2_Osoben_2pot_MPP

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ БЫСТРОХОДНЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН (БХГМ)

В настоящее время, наряду с применением механических трансмиссий, находят применение и гидромеханические трансмиссии. В соответствии повышением скоростей движения БХГМ остро стоит вопрос об управляемо­сти движения.

Задача управления режимами прямолинейного движения успешно ре­шается применением электроприводов и гидроприводов, систем автоматики переключения передач для ступенчатых трансмиссий и применением бессту­пенчатых (обычно гидрообъемных) вариаторов.

Улучшение управления поворотом БХГМ обеспечивается применени­ем трансмиссий, выполненных по схемам механизмов передач и поворота (МПП), применением гидрообъемных передач (ГОП) в цепи управления по­воротом, а также — совершенных приводов управления фрикционными эле­ментами.

Трансмиссии современных быстроходных гусеничных машин выпол­нены, в основном, по схемам МПП.

Механизмом передач и поворота называется агрегат трансмиссии, вы­полняющий функции коробки передач и механизма поворота БХГМ, разме­щенные в общем картере.

МПП бывают однопоточные и двухпоточные.

Применение МПП на быстроходных машинах дают существенные пре­имущества:

- упрощают создание наиболее совершенных механизмов поворота с двойным подводом мощности и большим числом расчетных радиусов пово­рота;

- повышают плотность компоновки трансмиссионного отделения;

- упрощают монтаж и центровку агрегатов трансмиссии.

Отличительным признаком МПП, в большинстве случаев, является на­личие суммирующих планетарных рядом (СПР), в которых водила соедине­ны с бортовыми передачами, эпициклы (коронные шестерни) получают вра­щение от двигателя через коробку передач, а солнечные шестерни - от двига­теля через дополнительные передачи с постоянными передаточными числа­ми. Передаточные числа к солнечным шестерням правого и левого бортов при прямолинейном движении одинаковые, а при повороте — разные. Благо­даря этому и обеспечивается изменение скоростей движения гусениц и пово­рот гусеничной машины.

Поскольку обороты эпициклов зависят от включенной в коробке пере­дачи, а обороты солнечных шестерен одинаковы на всех передачах (при не­изменных оборотах двигателя), то на каждой передаче получается свой рас­четный радиус поворота, тем больший, чем выше номер передачи.

Наибольший интерес представляют двухпоточные МПП, характери­зующиеся двойной кинематической связью двигателя с механизмом поворо­та. При этом основное преимущество двухпоточных МПП заключается в переменной величине расчетных радиусов поворота, возрастающих с перехо­дом на высшие ступени коробки передач. В этом случае увеличивается веро­ятность поворота гусеничной машины на всех передачах на своих расчетных радиусах, а это повышает экономичность механизма поворота и улучшает управляемость БХГМ. Другое преимущество двухпоточных МПП состоит в возможности поворота гусеничной машины вокруг ее центра движением за­бегающей гусеницы вперед, а отстающей назад. Этими преимуществами объясняется широкое применение двухпоточных МПП на БХГМ.

Недостатки двухпоточных МПП - их сложность, большой вес и невысо­кая стоимость изготовления. Кроме того, перевод рычага управления из ис­ходного в фиксированное положение вызывает поворот машины с расчетны­ми радиусами различной величины (малыми на низких и гораздо большими на высших ступенях коробки передач), что несколько усложняет управление БХГМ.

Требования, предъявляемые к МПП, складываются из требований к ко­робкам передач (обеспечение высоких тяговых качеств гусеничной машине, легкость управления) надежность работы КП, а также из требований к механизмам поворота (обеспечение хорошей управляемости машиной, высо­кая экономичность механизма поворота, высокие тяговые качества МП и ус­тойчивость прямолинейного движения гусеничной машины).

