ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ БРОНИРОВАННЫЕ МАШИНЫ 1945–1965 ГГ. (XIX)

М.В. Павлов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник. И.В. Павлов, ведущий конструктор
«Техника и вооружение. Вчера, сегодня, завтра...» №02, 2010 г.
Материал предоставлен авторами и публикуется с разрешения редакции журнала

<<< См. предыдущий материал

 

 

Механические трансмиссии тяжелых танков

 

Скачать публикацию «ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ БРОНИРОВАННЫЕ МАШИНЫ 1945–1965 ГГ. (XIX)» в формате PDF

После Великой Отечественной войны на серийных тяжелых танках применялись планетарные трансмиссии с новым типом механизма поворота «ЗК», не имевшим аналога в зарубежном танкостроении. Они позволяли получить требуемую маневренность тяжелого танка при меньшей мощности двигателя за счет отсутствия потерь на трение во фрикционных устройствах при повороте машины. В этих трансмиссиях принципиально проще, чем в простых механических трансмиссиях, обеспечивались легкость и быстрота переключения передач. Кроме того, они обладали большей компактностью и имели более высокие энергетические показатели. Однако используемые в трансмиссиях тяжелых танков механические приводы управления и фрикционные устройства, работавшие в условиях сухого трения, предопределили сложную и громоздкую конструкцию составных частей трансмиссии. В результате были утрачены габаритные преимущества планетарной трансмиссии по сравнению с простой механической трансмиссией.

На тяжелом танке ИС-4 («Объект 701») в 1947 г. устанавливалась планетарная трансмиссия, разработанная еще в 1943-1944 гг. совместными усилиями конструкторов ЧКЗ и МВТУ им. Баумана. В состав трансмиссии входили планетарный механизм передач и поворота, приводы к нему, два остановочных тормоза и два комбинированных бортовых редуктора. МПП, включавший в себя трехскоростной редуктор, реверсивный механизм и механизм поворота с двумя планетарными мультипликаторами (типа «ЗК»), был смонтирован в общем силуминовом картере. Он обеспечивал шесть передач переднего и три передачи заднего хода, а также два нейтральных положения (нейтраль переключения реверсивного механизма и нейтраль переключения передач). Механизм поворота типа «ЗК» осуществлял автоматическое увеличение сил тяги при повороте как со стороны забегающего, так и со стороны отстающего борта. Для машины с малой удельной мощностью, равной 9,2 кВт (12,5 л.с./т), этот механизм поворота снизил потребную на поворот мощность, так как тормозная сила образовывалась выключением блокировочного фрикциона без участия тормозов, и поэтому мощность двигателя на трение в тормозах не расходовалась.

Трехскоростной редуктор представлял собой двухрядный планетарный механизм с тремя фрикционными элементами сухого трения: ленточными тормозами одностороннего действия (чугун по стали) замедленной (Т1) и ускоренной (Т2) передач, а также многодисковым фрикционом (четыре поверхности трения, сталь по стали) прямой передачи (Фр). Включенным мог быть только один из трех фрикционных элементов, при всех выключенных элементах обеспечивалось нейтральное положение редуктора. Между трехскоростным редуктором и механизмом поворота располагался конический реверсивный механизм.

Механизм поворота – планетарный, двухрядный, размещался на вторичных валах МПП. Особенностью устройства механизма поворота являлось то, что в его состав наряду с двухрядным планетарным механизмом поворота входили два мультипликатора. Каждый из мультипликаторов представлял собой однорядный ускоряющий редуктор с многодисковым (пять ведущих, пять ведомых) блокировочным фрикционом и ленточным тормозом, работавших в условиях сухого трения. Ленточные тормоза мультипликаторов – одностороннего действия, имели чугунные накладки. Стальные диски блокировочных фрикционов мультипликаторов были взаимозаменяемы с дисками фрикциона трехскоростного редуктора.

Бортовые редукторы танка ИС-4 имели аналогичную с танком ИС-3 схему. Однако, в отличие от последнего, их ведомые валы не были разгружены от изгибающих усилий, поскольку непосредственно на них монтировались ведущие колеса. Оригинальным в конструкции бортового редуктора являлось стопорение пробок ведущего вала, которое выполнялось в виде валика со шлицованными концами. При постановке валика на место он слегка скручивался и затем забивался на место. Для удержания его от выпадения устанавливались торцевые заглушки.

