сателлита закреплена в водиле. За один оборот водила она описывает окружность длиной 2πг_в, где г_в - радиус водила. При п₀ об/мин водила путь, прой­денный осью сателлита за 1 минуту, будет 2π г_в п_0.

Мы рассмотрели, таким образом, путь, проходимый осью сателлита вместе с са­теллитом и вместе с водилом. Но это один и тот же путь: ось сателлита одна, она только связана с двумя разными деталями — с сателлитом и водилом; поэтому можно приравнять обе величины, написав

π г₁ п₁ = 2π г_в п₀   или, сократив на π  получим

г₁ п₁ = 2 г_в п₀

откуда

i= п₁  :  п₀  = 2г_в  :  г₁

Радиус водила равен полусумме радиусов солнечной   шестерни   и   венца, в чем легко убедиться из чертежа. Поэтому  2г_в = г₁  +  г₂,  а 

i= ( г₁  +  г₂ )  :  г₁  =  1 + г₂  : г₁

или

i= 1 + z₂: z₁

Число зубьев венца всегда больше числа зубьев солнечной шестерни, т. е. отно­шение   z2 : z1 всегда больше единицы.

Поэтому передаточное число планетарной передачи внутреннего зацепления с ведущей солнечной ше­стерней всегда больше двух, как бы мы ни изменяли число зубьев шестерен.

Когда ведущей частью является венец, а солнечная шестерня неподвижна, путь, проходимый зубом сателлита за один оборот венца, равен 2πг₂, где г₂ — радиус венца. Ось сателлита пройдет, как и в предыдущем случае, вдвое меньший путь, т. е. πг₂, а за  1  минуту при п₁  оборотах венца   πг₂п₁.

В то же время ось сателлита вместе с водилом пройдет путь, равный 2πг_вп₀  Приравнивая, как и раньше, эти две величины, найдем г₂ п₁ = 2π г_в п₀ ,  откуда

i =  n₁ :  n₀  =  2г_в  : г₂

Так как

2г_в = г₁ + г₂

 то

i= ( г₁  +  г₂ )  :  г₂  =  1 + г₁  : г₂

или

i = 1 + z₁ : z₂

Отношение   z₁: z₂   не может быть равно нулю и не может быть больше единицы.

Поэтому передаточное число планетарной пере­дачи внутреннего зацепления при ведущем венце не может быть меньше 1 и больше  2.

Таким образом, когда в планетарной передаче внутреннего зацепле­ния ведущей частью является венец, передаточные числа больше 1, но меньше 2, а когда ведет солнечная шестерня, они всегда больше 2. Этим объясняется, почему в разных случаях применяют разные передачи — либо с ведущим венцом, либо с ведущей солнечной шестерней.

Нетрудно заметить, что когда ведущей частью плане­тарной передачи внутреннего зацепления является водило, а ведомой солнечная шестер­ня, передаточное число всегда меньше 1/2. При ведущем во­диле и ведомом венце пере­даточное число планетарной передачи внутреннего зацепления всегда больше 1/2но меньше 1.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧИ

Допустим, что в шестеренчатой пере­даче нужно получить передаточное число i = 6. Возьмем простую пару шестерен с числом зубьев z₁= 12 ;  z₂ = 72 (рис. 436).

Рис. 436. Сравнительные размеры простой передачи и планетарной передачи внутреннего зацепления при одном и том же передаточ­ном числе

Пусть диаметр одной шестерни d₁= 60 мм. Тогда диаметр другой d₂= = 6 x60 = 360 мм. Наибольший размер всей передачи равен 360 + 60 = 420 мм.

В планетарной передаче внутреннего зацепления для того же передаточного числа i= 6 при z₁\ = 12 число зубьев са­теллита должно равняться  24, а числозубьев венца  z₂= 60,   так как  I= 1+60:12 = 6. Если диаметр солнечной ше­стерни d₁= 60 мм, то диаметр венца — наибольший размер всей передачи — ра­вен d₂=5d₁= 300 мм_у т. е. почти в 1,5 раза мейьше, чем у обычной непланетар­ной передачи.

Таким образом, размеры планетарной передачи внутрен него зацепления получаются значительно мень­ше, чем размеры простой шестеренчатой передачи с тем же передаточным числом. Правда, это преимущество проявляется лишь при больших передаточных числах.

Планетарные передачи имеют еще следующие преимущества. Крутя­щий момент в них передается одновременно через несколько пар зубьев, соответственно числу имеющихся сателлитов, а не через одну пару зубьев, как в обычной передаче; это позволяет уменьшить размеры зубьев шестерен, а значит, и сами ше­стерни или обеспечить большую их прочность. Для танковых передач, ра­ботающих с большими нагрузками, это особенно важно.

Ведущий и ведомый валы планетарной передачи расположены соосно, т. е. на одной прямой, что также является преимуществом плане­тарной передачи, так как дает возможность сделать механизм меньше компактнее.

Благодаря этим и некоторым другим достоинствам планетарные пе­редачи нашли широкое применение в танках, хотя по устройству они и сложнее обычных. Как мы увидим ниже, планетарная коробка передач имеет еще некоторые преимущества по сравнению с обычной шестерен­чатой коробкой передач.

ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Планетарная коробка передач состоит из нескольких планетарных передач. Размеры шестерен в этих передачах неодинаковы, поэтому ко­робка имеет несколько передаточных чисел. Включение и выключение пе­редач планетарных коробок осуществляются тормозами, воздействую­щими на зубчатые венцы или солнечные шестерни коробки.

В коробке (рис. 437) с двумя передачами для движения вперед и задним ходом ведущим является вал солнечных шестерен, а ведомым вал водила.

Рис. 437.  Планетарная коробка передач

При включенной первой передаче затянут тормоз первой пе­редачи, т. е. заторможен венец первого ряда. На второй передаче затя­нут тормоз второй передачи. Передаточное число второй передачи меньше, чем первой, так как солнечная шестерня второго ряда имеет больше зубьев, чем солнечная шестерня первого ряда, а венец второго ряда — меньше, чем венец первого ряда.

Задний ход получается в передаче с внешним зацеплением, когда за­тянут тормоз заднего хода, связанный с крайней правой солнечной шестер­ней. Так как тормозная шестерня больше ведущей, водило будет вра­щаться в обратную сторону.

Планетарные коробки передач, как и обычные, могут быть слож­ными (комбинированными): крутящий момент в таких коробках на каж­дой ступени передается не через одну планетарную передачу (один ряд), ачерез несколько рядов.

Планетарная коробка передач принадлежит к числу коробок с постоянным зацеплением шестерен и имеет все преимущества этих коробок. Кроме того, она обеспечивает быстрый, плавный и бесшумный переход с одной передачи на другую без всяких дополнительных устройств. Для этого доста­точно отпустить тормоз одной передачи и плавно затянуть тормоз другой. Как было показано, при постепенной остановке зубчатого венца скорость водила будет плавно изменяться — увеличиваться или уменьшаться. Когда венец остановится, т. е. когда тормоз будет затянут полностью, число оборотов водила станет постоянным. Так же плавно будет нара­стать скорость водила по мере затяжки тормоза, когда танк трогается с места. Заметим, что до полной остановки венца тормоз пробуксовы­вает: происходит то же самое, что в главном фрикционе при трогании танка с места.

Если танк внезапно остановится, наехав на препятствие, сателлиты не смогут увлечь водило, связанное с неподвижными ведущими коле­сами. Продолжая вращаться, они приведут во вращение зубчатый венец, хотя тормоз и останется затянутым. Энергия маховика будет расходо­ваться на трение в тормозе так же, как она расходуется в главном фрик­ционе на трение между дисками. Следовательно, тормоз или фрикцион планетарной передачи предохраняет детали пере­даточных механизмов от поломки. Таким образом, при на­личии планетарной коробки передач становится ненужным главный фрик­цион. Его заменяют тормоза передач. Отпадает необходимость и в син­хронизаторах.

Чтобы еще больше ускорить и упростить переключение пе­редач, в планетарных коробках, как и в обычных, применяют избиратели, а также сервоустройства — пневматические, гидравличе­ские и др.

БОРТОВАЯ  ПЕРЕДАЧА

Каждой скорости движения танка соответствует определенное число оборотов ведущих колес. Установим, каким должно быть это число обо­ротов для разных скоростей.

За один оборот ведущее колесо перемотает столько звеньев гусеницы, сколько оно имеет зубьев, если в зацеплении участвуют все зубья подряд. Общая длина перемотанной части гусеницы при отсутствии буксования равна пути, пройденному танком за один оборот ведущего колеса. При длине одного звена l м и числе зубьев ведущего колеса z этот путь равен S₁= l z  м или S₁= l z : 1000 мм.

Если ведущее колесо делает п об/мин, то путь, пройденный танком за час, т. е. его скорость, будет в 60 п раз больше пути, пройденного за один оборот ведущего колеса. Следовательно,

v = 60 n S₁  =  60 lzn : 1000 ,

или

v= 0,06 l z n

Пусть наибольшая скорость танка V = 50 км/час. Тогда 0,06 1 z п = 50, откуда

n = 50 : 0,06 lz

Предположим, что длина (шаг) звена l= 0,21 м и число зубьев ведущего ко­леса z= 16. Тогда число оборотов ведущего колеса Ери высшей скорости танка должно равняться

n =  50 : 0,06 x 0,21 x16 = 250 об/мин.                  

Танковый двигатель делает 2000—3500 об/мин. Следовательно, пере­даточное число между двигателем и ведущими колесами при наибольшей скорости, т. е. на высшей передаче, должно быть в пределах 8—14. Так, при  n_д= 2000 об/мин

i_в= 2000:250 = 8

На низшей передаче при диапазоне 10 ведущие колеса должны де­лать всего 25 об/мин. Для этого потребуется передаточное число в пре­делах 80—140; так, например, при п_д = 2000 об/мин

i_в  = 2000 : 25 = 80.

Осуществить такое передаточное число в коробке передач очень трудно. На низших передачах пришлось бы передавать крутящий момент через 4—5 пар шестерен. Коробка была бы крайне сложной, а ее раз­меры огромны. Между тем главное назначение коробки пе­редач — изменять передаточные числа в определен­ном диапазоне. В этом отношении коробки с передаточными чис­лами от 1 до 10 и от 8 до 80 равноценны, но первая будет во много раз проще и меньше. Поэтому увеличивать передаточные числа в определен­ное и неизменное число раз лучше при помощи самостоятельного ме­ханизма.

Пусть этот механизм, состоящий из одной или двух пар шестерен, расположенных вне коробки, имеет передаточное число, равное 8. Тогда для нашего примера передаточное число коробки на наибольшей скоро­сти (высшей передаче) может остаться равным единице, а на низшей 10.

Если взять передаточное число механизма не 8, а 16, то передаточ­ное число коробки на высшей передаче будет уже не 1, а 0,5 — передача станет повышающей, а общее передаточное число останется равным 8 (0,5 x16 = 8). Тогда на низшей передаче при том же диапазоне 10 передаточное число коробки также уменьшится вдвое (0,5 x10 = 5, вместо 10); размеры шестерен и всей коробки значительно уменьшатся, при этом на высшей передаче ведомый вал коробки будет вращаться вдвое бы­стрее коленчатого вала двигателя, делая 4000 об/мин, так как переда точное число равно 0,5. Наименьшее передаточное число коробки выби­рают так, чтобы обороты ее ведомого вала не были чрезмерно большими (не более 4000—4500 в минуту).

Механизмы с постоянным передаточным числом лучше всего поме­стить на бортах танка, за механизмами поворота — по одному перед каждым ведущим колесом. Тогда коробка передач и механизмы пово­рота будут передавать сравнительно небольшой крутящий момент и иметь небольшие размеры. Механизмы с постоянным передаточным числом названы бортовыми передачами. Передаточное число бортовых передач танков, как правило, находится в пределах 5—15.

Устройство бортовых передач было показано в главе III. Передача состоит из одной или двух пар шестерен (при i, равном 6—7,— одна пара, при iбольше 7 — две пары), заключенных в общий картер.

Бортовые передачи могут быть и планетарными. Планетарная бор­товая передача позволяет получить большое передаточное число (до 20 а выше) при сравнительно малых размерах,

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЕРЕДАТОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ И ПОТЕРЯ МОЩНОСТИ В НИХ


УСЛОВИЯ РАБОТЫ

Не все детали механизмов танка работают одинаково напряженно. Одни из них находятся в действии все время, пока движется танк, дру­гие только часть этого времени. На средних передачах коробка передач работает значительно больше, чем на низших и на высших, а задний ход включается очень редко и ненадолго. Ввиду этого нет смысла делать все механизмы и детали коробки передач одинаково прочными и износостой­кими. В большинстве танковых коробок низшие передачи, особенно за­медленную, рассчитывают на значительно меньший срок работы, чем средние; поэтому, когда в эксплуатации приходится использовать танк как тягач, следует учитывать эту особенность танковой коробки передач. Не следует часто применять танк в качестве тягача. Однако опыт второй мировой войны показал, что в боевой обстановке, там, где не могут ра­ботать незащищенные тракторы, танк вынужден часто брать на буксир другой танк. В этом случае буксирующий танк должен только вывести подбитый танк из района боя в укрытие, откуда буксировать дальше мо­гут тракторы.