Новыми оказываются пути для повышения этих требований. Так, для получения необходимого диапазона изменения передаточных чисел всей трансмиссии должны задаваться различные диапазоны изменения передаточ­ных чисел собственно КП в зависимости от выбранной группы механизмов передач и поворота. Для увеличения числа ступеней трансмиссии желательно одну из передач прямого хода или заднего хода получать торможением вала эпицикла, т.е. работой только дополнительного привода. Для повышения тя­говых качеств гусеничной машины при прямолинейном движении и крутых поворотах МПП должен давать замедленную передачу с увеличенной силой тяги.

а — бортовой фрикцион; б — одноступенчатый планетарный механизм поворота; в — бортовые коробки пере­дач (БКП); г — двухступенчатый планетарный механизм поворота (ПМП)

Классификация двухпоточных МПП

Схемы МПП современных БХГМ различаются типом коробок передач, типом и конструкцией механизма поворота и работой дополнительного при­вода при прямолинейном движении гусеничной машины.

1. По способу трансформирования крутящего момента двигателя раз­личают: МПП с механическими (простыми и планетарными) и гидромехани­ческими коробками передач (МТ-ЛБ, БМА - «Акация», «Гвоздика»; «Тунгу­ска», БМП-3 и др.).

2. По положению точки гусеничной машины, сохраняющей при пово­роте скорость прямолинейного движения (при условии Ид=Const и Иki= Const), двухпоточные трансмиссии делятся на МПП первого типа (скорость прямолинейного движения сохраняет при повороте центр машины) и МПП

второго типа (скорость прямолинейного движения сохраняет забегающая гу­сеница).

3. В конструктивном отношении МПП различаются ступенчатым и бесступенчатым изменением передаточного числа дополнительного привода. Первые механизмы содержат шестеренчатые и фрикционные элементы, т.е. являются фрикционно-шестеренчатыми. За счет изменения степени пробук­совки фрикционных элементов регулируются текущие радиусы поворота машины. По прекращении буксования шестеренчатый элемент механизма создает определенное передаточное число и обеспечивает поворот гусенич­ной машины с расчетным радиусом. Обязательным элементом механизма по­ворота с бесступенчатым изменением передаточного числа является непре­рывная гидрообъемная или фрикционная передача. Фрикционы для поворота не используются или выполняют второстепенную роль.

4. Наиболее характерной и специфической является классификация двухпоточных МПП по последнему из перечисленных классификационных признаков. По работе дополнительного привода при прямолинейном движе­нии машины все схемы двухпоточных МПП делятся на три группы. MПП первой группы характеризуются отключением солнечных шестерен сумми­рующих планетарных рядов от двигателя и принудительным удержанием шестерен в неподвижном состоянии. В МПП второй группы дополнительный привод при прямолинейном движении нагружен и работает таким образом, что солнечные шестерни вращаются в сторону вращения эпицикла. При этом мощность двигателя передается параллельно и основным и дополнительным приводами, в связи, с чем МПП второй группы называются механизмами с разветвлением потока мощности двигателя. MПП третьей группы отличают­ся обратным вращением солнечных шестерен при прямолинейном движении машины. Мощность по дополнительному приводу передается в обратном на­правлении, т.е. циркулирует внутри механизма. Поэтому МПП третьей группы называют механизмами с циркулирующей мощностью.

Двухпоточные МПП
I группа С. Ш остановлены			II группа С. Ш. вращаются в ту же сторону, что и э.ш.			III группа С. Ш. вращаются в противоположную сторону, вращ. э.ш.
I тип (М-41) М1А2 «Абрамс» Т-VI Тигр Т-VIB «Королевский Тигр» («S») Мардер Леопард 1,2 Тунгуска ГМ-352 Бук ГМ 569 БМП-3	II тип T-V «Пантера»	I тип М60 М46		II тип АТЛ, БМА (Акация, Гвоздика).	I тип Центурион, Чифтен, Челленджер.

Рис 1

На рисунке № 1показана классификационная схема двухпоточных МПП.

