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单流传动初探:双侧行星变速兼转向装置漫谈

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发表于 2018-2-11 22:05:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
写在前面:
双侧行星变速兼转向装置,和双侧行星转向机都是常见的单流传动形式。
在今天,一般说到单流传动,不知为何总会有人语带不屑,斥之“技术落后”,随后抛出下列几条论点:
1. 单流传动的转向性能不好,不能实现“原地转向”;
2. 单流传动的人机性能不好,只能使用双侧转向杆不能用方向盘;
3. 单流传动据说都靠锤,大力出奇迹;
你真要往细里追究,便都是一问三不知,“我听别人说的”之类,或者扯一堆其他理由,总之单流就是不好。

本文的主要目的在于,介绍单流传动类型中双侧变速设计的发展历史,结合数据讨论双侧变速设计的优缺点,消除一些由来已久的谣言和认识误区。
=========================正文的分界线=========================
对履带车辆两侧履带的运行速度加以控制,通过差速转向,是从坦克诞生伊始就有的转向系统设计思路。早期菱形坦克(Mk. I到Mk. IV)采用一个主变速箱连接左右两个副变速箱的设计,调整副变速箱的挡位进行转向,但由于左右两个副变速箱操作麻烦,无法集中由驾驶员操控,因此需要左右各安排一个人负责副变速箱的换挡操作。
菱形坦克Mk. V的设计旨在解决旧有菱形坦克操纵效率低下的问题,提出了几种传动系统解决方案:

-威斯汀豪斯电传动方案(British Westinghouse petrol-electric)
-戴姆勒电传动方案(Daimler petrol-electric)
-威尔金斯离合器齿轮方案(Wilkins's clutch gear)
-威廉姆斯-詹尼液压传动方案(Williams-Janney hydraulic gear)
-威尔逊双侧行星转向方案(Wilson's epicyclic transmission)

两个电传动方案大同小异,和液压传动方案都属于通过电动马达/液压马达直连终传动,驱动主动轮的设计,暂且略过不提。有兴趣的读者可以搜索下阿尔伯特·G·斯特恩爵士写的《坦克 1914-1918》(Tanks 1914-1918, Sir Albert G Stern),该书附录部分对这几种传动方案有简要介绍。

威尔逊双侧行星转向方案,其基本设计思路延续了旧有菱形坦克“主变速箱+左/右副变速箱”的设计,但左右副变速箱改为更易于操纵的行星变速箱,这样转向可以由驾驶员一人完成。行星变速箱设高低两挡,高挡为直接挡,低挡为减速挡,两侧都高挡则直驶,一侧低挡则可以按照规定半径转向。如果需要进行更小半径的转向,可以进一步对内侧履带进行制动以原地转向。这种设计有一个额外的优点,如果两侧行星变速箱均操纵到减速挡,就可获得额外的减速比,有助于克服障碍,相当于增加额外的低速挡,国内一般称为加力行驶。

威尔金斯离合器齿轮方案,有时也叫威尔金斯多离合转向机,是一种新的结构。该车使用双侧变速兼转向装置,简单说来,该车通过左右各一具定轴常齿合变速箱驱动左右主动轮,变速箱内的齿轮组可构成三个前进挡一个倒挡,通过结合对应的离合器来选择合适的齿轮组用于传递动力。左右变速箱同步换挡实现变速,单侧降挡实现转向。

威尔逊方案胜在简单可靠结构紧凑,但威尔金斯离合器齿轮方案也不是全无可取之处。这一时期的车辆主变速器仍然是滑动齿合变速箱,或者是定轴常齿合变速箱。定轴变速箱要求的加工和组装精度会比行星变速箱低一些,当时的机械加工精度有限,同时这一时期的行星变速装置仍未发展出先进的结构,在当时行星变速箱实现较多挡位设置并不容易,故行星变速装置尚不胜任车辆的主要变速工作。这种情况一直到一战后还存在,20年代法国“战斗坦克”(Char de Bataille)竞标时,也出现了威尔逊式和威尔金斯式的竞争,当然最后是应用尼德尔装置的施耐德式胜出了。不过值得注意的是,施耐德式传动装置同样也只是采用了定轴变速机构,并且不具备行星汇流排,而是定轴齿轮汇流机构。