Бортовые передачи соединялись с грузовыми валами (левым и правым) МПП с помощью зубчатых муфт полужесткого соединения и несущих дисков, к которым крепились барабаны остановочных тормозов. Остановочные тормоза – плавающего типа, двухстороннего действия. Ленты остановочных тормозов имели чугунные накладки и работали в условиях сухого трения.

Механизм поворота имел две степени свободы. Он обеспечивал танку два минимальных радиуса поворота, при которых отсутствовали потери мощности на трение. Первый, фиксированный, минимальный радиус поворота (R=B) осуществлялся при полном включении остановочного тормоза; второй, нефиксированный – при равенстве момента сопротивления повороту с поворачивающим моментом, создаваемым механизмом поворота (в зависимости от характеристики грунта, его величина составляла от 5–7 м до 20–40 м).

При прямолинейном движении на низших трех передачах были включены блокировочные фрикционы мультипликаторов, на высших трех передачах – затянуты тормоза мультипликаторов. При повороте на низших передачах со стороны забегающей гусеницы блокировочный фрикцион оставался включенным, а со стороны отстающей гусеницы фрикцион выключался и при необходимости затягивался остановочный тормоз.

При повороте на высших передачах со стороны забегающей гусеницы был затянут тормоз мультипликатора, а со стороны отстающей гусеницы тормоз мультипликатора выключался и при необходимости затягивался остановочный тормоз. При этом блокировочные фрикционы были выключены. Крутизна поворота на высших передачах регулировалась пробуксовкой тормоза мультипликатора или остановочного тормоза, поэтому поворот мог осуществляться с любым радиусом.

При использовании фрикционных элементов сухого трения весьма сложным оказался привод управления, хотя сам процесс переключения передач был достаточно легким. Привод управления имел кулису, селектор для выбора передач и пружинный механизм включения. Для облегчения выключения пружинного механизма использовался гидравлический сервопривод.

Оригинальными в конструкции привода были гайки автоматического регулирования механизмов выключения фрикционных устройств. При увеличении хода тяг вследствие износа фрикционного элемента (тормоза, дисков трения) гайки под действием упоров могли поворачиваться, уменьшая последующий ход тяг. Гайки снабжались пружинным автологом, который предотвращал их обратный поворот. Впоследствии такая конструкция с небольшими усовершенствованиями была использована в приводах управления танка Т-10.

В 1947-1948 гг. конструкторским бюро филиала завода № 100 в Ленинграде (руководитель работ Ф.А. Маришкин) схема трансмиссии танка ИС-4 была усовершенствована и использована в опытном тяжелом танке ИС-7 («Объект 260»).

Первоначально для опытного танка ИС-7 («Объект 260») обр. 1946 г. разработали простую механическую трансмиссию, в состав которой вошли многодисковый главный фрикцион сухого трения, шестиступенчая коробка передач с «нулевым» межцентровым расстоянием, два двухступенчатых ПМП и два планетарных бортовых редуктора. Коробка передач обеспечивала шесть передач переднего и одну передачу заднего хода, переключение передач осуществлялось с помощью кареток с синхронизаторами. Остановочные тормоза – ленточные сухого трения, двухстороннего действия. Органы управления трансмиссией имели гидросервоприводы.

В августе 1946 г. эта трансмиссия прошла ходовые испытания в танке в объеме 1000 км, показав хорошие силовые и тяговые качества, обеспечив высокие средние скорости движения. Однако на последующих опытных образцах танка ИС-7 («Объект 260») обр. 1947/48 гг. с целью получения более высоких показателей подвижности была установлена планетарная трансмиссия с восьмиступенчатой коробкой передач и прогрессивным механизмом поворота типа «ЗК». Хотя она и была выполнена на старых традиционных элементах трансмиссии танка ИС-4, но обладала целым рядом новых качеств, обеспечивших танку более высокую подвижность и легкое управление. С небольшими изменениями эта трансмиссия в 1949 г. использовалась в опытном тяжелом танке ИС-8 («Объект 730»), который в 1953 г. поступил в серийное производство под маркой Т-10.

В состав однопоточной механической планетарной трансмиссии входили механизм передач и поворота с сервоуправлением, два остановочных тормоза и два комбинированных бортовых редуктора. В общем картере МПП размещались передний фрикцион сухого трения со стальными дисками трения, четырехступенчатый редуктор, конический реверс, механизм поворота типа «ЗК» с мультипликаторами. Выключение постоянного включенного переднего фрикциона осуществлялось с помощью гидропривода при переключении реверса (включении передачи заднего хода). Четырехступенчатый редуктор монтировался на промежуточном валу и представлял собой два самостоятельно работавших планетарных механизма с фрикционными устройствами. Дисковый фрикцион сухого трения сталь по стали блокировал водило и солнечную шестерню планетарного ряда, ленточный тормоз с накладками из специального марганцево-фосфористого чугуна останавливал солнечную шестерню планетарного ряда. Конический реверс обеспечивал движение задним ходом на первой и третьей передаче.

