Tankstyrsystem
Tankstyrsystem gör att en tank , eller annat kontinuerligt bandfordon , kan svänga. Eftersom spåren inte kan vinklas i förhållande till skrovet (i någon operativ design), måste styrningen åstadkommas genom att snabba upp ett spår, sakta ner det andra (eller backa det), eller en kombination av båda. Halvspåriga fordon undviker detta genom att kombinera styrbara hjul och band med fast hastighet.
Tidiga styrsystem antogs från bandgående arbetsfordon, vanligtvis med en koppling för att minska kraften till ett spår, vilket fick den att sakta ner. Dessa konstruktioner har många problem, särskilt när man klättrar i backar eller springer i hög hastighet, eftersom kraftminskningen gör att den totala hastigheten saktar ner. Att leverera kraft till båda spåren samtidigt som de svängs i olika hastigheter är ett svårt designproblem.
En serie mer avancerade konstruktioner introducerades, särskilt genom andra världskriget , som bibehöll kraften till båda spåren under styrningen, ett koncept som kallas regenerativ styrning . Vissa lät också ett spår röra sig framåt medan det andra backade, vilket gjorde att tanken kunde snurra på plats, ett koncept som kallas neutral styrning . Det första riktigt framgångsrika systemet var den brittiska dubbeldifferentialdesignen från 1924, som kopierades av både USA och Tyskland.
De flesta moderna västerländska konstruktioner använder en variant av den dubbla differentialen, medan sovjetiska konstruktioner föredrog att använda två separata transmissioner i ett enda hus. System som använder elmotorer med variabel hastighetskontroll har prövats vid ett antal tillfällen, men har inte kommit i någon större användning.
Dubbel drivning
En lösning på styrproblemet är att använda två separata drivlinor som var och en kör ett spår. Detta bibehåller kraften till båda spåren under styrning, ger ett brett utbud av svängcirklar och tillåter till och med att ett spår kan vändas medan det andra rör sig framåt, vilket gör att tanken kan svänga på plats. Detta kan kombineras med bromsar för att ytterligare styra styrradien.
Den uppenbara nackdelen med denna design är kostnaden och komplexiteten för två drivlinor, och den ökade underhållsbelastningen som medför. En annan är att om en motor går sönder kan den andra inte användas för att köra båda spåren. Båda dessa problem reducerades avsevärt i fallet med ångkraft , där majoriteten av motorn vad gäller storlek och vikt är pannan, och cylindrarna som tar ut den kraften är mycket mindre i jämförelse. Den kan också ge variabel uteffekt genom att kontrollera mängden ånga som skickas till varje cylinder. Det är mycket mer komplext när det används med förbränningsmotorer .
Ett mindre uppenbart problem är att det är mycket svårt att hålla ett sådant fordon i rörelse i en rak linje. Även om en regulator kan användas för att säkerställa att de två motorhastigheterna är lika, kommer belastningen på spåren inte att vara densamma när den rör sig över olika terräng, vilket gör att den mer tungt belastade banan saktar ner och tanken svänger i den riktningen. Detta kommer att få tanken att vandra när den rör sig över ojämn mark. Detta är inte ett problem vid mycket låga hastigheter, och systemet används ibland på bulldozrar och andra bandgående anläggningsfordon. För stridsvagnar krävs betydande förarskicklighet och konstant justering, även vid de relativt låga hastigheterna som ses på tidiga konstruktioner.
Exempel på äkta dubbla drivsystem är inte vanliga, men har funnits under mycket av tankens historia. Exempel inkluderar den brittiska Whippet- tanken från första världskriget .
Dubbel växellåda, eller växlad styrning
Ett enkelt steg upp från konceptet med dubbeldrift är att använda en enda motor och dela upp kraftuttaget i två transmissioner. Styrningen åstadkoms genom att växla på ett spår och inte på det andra. Detta minskar komplexiteten i systemet med dubbla drivsystem när det kombineras med en modern motor. Det introducerar också ett nytt beteende; extra belastning på ett spår gör att det andra också saktar ner. Detta är faktiskt en förbättring jämfört med lösningen med dubbla drivningar, eftersom det gör att hela tanken saktar ner, inte svänger mot det belastade spåret.
Nackdelen med detta tillvägagångssätt är att högeffektsöverföringar är felbenägna enheter, särskilt under andra världskrigets era. De är också komplexa och tidskrävande enheter att bygga och reparera. Även om den eliminerar en andra motor, jämfört med konceptet med dubbeldrift, är den fortfarande relativt komplex jämfört med lösningarna som följer.
