淺談坦克懸掛裝置

淺談坦克懸掛裝置

“豹”2系列主戰坦克的懸掛裝置實物

懸掛裝置安裝在坦克車體和負重輪之間,其功能,一是彈性支撐車體,減少履帶和負重輪在路面行駛時產生的振動,改善車內乘員的工作環境;二是減少振動對車輛各部件的損傷,增強可靠性,確保坦克在任何路面都能充分發揮動力-傳動裝置的效能,從而使坦克具有良好的機動性。


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坦克懸掛的一個重要指標是懸掛動行程,如圖:動行程(紅色),靜行程(藍色),總行程(紫色)。行程越大懸掛性能越好。

懸掛裝置包括彈性元件、阻尼元件以及相關的控制和鏈接部件。如果將懸掛按載荷傳至負重輪的方法進行分類,則車體與負重輪獨立連接的稱為獨立式懸掛;將兩個以上負重輪安裝在同一機構上的稱為平衡式懸掛。

下面以獨立式懸掛為例,介紹常見的彈性元件。

因為負重輪需要上下運動,所以大多數負重輪都安裝在一個搖臂上,這個搖臂通常稱為平衡肘。平衡肘與車體之間安裝有彈性元件,而彈性元件是坦克懸掛的核心部分,對懸掛裝置的性能起到關鍵作用。


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圓柱螺旋彈簧式彈性元件


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片狀彈簧式彈性元件


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蝸卷彈簧式彈性元件

這三種彈性元件在結構上略有區別。但均因體積大、質量大、緩衝能力和可靠性差等原因被淘汰,現代坦克很少使用彈簧式彈性元件。

現代坦克懸掛主要為扭杆式彈性元件。扭杆兩端均有花鍵,一端安裝在車體上,另一端安裝在平衡肘上,靠扭轉彈力來吸收振動能量。扭杆懸掛又可分為單扭杆和雙扭杆。

下圖為單扭杆懸掛,使用單根扭杆,其長度貫穿整個車寬,使懸掛裝置的剛度及剪應力較小。

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單扭杆懸掛

下圖為雙扭杆懸掛。雙扭杆又可分為兩根實心或一實一套同軸式兩種結構。圖示為兩根實心結構的雙扭杆懸掛。兩根扭杆可依次或同時扭轉。依次扭轉可降低裝置的等效剛度和扭杆內應力,同時扭轉則可增加裝置的剛度。

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兩根實心結構式雙扭杆懸掛

下圖為一實一套同軸式結構的雙扭杆懸掛。其特點是可減小懸掛裝置佔用車體內的空間,改善車輛可操作性,但它卻難以實現大懸掛裝置行程。

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一實一套同軸結構式雙扭杆懸掛

減振器是安裝在車體和負重輪之間的阻尼元件,用來消耗車體的振動能量,衰減振動,以防止共振情況下車體振幅過大。坦克由於車身較長,仰俯振動顯著,對乘員的舒適性和射擊準確性影響較大。在車首和車尾安裝減震器能夠提供更大的阻尼力矩。現代坦克多在最前、最後1或2個負重輪處安裝減振器,以便有效衰減車體仰俯振動。目前坦克減振器主要分為液壓減振器和摩擦式減振器兩種。其中液壓減振器又可分為筒式減振器和葉片式減振器。下圖為筒式減振器結構圖。筒式減振器結構簡單,製造工藝好,工作性能穩定,應用廣泛。但是通常佈置在車體外,防護性較差。

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筒式減振器結構

下圖為蘇聯T-64坦克筒式減振器實物圖。

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T-64坦克的筒式減振器實物

下圖為葉片式減振器結構圖。

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葉片式減振器結構

當負重輪跳動時,葉片式減振器的擺臂隨著平衡肘、連桿進行擺動,使得葉片在殼體內迴轉,在減振器內部形成高壓腔和低壓腔,葉片掃過的體積即為通過阻尼孔的流量。

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葉片式減震器工作原理示意圖

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葉片式減振器安裝與車體兩側,通過拉桿與平衡肘相連。

葉片式減振器本身牢固,又佈置在負重輪內側,防護性好,與車體側裝甲大面積接觸,提高了散熱能力。但是製造比較複雜,質量和尺寸比較大,內部密封困難,縫隙多,阻尼力散佈大,存在大量的縫隙流動,因此阻尼係數受液體黏度影響大,溫衰明顯。下圖為蘇聯T-72坦克葉片式減振器實物,葉片上為阻尼孔。