Таблица 47

Характеристики агрегатов механических трансмиссий тяжелых танков

Мультипликаторы располагались на грузовых валах и состояли из двух планетарных рядов с фрикционными устройствами. Они удваивали число передач при прямолинейном движении, т.е. обеспечивали получение восьми передач переднего хода, а при осуществлении поворота – различных радиусов поворота. Все детали планетарных рядов и фрикционов левой и правой стороны были одинаковыми. Разность в передаточных числах трансмиссии обеспечивалась за счет соединения планетарных рядов с двумя различными по диаметру цилиндрическими шестернями блока механизма поворота и мультипликатора. Такое решение позволило значительно упростить конструкцию МПП, но создало весьма тяжелые условия переключения на отдельных передачах. Так, при переключении с четвертой на пятую передачу разность частот вращения включаемых элементов могла достигать более 1000 мин-1, при этом отдельные детали и барабаны фрикционных элементов перед началом переключения вращались в обратную сторону, и в процессе переключения за 0,1-0,2 с они изменяли направление вращения. Это обстоятельство привело к появлению высоких динамических нагрузок, действовавших на детали трансмиссии, и, соответственно, к их повышенному износу и разрушению. Кроме того, фрикционные элементы сухого трения при наличии высоких динамических нагрузок, малого запаса коэффициента трения и отсутствия достаточного охлаждения часто перегревались и выходили из строя. Конструкция остановочных тормозов и схема бортовых редукторов были заимствованы у танка ИС-4. Однако, в отличие от ИС-4, конструкцию бортовых редукторов танка Т-10 выполнили разгруженной (по типу бортовых редукторов танка ИС-3). Установка ведущего колеса на шарикоподшипниках осуществлялась непосредственно на корпусе бортового редуктора, а передача крутящего момента от его вала (водила планетарного ряда) на ведущее колесо производилась через специальную зубчатую муфту.

Привод управления трансмиссией – механический. Он имел обычные органы управления, кулачковый селектор, сервопривод и рамки включения фрикционов и тормозов. Выключение фрикционов и тормозов осуществлялось пружинами: одной – для фрикционов и тормозов четырехскоростного редуктора (промежуточного вала) и двумя (по одной с каждого борта) – для фрикционов и тормозов механизма поворота и мультипликатора (грузового вала).

Оригинальным техническим решением, помимо применения в конструкции приводов управления гаек автоматической регулировки зазора между дисками фрикциона или между лентами и тормозными барабанами, являлось использование разводных устройств для принудительного разобщения дисков трения при выключении блокировочных фрикционов.

В 1955 г. в целях упрощения привода была разработана и поступила на испытания система гидрсервоуправления МПП танка Т-10. В 1957 г. эту систему приняли в серийное производство на танке Т-10М («Объект 272»). Для снижения крутильных колебаний в трансмиссии применили упругую муфту соединения МПП с двигателем. Упругая муфта имела 18 резиновых элементов, изготовленных в виде цилиндров. Эти элементы попарно вставлялись в гнезда, образованные пазами между ведущим и ведомым дисками. Половина элементов работала на передачу момента вперед, половина – назад. От выпадения резиновые элементы удерживались крышкой.

Гидропривод, не имевший регулирующих устройств для изменения давления масла, обеспечивал включение фрикционов при переключении передач, выключение фрикционов при повороте и при торможении танка, а также при работе на холостом ходу на стоянке. Он работал по схеме «Включено-Выключено», что оказалось приемлемым для трансмиссии с планетарным механизмом поворота типа «ЗК». Гидравлический привод был не только проще по конструкции, но и более надежным, чем механический привод. Для предварительной очистки масла от стальных крошек в системе смазки ввели сливную пробку с магнитом. Кроме того, трансмиссию с гидроприводом оборудовали системой подогрева, являвшейся ответвлением от основной системы подогрева двигателя. Эта система включала в себя поддон картера, водяные рубашки бустеров и канал в картере.

В приводе переключения передач применили оригинальную конструкцию кулисы, принцип работы которой в дальнейшем использовали в конструкции избирателя передач среднего танка «Объект 432».