System med dubbla drivsystem användes i stor utsträckning sedan bandfordonens tidigaste dagar, inklusive Holt 75-traktorn som användes i stor utsträckning under första världskriget . Japanerna antog konceptet 1925, och alla deras efterföljande stridsvagnar genom andra världskriget använde detta. Britterna fortsatte också att använda den på lätta stridsvagnar som Covenanter och Crusader från den tidiga krigsperioden. Tjeckiska LTH anammade också systemet och såg tjänsten med tyskarna som Panzer 38(t) .
Sovjeterna introducerade detta system för sin KV-13 experimenttank, och detta ledde till att det användes i IS-tankfamiljen . Senare versioner introducerade fler växlar för att producera flera svängradier, inklusive backning av ett spår. T -64 introducerade en ny modell med sju hastigheter, och detta grundläggande system har använts på T-72 , T-90 och Chinese Type 98 .
Kopplingsbromsning
Det enklaste enmotoriga styrsystemet i mekaniska termer, och nästan allmänt använt på tidiga tankkonstruktioner, var kombinationen av en broms och en koppling kopplad till styrreglage. Kontrollerna var normalt ett par vertikala handtag, ett för varje spår. Att dra i ett handtag kopplade ur kopplingen, släppte spåret och fick det att sakta ner. Ytterligare rörelser av handtaget anbringade allt mer bromsen på det spåret, vilket gjorde att svängcirkeln kunde justeras.
Den största nackdelen med denna design är att när styrning appliceras tas motorkraften bort från banan. Detta gör att tanken saktar ner, även om bromsen inte är åtdragen. Om tanken klättrar, eller i mjuk terräng, kan rörelsen framåt stoppas helt. En annan nackdel är att bromsarna ständigt avleder enorma mängder värme vid styrning, vilket är väldigt effektineffektivt. Bromsarna som är lämpliga för att styra ett stort fordon är också opraktiskt stora.
Kopplingsbromsning introducerades av fransmännen 1916 under första världskriget . De flesta lätta stridsvagnar använde den under 1920- och 30-talen, liksom några större stridsvagnar som den brittiska experimentella Vickers Independent och den sovjetiska T-35 . De sista stora designerna som använde den var den sovjetiska T-34 och tyska Panzer III och Panzer IV .
Differentialbromsning
Differentialbromsar (eller bromsade differentialsystem) tar bort kopplingarna på banan och lägger till en differential på transmissionens uteffekt. Differentialen gör att spåren kan svänga med olika hastigheter medan de förblir drivna. Styrningen utförs sedan genom att bromsa ett spår med en broms. Fördelen med denna design är att kraften bibehålls till båda spåren även när styrningen pågår. En annan fördel är ren enkelhet; styrsystemet ansluter direkt till bromsen och inget annat, vilket ger ett mycket enkelt mekaniskt arrangemang.
Den största nackdelen, liksom kopplingsbromssystemet, är att styrningen leder bort värme genom bromsarna. Till skillnad från kopplingssystemet kräver dock i detta fall all sväng bromsning. Detta kan användas på lättare tankar, men mängden kinetisk energi i större tankar gör att de bromsar som krävs är opraktiskt stora. En annan nackdel är att differentialen gör att spåren kan svänga i olika hastigheter oavsett vad orsaken kan vara. Detta kan vara användningen av bromsning, men inträffar också när tanken färdas över terräng; om en sida av tanken går in i mjukare terräng och saktar ner, kommer tanken naturligt att vända mot den sidan. Framåt momentum tenderar att kompensera denna effekt, så det är främst ett problem vid låga hastigheter.
Differentialbromsning går faktiskt före kopplingsbromsning på bandfordon, efter att ha introducerats av Richard Hornsby & Sons 1905 på världens första bandfordon. Kopplingsbromsning blev populär bara på grund av dess mekaniska enkelhet. Differentialbromsning kunde hittas på många mindre stridsvagnar, särskilt under tiden före andra världskriget. Brittiska stridsvagnar började använda dem under första världskriget och fortsatte in i andra världskriget . Ett vanligt exempel var Bren Carrier .
Kontrollerad differential
Differentialbromsar är i huvudsak en epicyklisk växellåda med ett enda fast utväxlingsförhållande som överförs genom tomgångsdrev . Den kontrollerade differentialen lägger till en förlängning till kuggstången som håller styrhjulen och sätter en konventionell broms på den förlängningen. Med bromsen åtdragen låses löphjulen och systemet fungerar som en vanlig epicyklisk. När bromsen släpps snurrar tomgångshjulen, vilket minskar rotationshastigheten på den sidan. Detta gör att utmatningen på den sidan saktar ner med ett fast belopp.
Fördelen med denna design är att bromsen inte ansätts för att bromsa fordonet, den kopplar helt enkelt in eller ut den andra uppsättningen växlar. Detta betyder att den inte försvinner energi, förutom under den korta period den appliceras eller frigörs. Jämnare styrning kan uppnås genom partiell ansättning av bromsen, men sedan börjar den avleda energi som den bromsade differentialen. Den största nackdelen är att det bara finns en svängradie. Liksom standarddifferentiallösningen är dessa system även föremål för självsvängning vid färd över terräng.