СМАЗКА

В передаточных механизмах танков особенно сильно изнашиваются шестерни. Износ вызывается трением между зубьями. Для уменьшения трения шестерни работают в масле.

Смазывать необходимо не только шестерни, но и подшипники валов, а также муфты. Обычно масло заливают в картер механизма. Шестерни, вращаясь, захватывают смазку зубьями и разбрызгивают ее. Мелкие частицы масла попадают на шестерни, валы, подшипники и смазывают их. Стекающее с деталей масло отбирает тепло от шестерен и' уносит с собой металлические частицы, которые оседают на дно картера.

Уровень масла в картере механизма должен быть строго опреде­ленным. Если смазки мало, увеличится трение, износ и нагрев шестерен. Сильно нагреется и само масло. При избытке смазки мощность тратится на ненужное перемешивание масла.

Условия смазки значительно улучшаются, если применяется прину­дительная смазка, т. е. когда масло подается к шестерням и подшипни­кам насосом. При таком способе обеспечивается надежная смазка, масло очищается в фильтре и может охлаждаться в масляном радиаторе; кроме того, принудительная смазка дает возможность избежать ненужной по­тери мощности на перемешивание масла.

ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ТАНКЕ

Тепловая энергия, превращающаяся в двигателе в механическую ра­боту, передается механизмам танка неполностью: часть ее расходуется .на трение в самом двигателе и на приведение в действие его вспомога­тельных механизмов, о чем подробно говорилось выше, в главе IV. Если принять мощность, снимаемую с маховика, за 100%, то дальше эта мощ­ность распределяется примерно так, как показано на рис, 438.

Рис. 438. Распределение мощности в механизмах танка

Часть мощности двигателя будет затрачена на вращение вентиля­тора. Затрата мощности на вентилятор иногда достигает 10%. Правда» эта мощность затрачивается не бесполезно — она расходуется на охла­ждение двигателя. Мощность, затраченную на вентилятор, нельзя отне­сти к потерям, какими являются, например, потери на трение в подшип­никах. Это «потеря» лишь потому, что данная часть мощности не под­водится к ведущим колесам танка и не может быть использована на его движение.

Все остальные потери являются потерями в прямом смысле слова. Это мощность, которая тратится главным образом на трение между зубьями шестерен в коробке передач, конической и бортовой передачах и превращается здесь в тепло. Трение в шарико- и роликоподшипниках, на которых вращаются валы механизмов, очень невелико. Больше всего мощности (до 6%) теряется в коробке передач, если крутящий момент в ней передается через две пары шестерен. В том случае, когда в ко­робке на данной передаче работает одна пара шестерен, потеря мощно-сти уменьшается до 2—3%, а на прямой передаче — до 1%;.

Так как трение между зубьями конических шестерен больше, чем цилиндрических, то в конической передаче теряется до 3—4%; мощности; несколько больше 2% мощности будет потеряно в обеих бортовых пере­дачах.

Таким образом, до ведущих колес дойдет не более 78% мощности, снимаемой с маховика двигателя. А так как до 10% мощности затрачи­вается на трение в шарнирах гусениц, в опорных и поддерживающих катках, в ведущих и направляющих колесах, иначе говоря, в ходовой части, то примерно лишь 65—75% мощности израсходуется по прямому назначению — на преодоление сопротивления движению, т. е. на полез­ную работу танка.

Приведенные на рис. 438 данные о потерях мощности могут значи­тельно отличаться от данных, которые получаются на том или ином конкретном танке. Так, если танк имеет шестеренчатые механизмы пово­рота, в них дополнительно тратится мощность. Потери мощности зависят также от устройства самих шестеренчатых механизмов; например, в пла­нетарных передачах с внутренним зацеплением потери мощности могут быть значительно меньше, чем в непланетарных и в планетарных переда­чах с внешним зацеплением, и т. д.

НЕПРЕРЫВНЫЕ ТРАНСМИССИИ

Рассмотренные нами механизмы трансмиссии танка, как бы они ни были совершенны, все же обладают существенным недостатком — они не могут непрерывно изменять скорость и силу тяги в соответствии с изменением сопротивления, встречающегося в каждом отдельном слу­чае на пути движения танка.

Какие бы из рассмотренных механизмов трансмиссии небыли уста­новлены в танке, будет существовать лишь определенное небольшое число сопротивлений, при преодолении которых мощность двигателя используется полностью. При преодолении остальных сопротивлений мощность двигателя используется частично.

В так называемых непрерывных трансмиссиях — гидравличе­ских, электрических и механических — этого недостатка нет. Здесь для любого сопротивления, встречающегося на пути движения танка, может быть подобрана (без изменения мощности) равная ему сила тяги. Вслед­ствие этого мощность всегда используется полностью, если не считать внутренних потерь в самой непрерывной передаче.

Мы остановимся здесь на гидравлических и электрических переда­чах, так как попытки создать непрерывную механическую передачу для танков и особенно для автомобилей, предпринимавшиеся неоднократно, пока не увенчались достаточным успехом из-за сложности задачи. Ра­боты в этом направлении продолжаются. В частности, в последние годы советские ученые и конструкторы создали непрерывную механическую пе­редачу фрикционного типа для сельскохозяйственного трактора, прошед­шую пока первые, испытания.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ

Гидравлические непрерывные передачи могут быть двух типов: пе­редачи давлением — гидростатические и передачи потоком — гидродинамические. В основе работы обеих передач лежат два различных физических явления.

Рассмотрим простой пример, который поможет понять сущность этих явлейий.

Представим себе два шарика, лежащих рядом (рис. 439).

Рис.439. Передача энергии давлением и ударом

Представим себе два шарика, лежащих рядом (рис. 439). Если надавить  пальцем на один из них,  второй начнет двигаться.  В данном случае сила  пальца через первый ша­рик передается второму и  приводит его в движение.  Первый шарик не обладает большей энергией движения, чем второй, а только передает энергию руки второму шарику.

Теперь расположим оба шарика на некотором расстоянии один от другого и толкнем первый шарик. Покатившись, этот шарик ударит вто­рой шарик и приведет его в движение. В данном случае первый шарик служит носителем энергии, которую он получил при толчке и передает второму шарику при столкновении с ним.

В первом случае осуществляется статическая передача энергии — давлением, во втором динамическая — ударом. Статическая передача су­щественно отличается от динамической. Так, если к крайнему шарику при статической передаче приложить силу сопротивления (хотя бы при­держать шарик пальцем), то толкающая сила должна быть не меньше приложенной силы сопротивления. Увеличив сопротивление, т. е. создав большее препятствие для движения второго шарика, необходимо на столько же увеличить силу, толкающую первый шарик: только в этом случае шарики смогут двигаться.

Иначе обстоит дело при динамической передаче. Здесь первый ша­рик, получив толчок, катится ко второму шарику и при ударе частично или полностью передает ему свою энергию.

Допустим, что ко второму шарику приложено очень большое сопро­тивление. При столкновении шариков произойдет удар, и сила, прило­женная ко второму шарику, будет тем больше, чем больше это сопро­тивление.

В динамической передаче сила, толкающая второй шарик, зависит от сопротивления, приложенного к этому шарику, но не зависит от силы, которая была приложена к первому шарику со стороны руки. Рука уже не взаимодействует с первым шариком, когда он ударяет по второму.

ПЕРЕДАЧА  ДАВЛЕНИЕМ (ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ)

После рассмотренного выше примера с шариками легко понять, как работает передача, показанная на рис. 440.

Рис. 440. Схема простейшей гидростатической передачи

Ведущий коленчатый вал передачи соединен с валом двигателя. Кривошип вала передачи через шатун и направляющий шток связан с поршнем, нахрдящимся в блоке передачи. Точно так же устроена ведомая часть передачи. С кривошипом ведомого коленчатого вала, на концах которого установлены ведущие колеса танка (точнее, валы механизмов поворота, не показанных на схеме), соединен правый поршень. Пространство, в котором перемеща­ются поршни, заполнено жидкостью и соединено внешним и внутренним перепускными каналами. Во время работы передачи жидкость перете­кает по каналам из одного цилиндра в другой.

При вращении двигателем ведущего вала передачи левый поршень, двигаясь вправо (по рисунку), перегоняет жидкость по внутреннему перепускному каналу в правую часть. Правый поршень, двигаясь под дей ствием давления жидкости, приводит во вращение ведомый вал, а сле­довательно, и ведущие колеса. Жидкость, находящаяся под правым поршнем, перетекает по внешнему перепускному каналу в пространство под левый поршень. Когда левый поршень перемещается в обратную сторону, жидкость по внешнему перепускному каналу передает давление на правый поршень и передвигает его влево.

Существенным недостатком такой передачи является то, что она имеет постоянное передаточное число, равное единице, и, следовательно, не может менять силу тяги.

Изменить передаточное число можно, изменяя ход поршня, например, с помощью так называемой качающейся шайбы (рис. 441).

Рис. 441.   Принцип действия качающейся шайбы в гидропередаче

Ка­чающаяся шайба установлена на ведущем валу на круглой шпонке, ко­торая позволяет наклонять шайбу под углом. С шайбой шариирно соеди­нены штоки, связанные с поршнями. На нашем рисунке поршней два. Поршни перемещаются в цилиндрах корпуса, закрепленного на шлицах ведущего вала, на котором установлена и качающаяся шайба. Снаружи на качающуюся шайбу надевается кольцо привода (рис. 442).

Рис. 442. Схема гидростатической передачи с качающейся шайбой

 Посред­ством тяг и рычага управления можно придать этому кольцу, а с ним в качающейся шайбе нужный угол наклона. При вращении передачи кольцо привода ос­тается неподвижным и служит для направления вращения ка­чающейся шайбы.

Если качающаяся шайба установлена под прямым углом к валу, то при его вращении поршни в цилиндрах переме щаться не будут, так как рас­стояние от шайбы до корпуса и внизу и вверху одинаково.

Если кольцо привода вме­сте с шайбой наклонить и за­крепить в наклонном положе­нии, то конец штока, переме­щаясь вместе с шайбой относи­тельно наклонно расположен­ного кольца, будет то прибли­жаться к корпусу, то удаляться от него (см. рис. 441).

Значит,будут перемещаться и поршни в цилиндрах. Верхний будет нагнетать жидкость, нижний — отсасывать ее от гидромотора, с которым корпус связан при помощи труб.

В зависимости от угла наклона качающейся шайбы ход поршня бу­дет больше или меньше. Следовательно, будет меняться и крутящий мо­мент гидромотора.

На рис. 442 изображена гидростатическая передача. Она состоит из насоса с качающейся шайбой и гидромотора. Гидромотор (рис. 442, слева внизу) устроен так же, как рассмотренный в главе VIIгидромотор при­вода поворота башни.

 Рассмотрим теперь, как работает гидропередача.

Вращение коленчатого вала передается через ведущий вал качаю­щейся шайбе и корпусу насоса, закрепленному на том же валу. Под да­влением верхнего поршня жидкость из цилиндра поступает к гидромо­тору и приводит во вращение его крыльчатку, установленную на попе­речном (ведомом) валу. Из гидромотора жидкость откачивается нижним поршнем. Крутящий момент гидромотора, как уже отмечалось выше, ме­няется путем изменения угла наклона качающейся шайбы. К кольцу при­вода крепится рычаг, связанный через тягу с педалью управления. Нажимая на педаль, механик-водитель меняет наклон качающейся шайбы.

Если сопротивление движению танка увеличилось и требуется по­высить силу тяги, достаточно, нажав на педаль, уменьшить наклон шайбы. Тогда ход поршня уменьшится, а крутящий момент гидромотора и сила тяги соответственно возрастут.

Для упрощения схемы в гидростатической передаче, изображенной на рис. 442 не показан механизм заднего хода. Задний ход обычно осуществляется смещением оси крыльчатки гидромотора в противоположную сторону относительно оси корпуса гидромотора.

На рис. 443 показана гидропередача с двумя качающимися шай­бами.

Рис.443. Схема и устройство гидростатической передачи с качающимися шайбами, применявшейся на грузовых автомобилях

Эта передача аналогична передаче, приведенной на рис. 442. Шайба нагнетателя преобразует вращательное движение ведущего вала в поступательное движение поршней нагнетателя. Вторая шайба, поса­женная на ведомый вал, преобразует поступательное движение поршней приемника во вращательное движение ведомого вала.