Претерпела некоторые изменения и конструкция бортового редуктора, который получил вынесенный в ведущее колесо планетарный ряд. Такое решение позволило обеспечить лучшие условия охлаждения его смазки. Бортовой редуктор имел единую смазку с подшипниками ведущего колеса. При создании такой конструкции особое внимание уделили уплотнению, которое было многоступенчатым и включало два войлочных сальника, две и одну двухбортную резиновые манжеты. Уплотнение работало удовлетворительно, однако обеспечить высокую износоустойчивость при большом его диаметре оказалось затруднительным.

В 1953-1954 гг. в качестве резервного варианта трансмиссии тяжелого танка в КБ ЧКЗ под руководством Е.И. Лапинского спроектировали однопоточную механическую трансмиссию с шестиступенчатой трехвальной коробкой передач и упрощенным механизмом поворота типа «ЗК». С 1962 г. она стала устанавливаться в серийные танки Т-10М («Объект 709») и в предыдущие модификации машины при проведении капитального ремонта.

Главный фрикцион – многодисковый, сухого трения (сталь по асбокаучуку, в последующих конструкциях – по пластмассе К-15-6). Накладки крепились на дисках с помощью клея и медных заклепок. Такая конструкция позволила получить удовлетворительную надежность дисков трения. Главный фрикцион монтировался на ведущем валу коробки передач. Наружный барабан фрикциона имел окна, образованные проточкой его наружной поверхности до выхода к ножкам зубьев. Это обеспечивало хорошее удаление продуктов износа и охлаждение дисков трения.

Размещенная в одном картере с механизмом поворота ступенчатая коробка передач имела шестерни постоянного зацепления, для включения которых использовались инерционные синхронизаторы.

Конструкция синхронизаторов с некоторыми усовершенствованиями была заимствована у коробки передач танка Т-62 (упрочнены пальцы, сухари, несколько изменена форма окон в корпусе синхронизатора). Первая, вторая и передача заднего хода включались без синхронизаторов (путем передвижения кареток). Поскольку в трансмиссии отсутствовал мультипликатор, то удвоения шести передач в коробке не происходило. Тяговые качества танка с новой трансмиссией в связи с сохранением диапазона передач на прежнем уровне остались без изменений. Однако из-за различных передаточных

чисел на первой передаче и передаче заднего хода (по условиям конструкции меньшего на передаче заднего хода) тяговые усилия при их использовании были неодинаковыми.

Механизм поворота, выполненный по упрощенной схеме «ЗК», вместо двух параметров имел только один q=2,355 (в планетарной трансмиссии вследствие использования мультипликатора на низшей передаче q1=1,0, на высшей – q2=2,33). Однако при этом увеличилось падение скорости при поворотах на низших передачах. Бортовые фрикционы механизма поворота были выведены из корпуса коробки передач наружу и крепились на грузовом валу. Конструкция остановочных тормозов и бортовых редукторов осталась без изменений по сравнению с аналогичными агрегатами трансмиссии танка Т-10М («Объект 272»).

Привод управления трансмиссией – механический с гидравлическим сервоустройством на выключение главного фрикциона и переключение передач. Оригинальным в приводе являлось использование для передачи переключающих усилий при включении передач карданного вала вместо тяг. Для обеспечения такой работы в танке устанавливались две кулисы – передняя и задняя. Передняя кулиса обеспечивала выбор передач, задняя, крепившаяся на картере коробки передач, служила для их повторения и включения через поводки и тяги.

При включении передач использовался гидравлический сервомеханизм оригинальной конструкции, позволявший включить передачу и при отсутствии давления масла (в аварийных ситуациях). Через систему рычагов и тяг перемещение кулисы механиком-водителем передавалось на золотник, который открывал вход масла в полость бустера, обеспечивавшей перемещение поршня и, соответственно, вилки механизма включения выбранной передачи. При включении передачи (остановка кулисы), золотник соединял полость бустера со сливом, воздействие поршня на вилку механизма переключения прекращалось. Впоследствии такую конструкцию сервомеханизма применили в приводах управления БМП «Объект 765».

Трансмиссия устанавливалась в МТО танка на трех опорах. Передняя опора охватывала горловину ведущего вала и двумя лапами крепилась к бортам; задними опорами служили два бугеля, приваривавшиеся к кормовому наклонному листу. Все опорные поверхности обрабатывались так, что центровочные работы с бортовыми редукторами были исключены, а центровка с двигателем производилась только в вертикальной плоскости.