在整个二战期间,以威尔逊式双侧行星转向机为代表的行星齿轮转向机构广泛应用于各种车辆。基本上除美国主要使用克莱特拉克(Cletrac)式控差速转向机以外,其他主要坦克生产国或多或少均有应用。这里简要提几个有代表性的型号:

捷克:LT vz.35和LT vz.38
德国:三号坦克、四号坦克,使用戴姆勒-本茨式转向机,类似液压助力的威尔逊式
英国:盟约者巡洋坦克、十字军巡洋坦克
日本:八九式乙型中战车,九七式中战车
苏联:斯大林1/2/3重型坦克,T-44中型坦克,T-54中型坦克

说到行星齿轮转向机,大部分读者的印象可能来自苏联坦克“三板三杆”操纵系统中的双侧转向操纵杆,拉到第一位置是行星转向,拉到第二位置是制动转向。很多人喜欢把方向盘操纵机构和“双流传动”“先进”等概念划等号,不过实际上方向盘同样可以用于操纵双侧行星转向机。最早把双侧行星转向机和方向盘搭配起来的案例可以追溯到克虏伯的Leichttraktor样车(1930),该车通过方向盘带动两套圆柱凸轮机构,将方向盘不同的旋转角度转化为不同的油压信号,控制双侧行星转向机进行制动操作。相关问题在后面还会提到。

↑克虏伯Leichttraktor样车使用的方向盘操纵系统,保留了双侧操纵杆作为备份
二战前,捷克已在LT vz.35和LT vz.38上应用行星变速箱,获得了成功。二战中,以美国为首,率先将行星齿轮机构和液力耦合器/液力变矩器结合,运用于车辆变速机构,典型例子有M3/M5轻型坦克和M24轻型坦克的Hydramatic变速箱、M18坦克歼击车的Torqmatic变速箱。到了战后,美国又在CD-850和CD-500等液力机械综合传动系统中,应用行星变速机构。但是话说回来,CD-850和CD-500的行星变速机构也就只有高低两个前进挡和一个倒挡而已,算不上特别复杂,车速和扭矩的匹配更多地要靠液力变矩器来进行。

↑CD-150结构简图
M56自行反坦克炮使用的CD-150传动系统在结构上与CD-850和CD-500有较大区别,不是双流传动,而属于典型的单流传动。CD-150的变速机构包含一个可闭锁的多工况液力变矩器和左右两个行星变速箱。液力变矩器除变矩功能外主要充当传动中的柔性环节;左右两个行星变速箱既用作直驶变速,又用作转向。这种行星变速箱同样只有两个前进挡和一个倒挡,左右同步换挡实现变速,单侧降挡实现转向。不过由于挡位数量实在太少,高挡和低挡减速比的比值固定,所以只有一个规定转向半径和一个制动转向半径。有的资料描述为“高挡单半径转向,低挡制动一侧履带转向”,说的就是这种情况。CD-150在挡位减速比设置上,为低挡和倒挡赋予了相同的减速比,但其液压操纵的换挡机构并没有设置一侧低挡、另一侧倒挡的工况。从结果上来讲,CD-150并不具备使车辆中心转向的能力,这并不是变速系统结构不支持,而可能是操纵系统没有设置这种工况。有些人津津乐道的“单流传动结构上不具备中心转向(一侧履带前进另一侧履带后退)能力”,实际上是站不住脚的。毕竟一战时期的A7V突击坦克就具备中心转向能力了,这种论点实在不值一驳。

多说一句,CD-150这种传动装置结构也叫做庞蒂亚克式,应该是指其原理类似于庞蒂亚克汽车的液力变矩器+行星变速箱结构。而根据林 磐男的《战后日本战车发展史》一书来看,战后日本的第一代坦克在原型阶段也曾经考察过庞蒂亚克式变速转向机,具体说来是原型车STA-1和STA-2。STA-2后来改用奇托式(チト式),是日本在二战末期发展的一种威尔逊式变体,但因为奇托式效果不佳,最终STA-3和STA-4使用的是发展自M24轻型坦克的Cletrac式,只是自动变速改为手动变速。