Гидростатические передачи позволяют получить большой диапазон скоростей. Например, в гидростатических передачах, применяющихся для вращения башни танка, диапазон достигает 100.

В этом, как будет показано ниже, заключается основное преимуще­ство гидростатических передач по сравнению с гидродинамическими.

ПЕРЕДАЧА ПОТОКОМ (ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ)

В гидродинамических передачах используется энергия быстро теку­щей струи. Подведенная с большой скоростью жидкость, ударяя по ло­паткам рабочего колеса турбины, приводит его во вращение; ударяясь о лопатки и двигаясь по ним от краев к центру, жидкость отдает тур­бине свою энергию, постепенно теряя скорость, и выходит из турбины со значительно меньшей скоростью, чем входит в нее: энергия или живая сила потока превращается в работу вращения колеса.

Основными деталями гидродинамических передач являются рабочие колеса, по лопаткам которых движется жидкость (рис. 444).

Рис. 444. Разобранная на детали гидродинамическая передача.

Видны лопатки рабочих колес

Пусть такое колесо, свободно установленное на оси, может вращаться, почти не встречая сопротивления. Тогда достаточно струе коснуться лопаток, чтобы колесо пришло в движение. Давление на лопатки будет невелико, так как жидкость лишь скользит по ним, почти не упираясь. Зато ско­рость вращения колеса будет большая, на его окружности она почти равна скорости струи.

Заставим колесо турбины совершать какую-либо работу, например вращать гусеницы. Теперь, чтобы приводить колесо в движение, потре­буется большая сила; скорость вращения колеса   снизится, ввиду чего жидкость будет как бы упи­раться в лопатки с тем боль­шей силой, чем больше сопро­тивление на валу. При этом скорость жидкости, выходящей из колеса турбины, умень­шится.

Если отработавшую, поте­рявшую скорость жидкость пе­рекачать каким-либо насосом и подать обратно в турбину, жид­кость, получив новый запас энергии, сможет вновь совер­шать работу. Именно так и действуют передачи  потоком.

Простейшая гидродинами­ческая передача, применявшаяся на танках, называется гид­ромуфтой (рис. 445),

Рис. 445. Схема гидромуфты

Она состоит из двух механизмов — центробежного насоса и тур бины, заключенных в общий кожух. Устройство насоса и турбины одинаково; они представляют собой колеса, состоящие из двух дисков, между которыми находятся лопатки (см. рис. 444).

Центробежный насос приводится во вращение двигателем. Жидкость (вода, керосин, жидкое масло), поступающая к центру колеса насоса, захватывается лопатками и под действием центробежной силы отбрасы­вается к краям с большой скоростью. Из насоса жидкость попадает в ра­бочее колесо турбины; ударяясь с силой о лопатки, она передает свою энергию рабочему колесу турбины, заставляя его вращаться. Жидкость со все уменьшающейся скоростью приближается к центру турбины, от­куда возвращается в насос. Таким образом, внутри муфты циркулирует одно и то же количество жидкости, непрерывно переходящей из насоса в турбину и обратно.

В таком виде, как здесь описано, гидродинамическая передача еще не может заменить коробку передач в трансмиссии танка. Коробка пере­дач, меняя скорость, меняет и крутящий момент; с увеличением скорости момент уменьшается. Мощность при этом не изменяется, так как она равна произведению числа оборотов на крутящий момент, В гидромуфте можно изменить скорость вращения турбины, но нельзя изменить при этом ее крутящий момент, не меняя момента насоса.

В этом нетрудно убедиться на основе следующих рассуждений.

Пусть к ведущему валу гидромуфты приложен момент двигателя М_Д а к ведо­мому валу — момент сопротивления вращению ведущих колес танка М_С. Так как муфта имеет два вала, а других моментов к ней не приложено, то оба момента по закону равенства действия и противодействия должны уравновешиваться, или, иначе говоря, должны быть равными: М_Д=М_С. При постоянном моменте двигателя М_Д  момент со­противления М_С должен быть также постоянным. Так как момент сопротивления М_С зависит от условий движения танка, он будет меняться. Но тогда согласно приведен­ному равенству должен меняться и момент двигателя М_Д .Таким образом, гидравли­ческая муфта не может заменить коробку передач, которая позволяет при определен­ных условиях сохранять неизменным момент двигателя М_Д при изменяющемся мо­менте сопротивления М_С.Если турбина гидромуфты вращается медленнее насоса, т. е. муфта пробуксовывает» к ведущим колесам подводится мощность, меньшая мощности двигателя. Разница в мощностях тратится на внутренние потери в гидравлической муфте: на трение внутри самой жидкости, на удар и трение жидкости о лопатки, стенки картера и т. д. Все эти потери в конечном итоге превращаются в тепло и на­гревают жидкость, циркулирующую в муфте.

Если остановить ведомый вал гидромуфты (турбину) при работающем двига­теле, то вся мощность двигателя будет превращаться в тепло.

Заметим, что между гидромуфтой и обычной фрикционной муфтой, например главным фрикционом, много общего. Обе они не меняют мо­мента, а могут менять только скорость; часть энергии двигателя при буксовании фрикциона уходит на трение его дисков и превращается в тепло. Если остановить ведомый вал фрикциона (это происходит, напри­мер, в момент трогания танка), вся энергия двигателя идет на трение во фрикционе. Если фрикцион не буксует, т. е. если его ведущие и ве­домые диски вращаются с одной и той же скоростью, потери мощности нет, и вся мощность двигателя передается ведущим колесам танка.

То же происходит и в гидромуфте. Если ее ведомый вал вращается почти с той же скоростью, что и ведущий, почти вся мощность двигателя передается ведомому валу. Мы сказали «почти» потому, что ведомый вал гидромуфты всегда вращается несколько медленнее ведущего; при этом часть мощности тратится на внутренние потери в муфте, но это неболь­шая часть, обычно 1—1,5%.

Таким образом, гидромуфта хотя и не может выполнять задачи коробки передач, но частично выпол­няет задачи главного фрикциона в трансмиссии танка. Гидромуфта и применяется иногда в дополнение к главному фрикциону. По сравнению с обычным фрикционом гидромуфта имеет ряд преимуществ: она не боится перегрева, не требует регулировок, более плавно работает. Если танк с гидро­муфтой, наехав на препятствие, остановится, двигатель не заглох­нет. Трогание танка с места также происходит более плавно; увеличи­вая постепенно число оборотов двигателя, а с ним и насоса, механик-водитель этим самым плавно повышает число оборотов турбины, вслед­ствие чего растет и скорость танка. Гидромуфту не требуется выключать; достаточно уменьшить обороты двигателя настолько, чтобы крутящий момент, подведенный от насоса к турбине, стал меньше, чем момент сопротивления движению, приложенный к ведущим колесам танка, и тур­бина остановится, хотя насос будет продолжать вращаться. Таким обра­зом, фрикционная муфта при наличии гидромуфты нужна только для от­ключения двигателя от коробки передач на время переключения передач.

Чтобы сделать гидродинамическую передачу пригодной для исполь­зования в качестве коробки передач, между насосом и турбиной ставят неподвижное (невращающееся) колесо с лопатками — направляю­щий аппарат. Гидродинамическая передача с направляющим аппа­ратом называется гидротрансформатором или преобразовате­лем момента (рис. 444 и 446).

Рис. 446. Схема гидротрансформатора

Уже указывалось, что если сопротивление на ведущих колесах танка увеличивается и вследствие этого вращение турбины замедляется, жид­кость как бы сильнее упирается в лопатки, и крутящий момент увеличи­вается. Но, чтобы «упереться» в лопатки турбины, жидкость должна с такой же силой «оттолкнуться» от какой-либо опоры. В гидромуфте такой опорой были лопатки насоса; поэтому для увеличения момента со­противления требовалось увеличить момент двигателя, в гидромуфте всегда М_Д=М_С. В трансформаторе опорой служат лопатки неподвиж­ного направляющего аппарата. Вследствие этого трансформатор автома­тически изменяет скорость при увеличении сопротивления, т. е. является не только непрерывной, но и автоматической передачей.

На направляющий аппа­рат действуют два момента,направленных в разные стороны: момент насоса М_Д и мо­мент турбины М_С. Момент аппарата М_а всегда равен раз­ности  этих двух моментов.

Таким образом, к гидро­трансформатору приложены не два момента, как к муфте, а три—М_д, М_с и М_а, причем М_а = М_С - М_Д .  

Например, пусть момент сопротивления равен 10 кгм, а момент двигателя 5 кгм. Тогда М_а = 10 — 5 = 5 кгм.

Если сопротивление увеличится и М_с возрастет до 15 кгм, а двигатель будет развивать прежний момент М_Д =  5 кгм, то М_а = 15- 5 = 10 кгм; момент аппарата  увеличился вследствие увеличе­ния момента сопротивления, приложенного к колесу турби­ны» момент же насоса остался неизменным.

Направляющий аппарат существует и в тех механизмах для изменения крутящего момента, с которыми читатель уже знаком. Так, в ко­робке передач роль «аппарата» играет закрепленный в танке картер коробки. Если освободить картер, позволив ему вращаться, крутящий момент вкоробке увеличиваться не будет; какие бы шестерни мы ни вводили в зацепление, крутящий момент на ве­дущем и ведомом валах будет одинаков, а картер будет вращаться, увлекаемый ва­лами. В планетарной передаче направляющим аппаратом служит закрепленная деталь —  шестерня или венец.

Для гидротрансформатора особенно важно, чтобы возможно боль­шая часть мощности двигателя передавалась турбине, а потери энер­гии на удары, завихрение жидкости, на трение и т. д. были возможно меньшими.

Для этого лопатки направляющего аппарата располагают так, чтобы обеспечить наиболее плавное изменение скорости жидкости. Тогда потери энергии на удар о лопатки при определенном числе оборотов турбины,. т. е. ори определенном передаточном числе, будут наименьшие. С изме­нением числа оборотов турбины в ту или иную сторону потери будут возрастать, так как изменение общей скорости жидкости при входе в тур­бину и выходе из нее будет более резким. Если гидротрансформатор обеспечивает изменение скорости танка в пределах диапазона d= 2 то потери редко превышают 15—20% передаваемой мощности. С увеличе­нием диапазона потери растут; поэтому гидротрансформаторы обычно рассчитывают лишь на диапазон не более 4—4,5. Это соответствует рабочему диапазону скоростей танка. Для уве­личения общего диапазона можно поставить дополнительную механиче­скую коробку на две-три передачи.

Чтобы уменьшить потери и тем самым повысить диапазон скоростей гидротрансформатора, иногда делают лопатки направляющего аппарата поворачивающимися. Это дает возможность обеспечить плавный поток жидкости и уменьшить потери при разных передаточных числах.

С той же целью гидротрансформаторы делают двух- или трехступен­чатыми, т. е. ставят на ведомом валу не одну, а две-три турбины, распо­лагая между ними направляющие аппараты. Жидкость, двигаясь по ло­паткам турбин и аппаратов, отдает свою энергию не сразу, а постепенно. Плавное изменение скорости при переходе жидкости из одной ступени гидротрансформатора в другую уменьшает потери.

Иногда для уменьшения потерь гидротрансформатор устраивают так, что при уменьшении момента сопротивления до величины момента дви­гателя направляющий аппарат автоматически освобождается (растормаживается) и соединяется с насосом или турбиной, вращаясь заодно с ним. Благодаря этому гидротрансформатор превращается в гидромуфту, а в ней почти нет потерь мощности.

На рис. 447 показана осуществленная практически схема гидродина­мической трансмиссии танка с дополнительной механической коробкой передач.

Рис 447. Схема гидромеханической трансмиссии танка (вид в плане)

Направляющий аппарат здесь установлен на полом валу, ко­торый с помощью кулачковой муфты соединяется либо с неподвижным картером (передача работает как гидротрансформатор), либо с валом турбины (работает как муфта).

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ

В гидравлической передаче потоком насос превращает энергию двигателя в энергию движения (живую силу) жидкости, которая затем передается турбине. Электрическая передача работает подобным же об­разом: в генераторе (динамомашине) энергия двигателя преобразуется в электрическую энергию. Электрический ток устремляется в электромо­тор (электродвигатель), вызывая вращение вала электромотора. Таким образом, электрическая передача, так же как и гидравлическая, состоит из двух основных устройств,

В электрической передаче насос заменен генератором, а турбина — электромотором. Как и гидродинамическая, электрическая передача мо­жет быть непрерывной и автоматической. Электрическая трансмиссия за­меняет не только коробку передач, но и механизмы поворота танка. Для этой цели на танке устанавливают два электромотора, по одному для каждой гусеницы.

Непрерывная передача, как уже говорилось, должна изменять ско­рость движения танка и силу тяги на его ведущих колесах при неизмен­ной мощности и оборотах двигателя. Но раз мощность двигателя не ме­няется, постоянной должна оставаться и мощность генератора.