Systemet uppfanns av Cleveland Tractor Company 1921 och är ibland känt under det varumärkesskyddade namnet Cletrac Differential. Den användes av de flesta franska stridsvagnar under mellankrigstiden, såväl som på den tyska Grosstraktor . Det var vanligast på amerikanska mönster, användes på alla ljus och medier från 1932 till slutet av andra världskriget. Senare användningsområden inkluderade franska AMX 13 , japanska Type 61 , och den allmänt producerade amerikanska M113 APC .
Dubbel differential
.2.jpg)
Det mer komplexa dubbeldifferentialsystemet liknar den kontrollerade differentialen i grundkonceptet, genom att det styr hastigheten på spåren genom att styra tomgångshjulens rotation. I det här fallet används dock två kompletta differentialer, en för varje spår, och mellanhjulen styrs inte av en broms, utan en andra kraftaxel, styraxeln .
Normalt är styraxeln ansluten till motorn direkt, istället för utgången från transmissionen. Detta innebär att den snurrar med ett relativt smalt varvtalsintervall jämfört med huvuddrivaxeln. Styraxeln är uppdelad i två utgående axlar genom ett kopplingssystem som låter utgångarna snurra framåt, bakåt eller inte alls. En tomgång vänder riktningen på ena sidan, så de snurrar alltid i motsatta riktningar.
Med kopplingen avstängd, så att axeln inte snurrar, sitter rullarna i de två differentialerna på plats. Detta är precis som den kontrollerade differentialen med bromsen på. När styrkopplingen är inkopplad snurrar axeln en av tomgångsuppsättningarna framåt och den andra bakåt, vilket gör att det ena spåret ökar hastigheten och det andra saktar ner.
Eftersom hastighetsskillnaden mellan de två spåren är oberoende av växellådans val, gör detta att styreffekten blir mindre uttalad vid högre hastigheter; detta innebär att tanken har en längre svängradie vid högre hastigheter, vilket i allmänhet är vad som önskas. Systemet producerar dock bara en radie för varje givet växellådasval.
Systemet är helt regenerativt: all motorkraft når spåret antingen genom huvuddrivaxeln eller styrsystemet; ingen av energin går förlorad till bromsar eller kopplingar. Dessutom, eftersom kraft matas runt transmissionen till styrsystemet, kan tanken i vissa konstruktioner vridas eller till och med svängas på plats även när huvudväxellådan inte är ilagd, en funktion som kallas neutral styrning. Begränsningen för denna funktion är styrkan på styraxeln, som måste vara tillräckligt stark för att flytta tanken om denna funktion önskas, men annars kan den göras lättare om detta inte behövs.
Dubbla differentialer användes först i experiment i Frankrike som började 1921 och hittades på många tunga stridsvagnar under andra världskriget, inklusive de tyska tigrarna . Tillägget av en kontinuerligt variabel uteffekt med hjälp av en hydrostatisk transmission användes på Char B1 , vilket gav mjuka förändringar i svängradie som eliminerade systemets största nackdel. Den låga effektiviteten hos detta system gjorde att det inte användes i stor utsträckning, men snabb förbättring av hydrodynamiska vätskekopplingar gjorde det vanligt under efterkrigstiden. De flesta västerländska tankdesigner sedan 1960-talet har använt en variant av denna design, särskilt M60 Patton och M1 Abrams .
Merritt–Brown trippeldifferential
Detta system utarbetades av Dr. HE Merritt , chef för tankdesign på Woolwich Arsenal , och tillverkades av David Brown Ltd.
Den tredubbla differentialen är en modifiering av den dubbla differentialen, som ersätter styrkopplingarna med en enkelbromsad differential som liknar en kontrollerad differential. Denna tredje differential ger vilken önskad utgående hastighet som helst i styraxeln, jämfört med den dubbla differentialen där axelns hastighet är fixerad. Denna utgång driver styrhjulen på en annars oförändrad dubbel differential, vilket ger en kontinuerligt variabel styrning. Den har alla fördelarna med den dubbla differentialen, medan den enda nackdelen är att bromsen på den tredje differentialen avleder en del energi när den slirar, men detta beror bara på mängden energi som används för att styra fordonet, inte den totala energin som är levereras till spåren.
Trippeldifferentialen användes främst på brittiska stridsvagnar från krigstid och efter kriget, först på Churchill-stridsvagnen och senare på Cromwell-stridsvagnen och dess efterföljande konstruktioner. Det gav dessa konstruktioner oöverträffad manövrerbarhet och förmåga att klättra som inte matchades av andra konstruktioner förrän långt in i det kalla kriget . Den grundläggande versionen fortsatte att användas på brittiska mönster fram till TN 10 av Conqueror och TN 12 på Chieftain . Detta system används i allmänhet inte idag, till förmån för förbättrade hydrodynamiska transmissioner i den dubbla differentialen, med början med transmissionen i Challenger .