↑试车中的STA,从负重轮数量可判断这是STA-1。首上未安装盖板,露出了传动系统,可能就是所谓庞蒂亚克式传动。
CD系列的挡位太少,构成了燃料经济性问题,即使给液力变矩器添加了闭锁工况,燃料消耗仍然不是很理想,毕竟车辆不可能总是以液力变矩器闭锁的状态运行。1950年代研制的XT系列传动装置增加了中间挡以改善经济性,为了实现和TX系列卡车传动通用变速机构的目的,XT系列传动装置的布局呈现变速机构与转向机构分立的方式。除XT-1400系列采用双差速式双流传动以外,XT系列其余基本型号都是简单的离合制动转向(类似于T-34中型坦克),属于单流传动。但XT系列仍然是方向盘或单操纵杆变速(一个操纵杆前后推动进行挡位切换,左右推动进行转向控制),再一次说明了操纵方式和转向原理的联系其实并没有那么紧密。


在XT系列基础上,将转向机构换成行星齿轮转向,就构成XTG系列。XTG系列的代表,以XTG-411和XTG-250为例。

M109等自行火炮使用的XTG-411传动系统,其基本架构可能源自XT-270,是美国战后传动装置中很反常的一种。它采用了动力输入和输出方向相互平行的布局,允许发动机横置在动力舱内。使用XTG-411的T95中型坦克,某种意义上确实是美国坦克中最像苏联坦克的一种。XTG-411的行星变速箱具备三个前进挡一个倒挡,在此基础上将双侧行星转向机都操纵到减速位置,正是加力驾驶模式,可以构成额外低挡,扩大整个传动装置覆盖的减速比范围。但由于XTG-411使用方向盘控制转向,不存在同时拉左右操纵杆的操作,所以在选挡机构上的一挡/倒一挡实际上对应的是低挡/倒挡加力行驶,二挡/倒二挡对应的才是低挡/倒挡。

M551轻型坦克使用的XTG-250,其基本架构可能源自CD-150,在液力变矩器后添加了三速行星排以改善经济性,然后仍采用两进一退的双侧行星变速兼转向机构。这一次液压操纵的换挡机构总算是设置了一侧履带前进另一侧履带后退的工况,可以进行中心转向。只不过,因为低挡减速比与倒挡减速比不同,中心转向时,转向中心实际并不在车体中线上,而是略微偏向履带后退的一侧。毫不意外,XTG-250也采用方向盘进行转向控制。



话分两头。苏联对于双侧变速兼转向装置的实践也开始于战后。前面说到,T-54/55采用了行星转向机,通过“三板三杆”控制机构来驾驶,是高效而可靠的设计,但这种设计仅具备一个规定转向半径和一个制动转向半径,随着车辆行驶速度的增加,规定转向半径并不能满足车辆高速下的转向需求。同时,定轴变速箱的问题也逐渐凸显,因其齿轮组中,大直径的齿轮分别位于两根平行轴上,一前一后水平放置,就导致变速箱所占的长度偏大。对于车速提升的要求显然需要更大的减速比范围,定轴变速箱的继续增大、增重,对保持体积和重量优势不利。当时一些苏联重型坦克或原型车已经开始使用行星变速箱,并发展了相关材料工艺和加工工艺,行星变速箱的体积和重量优势逐渐凸显。

战争时期疏散到下塔吉尔乌拉尔车辆厂的ОКБ-520设计局,在1950年代初提出了研制新式中型坦克的计划,即140工程。起初,研制工作由莫洛佐夫领导,但1952年,由于工厂管理的意见分歧,莫洛佐夫离开下塔吉尔,140工程由卡尔采夫继续领导。回到哈尔科夫的莫洛佐夫担任КБ-60设计局的总设计师,开始了430工程的研制。

140工程和430工程除了乘员布局、战斗室布置、行走装置有所区别,最大的差异在于动力系统。

140工程为了控制动力舱高度,ТД-12发动机横向布置,但以倾斜方式安装;动力经过行星变速装置传输到左右两侧的行星转向机;为了节约动力舱长度,主动轮终传动与转向机同轴布置,结合为整体式侧传动。