В главе Vуказывалось, что электромоторы обладают свойством уве­личивать крутящий момент при уменьшении числа оборотов: когда обо­роты якоря падают, уменьшается противоэлектродвижущая сила и увели­чивается сила тока, идущего в электромотор; при этом увеличивается и крутящий момент электромотора.

Мощность генератора равна произведению силы тока на напряжение; P=IU. При постоянном напряжении мощность генератора должна увеличиваться соответственно увеличению силы тока, идущего в электромо­тор. Чтобы поддерживать мощность постоянной, увеличение силы тока должно сопровождаться уменьшением напряжения генератора.

Электродвижущая сила и напряжение генератора зависят от числа оборотов якоря и магнитного потока, создаваемого полюсами. Поскольку обороты двигателя, а значит, и якоря генератора должны поддержи­ваться постоянными, для понижения напряжения необходимо уменьшить магнитный поток полюсов. При этом условии будет соблюдено постоян­ство мощности и оборотов двигателя.

Электрические трансмиссии имеют различное устройство, они отлича­ются одна от другой главным образом способом регулирования напряже­ния и силы тока.

На рис. 448 показана схема электрической трансмиссии.

Рис. 448.  Схема электрической трансмиссии танка

Здесь гене­ратор, приводимый во вращение двигателем, имеет две обмотки возбуж­дения. Одна из них (основная) питается током, который вырабатывается небольшим дополнительным генератором — возбудителем. Якорь возбу­дителя через якорь основного генератора связан с коленчатым валом дви­гателя. Ток обмотки полюсов возбудителя поступает от аккумуляторной батареи.  Таким   образом,   возбудитель  является   электрической   маши­ной с посторонним возбуждением. При неизменных оборотах двигателя напряжение на его щетках остается постоянным.   Это   значит,   что ток в основной обмотке возбуждения генератора   при   постоянных оборотах двигателя не меняется.

Вторая (регулирующая) обмотка возбуждения — последовательная: через нее проходит весь ток, идущий от генератора к электромоторам. Направление тока в этой обмотке противоположно направлению тока в основной обмотке; поэтому ток, идущий по регулирующей обмотке, размагничивает полюсы, уменьшая магнитный поток тем сильнее, чем больше сила тока.

Щетки обоих электромоторов присоединены параллельно к щеткам генератора, а их обмотки возбуждения питаются током от аккумулятор­ной батареи через реостаты. Переключатели позволяют изменять напра­вление тока в обмотках возбуждения, при этом полюсы электромагнита меняются местами (северный становится южным и наоборот), а напра­вление тока в якоре остается прежним. Якорь меняет направление своего вращения, и танк двигается задним ходом.

Рассмотрим прямолинейное движение танка. Для этого случая на­правление тока во всех цепях показано на схеме стрелками. Допустим, что напряжение генератора при постоянных (рабочих) оборотах двига­теля равно 200 в, а сила тока, идущего к электромоторам, 100 а; при этом танк развивает определенную скорость.

Пусть сопротивление движению танка увеличилось. Обороты элек­тромоторов упадут, и скорость танка уменьшится. Уменьшение числа оборотов якоря электромотора вызовет увеличение силы тока вследствие уменьшения противоэлектродвижущей силы. С увеличением силы тока сила тяги также увеличится. Однако поскольку увеличивается сила тока, про­ходящего по регулирующей обмотке генератора, его полюсы будут раз­магничиваться, и напряжение генератора уменьшится.

Таким образом, при увеличении сопротивления движению автомати­чески снизится скорость танка, а крутящий момент на ведущих колесах и сила тяги увеличатся; вместе с тем из-за увеличения силы тока, про­ходящего по регулирующей обмотке генератора, его напряжение умень­шится.

Обмотки генератора рассчитаны так, что мощность его останется примерно прежней. Допустим, что сила тока увеличится до 200 а, а на­пряжение упадет до 100 в; мощность будет та же самая, так как 200в х 100 а = 100 в х 200 а = 20 000 вт, или 20 квт.

Таким образом, электропередача, подобно гидравлической передаче потоком, является непрерывной и автоматической: скорость движения танка и сила тяги устанавливаются автоматически в зависимости от со­противления движению.

Если уменьшить обороты двигателя, напряжение генератора упадет вследствие снижения числа оборотов якоря и уменьшения магнитного потока полюсов, так как уменьшится сила тока, вырабатываемого воз­будителем. Это приведет к снижению скорости танка. Когда по условиям движения танк не может двигаться с высшей скоростью, допускае­мой сопротивлением дороги, механик-водитель может при помощи реостатов увеличить силу тока в обмотках возбуждения электромото­ров. При увеличении силы тока в обмотках возбуждения обороты электромоторов снизятся, вследствие чего скорость танка также станет меньше. Кроме того, можно регулировать силу тока в обмотках воз­буждения дополнительного генератора (на схеме эта регулировка не показана).

Электрическая непрерывная автоматическая трансмиссия, так же как и гидротрансформатор, имеет внутренние потери, причем эти потери тем больше, чем больше отличается режим движения танка — его ско­рость от той скорости, на которую, как на самую употребительную, была рассчитана электротрансмиссия. Так, например, если при расчете была принята скорость 30 км/час, то работа на других скоростях (20 или 40 км/час) будет сопровождаться потерями, тем большими, чем больше отличается скорость движения от расчетной скорости. Поэтому диапазон скоростей электротрансмиссии обычно ограничивают величиной 4—5; в этом диапазоне электрическая трансмиссия может работать эконо­мично. Для увеличения общего диапазона к электрической трансмиссии добавляют обычный демультипликатор на две передачи. Это позволяет расширить диапазон до 10, что для танка вполне достаточно.

Применение электротрансмиссии в танках до настоящего времени было ограничено вследствие ее сложности и относительно большого веса ее механизмов по сравнению с механизмами обычной шестеренчатой трансмиссии.

РАЗГОН  И  ТОРМОЖЕНИЕ

ПРИЕМИСТОСТЬ

Приемистостью танка называется его способность быстро набирать скорость с места и после переключения передачи. Чем быстрее разго­няется танк, тем выше его приемистость. Высокая приемистость обеспечи­вает танку хорошую маневренность, а это свойство для танка особенно важно, потому что в бою все время приходится маневрировать.

Выше указывалось, что танк начнет двигаться, если сила тяги на его гусеницах будет больше, чем сила сопротивления движению. Только в этом случае возможно ускорение танка, т. е. увеличение его скорости.

Чем больше разность между силой тяги и сопротивлением, тем быстрее танк будет набирать скорость и тем больше его ускорение. В соответствии с законом ме­ханики ускорение равно избытку силы тяги, деленному на массу танка, т. е.

i = (P - R₀) : M

где i—ускорение в  м/сек²

Р— сила тяги в кг;

R₀— сопротивление движению в кг;

М— масса танка в кг сек²/м.

Допустим, что сила тяги Р = 2500 кг, сопротивление Rо —1000 кг, а вес танка G= 25 000 кг. Масса танка равна его весу, деленному на ускорение силы тяжести (9,81 м/сек²), или, приближенно,

M= G : 10 + 25000:10 = 2500 кг сек²/м

Тогда ускорение танка будет:

I= (2500-1000):2500 = 1500:2500 = 0,6 м/сек²  

Таким образом, за каждую секунду скорость танка будет увеличиваться в сред­нем на 0,6 м/сек. Через 10 секунд с момента начала движения танка она составит 6 м/сек, через 15 секунд — 9 м/сек и т. д.

РАЗГОН И СИЛА ТЯГИ

От чего же зависит величина силы тяги при разгоне танка? Когда механик-водитель, намереваясь привести танк в движение, увеличивает подачу горючего и включает главный фрикцион, в первый момент число оборотов коленчатого вала и связанных с ним деталей повышается, а фрикцион полностью пробуксовывает: его ведущая часть вращается, а ведомая, связанная через передаточные механизмы с гусеницами, непо­движна. При трогаиии танка с места пробуксовка уменьшается, обороты ведомой части увеличиваются, а ведущей, наоборот, снижаются. В ре­зультате этого вращающиеся детали двигателя и вентилятор, связанные с ведущей частью фрикциона, отдают накопленную ими ранее кинетиче­скую энергию ведомой части, так же как, например, отдавал ее колен­чатому валу маховик электроинерционного стартера. Часть энергии ве­дущих деталей фрикциона затрачивается на трение, сопровождающее буксование, и превращается в тепло. Другая же часть воспринимается ведомыми деталями фрикциона и расходуется вместе с энергией двига­теля на разгон танка.

Таким образом, пока включенный фрикцион буксует, передаваемый через него крутящий момент будет больше крутящего момента двигателя.

Однако не вся энергия, полученная ведомой частью фрикциона, дойдет до ведущих колес танка. Часть энергии тратится на преодоление трения в механизмах, а часть ее идет на разгон вращающихся частей танка: шестерен и валов передаточных механизмов, гусениц, ведущих ко­лес, опорных катков и т. д.

Несмотря на потери энергии в буксующем фрикционе, сила тяги в первый момент разгона, когда фрикцион буксует, будет наибольшей, так как фрикцион передает наибольший крутящий момент. За время про­буксовки обороты двигателя падают. После окончания пробуксовки обо­роты двигателя вновь начинают повышаться. При этом часть мощности двигателя начинает расходоваться на разгон деталей самого двигателя и вентилятора. Часть мощности будет затрачена, кроме того, на увели­чение скорости вращения остальных механизмов; поэтому сила тяги на ведущих колесах и ускорение танка значительно уменьшаются. Тем не менее разгон будет продолжаться, пока двигатель не разовьет предельно допустимых оборотов, а танк — наибольшей на данной передаче скоро­сти. После этого возможности дальнейшего разгона исчерпаются, так как для увеличения скорости потребовалось бы превысить аредельные обороты двигателя.

Если необходимо еще увеличить скорость танка, нужно перейти на высшую передачу.

За время переключения (2—4 секунды для обычной коробки) часть достигнутом танком скорости будет потеряна. После переключения пере­дачи фрикцион некоторое время буксует как и при трогании с места, причем за это время обороты двигателя снижаются. Затем, когда про­буксовка кончится, обороты двигателя снова начнут повышаться, пока не достигнут нормальных, и т. д.

ПРИЕМИСТОСТЬ И УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ ВРЕМЯ И ПУТЬ РАЗГОНА

Большое влияние на приемистость оказывает удельная мощ­ность двигателя, т. е. мощность двигателя, приходящаяся на еди­ницу веса танка: N_{y .} Чем выше удельная мощность, тем больше будет сила тяги при одинаковой скорости и тем быстрее произойдет разгон танка.

Чтобы сравнить приемистость двух танков, надо знать время, за ко­торое они в одинаковых условиях, на одной дороге, разгоняются до оди­наковой скорости. Примем, что эта скорость равна 20 км/час — обычная средняя скорость на местности.

На рис. 449 показана примерная зависимость времени разгона tот удель­ной мощности двигателя N_y.

Рис. 449.  Зависимость времени разгона танка от удельной мощности двигателя

 Из рассмотрения кри­вой следует, что удельной мощности 12—15 л. с./т, типичной для большинства танков, соответствует вре­мя разгона, равное при­мерно 15 секундам.

Однако время разгона до одной и той же скоро­сти разных танков, имею­щих одинаковую удельную мощность, на практике далеко не одинаково. Оно зависит от многих факто­ров, в том числе от типа коробки передач и меха­низма переключения пере­дач, от приспособляемости

двигателя к изменяющейся нагрузке, от натренированности механика-водителя и даже от веса танка. Чем совершеннее коробка передач и механизм переключения передач, чем лучше приспособляемость двига­теля и выше квалификация механика-водителя, тем меньше время раз­гона, а следовательно, меньше и путь разгона. Время и путь разгона до максимальной скорости, выбираемой в соответствии с удельной мощ­ностью, зависит, кроме того, и от величины этой скорости. Для достиже­ния большей максимальной скорости нужно больше времени.

ТОРМОЖЕНИЕ

СПОСОБЫ ТОРМОЖЕНИЯ

Надежное и быстрое торможение — одно из важных условий, опре­деляющих высокую среднюю скорость танка и, следовательно, его манев­ренность.

Остановить танк можно двумя способами: либо только отключить двигатель от ведущих колес, выключив главный фрикцион или передачу в коробке, либо после отключения двигателя еще и искусственно задер­жать вращение гусениц при помощи специальных механизмов — тор­мозов *.