Занимаемый объем и масса этой трансмиссии были на 21% меньше, чем у планетарной трансмиссии танка Т-10. С введением новой трансмиссии упрощался ее демонтаж и монтаж в танке, вдвое сокращались трудоемкость изготовления деталей и номенклатура применяемых легированных сталей. В то же время входивший в состав трансмиссии главный фрикцион сухого трения, несколько снижал ее эксплуатационную надежность. Кроме того, применение в механизме поворота фрикционных устройств, по-прежнему работавших всухую, увеличивало размеры и массу трансмиссии. С появлением на танках мощных современных двигателей использование в трансмиссии механизма поворота типа «ЗК» стало неактуальным.

За исключением танка Т-10М, где применялась система гидросервоуправления остановочными тормозами, работавшая по принципу регулятора давления, характерным для механических приводов управления тяжелых танков было отсутствие педали остановочного тормоза из-за больших потребных усилий от механика-водителя. Торможение танка в таком случае осуществлялось с помощью двух рычагов управления поворотом, которые имели защелки для фиксации рычагов в конечном положении. Однако при одновременном переводе рычагов управления в конечное положение от трансмиссии отключался двигатель, и комбинированное торможение (одновременно двигателем и тормозами) было невозможно.

В основу планетарной трансмиссии опытного танка «Объект 277», разрабатывавшегося в конструкторском бюро (ОКБТ) ЛКЗ под руководством Ж.Я. Котина в 1956-1958 гг., также была положена схема МПП танка Т-10 с использованием фрикционных элементов, работавших в масле, и системы гидросервоуправления.

Для танка «Объект 278», на котором предполагалось использовать газотурбинный двигатель ГТД-1, в эти же годы была создана планетарная трансмиссия, имевшая другую кинематическую схему и предназначавшаяся для совместной работы с поперечно расположенным двигателем. Применение ГТД позволяло сократить число передач трансмиссии, поэтому она имела три передачи переднего и одну передачу заднего хода. Все фрикционные элементы трансмиссии работали в масле. В связи с прекращением дальнейших работ по доводке двигателя ГТД-1, создание этой планетарной трансмиссии, как и самого танка «Объект 278», приостановили.

В послевоенные годы в процессе проведения мероприятий по устранению конструктивных недостатков (УКН) модернизации подверглись коробки передач тяжелых танков ИС-2, ИС-3 и самоходных установок ИСУ-152К, ИСУ-152М и ИСУ-122С. Для повышения надежности работы коробок передач в 1950– 1952 гг. был внедрен масляный насос, и смазка шестерен в них стала осуществляться поливом. Кроме того, изменили крепление коробок передач в МТО машин. Так, в 1950 г. в кормовое крепление коробки передач ввели упругое пружинное звено, а в 1956 г. переднюю опору перенесли с днища на борта (за счет установки поперечной балки).

 

 

 

Гидромеханические трансмиссии

 

В первые послевоенные годы в связи с недостаточным научно-техническим заделом по разработке перспективных отечественных трансмиссий наметилось некоторое отставание в этой области от американского танкостроения, где к тому времени на серийных танках уже устанавливались ГМТ с гидравлической системой управления и фрикционными устройствами, работавшими в масле. Поэтому одной из первостепенных задач стало создание научно-технического задела, обеспечивавшего дальнейшее развитие танковых трансмиссий.

Задание, основной целью которого было выяснение возможности и целесообразности применения ГМТ в отечественных тяжелых танках Т-10, ВНИИ-100 получил в 1951 г. В результате выполнения НИОКР в институте под руководством А.П. Крюкова была разработана и изготовлена однопоточная ГМТ-266, которая в 1953 г. прошла испытания в опытном тяжелом танке «Объект 266». В конструкции трансмиссии использовались: повышающий входной редуктор; гидротрансформатор «Лисхольм-Смит» с трехступенчатой турбиной, заимствованный у американского танка М26 «Першинг» и включенный в параллельный поток мощности; ПКП стремя степенями свободы и дисками трения, работавшими в масле с трением сталь по металлокерамике МК-5 на медной основе; конический реверс с тормозом синхронизатора (Тс); двухступенчатые ПМП в качестве механизма поворота, а также дисковые остановочные тормоза сухого трения с накладками из металлокерамики ФМК-8 на железной основе. Дисковые тормоза с накладками из металлокерамики ФМК-8 обладали значительными преимуществами перед ленточными остановочными тормозами с накладками из чугуна или асбофрикционных материалов. Металлокерамические диски, впервые примененные в этой трансмиссии, и технология их изготовления были созданы институтом совместно с ВИАМ, где работы велись под руководством инженера Нардова. От ВНИИ-100 активное участие в этой работе принимали В.А. Пятков, В.А Быстрое, А.Н. Коробченко. Металлокерамические диски для опытной трансмиссии изготовили в ОКБТ ЛКЗ.