140工程的行星变速装置可以划分为前后两部分:前半部分是一个三挡行星变速器,可通过结合T、φ₁、φ₂三个离合器输出不同的速度,其中φ₂是超速挡;后半部分是一个辅助变速装置,具有M₁、M₂两个联轴器,M₁负责控制高低挡切换,可搭配前半部分行星变速器输出的三个速度形成六个前进挡,M₂则用于形成倒挡。实际测试当中,这个M₁联轴器造成坦克从三挡换四挡时操作困难,容易挂挡失败;行星转向机在转向时仍然只能为内侧履带提供一个固定的减速比,故只有一个规定转向半径和一个制动转向半径,与T-54/55并无不同;更为致命的是,特殊的安装方式使得对于下排汽缸的检修只能通过车底的一个检修口进行,严重影响了车辆的勤务性,当事人形容为“像在做牙科手术”。最终卡尔采夫只能写信向上级请求中止140工程的研制。

430工程基于新研制的水平4汽缸对置活塞二冲程柴油机4ТД进行设计,后来又换成衍生型5ТД,发动机也采用横向布置。而由于Boxer型结构的特点,5ТД有前后两根输出动力的曲轴,前部曲轴用于带动机械增压装置,后部曲轴向两端输出动力到双侧变速兼转向装置。这样的紧凑布置使得其动力舱尺寸减小到1.74m³,是战后一代坦克中最小的。

430工程采用的双侧变速兼转向装置有两种:一种是早期的五挡变速箱,后来换成六挡变速箱,两种变速箱的中间挡位减速比设置稍有不同,数据可参考下表。

这种双侧变速兼转向装置,如同前面所说的威尔金斯离合器,是通过同步换挡实现变速,单侧降挡实现转向(一挡则是制动转向)。因此,相邻两挡间的减速比比值会成为内侧履带相对于外侧履带的减速比,这个减速比数值越大,转向半径越小。由于各挡间减速比的比值都不相同,所以各挡均有一个互不相同的规定转向半径,比起T-54/55是有所进步。但是各挡的规定转向半径是否实用呢?

根据表格中列出的数据,430工程的五挡变速箱在三挡和二挡间达到最小的减速比比值,换言之在三挡上进行降挡转向会获得最大转向半径。表格中以车辆履带中线间距为2.75m进行估算,显示出五挡变速箱的一些问题:一挡二挡减速比差值过大,造成二挡转向半径偏小,而三挡转向半径与二挡相差过大,缺乏足够过渡。四挡和五挡的转向半径,反而比三挡更小,这是四挡和五挡的减速比数值决定的,在五挡和四挡进行转向,有可能因为车速和规定转向半径不匹配,导致车辆出现侧滑,这是一种不受控的转向方式,在崎岖地面上有甩脱履带乃至翻车的危险。

在设计430工程六挡变速箱时,根据五挡变速箱的一些问题进行了调整,设置了更多的中间挡位,其最大转向半径出现在四挡,这样一、二、三、四各挡位的规定转向半径与车辆的行驶速度能较好地对应,转向易于控制。高于四挡的规定转向半径仍然偏小,高速行驶时也只好先降到四挡,再进行转向了。

430工程在和140工程的对比试验中显现出了许多优势,终于发展为432工程。432工程采用了七挡变速箱,进一步增加了中间挡位数量,但一挡减速比没有增大,最大转向半径也还在四挡,而五挡的减速比和规定转向半径则与原本的四挡相近,虽然规定转向半径与行驶速度不是很相称,但也还不至于转向失控。

432工程的发动机布置在左右两个行星变速箱之间,发动机与传动直接连接,且采用引射式散热系统,不需要前传动配合。但是当T-72也应用双侧变速兼转向装置时,В-46-6发动机横置宽度过大,无法直接布置,就需要设计相应的前传动机构。T-72的前传动箱集成了发动机启动、散热系驱动、功率分流等功能,可将发动机产生的动力平均分配给左右两个变速箱,某种意义上说,相当于将T-54/55的变速箱去掉变速功能简化为前传动,两侧的行星转向机换成行星变速箱。从减速比数据上比较,T-72变速箱的减速比设置和432工程是基本一致的,可以推测其规定转向半径变化也与432工程类似。