В первую очередь, они разделены на три группы в зависимости от работы дополнительного привода при прямолинейном движении. В двух первых группах применяются механизмы поворота обоих типов, а механизмы треть­ей группы выполнялись лишь дифференциальными, т.е. первого типа. Объ­ясняется это тем, что бездифференциальный механизм третьей группы будет иметь более сложный дополнительный привод с ускоряющей ступенью для поворота машины со вторым расчетным радиусом (из схемы видно). Наи­большее распространение получили МПП первой группы первого типа с шестеренчатыми и гидромеханическими коробками передач, со ступенчаты­ми и бесступенчатыми механизмами поворота. Так, например, «Бук» - гидро­механическая коробка передач и гидрообъемный механизм поворота.

Ознакомимся со схемами двухпоточных трансмиссий и более под­робно рассмотрим работу МПП при прямолинейном движении и повороте.

Рис. 2 Упрощенная схема механизма поворота танка с двойным подво­дом мощности от двигателя

Рис 2` Обобщенная схема двухпоточных МПП для анализа работы трансмиссии при прямолинейном движении танка

Рис. 3 Схема МПП первой группы первого типа (танк Т-VI B) Королевский тигр

8 передач вперед

Прямолинейное движение

- Ф_м, Ф_б – выключены;

- доп. Приводы отключены;

- Ф_п, Ф_л – включены, устойчивое движение.

Поворот: вправо с большим радиусом →выключ. Ф_п и вкл. Ф_м

влево → наоборот

с малым радиусом → штурвал довернуть, выключ. Ф_м и вкл. Ф_б

R/2 → выкл. Ступень передач и довернуть штурвал.

Реверс (Т4 и Ф2 выключены с эпиц. СПР – разрыв потока мощности и одновременно с Т3,Ф1 вкл. III и IV передачи). СШ вращаются в разные стороны с одинаковой ω.

Рис. 4 Кинематическая схема гидромеханической трансмиссии гусеничных машин ГМ-352 и ГМ-569

Прямолинейное движение машины.

Для его обеспечения необходимо остановить эпициклические шестерни СПР. Для этого элементы управления реверсом (тормоз Т₄ и фрикцион Ф₂) выключаются, что приводит к разрыву потока мощности от двигателя к эпициклическим шестерням СПР и одновременно с помощью тормоза Т₃ и фрикциона Ф₁ включаются III и IV передачи. Управляя ГОП через дополни­тельный привод, мощность от двигателя подводится к солнечным шестерням СПР, которые вращаются в разные стороны с одинаковой угловой скоростью, что и обеспечивает вращение гусениц машины в разные стороны, но с оди­наковой угловой скоростью.

В первой группе первого типа дифференциальный (солнечнее шестерни остановлены - I группа) расчетный радиус (расчетный радиус поворота Rp - это радиус поворота, при котором минимальные потери во фрикционных элементах, т.е. пакет дисков трения сжат) может регулироваться как ступенчато, так и бесступенчато.

В первом случае (на примере Т-VI Тигр - обобщенная схема) в состав MПП входят: главный фрикцион, коробка передач и механизм поворота, ко­торый, в свою очередь, также состоит из двух суммирующих планетарных рядов, деталей основного и дополнительного приводов к ним. Дополнитель­ный привод своим продольным валом соединен с двигателем. Кроме того, к нему относятся коническая передача двухступенчатого цилиндрического ре­дуктора с фрикционным включением и двух фрикционов поворота, дающих различное направление вращения валу механизма поворота при постоянном направлении вращения ведомого вала редуктора. Вал поворота соединяется с солнечными шестернями суммирующих планетарных рядов таким образом, что две солнечные шестерни при повороте танка всегда вращаются противо­положно друг другу. Основной привод через главный фрикцион, коробку пе­редач соединяется с валом эпициклов обоих суммирующих планетарных ря­дов. От их водил через бортовые передачи Мкр подводится к гусеничному движителю. За счет разности скоростей гусениц происходит ступенчатое ре­гулирование расчетного радиуса.

При прямолинейном движении машины, за счет выключения фрик­ционов, дополнительный привод отключен, и вся мощность идет одним пото­ком по основному приводу через коробку передач, нагруженную всей мощ­ностью двигателя.

