Трансмиссии современных танков

полковник А. Тельминов, полковник А. Загудаев

(Техника и вооружение. — 1989. — № 9. — С. 6-7)

Материал предоставлен: Сергей Зыков

По материалам иностранной печати

Одной из важнейших характеристик танка, существенно влияющей на эффективность его боевого применения, является подвижность. Она определяется прежде всего удельной мощностью, которая у современных зарубежных танков достигает 22 кВт/т (30 л.с./т). Дальнейшее ее увеличение, по утверждениям зарубежных специалистов, нецелесообразно, так как возникает опасность заноса при поворотах на больших скоростях. Поэтому возможности повышения подвижности перспективных танков конструкторы связывают в первую очередь с совершенствованием их трансмиссий.

Считают, что танковая трансмиссия, обладая высоким КПД, должна обеспечивать широкий диапазон изменения силы тяги и скорости, возможность поворота танка с различными расчетными (не зависящими от внешних условий) радиусами и эффективное его торможение. При этом желательны минимальные габариты агрегатов, высокая надежность их, простота и удобство регулировок, демонтажа и монтажа в полевых условиях, легкость управления. Требования противоречивые, и реализовать их все в одной конструкции сложно. Этим объясняется большое разнообразие конструктивных схем трансмиссий, каждая из которых, как сообщают, лишь в той или иной степени отвечает этим требованиям.

По числу кинематических связей между механизмом поворота и двигателем различают одно- и двухпоточные трансмиссии. У последних коробка передач и механизм поворота составляют единый агрегат — механизм передач и поворота (МПП). По способу изменения крутящего момента двигателя трансмиссии могут быть механические (шестеренчатая или планетарная коробка передач) и гидромеханические, включающие в себя кроме механической коробки передач и гидропередачу (например, гидротрансформатор или комплексную гидропередачу). Тип агрегата, предназначенного для изменения скорости движения и силы тяги, обусловливает в основном массогабаритные показатели и КПД всей трансмиссии.

Однопоточные механические трансмиссии (рис. 1) при достаточно высоком КПД обладают наименьшими массогабаритными показателями, проще в производстве, эксплуатации и ремонте. Однако ступенчатое изменение передаточных чисел в коробке передач не позволяет эффективно использовать мощность двигателя, а малое количество расчетных радиусов поворота и их несоответствие оптимальным значениям на высших передачах затрудняют управление танком при движении с высокими скоростями.

Зарубежные специалисты считают, что увеличение числа расчетных радиусов или количества передач в такой коробке в целях более полного использования мощности двигателя и улучшения маневренности танка связано со значительным усложнением конструкции, а также с ухудшением массогабаритных показателей трансмиссии.

Более совершенными считают механические планетарные трансмиссии с фрикционным включением передач и гидросервоприводами управления движением. Полагают, что с применением новых фрикционных материалов, обладающих более высокими характеристиками, несколько улучшится управляемость. Однако ощутимого увеличения подвижности трудно ожидать, поскольку не устраняется общий для всех однопоточных трансмиссий недостаток — ограниченные возможности использования расчетных радиусов поворота при высоких скоростях движения. По этой же причине не получили широкого распространения и однопоточные гидромеханические трансмиссии, которые хотя и обеспечивают более полное использование мощности двигателя, но имеют пониженный КПД, а кроме того, большие, чем механические трансмиссии, габариты.

В значительной степени свободны от этих недостатков, по мнению зарубежных экспертов, двухпоточные трансмиссии — механизмы передач и поворота (МПП). В таких трансмиссиях (рис. 2) каждая ступень коробки передач обеспечивает свой расчетный радиус поворота, величина которого растет с повышением номера передачи. Эти радиусы за счет введения дополнительного привода с оптимальным передаточным отношением подобраны таким образом, что на любой из передач танк поворачивается без заноса и водителю не нужно снижать скорость из-за опасности потерять управление. Еще одно преимущество двухпоточных трансмиссий, благодаря которому существенно улучшается маневренность танка: машина с такой трансмиссией может поворачиваться на месте вокруг своей центральной оси (гусеницы вращаются в разные стороны).

Двухпоточные трансмиссии получили широкое распространение в современном зарубежном танкостроении, несмотря на их конструктивную сложность, большие габариты (из-за введения дополнительного привода) и более жесткие требования к расположению двигателя. Однако отмечают существенные недостатки механических МПП: пониженный общий КПД, а кроме того, с применением в этом приводе дифференциала прямолинейное движение танка становится менее устойчивым. При разных сопротивлениях на гусеницах, например при движении по косогору, танк самопроизвольно поворачивает в сторону меньшего сопротивления, что вынуждает водителя все время корректировать направление движения.

Широкое распространение за рубежом получили гидромеханические трансмиссии (ГМТ), в состав которых кроме обязательных элементов механических трансмиссий входит гидродинамическая передача (КГП), автоматически изменяющая крутящий момент и частоту вращения выходного вала в зависимости от внешней нагрузки. Благодаря этому количество ступеней, габариты и масса механической коробки передач могут быть, как считают зарубежные специалисты, уменьшены примерно в 2 раза, а водитель будет реже переключать передачи, так как система «двигатель — трансмиссия» в более широком диапазоне способна приспосабливаться к изменению внешних сопротивлений. Так, некоторые зарубежные танки имеют всего 2 передачи переднего хода — замедленную и ускоренную.