前几年“坦克两项”竞赛中,发生过T-72Б3高速过弯时侧滑冲出跑道乃至翻车的事故,主要原因就是高挡转向失控。

高挡规定转向半径反常的问题在432工程和T-72上都存在,但T-80并没有,究其原因,原来是T-80仅设置了四个前进挡,最大转向半径也落在四挡上。T-80号称“飞行坦克”,为什么能用更少的挡位实现更高的行驶速度?既然T-80的变速兼转向系统有着更好的转向性能,能不能把T-80那一套搬到432工程和T-72上呢?主要问题出在动力系统和传动装置的匹配上。我们知道,T-80主要采用燃气轮机驱动,相比于432工程和T-72的柴油发动机有更大的功率,但更重要的是,燃气轮机的速度-功率曲线与往复活塞式发动机有较大不同。往复活塞式发动机的速度-功率曲线峰值范围较窄,也就是说,尽管在额定转速下能达到额定功率,但如果转速高于或低于额定转速,功率将会明显下降。相比之下,燃气轮机的速度-功率曲线峰值范围较宽,转速增减对功率影响不大。

西方坦克广泛使用的液力变矩器除了用于匹配车速和扭矩,实际上还起到一个辅助变速、稳定发动机转速的功能,即使挡位数量少,配合液力变矩器仍能在较大范围内变速,有利于发动机维持在额定转速运行。而苏联的432工程、T-72坦克均未安装液力变矩器,是完全的机械变速,所以只能多设挡位,在较大车速范围内维持发动机转速基本稳定。因此,T-80的变速兼转向系统不能盲目照搬,例如T-80УД这样改用柴油发动机的车型,也换回了相应的七挡行星变速箱。

在“坦克两项”赛场上,体现了T-72双侧变速兼转向装置的另一个特点,倒挡行驶速度慢。乌克兰去年带着T-64БВ参加北约“强大欧洲”坦克竞赛,在倒车行驶上也吃了闷亏。这不光是因为它们的变速箱只具备一个倒挡,更是因为倒挡的减速比数值较高,为14.35。这个数值大于一挡的减速比8.173,意味着倒挡行驶速度比一挡速度还低。不过据最新消息,2018年乌克兰将派出T-84参加“强大欧洲”。T-84具有高速倒车行驶能力,按照莫洛佐夫设计局官网宣传资料的说法,通过连接一个离合器,可以提供额外的四个高速倒挡。

从行驶速度可以推算出各挡减速比的大致数据。值得注意的是,虽然高速倒挡的行驶速度、减速比与前进挡有些差别,但倒一挡到倒四挡相邻挡位减速比的比值恰好与一挡到四挡相邻挡位减速比的比值接近。初步推测,T-84的高速倒挡可能是通过在发动机和变速箱之间增加一个减速比约为0.79的换向装置实现的。前进时这个换向装置不结合,需要高速倒车时,就操作离合器将换向装置连入传动系统,原本的一挡到四挡此时可作为倒一挡到倒四挡进行驱动,而且这些高速倒挡的转向半径规律与一到四挡基本相同。

这种改进还带来了一个额外的好处。原本432工程和T-72使用的是双侧操纵杆控制的液压换挡机构,不具备一侧挂一挡另一侧挂倒挡的能力,所以不能中心转向。但即使它们具备相应的挂挡能力,由于进退减速比差异也无法使转向中心落在车体中线上。根据视频资料来看,使用基本相同结构变速箱的T-84却具备真正的中心转向能力,这不是简单地改装方向盘操纵系统就能实现的。观察T-84高速倒挡减速比可发现,倒二挡、倒三挡的减速比等于或接近三挡和四挡的减速比,故推测T-84的中心转向能力是通过方向盘操纵系统,选取结合对应挡位,组合成中心转向或近似中心转向的工况。


双侧行星变速兼转向装置原理上的缺点,或者说最主要的问题就是转向半径与行驶速度不能很好匹配。苏联人又不傻,针对问题也设想了很多解决方案。解决方案归结起来,有一个主要思路,就是在原有双侧变速兼转向装置基础上,改为机械/液压机械双流传动。