При нейтральном положении коробки передач, как во всех двухпоточных МПП, возможен неустойчивый поворот вокруг центра машины дви­жением забегающей гусеницы вперед и отстающей назад. Для этого достаточно завести двигатель и, не включая ступени коробки передач, повернуть полуштурвал в сторону желаемого поворота. Крутящий момент от двигателя передается дополнительным поворотом к солнечным шестерням, вызывая вращение забегающей солнечной шестерни вперед, а отстающей назад. При равных сопротивлениях под обеими гусеницами (в КП - нейтраль) вал эпи­циклов остается неподвижным, а под действием своих солнечных шестерен забегающее водило начнет вращаться вперед, а отстающее назад. Машина будет поворачиваться вокруг центра с радиусом B/2 - (В - ширина между цен­трами гусениц). При разных сопротивлениях под гусеницами будет провора­чиваться вал эпициклов и радиус поворота машины будет изменяться от В до -В.

При плавном бесступенчатом регулировании расчетного радиуса по­ворот машины осуществляется с помощью гидрообъемных передач, вклю­ченных в дополнительный привод (ГМ-352 «Тунгуска»). Основной привод может включать как гидромеханическую, так и планетарную коробку пере­дач, а также ряд постоянных передач, соединяет двигатель с эпициклами обоих суммирующих планетарных рядов.

Дополнительный привод с гидрообъемной передачей связывает двига­тель с солнечными шестернями. Вал ротора гидронасоса постоянно соединен с коленчатым валом двигателя. Вал ротора гидромотора передает при пово­роте вращение солнечным шестерням. За счет использования реверса в рав­ной мере уменьшается скорость отстающей и увеличивается скорость забе­гающей гусениц. Скорость прямолинейного движения сохраняет центр ма­шины, что является характерной особенностью МПП первого типа. Шайба гидромотора имеет постоянный максимальный угол наклона. Положение на­клонной шайбы гидронасоса задается водителем при воздействии на орган управления машиной.

Состав трансмиссии ГМ-352(569)

- Согласующий редуктор (СР)

- ГДП с блокирующим фрикционом (ГДП с БлФ)

- Реверс (Р)

- БКП

- СПР

- Выходной редуктор (Вых. Р)

- Бортовой передачи (БП)

Основной привод:

Д → Конический редуктор (СР) →ГДП → Р→БКП→СПР(ЭШ) + водило→БП→Гусеница.

Доп. Привод:

Д→Конич. редуктор→ГОП→СР→СШ СПР + водило→Гусеница

При прямолинейном движении машины наклонная шайба гидронасоса перпендикулярна оси его вала. Несмотря на вращение ротора гидронасоса двигателем, плунжеры в расточках ротора не перемещаются, и масло гидро­насосом в гидромотор не подается. Ротор и вал гидромотора неподвижны, а вместе с ними неподвижны и солнечные шестерни обоих суммирующих пла­нетарных рядов. Машина совершает устойчивое прямолинейное движение, скорость которого зависит от оборотов двигателя и передаточного числа ко­робки передач. В отличие от дифференциальных механизмов поворота пер­вого типа, характерных неустойчивостью прямолинейного движения, рас­сматриваемый механизм теоретически свободен от этого недостатка. Прак­тически небольшие отклонения машины от прямолинейного движения воз­можны из-за утечек масла в гидропередаче.

Прямолинейное движение машины (ГМ-352иГМ-569)

Передачи			1		II		III		IV		К=2,58; Кр=1
Включены	Передний ход	Tl Ф2		Т2 Ф2		ТЗ Ф2		Ф1 Ф2		K1=5,214
	Задний ход	Tl Т4		Т2 Т4		Т3 Т4		Ф1 Т4		К2=2,177
Передаточные числа Ui			6,214		3,177		1,677		1,00		К3=3,216