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T-72坦克的葉片式減振器實物

下圖為摩擦式減振器結構圖。其利用摩擦阻尼消耗振動能量,減弱車體振動。其結構十分簡單,熱平衡溫度高,摩擦式減振器可與扭杆同軸佈置,體積小,結構緊湊,但在此佈局下,摩擦式減振器的發熱容易使扭杆端部退火,因此摩擦片與扭杆之間的隔熱非常重要。摩擦式減振器的特點是大轉角、大能量、結構簡單、防護性好,但對於摩擦片的加工精度和材料等級有較高要求,只有較高的工業水平才可以生產出質量可靠的摩擦式減振器。

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摩擦式減振器結構

限制器的作用是限制坦克在克服大的不平度障礙時,懸掛的彈性元件不會因為變形過大而損壞,同時為平衡肘提供輔助支撐,改善受力狀態。圖為限制器常見的佈置位置,在平衡肘和限制器接觸前,可以認為平衡肘是懸臂樑,當限制器與平衡肘接觸後,可以將平衡肘看作是外伸梁,其受力狀態顯著改善。

坦克懸掛裝置採用的限制器主要有三種:剛性限制器、彈性限制器和阻尼限制器。後兩者由於具有彈性,也被稱為緩衝器。

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限制器的佈置位置

剛性限制器就是在懸掛最大行程處設置一個金屬擋塊,使平衡肘的運動幅度不能超過設計的行程。但由於剛性限制器剛度很大,沒有緩衝能力,會給車體帶來較大的衝擊載荷。下圖為美國M60A3坦克的限制器,片狀金屬擋塊。

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M60A3坦克的限制器實物

彈性限制器就是將剛性限制器的金屬塊以剛度相對較小的彈性元件來代替的限制器。彈性元件包括橡膠塊、錐形渦卷彈簧和碟形彈簧等。圖為蘇聯IS-7坦克的限制器,其彈性元件為錐形渦卷彈簧,支撐位置比較特別,位於平衡肘一端。

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IS-7坦克的限制器實物

阻尼限制器是利用緩衝器本身的阻尼特性來消耗車輛振動的動能的限制器,相當於一個小號的減振器,再次起到減振的作用。主要分為液壓式和膠泥式。下圖為液壓限制器的結構,工作原理與筒式減振器類似。

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液壓限制器結構

下圖為德國“豹”2A5主戰坦克的限制器,液壓阻尼限制器。

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“豹”2A5主戰坦克的限制器實物

膠泥限制器的工作原理和液壓限制器類似,不同的是膠泥限制器阻尼體為高分子塑性體。該塑性體通過小孔也可以提供阻尼,與液壓油相比,膠泥具有較小的體積彈性模量,因此它可以被壓縮。由於膠泥的流動性差,因此密封相對容易,且膠泥可以耐受300°C的高溫,增大了限制器的工作溫度範圍和吸能容量。

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彈性膠泥限制器結構

隨著技術的發展,出現了油氣懸掛(Hydrogas suspension),以氣體作為彈性介質、液壓油作為傳力介質,不但具有良好的緩衝能力,還具有減振作用,這就相當於集成了傳統懸掛彈性元件和阻尼元件,同時還可調節坦克的高度。下圖為油氣懸掛原理示意圖。利用液壓油傳遞力、高壓氮氣作為彈性介質,油氣懸掛中含有一個高壓氣體體積可變的密閉氣室,其餘空間充滿液壓油,並通過阻尼閥與動力缸相連,液壓油進出改變氣室佔有的容積,氣體壓強隨之變化,起到儲能與釋放能力的作用。

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油氣懸掛原理示意圖

油氣懸掛主要有以下特點:1、具有漸增的非線性剛度特性,在平坦地面上行駛時,動行程小,懸掛剛度較小,行駛平順性好;而在起伏地行駛時,隨著負重輪行程的增大,其懸掛剛度變大,能吸收較多的衝擊能力,避免產生懸掛剛性碰撞,較好的滿足了行駛平順性和緩衝可靠性的需求。

2、裝有可調式油氣懸掛的坦克可以調整車輛的仰俯、側傾姿態和車體距地高度,即可提高車輛的通過性,擴大火炮的射角範圍。

3、可以實現懸掛閉鎖,液壓閉鎖可使彈性懸掛接近剛性懸掛,消除射擊時車體的振動,提高射擊精度。

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“挑戰者”主戰坦克的懸掛裝置結構

下圖為英國“挑戰者”主戰坦克使用的油氣懸掛。使用油氣懸掛後,就不再需要減振器。

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“挑戰者”主戰坦克的油氣懸掛實物


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