Differentialstyrning
Differentialstyrning är sättet att styra ett landfordon genom att applicera mer drivmoment på ena sidan av fordonet än den andra. Differentialstyrning är det primära sättet att styra bandfordon , såsom tankar och bulldozers , används också i vissa hjulförsedda fordon, allmänt kända som skid-steer , och även implementerat i vissa bilar, där det kallas vridmomentvektorering , för att öka styrningen genom att byta hjulets riktning i förhållande till fordonet. Differentialstyrning skiljer sig från vridmomentstyrning , som vanligtvis anses vara en negativ bieffekt av val av drivlina.
Historia
Ett brittiskt jordbruksföretag, Hornsby i Grantham , utvecklade ett kontinuerligt band, som patenterades 1905. Hornsby-traktorerna hade en spårstyrd koppling.
Mekanismer
Det finns flera mekanismer som har utvecklats för att variera vridmomentet som appliceras på olika sidor av ett fordon. Dessa inkluderar kopplingsbromsstyrning , bromsad differentialstyrning , kontrollerad differentialstyrning, växlad styrning, Maybach dubbeldifferentialstyrning , dubbeldifferentialstyrning , trippeldifferentialstyrning , hydraulisk och elektrisk.
Koppling-broms
Vid differentialstyrning med kopplingsbroms kopplas kraften från den ena eller den andra sidan med en koppling , och den omotoriserade sidan kan också ha en broms ansatt för att dra åt svängen. Observera att det inte finns någon differentialväxel i denna design. Spåren på vardera sidan av fordonet kommer alltid att svänga med samma hastighet såvida inte en är urkopplad för styrning. Denna metod är enkel att implementera men ineffektiv och endast lämplig för lätta fordon. Vid färd i nedförsbackar under motorbromsning kan det även leda till en sväng åt andra hållet om man släpper kopplingen från ena sidan till att svänga.
Bromsad-differential
Vid bromsdifferentialstyrning appliceras kraften på båda sidorna genom en differential och en broms på den ena eller andra sidan. Bromsningen av ena sidan får den andra sidan att öka hastigheten, på grund av differentialen, och så håller fordonet en konstant hastighet. En senare nackdel är att förändringar i rullmotstånd eller dragkraft från den ena sidan till den andra automatiskt får fordonet att styra om det inte motverkas av föraren. Differentialstyrning av denna typ användes i många halvspårskonstruktioner för att hjälpa till med snäva svängar.
Kontrollerad-differential
Vid kontrollerad differentialstyrning är dreven i differentialen låsta vilket gör att ena sidan roterar snabbare än den andra. En fördel är att ingen kraft går förlorad vid bromsning. En nackdel är att endast en svängradie kan utföras effektivt. Denna metod utvecklades av Cleveland Tractor Company 1921 och kallades Cletrac Regenerative Steering System .
Geared
Vid växlad differentialstyrning används två kompletta växellådor för att ge kraft åt vardera sidan, och en distinkt svängradie kan härledas från varje utväxlingskombination . Den största nackdelen med detta system är att det fördubblar storleken och vikten av den totala transmissionen och därför har det endast implementerats experimentellt.
Maybach dubbeldifferential
I Maybach dubbeldifferential överförs kraften genom en enda huvudväxellåda och sedan genom en epicykelväxel på varje sida. En annan drivhastighet orsakas av att vridmomentet matas från en separat "styr"-transmission till den ena eller andra slutdriften med hjälp av ett par kopplingar. Vanligtvis vrids styrinmatningen med ett fast utväxlingsförhållande i förhållande till motorn, vilket resulterar i olika svängradie för varje huvudutväxlingsförhållande. Detta system implementerades på tyska Panther-stridsvagnar under andra världskriget. Nackdelen med denna konstruktion jämfört med andra flerdifferentiella konstruktioner är att applicering av styrinmatningen på ett spår också ökar medelhastigheten för de två spåren, så att fordonets hastighet inte är konstant.
Dubbeldifferential
Vid dubbeldifferentialstyrning, som i Maybachs dubbeldifferentialsystem, matas kraften från en andra växellåda in i en epicykelväxel i den ena eller andra sidans slutdrift. I denna konstruktion bibehålls emellertid den genomsnittliga körhastigheten för banden genom att lägga till en tomgång för att applicera det motsatta vridmomentet på växeln på andra sidan av svängen. Ett par kopplingar används för att applicera styrtransmissionens uteffekt, som endast vrider en riktning, på styrtväraxeln i båda riktningarna. Detta system utvecklades 1928 av major Wilson. Här används styrinmatningen inte så mycket för att applicera vridmoment på endera sidan utan snarare för att kontrollera skillnaden i vridmoment och hastighet mellan de två sidorna.
Observera också att, i någon av styrmetoderna med dubbla eller trippeldifferentierade, bestäms de effektiva svängradierna (t.ex. utan styrkoppling eller bromsslipning) av förhållandet mellan styrinmatningshastigheten och huvuddrivningens ingångshastighet i varje epicyklisk slutdrift. Detta innebär att att ha flera utväxlingar i styrtransmissionen resulterar i flera svängradier för varje huvuddrivutväxling. Den extra komplexiteten i de mekaniska systemen och körkontrollerna gör att denna förmåga sällan implementeras. [ citat behövs ]
Trippel-differential
Trippeldifferentialstyrning liknar dubbeldifferentialstyrning förutom att den använder två styrtväraxlar som är kopplade till en styrdifferential istället för att använda en styrtväraxel och en tomgångsväxel. En del av drivmomentet appliceras alltid genom styrdifferentialen och de två epicykliska differentialerna. Bromsar används istället för kopplingar för att bromsa den ena eller andra styraxeln. Styrningen fungerar ungefär som bromsad differentialstyrning som nämnts ovan förutom att den resulterande ineffektiviteten från att ansätta styrbromsarna endast påverkar vridmomentet som överförs via styringången. [ citat behövs ]
Hydraulisk
Hydraulisk differentialstyrning består av ett hydrauliskt drivsystem med en hydraulpump och två hydraulmotorer , en för varje sida. Detta system används ofta på sladdstyrda lastare och nollsvängsklippare .
Elektrisk
Elektrisk differentialstyrning består av två eller flera elmotorer - en för varje sida av fordonet, eller upp till så många som en per hjul - som körs i olika hastigheter (eller riktningar), beroende på styrbehov. Det är ofta implementerat i hjulförsedda robotar .
Hand
De flesta traditionella rullstolar manövreras med differentialstyrning när de drivs av den åkande.
Svängradie
Beroende på implementering, friktion mellan drivmekanism och mark, och tillgänglig kraft, kan ett fordon med differentialstyrning ha en svängradie på noll eller en svängcirkel från trottoarkant till trottoarkant lika med fordonets längd genom att köra varje sida med samma hastighet men i motsatta riktningar. Detta kallas också en neutral sväng . Fordon på vilka endast ett drivhjul på varje sida är styvt inriktat och alla andra är fria att kasta, såsom rullstolar och hjulförsedda robotar, kräver minst kraft för att svänga. Fordon med långa sammanhängande spår på varje sida som måste glida på marken för att överhuvudtaget svänga kräver mer kraft.
Exempel
- Stridsvagnar , pansarvagnar , pansarfordonsbrygga , självgående luftvärnsvapen och liknande militärfordon
- Bulldozers , grävmaskiner , traktorer , snökatter , grävmaskiner och annan tung utrustning
- Minilastare och deras derivat
- Amfibie ATV
- Zero-turn gräsklippare
- Robotar med differentialhjul
- Rullstolar
- Självbalanserande skotrar