Результаты испытаний ГМТ-266 подтвердили ее характеристики, однако и выявили ее основной недостаток – перегрев из-за низкого КПД гидротрансформатора при малых нагрузках, так как он не имел режима гидромуфты. Этот недостаток устранили, применив комплексную гидропередачу.

Второй опытный образец трансмиссии ГМТ-266 имел отечественную комплексную гидропередачу* ГТК-1, разработанную по подобию комплексной гидропередачи американской фирмы «Аллисон». Комплексная гидропередача ГТК-1, которая могла работать и в режиме гидромуфты, выгодно отличалась от гидротрансформатора «Лисхольм-Смит» более высокими значениями КПД (максимальный КПД – 0,83, коэффициент момента – 3,76).

 


* Комплексной называется гидродинамическая передача, которая в режиме больших нагрузок и малых скоростей турбинного колеса работает как гидротрансформатор и автоматически переходит в режим гидромуфты при уменьшении нагрузки и увеличении скорости турбинного колеса. Состоит из трех лопаточных колес – насосного колеса, турбинного колеса и колеса реактивного (направляющего) аппарата, установленного на автологе или муфте свободного хода. За счет автоматического непрерывного изменения в некоторых пределах крутящего момента на валу турбинного колеса комплексная гидропередача частично выполняет роль коробки передач в гидромеханической трансмиссии.


 

Сравнительные государственные испытания танка «Объект 266» с модернизированной ГМТ и серийного тяжелого танка Т-10 с механической трансмиссией, проведенные в 1955 г., показали, что применение ГМТ дает существенные преимущества и является перспективным направлением в развитии танковых трансмиссий.

Главное преимущество ГМТ заключалось в их автоматичности, то есть в способности преодолевать изменяющееся сопротивление движению танка без существенного изменения нагрузки на двигатель. Благодаря этому свойству полнее использовалась мощность двигателя. К числу других преимуществ относились: повышение надежности и долговечности работы поршневого двигателя и трансмиссии, лучшие поворотливость и плавность хода машины, меньшее число передач, удобство и легкость управления, уменьшавшие утомляемость механика-водителя, отсутствие заглохания двигателя во время движения танка, отсутствие необходимости проведения эксплуатационных регулировок фрикционных устройств. Все это достигалось за счет эластичной связи насосного колеса и турбины гидропередачи через поток масла.

Крупным недостатком при использовании ГМТ оказался перерасход топлива (в среднем на 15%). Трансмиссия не была рекомендована к установке в серийный танк Т-10 из-за неудачного совмещения характеристик двигателя и ГМТ, что в итоге послужило причиной выхода двигателя из строя.

После замены комплексной гидропередачи ГТК-1 на более совершенную комплексную гидропередачу ГТК-П, имевшую КПД на 2–3% выше (максимальный КПД – 0,86, коэффициент момента – 3,7), и изменения инженером В.А. Колесовым всех передаточных чисел (выполнена более рациональная разбивка) в трансмиссии удалось использовать зону частот вращения коленчатого вала двигателя на более экономичных режимах работы. Реактивный аппарат гидропередачи имел автолог, который блокировался на гидромуфту при частоте вращения, близкой к максимальной. Активное участие в создании ГМТ-266 принимали старейшие конструкторы отрасли: А.Д. Гладков, К.Н. Воронков, С.Т. Степанов, В.Д. Лубенский и исследователи В.А. Пятков, Г.М. Лосев.

Проведенные в 1957 г. сравнительные испытания танка «Объект 266» с новой ГМТ и серийного танка Т-10 с механической трансмиссией показали, что у танка с ГМТ перерасход топлива составил всего 3–5%. Однако дальнейшее совершенствование гидромеханической трансмиссии танка «Объект 266» было прекращено в связи с разработкой гидромеханической трансмиссии «AT» конструкции А.И. Благонравова с автоматикой переключения передач, которая в то время рассматривалась заказчиком (ГБТУ) в качестве перспективной.

