最新转向机构和制动器技术进展

1.转向机构

履带装甲车辆的转向机构，在发展中经历了诸多类型、方案、结构的变革，从最早期的双侧变速器方案，经单差速器、转向离合器、双差速器、二级行星转向机、多半径双流转向，最后实现了液压无级转向，达到了长期追求的像轮式车辆转向一样方便的目标。

1）转向机构分类

转向机构按运动学分为独立式和差速式两类，按功率流分为单功率流和双功率流两类，如表5-6所示。

表5-6　转向机构分类

独立式转向机构，当车辆由直驶工况变为转向工况时，只改变一侧履带速度，另一侧履带速度不变，而车辆几何中心速度改变。

差速式转向机构，当车辆由直驶工况变为转向工况时，一侧履带升高的速度等于另一侧履带降低的速度，而车辆几何中心速度不变。

单功率流转向机构转向时，其功率输出与直驶功率输出相同，只有一路，只是两侧履带速度不同。图5-14所示为两种单功率流转向机构的传动简图。

图5-14　两种单功率流转向机构的传动简图

（a）二级行星转向机；（b）双差速器
1—变速器；2—转向机构；3—侧传动

双功率流转向机构转向时，通过汇流行星排在直驶功率流上加两个方向相反的转向功率流，使两侧履带产生速度差。汇流排的连接方式是变速机构功率由齿圈输入，转向机构功率由太阳轮输入，汇流后由框架输出。变速机构和转向机构组成双功率流传动。

2）双功率流转向机构

（1）六种典型的双流转向机构。双功率流传动的独立式转向机构和差速式转向机构分别采用离合器和差速器实现。转向功率由太阳轮输入汇流排，按直驶时汇流行星排太阳轮转速相对齿圈转速相同、相反或为零的状态，可分为正独立式、负独立式、零独立式、正差速式、负差速式和零差速式。由于负独立式转向时，一侧速度不变，而另一侧速度增高，使转向所需功率加大，并可能发生危险，因此履带车辆不予采用。两种独立式双流转向传动简图如图5-15所示。四种差速式双流转向传动简图如图5-16所示。图中k为汇流行星排特性参数。iz=iza·izb·izc·iy为转向功率流传动比（机械双流转向传动比iy=1），ibn=iq·ia·ib为变速功率流某挡传动比。各双流转向机构规定转向半径计算式如表5-7所示。

图5-15　两种独立式双流转向传动简图

（a）正独立式双流；（b）零独立式双流

表5-7　各双流转向机构规定转向半径计算式

（2）双功率流机械转向传动。现代坦克采用各种双功率流转向的传动，CD850型传动为正差速式转向双功率流传动，用于美国M46、M47、M48、M60和以色列梅卡瓦坦克。德国4HP-250型传动为零差速式双功率流传动，用于豹1坦克。英国TN-12传动为负差速式双功率流传动，用于英国奇伏坦坦克。

机械式双功率流传动的转向半径数通常与变速机构挡数相同，转向是有级的，空挡为零转向半径，低挡可获得小转向半径，高挡获得大转向半径。为增加转向半径数量，转向机构可设多个挡，使在一个排挡下，具有多个规定转向半径，如4HP-250型传动，有大、小两个转向半径，LSG3000型传动有大、中、小三个转向半径。

图5-16　四种差速式双流转向传动简图

（a）正差速式；（b）零差速式；（c）负差速式；（d）液压双流转向

图5-17　前苏联ATЛ牵引车传动简图

1—主离合器；2—定轴变速机构；3—转向离合器和侧传动；4—汇流行星排

图5-17所示为前苏联ATЛ牵引车传动简图，采用正独立式双流转向机构。直驶时左右转向离合器分离，制动器制动。转向时，分离一侧制动器，接合一侧转向离合器，输入转向功率到一侧汇流排太阳轮，使一侧履带减速，实现转向。这种传动每挡只有一个规定转向半径工况，在其余工况，离合器处在滑摩状态下工作。

图5-18所示为德国LSG3000型传动简图。其采用零差速式转向机构，每挡有大、中、小三个规定转向半径，代表了机械转向的最高水平。直驶时，左右转向离合器均接合，使两侧汇流排的太阳轮闭锁，保持直驶稳定性。当转向时，分离一侧转向离合器，接合三半径转向机构的左侧离合器获小转向半径；制动中间制动器获中转向半径；接合右侧离合器获大转向半径。

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图5-18　德国LSG3000型传动简图

1—液力变矩器；2—行星变速机构；3—左右转向离合器；4—三半径转向机构；5—汇流行星排；6—液力减速器；7—液压系统供油泵；8—后泵

3）双功率流液压转向机构

（1）液压转向原理。机械式双功率流转向机构规定转向半径是有级的，不能连续变化，当进行滑摩转向时，产生剧烈磨损并消耗大量功率，降低了平均行驶速度。因此各国学者不断地进行无级转向技术研究。由于技术进步，大功率、高压、高转速、大流量的液压泵-马达传动系统日趋成熟，体积重量指标能为坦克传动接受。20世纪60年代开始，在瑞士PZ61坦克传动上首先应用了液压转向技术，到20世纪80年代，西方国家主要坦克上采用了液压无级转向。运动学方案采用零差速式双流传动。用变量泵定量马达组成无级转向机构。

在车辆任一排挡下需转向时，操纵变量泵变量机构向正向或负向实现左、右转向。转向半径随变量机构做无级变化，直驶时放在零位。

当变量泵的变量机构变量ε在-1、0、+1内变化W，变量泵转速不变，输入转矩从0变到正向最大或负向最大，流量从0变到正向最大或负向最大。而定量马达转速也从正向最大到负向最大，使马达输出转矩在正、负方向保持不变，实现了驾驶员可控的无级转向。