双侧行星变速兼转向装置的液压转向改进方案,多年来在苏联/俄罗斯的一些传动技术刊物上有不少讨论,国内早年也有刘修骥、李仁业等老前辈介绍分析其技术细节。汇总国内外资料看,是在动力接入两侧变速箱之前,先通过左右汇流排进行调速。汇流排的太阳轮可通过零轴与液压差速马达相连接,也可以由相互独立的液压马达驱动。汇流排的齿圈输入机械动力,左右行星架将动力送往两侧变速箱。这样,由液压马达驱动引起的差速可在任何一个挡位起效,实现车辆的任意挡位液压差速转向。根据俄文资料,这一改进完全取消了降挡转向系统,用液压差速转向代替降挡转向,制动转向仅保留作为一挡和倒挡下的小半径转向需求。反过来看,相当于把制动转向工况限制在低速、小半径转向,而对于大半径转向,都由液压转向装置在一定半径范围内进行平顺的无级转向控制。这样一来,高速挡转向无需预先退回四挡,低速挡转向也无需分成多次完成,改善了操纵品质。具体原理可参考传动简图。

按国内研究者设想,其实可以保留原本的降挡转向作为备份,防止液压转向机构出现故障的状况。同时,这种方案有潜力进一步改进,实现中心转向需求。以上面传动简图为例,如果能够分离左右汇流排k的齿圈与机械流的连接并加以制动,那么就只有液压差速会传到两侧变速箱,对两侧变速箱输入速度相等、方向相反的转速。此时两侧变速箱挂在相同的挡位,即可进行中心转向。考虑到液压差速单元不传递全部功率,可选用减速比较大的挡位(如倒挡)以满足中心转向的扭矩需求。

↑安装在T-90坦克上进行试验的液压转向装置,车尾外形略有变化
这些改进方案保留了双侧变速兼转向装置的紧凑优点,而且基本不需对行星变速箱做出额外修改。在T-72/T-90上,可以更换新的前传动箱,新的前传动带有液压转向装置,并配有重新设计的散热风扇系统,只需对车尾装甲结构进行少量修改,例如略微加高动力舱顶盖;在T-80上,改进方案原理相似,布局稍有变化:由于前传动和燃气轮机一体化,液压单元也一起整合在燃气轮机下方,可以实施整体吊出。


↑T-80使用的ГОП-165液压转向装置,据称安装在T-80УМ1“雪豹”上
据测试结果来看,液压转向装置能够在转向时保持车速,有助于提高行驶的平均速度。安装了液压转向装置的T-90和量产型号在混凝土跑道上试车,前者快19%;而安装液压转向装置的T-80УМ1在实测中平均比无液压转向型号快12%,单个弯道快33%。同时由于转向半径任意可变,转向时更加平顺,操作变速箱的次数显著减少,燃料消耗节约5-10%,变速箱寿命延长30%,行走机构寿命延长50%。2000年8月,参加希腊坦克选型的T-80U也改装了ГОП-165液压转向系统,在机动科目中有极为出色的表现。但因为液压转向系统的故障,该车遗憾地缺席了部分后续科目。出现这样的问题一方面是改装工作仓促,例如车内布线混乱,不利于维修排障;一方面是系统冗余不足,液压转向系统的机油滤清器不能满足需求,并且缺乏液压转向失效后的备份手段,纵使坦克的发动机和双侧变速箱完好无损,也没法操控坦克。T-80УМ1的可维护性也值得怀疑,易损的液压转向单元却安装在燃气轮机下方,即使日常检查可能也要花费1小时左右进行发动机整体吊出。

对于T-64来说,由于动力系统本来就极端紧凑,反而阻碍了液压调速装置的布置。莫洛佐夫设计局根据这一问题,进行了变速箱的重新设计。这些设计运用在了苏联下一代主战坦克的部分项目研发上,包括发展自电气机械传动装置的控制系统,运用在下一代坦克原型车上的液压机械传动装置,用于分析车辆动力学的仿真设计软件等。

一个例子是20世纪90年代早期推出的БГОМТ传动系统,采用重新优化设计的六速行星变速箱,搭配液压调速器构成双侧独立的液压机械变速兼转向系统。值得一提的是,莫洛佐夫设计局曾经在2000年第三届珠海航展上推销过这款产品。
传动简图如图所示,下面简单解释一下传动系统构成。