Основная идея конструкции гидромеханической трансмиссии «AT» заключалась в использовании автоматического перехода с одного режима работы на другой с помощью автологов, причем источником этого перехода являлись свойства комплексной гидропередачи. В отличие от существовавших гидромеханических трансмиссий с механическими ступенчатыми коробками передач, трансмиссия «AT» работала при переключении передач без разрыва силового потока и не требовала дополнительного оборудования для автоматики переключения передач.

В 1955 г. в ОКБТ ЛКЗ был изготовлен и испытан в стендовых условиях опытный образец гидромеханической трансмиссии «AT». При изготовлении трансмиссии использовались: двухреакторная комплексная гидропередача, два планетарных ряда и грузовой вал гидромеханической трансмиссии типа «Кросс-Драйв» американского танка М46 «Паттон», два двухступенчатых ПМП танка ИС-3 и коническая пара шестерен коробки передач танка Т-34. Для отсоединения трансмиссии от двигателя при его пуске был сохранен главный фрикцион. Трансмиссия имела автоматическую двухступенчатую передачу, две механические (замедленную и заднего хода) передачи и нейтраль.

Автоматическая передача осуществлялась с помощью комплексной гидропередачи, двух планетарных рядов и двух автологов 1 и 2. Автолог 3 обеспечивал возможность торможения двигателем и пуск двигателя с буксира. При трогании машины с места включался автолог 1, и мощность от двигателя на грузовой вал трансмиссии передавалась двумя потоками через первый суммирующий ряд. По мере разгона машины включался автолог 2, и мощность на грузовой вал передавалась тремя потоками. При дальнейшем разгоне автолог 1 выключался, и мощность на вал предавалась одним потоком через эпицикл второго ряда.

Для преодоления больших сопротивлений движению включался тормоз замедленной передачи Тзам. при одновременном опорожнении комплексной гидропередачи. Задний ход осуществлялся также при опорожненной комплексной гидропередаче торможением водила второго планетарного ряда тормозом Тз.х. Мощность в обоих случаях передавалась только механическим путем.

Стендовые испытания показали, что включенные в схему трансмиссии автологи работали надежно и обеспечивали автоматическое переключение передач с первой автоматической ступени на вторую ступень и обратно. Однако низкий КПД (0,67–0,7), сравнительно малый силовой диапазон на автоматическом режиме, отсутствие полного опорожнения комплексной гидропередачи и перегрев трансмиссии из-за отсутствия системы охлаждения масла требовали серьезной конструктивной доработки трансмиссии «AT».

В период с 25 сентября по 14 декабря 1956 г. ГМТ прошла ходовые испытания на опытном тяжелом танке ИС-3. В ходе испытаний был выявлен ряд преимуществ опытной трансмиссии по сравнению с серийной механической: более интенсивный разгон танка, более высокая плавность хода, отсутствие заглохания двигателя при любых возможных при движении машины перегрузках, легкая управляемость танком и меньшая утомляемость механика-водителя. Однако установка трансмиссии «AT» на танк ИС-3 ухудшила основные эксплуатационные показатели машины. Расход топлива увеличился на 30%, а средняя скорость движения понизилась на 29%. Максимальный угол подъема на автоматическом режиме работы не превышал 17°. Это явилось следствием принятой кинематической схемы трансмиссии и неудачного совмещения характеристик работы двигателя и трансмиссии при функционировании в переходной зоне. На каждой из передач использовался не весь диапазон изменения крутящего момента двигателя, а только часть его. В результате включения различных передач фактически растягивались только различные части общего диапазона изменения характеристики двигателя, в то время как изменение тяговых сил ограничивалось диапазоном гидротрансформатора. Они изменялись в диапазоне 0,06–0,34, что было недостаточно для танка. Тем не менее, испытания показали, что идея автоматического переключения передач с помощью автологов вполне осуществима.

Дальнейшее развитие отечественные ГМТ получили в опытной гидромеханической трансмиссии ГМТ-4043, разработанной в 1956 г. во ВНИИ-100 (руководитель работы – В.М. Селезнев) и предназначавшейся для опытного тяжелого танка «Объект 770» конструкции ЧКЗ (главный конструктор П.П. Исаков). Она представляла собой малогабаритную одновальную трансмиссию, близкую по принципиальной схеме с ГМТ-266, в которой двухреакторная комплексная гидропередача ГТК-П с блокировочным фрикционом была установлена в параллельном потоке мощности. В состав трансмиссии входили ПКП, обеспечивавшая три передачи переднего и одну передачу заднего хода, а также планетарный механизм поворота. Опытный образец трансмиссии ГМТ-4043, изготовленный в короткий срок, имел оригинальную конструкцию откачивающих насосов, предложенную С.Т. Степановым – два высокооборотных насоса осуществляли забор масла через оси шестерен, что исключало кавитацию рабочей жидкости. Испытания трансмиссии на стенде подтвердили расчетные характеристики, а ее конструкция не требовала большой доводки. Однако в ходе работ над танком «Объект 770» конструкторским бюро ЧКЗ без согласования с ВНИИ-100 было изменено расположение двигателя в кормовой части корпуса с продольного на поперечное, поэтому дальнейшие работы в институте по трансмиссии ГМТ-4043 носили научно-исследовательский характер.