(*В некоторых случаях тормозом служит неработающий илиработающий с ма­лой подачей горючего двигатель. Тогда торможение происходит без отключения дви­гателя от ведущих колес  (см. ниже глава X)

В обоих случаях источником движения танка, поскольку двигатель не создает силы тяги на ведущих колесах, является энергия, запасен­ная танком при разгоне, — его живая сила. Она-то и расходуется на преодоление сопротивления движению. Когда вся живая сила будет из­расходована, танк остановится. Второй способ остановки отличается от первого тем, что затянутые тормоза не дают гусеницам вращаться. Оста­новленные гусеницы, скользя по грунту, сильно разрушают его, вслед ствие чего сопротивление увеличивается. Пользуясь этим способом, можно быстро остановить танк.

Когда тормоза затянуты неполностью, гусеницы вращаются, одновре­менно проскальзывая вперед (это явление — так называемый частичный юз — подобно частичному буксованию, о котором говорилось выше), что увеличивает сопротивление движению.

Если грунт не создает достаточно большого сопротивления движе­нию танка, например на льду, быстро остановить танк не удастся даже при полностью заторможенных гусеницах. Таким образом, торможение в первую очередь зависит от свойств грунта и характера взаимодействия с ним гусениц танка.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ  ПУТЬ ТОРМОЖЕНИЯ

Путь, который пройдет танк, расходуя свою живую силу до полной остановки, называется путем торможения. Определим его для двух случаев: когда гусеницы вращаются свободно и когда они полно­стью заторможены.

Величина живой силы танка определяется формулой живой силы:

W = M v² : 2

где W—-живая сила в кгм

М— масса танка в кг сек²/м;

 v—скорость его в м/сек в начале торможения.

Эта живая сила расходуется на преодоление сопротивления движе­нию, равного на горизонтальном участке пути R= fG.

Умножив силу сопротивления на путь торможения S_f, получим ра­боту, которая должна быть равна живой силе, т. е.

RS_f = M v² : 2

откуда

S_f = M v² : 2 R

Подставив значение Rи заменив массу танка через его вес

M= G:10 ,

получим

S_f   = Gv² : 2 x 10fG =  v² : 20f

Скорость здесь выражена в м/сек; чтобы выразить ее в км/час, разделим полученное выражение на 3,6² ( 3600 сек : 1000м = 3,6)  в результатеполучим

S_f   = v² : 3,6² x 20f =  v² : 260f

При скорости V— 30 км/час на грунте с коэффициентом сопротив­ления f= 0,08

S_f  = 30 х 30 : 260 x0,08 = 44 м

т. е. прежде чем остановиться, танк пройдет путь 44 м.

При замедлении движения танка энергию отдают не только детали, движущиеся поступательно вместе с ним, но и детали механизмов, вра­щающиеся относительно танка. Поэтому общий запас энергии танка будет несколько больше принятой нами величины   Mv²: 2 .  В то же времячасть энергии будет затрачена на работу трения в механизмах трансмис­сии и ходовой части; этими величинами пренебрегают.

Перейдем к определению пути торможения при полностью затормо­женных гусеницах. Танк будет скользить по грунту, срезая шпорами звеньев его неровности. Живая сила, как и в первом случае, будет рас­ходоваться на разрушение грунта, т. е. на преодоление его сопроти­вления.

Повторив только что приведенные рассуждения, получим ту же формулу для пути торможения. Другим будет только коэффициент со­противления. Величину его можно считать равной коэффициенту сцепле­ния φ. Тогда путь торможения при полностью заторможенных гусени­цах будет

Sφ  = v²: 260 φ                    (7)

Примем   скоростьv— 30 км/час,  а  коэффициент  сцепления    φ= 0,8,

тогда

Sφ  = 30 х 30: 260 х 0,8 = 4,4м,

т. е. в 10 раз меньше, чем при свободно вращающихся гусеницах. По­скольку тормоза затянуты полностью, уменьшить путь торможения на данном грунте и при данной скорости  нельзя.

Из полученных формул следует, что путь торможения зависит только от качества и состояния грунта и от скорости танка, а от веса танка не зависит.

Легкий и тяжелый танки, движущиеся с одной и той же скоростью, теоретически остановятся, пройдя равные пути торможения, если только коэффициент сопротивления у них одинаков и тормоза затянуты в один и тот же момент. В действительности может получиться разница в пу­тях торможения обоих танков, так как коэффициент сопротивления за­висит от веса танка.

Если не тормозить гусеницы полностью, а дать им возможность ча­стично вращаться, путь торможения танка будет меньше S_fно больше Sφ.В нашем примере можно, меняя силу торможения, изменять путь торможения в пределах 4,4—44 м, в зависимости от степени затяжки тормозов.

При неполностью заторможенных гусеницах часть живой силы танка расходуется на преодоление сопротивления грунта, которое несколько увеличивается по сравнению с сопротивлением в первом случае (когда гусеницы вращаются свободно), так как шпоры частично приторможен­ных гусениц сильнее разрушают грунт. Другая часть живой силы расхо­дуется в буксующих тормозах.

При движении танка по инерции ведущие колеса уже не ве­дут гусениц. Наоборот, их увлекают гусеницы. Упираясь в грунт шпорами, гусеницы вращаются, заставляя вращаться ведущие колеса.

ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ ПУТЬ ТОРМОЖЕНИЯ

Когда определялся путь торможения при полностью заторможенных гусеницах, предполагалось, что они тормозятся мгновенно. Но мгновенно затянуть тормоза нельзя. На затяжку их требуется некоторое время, и, как бы оно ни было мало, его надо учитывать. Действительно, при ско­рости 30 км/час за каждую секунду танк проходит более 8 м. Общее время торможения не так уж велико, и, следовательно, время затяжки тормоза в общем времени торможения может составить значительную часть; поэтому действительный путь торможения S_твсегда больше рас­четного   Sφ(теоретического).

Время, необходимое для затяжки тормозов, зависит от их устрой­ства, регулировки, а главное — от силы, которую механику-водителю приходится прикладывать при торможении; чем меньше требуется сила для торможения, тем быстрее удастся остановить гусеницы и тем меньше будет путь торможения.

При мгновенной и полной затяжке тормоза путь торможения для v= 30 км/час и φ = 0,8 составлял, как мы видели, около 4,5 м; если на затяжку требуется 1 секунда, S_т= 7,5 м; если 2 секунды, S_Т= 10 м. Точно определить путь торможения можно только опытным путем.

На рис. 450 приведены некоторые данные о действительном путл торможения танков, движущихся перед началом торможения с различ­ной скоростью на различных дорогах.

Рис. 450.Действительные пути торможения в различных условиях движения

На основании этих данных и формулы (7) можно найти выражение для определения  действительного   пути торможения.

Воспользуемся формулой (7) минимального пути торможения. Чтобы перейти к действительному пути торможения S_Т, надо умножить правую часть формулы на некоторый (пока нам неизвестный) коэффи­циент k, показывающий, во сколько раз действительный путь больше теоретического.

Будем иметь

S_Т  = k v²: 260 φ

Из приведенных ранее данных (см. рис. 404) коэффициент сцепле­ния для шоссе, покрытого мокрым укатанным снегом, φ= 0,5; тогда согласно рис. 450 можно определить значение коэффицента k:

для асфальтового шоссе по рис. 404 - φ= 0,4, и тогда по рис. 450

k = 260 x 0,4 x 23 : 42²  = 1,3 ;

k = 260 x 0,4 x 13 : 31²  = 1,3 ;

Подставляя в формулу для S_тзначение k= 1,3, получим приближенную формулу действительного пути торможения

S_т  = v²  : 200 φ

С известным приближением эта формула верна для любых грунтов.

При испытаниях, результаты которых приведены на рис, 450, тор­моза затягивались с максимальной быстротой, поэтому можно считать, что полученная нами формула дает наименьший действительный путь торможения. Как видим, он не намного отличается от теоретического пути торможения.

ТОРМОЗА

Работа тормоза, так же как и фрикциона, основана на использова­нии сил трения. Фрикцион — передаточный механизм, он стоит на пути передаваемой мощности; тормоз — вспомогательный механизм, через него мощность не передается. Назначение тормоза — изменить скорость тормозных деталей, а в отдельных случаях полностью остановить их.

Как указывалось в главе  III , на танках чаще всего применяются ленточные тормоза, реже — колодочные и дисковые.

Для затяжки тормоза, особенно на тяжелых танках, требуется боль­шая сила. Выигрыш в силе, как и в главном фрикционе, обеспечивается передаточным числом привода. Но этого выигрыша часто недостаточно, так как для получения нужной силы торможения требуется слишком боль­шой ход рычага (педали) тормоза, что затрудняет управление танком. Поэтому, чтобы облегчить торможение, тормоза часто снабжают серво-устройствами: механическими, гидравлическими, пневматическими и др.

САМОТОРМОЖЕНИЕ (СЕРВОДЕЙСТВИЕ)

Облегчить затяжку тормоза можно и без специальных сервоустройств. Для этого достаточно закрепить один конец тормозной ленты, связав другой с приводом. При вращении по часовой стрелке (рис. 451, слева) барабан как бы захватывает ленту и с силой увлекает ее за собой.

Рис. 451. Самоторможение ленточных тормозов (серводействие)

 Между барабаном и лентой возникает большое трение даже при слабом первоначальном натяжении свобод­ного конца ленты: барабан, захватывая леп­ту, тормозит сам себя. Тормоз такого типа называется простым (рис. 452, вверху).

Рис.452.  Типы ленточных тормозов

Простые тормоза обладают существен­ным недостатком: когда барабан вращается в противоположную сторону (при заднем ходе танка), требуется натягивать ленту в 5—6 раз сильнее, чем при вращении бара­бана вперед (см. рис. 451, справа). Поэтому тормозить танк, который движется задним ходом, будет тяжело. Практически это ска­жется, когда потребуется удержать спол­зающий танк на подъеме.

Если положение неподвижной опоры ленты меняется при изменении направления вращения барабана, т. е. если неподвижным делается то один, то другой конец ленты, тогда торможение танка будет одинаковглм и при движении его вперед и при движении назад, т. е. в обоих случаях потребуется одинаковая сила. Так работают плаваю­щие тормоза (рис. 452, внизу). Лента в них не имеет постоянного неподвижного крепления, она «плавает». Как только лента коснется барабана, он увлечет ее за собой. Лента будет перемещаться до тех пор, пока не дойдет до упора — правого или левого (на схеме), в зависимости от направления вращения барабана. Этот упор и огра­ничит дальнейшее перемещение ленты (закрепит ее).

Самоторможение тормоза, происходящее под действием силы трения, называется серво-действием тормоза. Серводействже используется в тормозах тех танков, тормо­жение которых без этого было бы затруднительным.

Когда нет необходимости использовать, серводействие для облегче­ния торможения (например, при наличии сервомеханизмов), тормоз де­лают дво иным (рис. 452, в середине). В двойном тормозе неподвиж­ную опору располагают посередине ленты или делают две ленты, причем один конец каждой ленты закрепляют. Барабан, увлекая одну половину ленты, отбрасывает другую. Двойной тормоз действует более плавно, чем тормоз с серводействием, и не вызывает резких рывков танка при тор­можении. Однако сила, требующаяся для затяжки двойного тормоза, в 2,5—3 раза больше, чем плавающего.                       

РЕГУЛИРОВКА ТОРМОЗОВ

Чтобы тормоз работал нормально, между лентой и барабаном при незатянутом тормозе должен быть зазор. Если его нет, лента все время касается барабана, обшивки ленты изнашиваются, нагреваются и могут сгореть. Особенно большое значение имеет зазор для простых и плавающих тормозов, так как даже при незначительном прикосновении ленты к барабану может произойти затяжка тормоза.                                      

Время от времени зазор приходится регулировать, так как по мере износа обшивки ленты он увеличивается. Лента плавающего тормоза при большом зазоре отходит далеко от упора. Коснувшись барабана, она резко поворачивается, увлекая за собой связанные с ней рычаги и тяги привода. Происходит рывок, который передается к рычагу управления тормозом или к тормозной педали.

Величина зазора между лентой и барабаном колеблется обычно от 1 до 3 мм. Уменьшить зазор нельзя, так как лента, прогибаясь, может коснуться барабана. Колодки обладают значительно большей жестко­стью, поэтому зазор в колодочных тормозах уменьшают до 0,5—0,75 мм. Соответственно уменьшается ход рычагов управления, а при равных хо­дах для торможения потребуется меньшая сила. В этом важное преиму­щество колодочных тормозов.

Чтобы уменьшить нагрев тормозов, особенно сильный при длитель­ном буксовании, тормоза иногда принудительно охлаждают. Для этого тормоз заключают в кожух, через который вентилятор прогоняет воздух.

СКОРОСТИ ТАНКА


РАСЧЕТНАЯ СКОРОСТЬ И СИЛА ТЯГИ


РАСЧЕТНАЯ СКОРОСТЬ

Скорость гусениц и сила тяги при определенном числе оборотов ко­ленчатого вала двигателя на данной передаче имеют вполне определен­ную величину. Чтобы подсчитать скорость, надо разделить число оборо­тов двигателя на общее передаточное число трансмиссии на данной пере­даче. Общее передаточное число равно произведению передаточных чи­сел всех механизмов трансмиссии. Определив таким образом число обо­ротов ведущих колес, можно определить скорость танка по формуле (6)

v = 0,06 l z n.