传动系统由输入齿轮箱、液压调速装置、机械切换装置、六速行星变速箱、输出减速器和七个离合器组成。
输入齿轮箱包含两个行星排Д1和Д2,配合机械切换装置和液压调速装置可控制车辆的前进和倒退。
液压调速装置由变量液压泵和定量液压马达组成,主要用于自动挡驾驶时的无级变速与无级转向。

机械切换装置是这套传动系统的核心,通过改变动力的传输连接方式来影响中间轴的转速,有四种工作位置:
 A位置,此时中间轴不连接输入动力,结合制动离合器φSTOP,即为行车制动工况;
 B位置,此时中间轴与液压调速输出轴刚性连接,通过对中间轴转速的无级调节和φ1离合器的结合与分离,实现平顺的换挡操作,即构成自动挡。液压调速器的正转和倒转可决定车辆进退;
 C位置,此时中间轴与行星排Д2太阳轮刚性连接,手动结合对应离合器即为手动前进挡;
 D位置,此时中间轴与行星排Д1太阳轮刚性连接,手动连接对应离合器即为手动倒挡。
行星排Д1和Д2的齿轮比设置为相同数值,这样就可获得相等的进退速度。此外,由于左右变速相对独立,可以方便地实现中心转向。

六速行星变速箱包含三个行星排Д3、Д4、Д5,搭配七个离合器,其中Д3与φ1、φ2、φ3构成前变速级,手动模式有高低两挡输出速度;Д4和Д5与φ4、φ5、φ6构成后变速级,有高中低三挡输出速度;前后组合起来可形成六挡输出速度;变速箱内φSTOP离合器用于行车制动。
输出减速器包含行星排Д6,提供一个固定的减速比。


根据估计,若维持主动轮间距不变,类似БГОМТ的改进方案在两侧变速箱和发动机的接口间距会小于原有双侧变速箱间距,可能影响发动机的布置方式。运用双侧液压机械变速箱的477工程原型车延长车尾,可能就是由于类似问题导致空间不足,只得将原本发动机动力曲轴与左右变速箱同轴的设计,改为动力曲轴与液压机械变速箱主轴平行的设计。
关于液压泵和液压马达使用轴向活塞设计,造成液压元件宽度偏大的问题,莫洛佐夫设计局后来另外研制了一款ГОП-900球塞液压转向系统,液压单元宽度减小的同时具有更大的排量和输出功率,据称用在T-84的一些试验车上。





结语
总的说来,双侧变速兼转向传动装置显示出了巨大的优势,为节约动力舱容积,优化全车总体设计做出了重要贡献。从发展前景来看,为其加装液压或电气调速装置,可以在保持体积、重量优势的前提下,使传统双侧变速装置具备无级转向、无级变速等有利的运动学特性,不失为一种有效的改进方向。

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不看正文只看结尾的读者们大家好,现在回顾一下开篇提到的一些问题,给出相关解答。

Q1:单流传动能否“原地转向”?
A1:先要区分几个概念。
 所谓原地转向,指的是以一侧履带为转向中心进行的转向,换句话说就是制动转向。
 而原位转向,指的是两侧履带反向运行造成的转向,也称作中心转向。
 如果车辆宽度用B表示,那么转向半径r=B的就是制动转向/原地转向,转向半径r=0.5B的就是中心转向/原位转向。

 一般只有使用单纯的Cletrac式转向机,且不具备单侧制动能力的车辆(如谢尔曼、潘兴),才无法进行原地转向。除此以外的单流传动均可原地转向。
 履带战车应用单流传动实现原位转向的最早实例是A7V突击坦克,此后可明确查证的实例还有M551谢里登坦克、T-84堡垒主战坦克等。


Q2:单流传动是否只能使用操纵杆?
A2:单流传动既可以使用操纵杆,也可以使用方向盘。操纵杆和方向盘并不构成单流或双流的绝对区分依据。仅举几例:
  双流传动用双侧操纵杆驾驶:百夫长坦克、酋长主战坦克、AMX 30主战坦克、AMX 10P步兵战车;
  单流传动用方向盘驾驶:谢里登轻型坦克、БМП-1步兵战车、T95中型坦克(美国)、T-84主战坦克。
 但是话说回来,方向盘驾驶方式的确在人机工学上更为进步。随着现代电子控制技术的发展,方向盘驾驶方式在新研制的车辆上会越来越普及,不论是单流还是双流传动。