（2）双功率流液压转向传动。20世纪80年代开始装甲车辆双功率流液压转向技术得到发展和应用，20世纪90年代西方主战坦克均采用了这种传动。图5-19所示为美国HS-400传动，用于LVTP-7登陆车。特点是采用定轴变速机构，液压离合器换挡，转向功率在变矩器前（泵轮）分流，结构简单，适用于轻型车辆。

图5-19　美国HS-400传动

1—液力变矩器；2—定轴变速机构；3—转向泵-马达；4—汇流行星排

图5-20所示为美国Allison X-1100传动，用于美国M1坦克，特点是采用三自由度行星变速机构、大功率泵-马达的转向机构。转向功率在变矩器后（涡轮）分流。

英国“挑战者”坦克TN-54的传动液压转向机构，采用两套泵-马达方案，保证液压转向功率，这样可选用较小排量的泵-马达。法国“勒克莱尔”坦克的ESM-500传动，采用了双行星排四自由度变速机构，液压转向机构采用大功率联体泵-马达，两者并联组合成整体，作为传动部件的一个模块。

日本2008年首次推出TK-X主战坦克（后命名为10式），该坦克的两大特点是采用了液压机械无级自动变速箱和陶瓷发动机。与90式坦克采用的V型10缸二冲程水冷柴油机不同，10式坦克采用的是四冲程V型8缸水冷涡轮增压柴油机，该发动机在活塞等滑动和承受高温部分采用了陶瓷材料，可以确保良好的热效率。液压机械无级自动变速箱采用了液压泵和行星齿轮的组合方式。

图5-20　美国Allison X-1100传动

1—液力变矩器；2—行星变速机构；3—转向泵-马达；4—汇流行星排

新加坡动力技术公司在2009年阿布扎比国际防务展上展出了HMX1100传动装置。该传动装置是液压机械无级变速装置，适于发动机功率达294 kW、重量达21 t的履带车辆。无论车辆是向前行驶还是倒车，都可实现无级变速，且速度相等。与履带车辆传统传动装置相比，不管车辆行驶方向和液力制动如何，其转向控制的响应一致，这可确保延长传动装置使用寿命，并减少因制动导致的故障维修次数。该装置在硬路面上最大前进挡速度高于69.19 km/h，最大倒挡速度19.31 km/h，持续慢行速度范围0.24～4.83 km/h，在60%坡度上的最大前进挡速度5.95 km/h，在低挡区最大速度19.31 km/h，平均越野速度19.31～33.79 km/h，从0加速至32.18 km/h的时间低于9 s，巡航里程大于569.59 km，侧倾坡度40%，前进坡度60%。

（3）液压复合转向双功率流传动。由于大功率液压转向泵-马达制造技术精密复杂、生产困难、效率不高。因此发展了用较小功率泵-马达作为无级调节元件，再并联液力或机械的助力机构，以满足转向功率的要求。

液压液力复合转向机构或称动静液转向机构，应用于德国RENK公司生产的HSWL型系列传动中。图5-21所示为德国HSWL354双功率流传动。其转向机构特点是：当液压泵-马达提供转向力矩不足时，两个助力耦合器中的一个充油，以帮助左转或右转。由于耦合器速比是不可控的，为保持直线行驶的稳定性，液压泵-马达系统要能提供太阳轮液压闭锁力矩，由此决定了所需最小液压功率，通常按在雪地上零半径转向时考虑，所需功率约为总转向功率的30%。

图5-21　德国HSWL354双功率流传动

1—液力变矩器；2—行星变速机构；3—转向泵-马达；4—转向液力耦合器；5—液力制动器；6—汇流行星排

液压机械复合转向机构，是由液压泵、马达与行星机构结合组成多段液压机械双功率流传动，转向功率经行星机构分流，就可采用功率小的泵和马达。

2.制动器

坦克装甲车辆制动器的作用是使车辆有效减速、停车和驻车，保证行车安全，使机动性得到充分发挥。传统采用的机械式制动器有带式、片式和盘式三种。前苏联坦克采用带式制动器，布置在二级行星转向机外缘，重量轻，占用空间小。美国综合传动采用湿式片式制动器，欧洲国家的传动常采用盘式制动器，后两种制动器使用中不需调整。

随着车速提高和车重增加，要求制动器消耗的能量急剧增加，主战坦克在最大车速65 km/h时制动功率达550 kW。因此现代综合传动中增加了液力减速器（液力缓速器），用在高速或下长坡时的制动，以减轻机械制动器负担，延长其使用寿命。液力减速器由两个带叶片的工作轮组成，其中一个工作轮固定在箱体上不转动，通过调节充油量，改变制动力矩大小。为提高制动效果和简化操作，研究发展了液-机联合制动系统。

德国LSG3000综合传动中，应用了液-机联合制动系统，当正常制动时，由联合制动系统控制，当车速在vmax至0.5vmax范围内时液力减速器单独工作，通过控制进出液力减速器油量得到制动恒转矩。当车速降至0.5vmax以下时，盘式制动器参加工作，由制动系统控制，使液力减速器和盘式制动器联合制动，仍保持恒制动转矩，制动转矩特性如图5-22（a）所示。

当紧急制动时，由制动系统控制，在全部制动过程中，其制动转矩为液力减速器和盘式制动器各自制动转矩之和。如图5-22（b）所示。

图5-22　液-机联合制动特性

（a）正常制动特性；（b）紧急制动特性
1—液力制动；2—机械制动；3—联合制动