Скорость, которую имеет танк на той или иной передаче при числе оборотов двигателя, соответствующем его наибольшей мощности, назы­вается расчетной скоростью танка на данной передаче и обо­значается v_P.

Расчетные скорости обычно приводятся в руководствах, где указы­вается также, какому числу оборотов двигателя соответствует данная скорость. Иногда в руководствах указываются скорости для оборотов двигателя, соответствующих так называемой эксплуатационной мощно­сти. Эти скорости на 5—10% ниже расчетных.

Зная, в каких пределах изменяется число оборотов двигателя, можно найти наименьшую возможную скорость танка на данной пере­даче. Так, если расчетной скорости 20 км/час соответствует 2000 об/мин коленчатого вала двигателя, а наименьшее устойчивое число его оборо­тов под нагрузкой 800, т. е, в 2,5 раза меньше, то наименьшая возмож­ная скорость танка на этой передаче будет также в 2,5 раза меньше, т, е, 8 км/час.

РАСЧЕТНАЯ СИЛА ТЯГИ  И  УДЕЛЬНАЯ  МОЩНОСТЬ

В начале этой главы указывалось, что величина силы тяги опреде­ляется формулой (5)

P = 0,2 S_д : v

Здесь v— фактическая скорость танка.

Если в эту формулу подставим расчетную скорость v_р, то узнаем, какую силу тяги может иметь танк при полном использовании мощности двигателя на данной передаче. Назовем эту силу расчетной силой тяги:

               P_P = 0,2 N_д : v_P              (8)

Расчетной силой тяги называется сила, которая определяется, исходя из работы двигателя на полной мощности при движении танка со скоростью, соответ­ствующей этой мощности, т. е. с расчетной скоростью.

Действительная сила тяги на каждой передаче может быть несколько больше расчетной ввиду приспособляемости двигателя к внешней на­грузке. При уменьшенной подаче горючего она будет меньше расчетной.

Величину силы тяги удобнее выражать не через мощность, а через удельную мощность двигателя.

Согласно определению, данному ранее,

N_y = N_д: G

где N_y— удельная мощность в л. с/т;

G— вес танка в т.

Тогда

P_P = 0,2 N_y x G : v_P

ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТАНКА


МАКСИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ

Под максимальной скоростью понимают наибольшую скорость, ко­торую может развить танк на короткое время на ровной горизонтальной дороге.

Максимальная скорость определяется опытным путем. Для этого вы­бирают ровный прямолинейный участок дороги длиной около 1 км. При испытании измеряется путь и время движения танка. Путь, деленный на время, даст среднюю максимальную скорость. Разгон танка производится до отмеренного участка, а подача горючего за время испытаний поддер-живается постоянной, соответствующей максимальной мощности двига­теля. Чтобы исключить влияние подъемов и спусков, танк испытывают несколько раз при движении во взаимно противоположных направлениях и берут среднюю величину полученных скоростей.

Так определяется максимальная скорость испытанием. Но вели­чина максимальной скорости может быть примерно определена и путем расчета.

В начале этой главы была  определена  зависимость  между мощно­стью двигателя, скоростью движения танка и силой тяги:   N_д  = 5Pv. Если танк движется равномерно по горизонтальному участку пути, то

P = R = f G ,

откуда

N_д  = 5 f G v

Следовательно,

v = N_д : 5 f G

или

v = N_У : 5 f

Приняв для хорошей дороги  f= 0,06,  получим  максимальную ско­рость

v_max = N_У : 5 x 0,06 = 3,3 N_У

Приближенно можно считать, что максимальная скорость танка (в км/нас) на коротком участке хорошей дороги численно равна утроенной удельной мощности дви­гателя (в л. с./т):

v_max = 3 N_У

Посмотрим, что показывают опыты.

В приведенной на рис. 453 таблице даны значения v_max= N_У  для ряда танков, максимальная скорость которых получена из опыта.

Рис. 453.  Таблица значений отношения  v_max: N_У  на асфальтированном шоссе

Из таблицыследует, что полученные опытным путем значения  v_max= N_Удля танков разных весов и удельных мощностей близко подходят к величине  v_max: N_У= 3 , полученной путем расчета.

Некоторые танки, имеющие высокую удельную мощность, все же не могут развивать, соответствующую этой мощности максимальную ско­рость: передаточные числа в трансмиссии могут быть подобраны так, что расчетная скорость на высшей передаче окажется ниже возможной.

Максимальную скорость иногда снижают, чтобы уменьшить диапа­зон скоростей и таким образом сблизить передачи коробки. Сближение передач коробки позволяет получить более высокие средние скорости движения на местности, поскольку именно эти скорости являются важ­ным боевым показателем танка, более существенным, чем его макси­мальная скорость.

СРЕДНИЕ СКОРОСТИ

Средние скорости — основной показатель манев­ренности танка; поэтому они представляют наи­больший   практический  интерес.

Установим, что следует понимать под средней скоростью движения танка.

Если танк за 8 часов прошел 120 км, то его средняя скорость будет  v_ср  = 120 : 8 =15 км/час. Но по этой скорости еще ничего нельзя сказать о ходовых качествах танка.

Действительно, если один из танков имел скорость 15 км/час, а дру­гой 20 км/час, то это еще не значит, что ходовые качества второго танка лучше первого. Надо знать условия движения обоих танков. При дви­жении в колонне скорость танка снижается, вне дорог танку двигаться тяжелее, чем по дорогам, и т. д. Кроме того, надо знать, останавливался ли танк в пути или полученная скорость есть скорость чистого движения. Поэтому общее понятие «средняя скорость» ничего не дает; надо знать, о какой средней скорости идет речь. В связи с этим можно установить следующие средние скорости:

—  тактическая скорость, определяемая путем деления пройденного пути на время нахождения машины (колонны машин)  в пути, включая время на привалы, остановки  (вытягивание  и   сосредоточение   колонны машин);

—  эксплуатационная скорость,  показывающая,  сколько километров прошла машина за один час работы двигателя, с учетом работы его на месте;

—  средняя скорость движения, определяемая путем деления прой­денного пути на время нахождения машины в движении, исключая время на остановки.

На скорости движения машин оказывают влияние многие показа­тели. Остановимся на главных из них.

Удельная мощность двигателя. Чем выше удельная мощность, тем выше при прочих равных условиях скорости танка.

Передаточные числа трансмиссии и число пере­дач коробки. От передаточных чисел и числа передач коробки за­висит приспособляемость танка к меняющимся условиям движения.

Легкость управления танком. Чем легче управлять тан­ком, тем чаще механик-водитель переключает передачи, когда это тре­буется по условиям движения, тем полнее используется мощность двига­теля и, следовательно, тем выше скорости.

Приемистость. Чем более приемист танк, тем скорее он наби­рает скорость после переключения передач, тем выше средняя скорость движения.

Кроме того, на скорости танка (колонны танков) оказывают влия­ние тип и конструкция подвески, а также совершенство си­стем охлаждения   и  смазки  двигателя.

Чем мягче подвеска и чем выше плавность хода танка, тем боль­шую скорость может он развивать на неровных участках пути. Более со­вершенные системы охлаждения и смазки двигателя допускают более длительные перегрузки при движении танка в тяжелых условиях, по­этому реже приходится переходить на низшие передачи.

Наконец, скорости танка (колонны танков) зависят от удобства работы механика-водителя, от условий наблюдения из танка и от надежности работы всех механизмов   и устройств  танка.

Различные танки в одних и тех же условиях имеют различные сред­ние скорости движения, величина которых колеблется в довольно широ­ких пределах — от  ¹/з до ²/з максимальной скорости.

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ТАНКОВ

Скорости танка зависят не только от конструктивных особенностей танка, но и от того, насколько правильна его эксплуатация.

Увеличить скорости танков можно оперативно-тактическими и тех­ническими мероприятиями. Так; организация марша, обслуживание тан­ков на марше, порядок движения по дорогам (одностороннее или двух­стороннее), связь и т. д. — все это значительно влияет на величину так­тической скорости танков.

Из технических мероприятий в первую очередь следует отметить следующие.

При движении танка на дорогах и вне дорог механик-водитель дол­жен уметь максимально использовать мощность двигателя. Опыт пока­зывает, что в действительности мощность двигателя редко используется больше чем на 60%. Это объясняется в первую очередь условиями дви­жения. На дорогах скорость ограничивается встречным движением, со­вершением марша в колонне, когда невозможно обгонять идущие впе­реди машины, и т. д. Вне дорог скорость ограничивается подвеской: при слишком большой скорости происходят удары балансиров катков в огра­ничители. Эти причины, снижающие скорость танка, не зависят от меха­ника-водителя. Однако есть и другие причины, всецело зависящие от него. Так, например, механик-водитель не всегда обеспечивает работу на тех эксплуатационных оборотах двигателя, которые разрешены соответствующими инструкциями.

На скорости танка оказывает влияние также работа системы охла­ждения двигателя. Так, загрязнение сердцевины радиатора снаружи и отложение накипи на внутренних поверхностях системы охлаждения при­водят к ухудшению теплообмена системы охлаждения с воздухом и, как следствие, к быстрому перегреву двигателя танка.

Перегрев двигателя в конечном счете приводит к снижению средней скорости движения танка, так как вызывает необходимость включать низшие передачи коробки и замедлять в связи с этим движение танка, пока двигатель не остынет.

На скорость движения влияет регулировка механизмов управления танком. Если неверно отрегулирована величина хода педалей и рычагов управления, механику-водителю труднее управлять танком, ом тратит больше энергии, это быстро утомляет его и в конце концов отражается на скорости движения танка.

Таким образом, средние скорости танка зависят как от квалифика­ции механика-водителя, так и от состояния танка. Чем лучше техниче­ское состояние танка и более квалифицированный механик-водитель, тем выше средние скорости танка.

Поэтому надо учитывать, что если в мирное время в период обуче­ния механики-водители и офицеры не овладеют искусством водить танк на высоких скоростях, это приведет к снижению боевой эффективности танка и его маневренности на поле боя.

ПОДВЕСКА

Из ряда механизмов и устройств, которые влияют на скорость дви­жения танка, значительная роль принадлежит подвеске. Скорость танков на местности ограничивается подвеской. Неудивительно поэтому, что конструированию подвески уделяется большое внимание. Чем лучше подвеска, тем выше боевые скорости танка.

Устройство подвески изложено в главе III. Здесь мы рассмотрим не­которые вопросы, связанные с работой подвески.

ЖЕСТКАЯ  НЕЗАВИСИМАЯ   ПОДВЕСКА

К подвеске относятся детали, соединяющие корпус танка с  его опорными катками.

У первых танков подвеской служили оси катков, жестко прикреп­ленные к корпусу. Такая подвеска называется жесткой, независи­мой, так как каждый каток связан непосред­ственно с корпусом, не­зависимо от других катков.

Жесткая подвеска передает корпусу все толчки и удары, кото­рые испытывают катки при движении танка по неровностям местности. Сила ударов возрастает с увеличением скорости танка. При наезде на местное препятствие — кочку, бугор — каток поднимается, заставляя через ось подниматься и весь танк. Если жест­кая подвеска первых танков и была хоть в какой-то мере при­годна для малых ско­ростей движения (4— 6 км/час), то она со­вершенно негодна для современных танков, скорость движения ко торых в несколько раз выше. При жесткой подвеске практически невозможно вести наблюдение и стрельбу с хода.

Жесткая подвеска не применяется теперь не только на танках, но даже на тихоходных сельскохозяйственных тракторах. На всех танках применяется только упругая (рессорная) подвеска. Движение танка с жесткой подвеской (рис. 454) рассматривается здесь лишь для того, чтобы облегчить понимание работы упругой подвески.

Рис. 454.  Переход танка с жесткой независимой подвеской через препятствие

При наезде передним катком на местное препятствие корпус танка поднимается, поворачиваясь вокруг заднего опорного катка (рис. 454, А).Если высота препятствия равна h, то середина корпуса танка и его центр тяжести, расположенный примерно посередине  корпуса,   поднимутся на высоту, вдвое меньшую, т. е. h/2. По мере того как танк про­двигается по препятствию вперед, подъем корпуса увеличивается. Он будет наибольшим, когда центр тяжести окажется над препятствием (рис. 454,Б).

После того как центр тяжести пройдет препятствие, корпус накло­нится вперед (рис. 454, В, Г).