Maybach dubbel differential
.jpg)
Maybach-systemet är i huvudsak en förenklad version av den dubbla differentialen, eller mer exakt i mekaniska termer, en dubbelstyrd differential. Den ersätter den dubbla differentialens framåt och bakåt styraxel och kopplingssystem med en enkel axel som snurrar åt ena hållet och bromsar på tomgångshjulen. Liksom den kontrollerade differentialen, är bromsarna normalt ansatta för att hålla tomgångshjulen fixerade. Styringångarna släpper den ena eller andra bromsen för att få tomhjulet att snurra och det spåret att sakta ner. Till skillnad från den fulla dubbla differentialen, är den andra sidan inte snabbare, så systemet är inte helt regenerativt, och eftersom båda tomhjulsuppsättningarna snurrar i samma riktning, erbjuder den inte neutral styrning. Styrradierna är fasta och bestäms av växelvalet i huvudväxellådan.
Maybach-systemet användes endast på en enda design, Panther-tanken . Det sena krigets tillstånd i Tysklands ekonomi, särskilt bearbetningsförmåga och leverans av starka material, innebar att endast små antal av den komplexa dubbla differentialen kunde produceras. För Panther, avsedd att masstillverkas, designade Maybach AK7-200-växellådan med ett antal designanteckningar avsedda att förenkla produktionen.
Spårvridning
Medan spår inte kunde vinklas i sin helhet, var det möjligt att förvränga spåret så att bandfordonet tog en krökt bana. De främre boggierna på den brittiska Universal Carrier var monterade på ett tvärrör som gick genom skrovet. Genom att vrida ratten förflyttades boggierna åt vänster eller höger, vilket framkallade en blygsam sväng. Ytterligare vridning av hjulet aktiverade bromsning på den ena eller andra sidan. Light Tank Mk VII Tetrarch använde ett liknande system men framhjulen och två mellanhjul på vardera sidan svängdes för att framkalla varp.
Elektriska transmissioner
Tidiga styrsystem var ineffektiva och förlorade så mycket kraft att de var ineffektiva för tunga fordon. Holt Manufacturing Company (förfadern till Caterpillar Inc. ) vars spårdesign påverkade tidiga tankar, experimenterade med en bensin-elektrisk transmission i deras Holt-gaselektriska tank . En jämförbar design användes på franska Saint-Chamond och i sin tur anpassad för att monteras i en brittisk Mark II tung tank för att konkurrera med andra transmissionsutvecklingar inklusive en Mk II utrustad med en brittisk Westinghouse bensin-elektrisk och den ursprungliga prototypen tung tank " Mother" med en Daimler bensin-elektrisk drivning. Vinnaren var en konventionell design med epicykliska växellådor. Ingen av dessa var särskilt framgångsrik, även om flera hundra enheter av Saint-Chamond tillverkades.
Även om de var måttligt framgångsrika, var dessa tidiga system stora och extremt tunga; den i Saint-Chamond lade till fem ton. De andra designerna, och uppföljare som använder ett liknande system, avfärdades generellt som opraktiska.
Några av de första försöken med nya elektriska växellådor gjordes av britterna i början av kriget för TOG1 -konstruktionen av tunga tankar (en bensinmotor drev dubbla generatorer som drev en elmotor per spår), och av tyskarna som en del av mitten av -krigsexperiment i tunga stridsvagnar. Den mest anmärkningsvärda bland de tyska ansträngningarna var VK 4501 (P), en design av Porsche för en tung stridsvagn som förlorade mot Henschel. De 100 eller så chassin från denna avvisade design konverterades till en självgående pansarvärnskanon, Elefanten ( initialt "Ferdinand") Panzerjäger . Denna typ av transmission användes också i den supertunga Panzer VIII Maus . I praktiken visade sig drivlinan i Porsche-designerna vara ännu mindre tillförlitlig än den traditionella typen, och vid den sena krigstiden var tillgången på koppar för begränsad för att överväga att använda så mycket i drivlinamotorer.
Se även
Citat
Bibliografi
- Edwards, Phillip (september 1988). "Tankstyrsystem (differentialer, teorin och praktiken)" . Constructor Quarterly : 47–48.
- Fletcher, David (2016). British Battle Tanks: World War I to 1939 . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1-4728-1756-3 .
- Ogorkiewicz, Richard (2015). Tankar: 100 år av evolution . Bloomsbury Publishing. ISBN 978-1-4728-1305-3 .
externa länkar
- Bandvagnsstyrning listar de flesta av dessa system tillsammans med diagram.