Для поворота машины водитель, действуя на орган управления, накло­няет шайбу гидронасоса. Начинается подача масла насосом через паз непод­вижной перегородки в гидромотор, что вызывает вращение его ротора, а вме­сте с ним и вращение солнечных шестерен. В том планетарном ряду, где на­правление вращения солнечной шестерни совпадает с эпициклом, скорость водила возрастает и гусеница, связанная с этим планетарным рядом, будет забегающей. В другом ряду солнечная шестерня вращается в сторону, обрат­ную вращению эпицикла. Скорость водила уменьшится и связанная с ним гу­сеница будет отстающей. Машина поворачивается в сторону отстающей гу­сеницы с расчетным радиусом: тормозные потери в пробуксовывающих фрикционных элементах отсутствуют, кривизна траектории движения маши­ны при заданном положении органа управления и в предложении постоянст­ва объемного КПД гидропередачи неизменна. Увеличивая угол наклона шай­бы гидронасоса, водитель сокращает величину расчетного радиуса поворота машины и, уменьшая угол наклона, увеличивает радиус поворота. Изменяя направление наклона шайбы, водитель вызывает вращение гидромотора в обратном направлении и поворот машины в противоположную сторону.

Рис. 5 Кинематическая схема МПП мерной группы второго типа (танк T-V)

Рис. 6 Механизм поворота танка T-V:

/, 6 — эпициклы; 2,5 — опоры вала эпициклов и ведомой конической шестерни основного привода; 3 — ведо­мая коническая шестерня; 4 — центрирующее кольцо эпициклов; 7 — опорный фланец; 8 — водило; 9 — рычажно-винтовой механизм включения фрикциона поворота; 10, 16 — подшипники блока шестерен; 11, 12 — под­шипники водила; 13 — гайка эпициклов; 14 — солнечная шестерня; 15 — подшипники взаимной центровки ше­стерен; 17 — ведомая шестерня дополнительного привода; 18 — корпус опорного тормоза; 19, 26 — ведущие шестерни дополнительного привода; 20 — картер механизма поворота; 21, 24 — шлицевые валики; 22 — труба конической шестерни; 23 — ведомая коническая шестерня дополнительного привода; 25, 27 — подшипники ци­линдрической шестерни; 28 — колодочный опорный тормоз; 29 — металлокерамическая накладка фрикциона

Характерное преимущество этого механизма заключается в возможно­сти получения на каждой ступени коробки передач не двух, как в ступенча­том механизме поворота, а бесконечного числа расчетных радиусов поворота машины в соответствии с бесконечным числом промежуточных положений органа управления машиной. Незначительный недостаток состоит в том, что одному и тому же промежуточному положению органа управления на раз­личных ступенях коробки передач соответствуют различные величины ра­диусов поворота машины, что снижает уверенность водителя при управлении машиной, особенно на больших скоростях. Велика мощностная нагрузка ГОП, достигающая на малых радиусах поворота 90% мощности двигателя. Кроме того, данный механизм поворота сложен и дорог в изготовлении.

Поворот машины на месте вокруг центра масс. Для его обеспечения необходимо остановить ЭШ СПР. Для этого элементы управления реверсом (Т4 и Ф2) выключаются, что приводит к разрыву потока мощности от двига­теля и ЭШ СПР и одновременно с помощью Т₃ и Ф₁включаются III и IV пе­редачи. Управляя ГОП через дополнительный привод, мощность от двигате­ля подводится к СШ СПР, которые вращаются в разные стороны с одинако­вой угловой скоростью, что и обеспечивает вращение гусениц машины в раз­ные стороны, но с одинаковой угловой скоростью.

В МПП второго типа, но первой группы (на примере трансмиссии танка T-V «Пантера») (рис. 5,6) конструкция, в принципе, аналогична МПП первого типа первой группы. Основной привод, через главный фрикцион, коробку пере­дач, жестко связан с эпициклами обоих суммирующих планетарных рядов. Дополнительный привод, лишь при повороте соединяет двигатель солнечной шестерней планетарного ряда только отстающей стороны.