В качестве недостатков гидромеханических передач зарубежные специалисты отмечают пониженный КПД (даже в ограниченном диапазоне регулирования крутящего момента и оборотов) и необходимость значительной по объему системы охлаждения и подпитки. Поэтому в целом массогабаритные показатели ГМТ достаточно велики. Несмотря на то что гидропередача облегчает условия работы двигателя, сглаживая динамические нагрузки, она не позволяет осуществлять торможение двигателем и его запуск с буксира. Это заставляет конструкторов усложнять механическую часть трансмиссии, в частности, усиливать остановочные тормоза, вводить гидротормоз и блокировочный фрикцион КГП.

В двухпоточных гидромеханических трансмиссиях некоторых зарубежных танков (рис. 3) в дополнительном приводе применяется дифференциал или дифференциальный привод. При прямолинейном движении он отключается, и трансмиссия работает как однопоточная. Зарубежные эксперты отмечают, что хотя ее КПД несколько меньше, однако прямолинейное движение танка остается устойчивым. Управление дополнительным приводом при поворотах осуществляется либо фрикционными устройствами (тормозами и фрикционами поворота), либо с помощью гидрообъемной передачи.

К недостаткам фрикционных устройств управления поворотом относят малое число расчетных радиусов. Обычно на каждой передаче имеется лишь один расчетный радиус, при котором тормоз или фрикцион поворота включен полностью и работает без пробуксовки. С увеличением количества расчетных радиусов существенно усложняется трансмиссия. Дополнительные радиусы поворота, реализуемые за счет пробуксовки фрикционных устройств, зависят от внешних условий — вида и состояния грунта, угла наклона местности. Поэтому одному и тому же радиусу поворота, например на дороге с твердым покрытием и на грунте, будут соответствовать разные положения органа управления. Следовательно, в каждом конкретном случае водитель должен «угадать» положение органа управления, а затем, оценив действительный радиус поворота, уточнить его. Все это зависит от квалификации водителя и не исключает ошибок.

Другим недостатком, как отмечалось, является наличие зон «нечувствительности» привода, обусловленных малым коэффициентом трения при небольших усилиях включения и больших скоростях пробуксовки фрикционных устройств управления. Поэтому водитель при повороте с большим радиусом, чтобы пройти зону «нечувствительности», вынужден резко перемещать рычаг или штурвал на величину, заведомо большую, чем это необходимо, и лишь затем устанавливать требуемый радиус поворота, перемещая орган управления в сторону исходного положения. Ошибки, допускаемые в процессе управления, особенно при движении с большой скоростью, когда время на поворот ограничено, могут привести к тому, что танк не впишется в нужную траекторию, а при однопоточной трансмиссии потеряет управление вследствие заноса.

Чтобы исключить эти недостатки, предложили применять в трансмиссиях гидрообъемные передачи (ГОП) в дополнительном приводе. Это позволило обеспечить бесступенчатое изменение передаточного отношения при жесткой кинематической связи между ведущими колесами танка: любой радиус поворота является расчетным и каждому положению органа управления соответствует вполне определенная траектория движения.

Использование ГОП в основном потоке мощности вместо механической коробки передач, по оценкам экспертов, позволяет заметно увеличить подвижность и упростить процесс управления танком. Однако отмечают, что для передачи больших мощностей требуются ГОП со значительными габаритами либо очень высокие давления рабочих жидкостей. И в том и в другом случаях, чтобы обеспечить приемлемый объемный КПД передачи, необходима особая точность изготовления цилиндров и поршней гидронасоса и гидромотора, а также высокая надежность уплотнений. Поэтому пока гидрообъемные передачи применяют в менее нагруженных дополнительных приводах. Причем и в этих случаях приходится усложнять конструкцию трансмиссии, включая в дополнительный привод гидромуфты, работающие параллельно с ГОП при больших нагрузках.

В настоящее время большинство зарубежных конструкторов считают, что наиболее перспективными с точки зрения повышения подвижности танка являются двухпоточные трансмиссии с гидрообъемными передачами в дополнительном приводе управления поворотом. Что же касается той части трансмиссии, которая передает основную долю мощности двигателя, то оптимальной, по их мнению, была бы замена механической коробки передач бесступенчатой гидрообъемной передачей.

В частности, большие надежды возлагаются на недавно появившиеся шаропоршневые ГОП (см. 4-ю стр. обложки). В такой передаче крутящий момент на роторе мотора создается касательными составляющими нормальных реакций отпора на поршни со стороны статора. Ход поршней, величина подачи насоса и скорость вращения ротора мотора зависят от положения ротора 2 относительно статора насоса 4, то есть от величины эксцентриситета е. При изменении знака эксцентриситета обеспечивается изменение направления вращения ротора мотора. Гидромотор, как правило, имеет постоянный эксцентриситет. Однако, несмотря на определенные успехи, достигнутые в этом направлении, реализацию такого конструктивного решения на основных танках в ближайшем будущем считают маловероятной. Объясняют это технологическими трудностями изготовления подобных передач, а кроме того, необходимостью применения громоздких систем охлаждения для рабочей жидкости.

В отношении вариантов «комплексная гидродинамическая передача с механической коробкой передач» или «механическая коробка передач с увеличенным числом ступеней» в основном потоке мощности среди зарубежных специалистов существуют различные мнения, поскольку каждый из этих вариантов имеет как определенные преимущества, так и существенные недостатки. Поэтому при выборе той или иной схемы трансмиссии решающими являются приоритетные требования, реализуемые при создании танка.

Используя КГП в танковых трансмиссиях, зарубежные конструкторы стараются ограничить их работу только на низших передачах (в тяжелых условиях движения), что позволяет иметь более высокий общий КПД трансмиссии на высших передачах, увеличить запас хода по топливу, реализовать тормозные свойства двигателя. Именно поэтому механические коробки передач в современных ГМТ имеют увеличенное число передач переднего хода.