Если наводка пушки танка закончена до наезда на препятствие, а выстрел произведен во время подъема корпуса, будет перелет, а при выстреле во время спуска — недолет. При высоте препятствия 200 мм (небольшой бугор) и длине опорной поверхности танка 4 м корпус при наезде на бугор передним катком наклонится на 3°. На столько же уве­личится угол возвышения пушки. При выстреле это может вызвать пере­лет снаряда на несколько километров.

ЖЕСТКАЯ БАЛАНСИРНАЯ ПОДВЕСКА

 Пусть оси катков соединены попарно рычагами (балансирами). Ось балансира укреплена в корпусе танка так, что балансир может повора­чиваться на ней. Такая подвеска называется парной балансирной (рис. 455).

Рис. 455. Переход танка с парной балансирной подвеской через препятствие

Предположим, что балансиры равноплечие, а оси их располо­жены симметрично относительно центра тяжести танка. Тогда при наезде передним катком на препятствие   высотой hось балансира, связаннаяс корпусом, поднимется на половину этой высоты

h/2, а середина корпуса или его центр тяжести — на одну четверть высоты препятствия, т. е. на h/4 .  При одном и том же значении hугол, на который отклонится корпус танка, уменьшится вдвое по сравнению с жесткой незави­симой подвеской.

Катки, соединенные балансирами, называют тележкой. Если; объ­единить в тележке четыре катка, связав два малых балансира третьим, большим (рис. 456), то при симметричной подвеске, как видно из схемы, подъем середины корпуса и его наклон уменьшатся по сравнению с не­зависимой подвеской в 4 раза, т. е. при высоте препятствия hцентр тяжести танка поднимется на h/8.

Рис. 456, Переход танка со сложной балансирной подвескойчерез препятствие

При неизменной высоте неровности, на которую наезжает танк, угол наклона корцуса и подъем центра тяжести танка тем меньше, чем больше катков объединено балансирами в тележку. В этом некоторое преимущество балансирной подвески перед независимой. Применение балансиров уменьшает в несколько раз отклонение корпуса танка, а следовательно, и его оружия. Правда, при этом подвеска значительно усложняется, утяжеляется и делается более уязвимой.

РЕССОРНАЯ (УПРУГАЯ) ПОДВЕСКА

Упругость подвески достигается тем, что опорные катки соединяются с корпусом не непосредственно, а через упругие детали — рессоры. От удара молота по чугунной плите плита раскалывается. Но если поло­жить на плиту резину, часть энергии удара пойдет на ее сжатие, удар смягчится, и плита не разрушится. Резиновый бандаж опорного катка предохраняет от повреждений каток и гусеницу. Такую же роль играют рессоры подвески: смягчая удар, они предохраняют детали танка от раз­рушения.

На танках применяют рессоры чаще всего металлические, реже — резиновые. Металлические рессоры бывают листовые, спиральные, стержневые. В последнее время большое распространение получили стержне­вые рессоры (см. главу III).

Общим для всех рессор, как бы они ни работали (изгибались, за­кручивались, сжимались, т. е. так или иначе деформировались), является одно: они воспринимают энергию удара, которая в жесткой подвеске расходовалась бы главным образом на разрушение корпуса и катков танка. При упругой подвеске эта энергия тратится на деформацию рессор.

Упругая подвеска, так же как и жесткая, может быть независи­мой и балансирной. При независимой подвеске каждый каток связан с корпусом танка независимо от других катков, но, в отличие от жест­кой подвески, не непосредственно, а через рессору, например стержне­вую. При балансирной подвеске катки объединяются в тележки, причем рессору ставят между балансиром и корпусом или между балансирами, если в тележке их несколько.

Если часть катков объединена в тележки, а часть соединена с кор­пусом поодиночке, подвеска называется смешанной.

ХАРАКТЕРИСТИКА РЕССОРЫ

Для оценки и сравнения различных рессор пользуются их харак­теристиками. Характеристика — это выраженная графически зависи­мость между силой Р, приложенной к рессоре, и ее прогибом под дей­ствием этой силы или зависимость между моментом, закручивающим рессору, и углом закрутки (для стержневых рессор). Величину сжатия или прогиба рессоры называют стрелой прогиба и обозначают буквой f.

Чем больше сжата рессора под действием одной и той же силы, тем она мягче. Если сила 100 кг сжимает одну рессору на 1,5 см (рис. 457), а другую на 0,5 см (рис. 458), то первая рессора мягче второй.

Рис  457.   Характеристика мягкой рессоры

Рис.  458.  Характеристика жесткой рессоры

Жест­кость рессоры определяется наклоном ее характеристики. Для более жёсткой рессоры характеристика круче, так как одним и тем же нагруз­кам соответствуют меньшие стрелы прогиба. Таким образом, наклон ха­рактеристики дает возможность оценивать жесткость рессоры.

Характеристики бывают весьма разнообразны. Если сжатие рес­соры — ее   стрела   прогиба — увеличивается прямо пропорционально увеличению действующей на рессору силы, то характеристика изобра­жается прямой линией (линейная характеристика). Такую характеристику имеют листовые, цилиндрические спиральные и стержневые рессоры.

Характеристика может быть и не линейной, если при изменении на­грузки стрела прогиба меняется по-разному. Такая характеристика пред­ставляет собой кривую линию (рис. 459).

Рис. 459. Характеристика конической рессоры

Криволинейную характеристику имеют стальные конические (спиральные), а также резиновые рессоры. Криволинейной будет и характеристика пневматической рессоры, в кото­рой роль пружины играет сжатый воздух, действующий на поршень, свя­занный с катком. Характеристика двух цилиндрических спиральных рес­сор, из которых одна помещена внутри другой так, что при небольшой нагрузке сжимается только одна из них, а при большой — обе, имеет вид двух прямых линий с разными углами наклона. Общая характеристика получается в виде ломаной линии (рис. 460).

Рис.  460.   Характеристика двойной рессоры

ХАРАКТЕРИСТИКА   ПОДВЕСКИ

Если рессора установлена непосредственно над осью катка, переме­щающейся только вертикально, на нее действует такая же сила, как на каток, и прогиб рессоры равен перемещению (подъему) катка. Графи­ческая зависимость между силой, действующей на каток, и величиной перемещения, вызванного этой силой, называется характеристикой подвески; эта зависимость в дан­ном случае такая же, как характе­ристика самой рессоры, т. е. обе ха­рактеристики совпадают.

Если же между катком и рессо­рой находится рычаг (балансир), нагрузки на каток и его перемеще­ния отличаются от нагрузок и стрел прогиба рессоры. Следовательно, ха­рактеристики подвески и рессоры бу­дут различны. На рис. 461 показаны две    характеристики: прямой  линией — характеристика рессоры, кривой — характеристика подвески.

Рис.  461  Характеристики  рессоры и  подвески

Подвеска и рессора имеют разную жесткость, причем жесткость подвески вначале велика, затем, постепенно уменьшаясь, становится почти неизменной (прямолинейный участок).,. а при большом поднятии катка жесткость снова увеличивается. Это про­исходит вследствие того, что с изменением угла наклона рычага меня­ются плечи сил, действующих на каток и рессору.

Характеристика танковой подвески не должна быть прямолинейной. Если характеристика очень крутая (подвеска жесткая), танк испытывает сильную тряску на незначительных неровностях даже на хорошей дороге. При слишком пологой характеристике и, следовательно, очень мягкой подвеске рессора на значительных неровностях сожмется полиостью и рычаг катка будет ударять об ограничитель (см. рис. 461). Поэтому желательно, чтобы характеристика подвески была криволинейной: поло­гой в начале сжатия рессоры и крутой в конце. Тогда при наезде катков танка на небольшие неровности дороги рессоры легко сжимаются и танк не испытывает тряски. В случае движения вне дорог, когда преодоле­ваются большие препятствия, перемещения катков будут велики, но при больших перемещениях подвеска становится жестче, и вероятность удара рычага об ограничитель уменьшается.

На грузовых автомобилях подвеска часто состоит из двух рессор, вступающих в работу последовательно. Когда автомобиль идет порож­няком, работает одна рессора, подвеска в этом случае мягкая. При нагруженном кузове работают обе рессоры, и подвеска становится более жесткой. Характеристика такой подвески изображается в виде ломаной линии (см. рис. 460).

Почти все танки имеют в сущности такую же подвеску, только вторая рессора заменена в них очень жестким резиновым буфером. Буфер представляет собой толстый кусок резины (иногда несколько ре­зиновых пластин, соединенных вместе), прикрепленный к корпусу танка.. При полном сжатии стальной рессоры рычаг катка нажимает на резину, при этом удар рычага о корпус ослабляется. Резиновый буфер ограничивает подъем катка, ввиду чего его часто называют ограни­чителем.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ МЕЖДУ КАТКАМИ

Возьмем жесткий, непрогибающийся брус весом 6 ти установим его на четырех опорах одинаковой жесткости. Тогда на каждую из опор будет приходиться четверть веса бруса, т. е. 1,5 т(рис, 462, вверху слева).

Рис.462. Распределение нагрузки между катками в зависимостиот жесткости рессор

Установим тот же брус на четырех пружинах различной жесткости. Допустим, что две средние пружины более жесткие и под действием силы в 1 г сжимаются на 1 см, а две крайние более мягкие и сжимаются при той же нагрузке на 2см.                                                                  

Под тяжестью бруса все пружины сожмутся на одинаковую вели­чину, допустим на 2 см. При этом две крайние пружины, как более мяг­кие, будут сжаты силой по 1 ткаждая, две средние — силой по 2 т каж­дая (рис. 462, вверху справа), а общая нагрузка останется прежней — 6 т. Таким образом, нагрузка на опоры зависит не только от веса бруса, но и от жесткости его рессор. Нагрузка распределяется неравномерно и в том случае, когда все рессоры имеют одинаковую жесткость, но раз­ную длину. Так, например, если средние рессоры более длинные, при установке бруса они начнут сжиматься раньше, чем короткие, и на­грузка на них будет больше, чем на крайние рессоры.

Неравномерно распределена нагрузка в подвеске танка и тогда, когда жесткость или длина рессор его катков различна. Подбором рессор можно добиться, чтобы вес танка распределялся между катками равно­мерно или неравномерно  (рис. 462 внизу). Кроме того, распределениенагрузок зависит от расстояниямежду катками.

Одинаковое распределение на­грузки обеспечивает равномерность давления гусениц на грунт и, следо­вательно, увеличивает проходимость танка на мягких грунтах. Кроме того, при равномерном распреде­лении нагрузки все катки рабо­тают в одинаковых условиях и ре­зина опорных катков не перегру­жается.

При балансирной подвеске раз личное распределение нагрузки на катки достигается подбором плеч балансиров (рис, 463).

Рис.463. Распределение нагрузки между катками в зависимости от соотношения плеч балансиров подвески

Так, если плечо наружного катка вдвое боль­ше, чем внутреннего, нагрузка на наружный каток будет в 2 раза мень­ше, чем на внутренний.

Таким образом, имеется возможность распределять нагрузку между опорнымикатками так, как это наиболее выгодно.

ПРОЧНОСТЬ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ПОДВЕСКИ

Прочность подвески зависит от прочности ее деталей, жесткости рессор и от ве­личины энергии, поглошаемой рессорами при полном сжатии. Чем больше энергия сжатия рессор, тем меньше вероятность разрушения подвески, так как большая часть энергии, полученной при ударе, пойдет на сжатие рессор.

Энергия, которую может поглотить рессора, равна работе, затраченной на сжа­тие рессоры. Работа, в свою очередь, равняется силе, умноженной на путь, т. е. на стрелу прогиба рессоры. Работа, затраченная на сжатие рессоры, равна работе силы, перемещающей каток, так как работа вертикального перемещения катка по отноше­нию к корпусу переходит в работу сжатия пружины; поэтому» подсчитывая энергию рессоры, можно определить ее не по характеристике рессоры, а по характеристике подвески, т. е. по зависимости между силой, действующей на каток, и вертикальным перемещением катка.

Сила, действующая на каток, не остается постоянной, она растет по мере подъема катка. Чтобы приближенно, а для линейных характеристик точно опреде­лить работу сжатия рессоры, надо взять среднюю величину силы, т, е. половину наи­большей силы Р_н и умножить ее на подъем катка. Тогда работа сжатия рессоры будет равна

W= Р_н  f_н  : 2 .

Это произведение равно площади заштрихованного треугольника на рис. 464, А,

Рис. 464.  Площадь, ограниченная характеристикой, определяет работоспособность подвески

Действительно, площадь треугольника равна половине произведения основания на высоту.  Основание заштрихованного треугольника равно подъему катка  f_н высота наибольшей силе Р_н значит площадь треугольника равна  Р_н f_н : 2 Следовательно, пло­щадь, ограниченная   характеристикой   рессоры и отрезками, соответствующими f_ни Р_нвыра­жает энергию, которую может запасти рессора при полном ее сжатии.