Q3:听说单流传动人机不好,换挡靠锤?
A3:我倒是听说有人脑子不好,您看是不是也锤个两记?
(全文完)


参考资料:
1. Tanks 1914-1918,Sir Albert G Stern
2. TM 9-7605-2 Cross-drive transmission Pontiac model CD-150-3,US Army
3. 戦後日本の戦車開発史,林 磐男
4. TM 9-2520-234-35 Allison XTG-411 transmission,US Army
5. TM 9-2520-249-34&P Allison XTG-250-1A transmission,US Army
6. Отечественные бронированные машины 1946—1965 ггА.Г. Солянкин, И.Г. Желтов, К.Н. Кудряшов
7. 从苏联T-72坦克的双侧变速箱看坦克传动装置的发展方向,李仁业
8. 高速履带车辆的液压加机械复合转向的分析,赵毓芹、胡琪琪、刘修骥
9. Транспортные машины с газотурбинными двигателями,Н. С. Попов

网络资料:
http://morozov.com.ua/
http://andrei-bt.livejournal.com/
http://gurkhan.blogspot.kr/

最后,感谢写作过程中提供档案、图片、网络资料,提出写作思路建议,帮助校正错误的各位朋友。





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发表于 2018-2-18 20:08:43 | 显示全部楼层
内容翔实,得消化一段时间。
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发表于 2018-2-13 21:03:45 | 显示全部楼层
很棒
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发表于 2018-2-20 12:57:59 | 显示全部楼层
极好极好!
尤其是关于T84的传动系统部分,解决了我长期以来的疑惑。
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发表于 2018-2-20 13:32:32 | 显示全部楼层
ГОП-165这个玩意很有意思,但是我还是有个疑问——

直接把行星变速箱放在输入轴之前不久可以达到同样的效果么,还能省去一个变速箱:实质上就是常见的双流传动了。
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发表于 2018-2-20 13:39:33 | 显示全部楼层
有机会能讲讲霓虹10式的液压传动么?
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 楼主| 发表于 2018-2-20 17:00:26 | 显示全部楼层
我差点笑出了声 发表于 2018-2-20 13:32
ГОП-165这个玩意很有意思,但是我还是有个疑问——

直接把行星变速箱放在输入轴之前不久可以达到同样的 ...

这样的确是常见的双流传动布局,但是紧凑性可能就不太好,
可以参考How tracks steer下篇美国X-700传动系统,这个大概是西方1000马力级双流传动里面最紧凑的设计了,支持输入轴和输出轴平行的布置方式,尺寸和重量上大致可以与T-72相当,但应该不及T-64或T-80
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 楼主| 发表于 2018-2-20 17:01:35 | 显示全部楼层
我差点笑出了声 发表于 2018-2-20 13:39
有机会能讲讲霓虹10式的液压传动么?

可惜资料不太够,10式的液压传动不仔细说的话不好玩
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发表于 2018-2-20 19:28:12 | 显示全部楼层
monochromelody 发表于 2018-2-20 17:00
这样的确是常见的双流传动布局,但是紧凑性可能就不太好,
可以参考How tracks steer下篇美国X-700传动系 ...

x700这个布局现在摆在眼前的例子就是vt4的动力包

而巧合的是mbt2000——或者叫vt1a的动力组合就是6td+双侧行星

二者的车体长度基本没有区别——我数接地履带板数量得出的结论,动力舱容积的差别应该体现在高度上。

当然没准vt4的传动系就是类似ГОП-165之类的东西,但是我个人对此持怀疑态度啦。
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发表于 2018-2-20 19:34:05 | 显示全部楼层
http://www.bilibili.com/video/av ... mp;ts=1519126235006

贴个视频,有助于理解БГОМТ那个液压泵+马达组合是如何实现变速的

说白了,这个视频里第二个那个玩意就是倒数第五个图里的东西。
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