Прямолинейное движение машины совершается при неподвижных солнечных шестернях, и вся мощность идет одним потоком через коробку пе­редач к эпициклическим шестерням суммирующих планетарных рядов. Пря­молинейное движение устойчиво, так как гусеницы имеют взаимную жест­кую кинематическую связь. Передаточные числа МПП пропорциональны передаточным числам коробки передач, поэтому диапазон трансмиссии равен диапазону коробки передач, Для кратковременного увеличения сил тяги можно выключить оба фрикциона поворота, при этом солнечные шестерни, вращаясь обратно, снизят скорость водил, увеличат их момент, появится циркулирующая мощность. Ввиду того, что если коробка передач имеет большое число ступеней и диапазон, замедленная ступень механизма пово­рота при прямолинейном движении не используется. Для остановки и тор­можения машины выключаются опорные тормоза и включаются остановочные тормоза.

Поворот машины во всех МПП второго типа достигается увеличением передаточного числа к отстающей гусенице при неизменном передаточном числе к забегающей гусенице.

Рис. 7 Кинематическая схема МПП второй группы второго типа (легкий арттягач АТЛ)

. . . . ■ ■ •■:.--.■ •- ^; ■•..-, -■::.■.■

При этом на каждой передаче возможен поворот машины с первым расчетным радиусом В и со вторым расчетным радиусом Rpi большим В. Для поворота с отстающей стороны выключается опорный тормоз и включается фрикцион поворота, остановочные тормоза остаются выключенными. В сум­мирующем планетарном ряду отстающей стороны солнечная шестерня начи­нает вращаться в сторону, противоположную вращению эпицикла. При этом обороты водила и скорость отстающей гусеницы уменьшаются. Машина по­ворачивается с расчетным радиусом, величина которого зависит от номера передачи (чем выше номер передачи, тем больше радиус поворота). Для по­ворота с радиусом R=B на отстающей стороне включается остановочный тормоз, а опорный тормоз и фрикцион поворота выключаются. Поворот с ра­диусом R=B/2 (при равных сопротивлениях под обеими гусеницами) осуще­ствляется при выключенной коробке передач, включенном фрикционе пово­рота на отстающей стороне и включенном опорном тормозе на забегающей.

Преимущество рассмотренного МПП заключается в отсутствии сужения диапазона трансмиссии по сравнению с диапазоном коробки передач, ха­рактерного для МПП первой группы (с разветвлением мощности); возможно­сти временного увеличения силы тяги прямолинейного движения при одновременном включении двух фрикционов поворота; отсутствии циркулирующей мощности, которая перегружает детали КП и снижает КПД МПП треть­ей группы. Как недостаток МПП следует отметить большое число фрикционных устройств и сложность конструкции узла планетарного редуктора, трудность плавного регулирования радиуса поворота поочередным воздействием на три управляемых фрикционные устройство (опорный тормоз, фрикцион поворота и остановочный тормоз).

MПП второй группы второго типа были применены на легком тягаче (ATЛ). B общем картере МПП размещена КП на пять ступеней, два суммирующих планетарных ряда механизма поворота и детали дополнительного привода. Есть фрикционные устройства для поворота и остановки машины. Вращение солнечных и эпициклических шестерен при включении обоих фрикционов происходит в одном направлении, что и является показателем разветвления потока мощности двигателя между коробкой передач и допол­нительным приводом.

МПП обеспечивает устойчивое прямолинейное движение машины при включении обоих фрикционов. Кратковременное увеличение силы тяги на всех передачах, кроме первой и передачи заднего хода, возможно при одновременном выключении фрикционов и затяжении обоих тормозов поворота. На первой передаче вал эпициклов в данной схеме блокируется с картером, поэтому затяжка тормозов поворота вызовет остановку машины. При вклю­чении в КП заднего хода меняется направление вращения только эпицикли­ческих шестерен. Вращение солнечных и эпициклических шестерен в раз­личных направлениях свидетельствует о циркуляции потока мощности внут­ри механизма и значительной перегрузки шестерен передачи заднего хода. Остановка солнечных шестерен вызовет не уменьшение, а увеличение скорости заднего хода.