Какую бы форму ни имела характери­стика, энергия рессор подвески может быть определена по площади, ограниченной с одной стороны линией характеристики, с другой — отрезком горизонтальной оси диаграммы, вы­ражающим f_Н1 и с третьей — вертикальным от­резком, соответствующим Р_н.

Из рис. 464, Б следует, что жесткая рес­сора при .одинаковой нагрузке Р поглотит меньшую энергию, чем мягкая. Но при одина­ковом подъеме катка, т. е, при одинаковой стреле прогиба f (рис. 464, В),жесткая рес­сора поглотит больше энергии, чем мягкая. Вот почему в случае мягкой подвески удары в ограничитель будут более частыми, чем при жесткой.

Когда жесткость подвески слишком велика, создаются большие перегрузки ходовой части, что может вызвать разрушение ее де­талей. Поэтому чрезмерно жесткой подвеску также нельзя делать. Подвеска с криволиней­ной характеристикой, более пологой в начале сжатия рессоры и более крутой в конце (рис. 464, В), по запасу энергии занимает про­межуточное положение между подвесками с линейными характеристиками, показанными аа том же рисунке.

Когда известна энергия удара, который получит танк при наезде на то или иное пре­пятствие, можно определить, насколько опасно для него это препятствие. Если вся или боль­шая часть энергии израсходуется на деформа­цию рессор, удар не вызовет разрушений. Но если значительный «излишек» энергии удара не будет поглощен рессорами, он пойдет на разрушение ходовой части танка, креплений его механизмов и т. д.

Допустим, что танк падает с некоторой высоты. Он обладает запа­сом энергии, равным весу танка G, умноженному на высоту падения h:

W= h G

где W— запас энергии падающего танка.

Если всю эту энергию поглотят рессоры, удар безопасен. Зная вели­чину энергии, которую поглотят рессоры до упора всех рычагов в ограни­чители, можно определить высоту безопасного падения танка.

Пусть W₀— энергия, поглощаемая всеми рессорами от свободного состояния до полного сжатия при упоре в ограничители; падение безопасно, если  W< W₀ или hG< W₀.

Следовательно, наибольшая высота безопасного падения будет h = W₀  / G

Величину hназывают работоспособностью подвески; она выражает отношение полной энергии всех рессор W₀ к весу танка. По работоспособности удобно сравнивать различные подвески.

Для разных танков высота безопасного падения различна. У танков с независимой подвеской она не превышает 40 см, с балансирной — 20 см. Следовательно, при падении с высоты 1 м рессоры могут погло­тить в независимых подвесках до 40% энергии падения, в балансир-ных — до 20%. Часть энергии удара воспримет резина катков, часть — резина ограничителей, часть пойдет на смятие грунта, а остальная энер­гия — на деформацию деталей ходовой части.

Чем меньше работоспособность подвески, тем меньшая скорость движения танка допустима на местности, так как больше вероятность ударов рычагов (балансиров) катков в ограничители подвески; следо­вательно, малая работоспособность подвески ограни­чивает скорость движения танка на местности.

РАСХОД ГОРЮЧЕГО И ЗАПАС ХОДА


РАСХОД  ГОРЮЧЕГО

Подвижность танка определяется не только его скоростными ка­чествами, но и дальностью его действия, запасом хода. В свою очередь, запас хода танка определяется количеством горючего и масла, вмещаю­щихся в его баках, а также тем, насколько быстро расходуется горючее и масло. Экипаж танка должен уметь рассчитывать запас хода своего танка в зависимости от конкретных условий, в которых танку придется действовать. При одном и том же количестве горючего в баках танк может пройти большее или меньшее расстояние. При движении танка в отрыве от своих баз снабжения (например, при действиях в тылу про­тивника)  расчет запаса хода имеет особенно большое значение.

В этом разделе приведены некоторые данные, необходимые для определения запаса хода танка.

УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ГОРЮЧЕГО

Расход горючего в двигателе внутреннего сгорания зависит от мно­гих факторов. Главными из этих факторов являются: тип двигателя — дизель или карбюраторный; устройство двигателя — форма камеры сжатия, степень сжатия и т, д.; регулировка — например, подбор жик­леров, установка  опережения зажигания  (для карбюраторного двигателя) или впрыска горючего (для дизеля) и пр. Кроме того, расход горючего при эксплуатации зависит от степени изношенности двигателя, от числа оборотов, на которых он работает, и от мощности, которая используется.                      

На рис, 465 показана примерная кривая удельного расхода горючего в  г/л, с. ч.   (грамм/лошадиная сила-час) в зависимости от числа оборотов при полном использовании мощности двигателя, т. е. при наибольшей подаче го­рючего.

Рис. 465, Зависимость удельного расхода горючего от числа  оборотов  двигателя, работающего с пол­ной нагрузкой       

На этом же рисун­ке пунктиром нанесена ха­рактеристика двигателя. Из рассмотрения кривых следует, что удельный расход горючего с увели­чением оборотов сначала уменьшается, достигая наименьшей величины при определенном числе обо­ротов (в нашем при­мере при 1500 об/мин), а потом начинает возра­стать.

Иначе обстоит дело,если двигатель работает не на полной мощности, т. е, с неполной подачей горючего, В этом случае с уменьшением мощности удельный расход горю­чего резко увеличи­вается.

На рис, 466 пока­зана кривая зависимости удельного расхода горю­чего от степени использо­вания мощности двигателя в пределах рабочих обо­ротов двигателя.

Рис. 466. Зависимость удельного расхода горю­чего от используемой мощности (заштрихован­ный участок соответствует обычно используемой мощности двигателя)

В обыч­ных условиях эксплуата­ции используется 40—70% мощности танкового дви­гателя. В этом случае удельный расход горючего превышает наименьший в 1,5 — 2 раза; поэтому чем полнее исполь­зуется мощность двигателя, тем эко­номнее расходует­ся горючее.

РАСХОД ГОРЮЧЕГО НА 1 км   ПУТИ, РАСХОД ГОРЮЧЕГО ЗА I  ЧАС  РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

 В эксплуатации расход горючего указывают или на 1 км пути или за 1 час работы двигателя.

В первом случае это дает возможность определить запас хода танка, во втором—время, которое проработает двигатель на данном запасе горючего.

Двигаясь и преодолевая сопротивление грунта, танк совершает ра­боту. Чем больший путь прошел танк и чем больше сопротивление его движению, тем большая работа будет совершена и тем больше горючего потребуется на эту работу. Расход горючего на 1 км почти не зависит от мощности двигателя, установленного на танке.

Действительно, из двух танков одинакового веса тот танк, на котором более мощный двигатель, будет иметь и более высокую удельную мощ­ность; но чем выше удельная мощность, тем больше скорость танка, тем меньше времени на данном участке пути (например, на 1 км) проработает двигатель. Расход горючего для обоих танков будет примерно одинаков.  Если мощность двигателя используется неполностью, удельный рас­ход горючего возрастает (см. рис, 466), Правда, при этом общий расход может и не увеличиться или увеличится не намного, так как для того, чтобы двигатель развил меньшую мощность, требуется меньше горючего.

Таким образом, расход горючего на 1 км пути зависит от совершен­ной танком работы по преодолению сопротивления движению и от сте­пени использования  мощности двигателя.

 Работа, затраченная на преодоление сопротивления движению, равна силе сопротивления движению, умноженной на путь, который проходит танк: W= RSдля, горизонтального участка пути R = fG; в нашем слу­чае (для определения расхода на 1 км) S = 1 км. Тогда работа W = fG..

Следовательно, работа зависит от качества и состояния грунта, ха­рактеризуемых коэффициентом f, и веса танка  G.

Расход горючего на 1 км пути может быть выражен следующей формулой:

q_k = n_k G

где   q_к— расход горючего на 1 км пути в л;

G— вес танка в т;

п_к—опытный коэффициент, характеризующий, в отличие от коэф­фициента f, не только грунт, по которому движется танк, но и степень использования мощности двигателя. Перейдем теперь к определению расхода горючего за 1 час работы двигателя.                                  

Расход за 1 час работы уже не зависит от грунта. Для работы двигателя коэффициент сопротивления грунта, по которому движется танк, не имеет значения. Расход горючего в данном случае зависит только от времени, в течение которого работает двигатель, и мощности, которую он при этом развивает. Правда, на работу двигателя здесь влияют дорожные условия, так как степень использования мощности дви­гателя, в конечном счете зависит от дорожных условий. Например, на ухабистых дорогах, вынуждающих снижать скорость движения, мощность двигателя будет использоваться хуже, чем на ровных. На снежной це­лине мощность двигателя может использоваться полнее, чем на асфаль­товом шоссе, где встречное движение, обгоны и повороты могут потребо­вать значительного снижения скорости движения. Таким образом, расход горючего за 1 час работы зависит от мощности двигателя, степени ее использования, определяемой главным образом дорожными условиями, а также от устройства танка.

Часовой расход можно выразить формулой

q_ч = n_ч N_Д

где -  q_ч- часовой расход горючего в л;

 N_Д  - полная мощность двигателя в л. с;

  n_ч  - опытный коэффициент, характеризующий степень использова­ния мощности двигателя.

Расход горючего на 1 км пути и за 1 час работы зависит, кроме того, от типа двигателя (дизель или карбюраторный) и от степени его изношенности.

На рис. 467 и 468 приведены данные по расходу горючего для ди­зеля и для карбюраторного (бензинового) двигателя.

Рис. 467. Данные о расходе горючего для танка весом 20 т , при мощности двигателя 194 л. с. (дизель)

Рис. 468. Данные о расходе горючего для танка весом 22 т  при мощности двигателя 300 л. с. (карбюраторный двигатель)

Из приведенных данных следует, что расход горючего на 1 км пути в значительной мере зависит от дорожных условий. Так, для дизеля при постоянном расходе горючего за 1 час (35 л) расход горючего на 1 км пути изменяется от 1,69 л (на шоссе) до 2,24 л (при движении на мест­ности). Карбюраторный двигатель по расходу горючего более чувствителен к изменению дорожных условий, чем дизель. Это объясняется тем, что с изменением нагрузки удельный расход горючего (расход на 1 л. с. в час) у карбюраторного двигателя изменяется в большей степени, чему дизеля.

Сравнивая данные обоих двигателей (рис. 467 и 468), мы видим,карбюраторный двигатель по сравнению с дизелем расходует горючего примерно на 30—40% больше. Коэффициенты расхода горючего п_к и п_ч характеризуют экономичность танка, поэтому важно знать их величины, полу­ченные опытным пу­тем. Коэффициент п_кпоказывает расход горючего в литрах на одну тонну веса тан­ка при движении его на 1км, или л/т-км. Коэффициент п_ч по­казывает расход го­рючего в литрах на 1 л. с. полной мощ­ности двигателя за 1 час работы, или6 л/л. с. ч.

Приближенноможно принять сле­дующие значения коэффициентов рас­хода за 1 час рабо­ты двигателя: для дизеля - п_ч = 0,10—0,15;  — для карбюраторного двигателя    п_ч —0,15 — 0,20.

Таким образом, общая  формула  часового  расхода горючего будет: для  дизелей   q_ч= (0,10 — 0,15)N_д;для карбюраторных двигателей  q_ч= (0,15—0,20) N_Д, где   q_ч—в л/час, N_Д—в л. с.

РАСХОД МАСЛА

Расход масла зависит не столько от устройства двигателя и его си­стемы смазки, сколько от степени изношенности двигателя.

Опыт эксплуатации показывает, что в разных танках расходуется различное количество масла. В среднем расход масла составляет 1—4% от расхода горючего на Iкм пути или за 1 час работы двигателя.

В изношенных двигателях масла расходуется иногда до 7% и более от расхода горючего.

ЗАПАС ХОДА ТАНКА

Запас хода танка, т. е. количество километров, которое он может пройти без дозаправки,— один из важных боевых показателей танка. Так как в разных дорожных условиях расходуется различное количество горючего, то запас хода танка зависит от дорожных условий. Запас хода танков при движении по шоссе больше, при движении вне дорог — меньше. Запас хода определяется опытным путем, при испытании танка.

Иногда запас хода определяют в часах работы двигателя. Он со­ставляет примерно 6—10 часов работы двигателя.

Чем больше запас хода танка, тем больше радиус его действия. Особенно важно иметь большой запас хода, когда танки отрываются от своих баз снабжения, например при глубоких рейдах по тылам против­ника, при развитии прорыва и т. д.

Ограниченность места в танке не позволяет без ущерба для других боевых качеств танка повышать его запас хода, поэтому экономия го­рючего и особенно использование в танках наиболее экономичных двига­телей внутреннего сгорания (дизелей) приобретают огромное значение. Как мы видели выше, применение дизеля дает значительную экономию в расходе горючего и повышает запас хода танка примерно на 20—30 %.

Часть 1

Часть 2

Часть 3

Часть 5

Часть 6

• Назад
• Вперед