Для измененной компоновки МТО танка «Объект 770» в конструкторском бюро ЧТЗ в 1958 г. создали другой вариант двухпоточной гидромеханической трансмиссии (разработчики – С.А. Быбин, Д.А. Маргулис, A.M. Кауфман и М.М. Пивник). В этой трансмиссии комплексная гидропередача (без блокировочного фрикциона) также была установлена в параллельном потоке мощности. Трансмиссия обеспечивала три передачи переднего и одну передачу заднего хода. Первая и вторая передачи были гидромеханическими (с предусмотренной автоматикой переключения), первая замедленная передача и передача заднего хода – механическими. При прямолинейном движении основной поток мощности передавался от двигателя к эпициклам суммирующих планетарных рядов или через комплексную гидропередачу, или, минуя ее, в зависимости от включения гидромеханической или механической передачи. Дополнительный поток мощности от двигателя к солнечным шестерням суммирующих планетарных рядов шел через шестеренчатую передачу только при включении гидромеханической передачи.

При включении механических передач турбина комплексной гидропередачи останавливалась специальным тормозом, и мощность передавалась одним потоком. Наличие механической замедленной передачи давало возможность за счет большого передаточного отношения полностью использовать эффект торможения танка двигателем при преодолении крутых спусков без применения остановочных тормозов. Кроме того, появилась возможность пуска двигателя с буксира при отсутствии блокировочного фрикциона в комплексной гидропередаче.

По условиям компоновки остановочные тормоза не удалось разместить в МТО по бортам машины по обычно принятой схеме, поэтому остановочный тормоз был выполнен в виде одного центрального тормоза. Это также оправдывало наличие механической замедленной передачи. В то же время применение механических передач требовало обеспечения достаточно больших коэффициентов запаса фрикционных устройств, работавших в масле. Торможение машины осуществлялось одновременным включением бустеров всех тормозов в системе гидросервоуправления трансмиссией. Включение бустеров фрикционных устройств при прямолинейном движении и повороте осуществлялось при давлении 1,07 МПа (11 кгс/см2), при движении на передаче заднего хода – 1,86 МПа (19 кгс/см2).

Для торможения и удержания машины на уклоне при неработающем двигателе использовался червячный редуктор с рукояткой ручного тормоза, который был установлен слева от сиденья механика-водителя. Самотормозящее действие червячной пары обеспечивало удержание машины на спуске и подъеме. Перемещение рычага горного тормоза на картере ГМТ производилось с помощью троса, наматываемого на барабан червячного редуктора при вращении рукоятки ручного тормоза. Такая конструкция не требовала регулировки ручного тормоза в эксплуатации.

В целях обеспечения смазки узлов трансмиссии и получения необходимого давления масла в бустерах дисковых фрикционов и тормозов для управления при буксировке машины включался специальный бортовой масляный насос, который при скорости машины 7 км/ч имел производительность 58 л/мин. Привод к насосу осуществлялся от правой полуоси грузового вала.

При повороте танка скорость прямолинейного движения сохраняла забегающая гусеница, а отстающая гусеница тормозилась вплоть до остановки. Поворот на нейтрали вокруг центра машины был неустойчивым и зависел от сопротивления грунта под гусеницами танка. В системе гидросервоуправления для переключения передач применялась схема, работавшая по принципу «Включено-Выключено», при повороте – по принципу регулятора давления.

В целом с применением гидромеханической трансмиссии удалось получить хорошие тяговые характеристики и поворотливость тяжелого танка. Недостатками трансмиссии являлись большой разрыв между первой и второй передачами и наличие слишком большого передаточного числа суммирующего планетарного ряда механизма поворота.

В 1957 г. под руководством А.П. Крюкова во ВНИИ-100 разработали гидромеханическую трансмиссию ГМТ-279 с двухреакторной комплексной гидропередачей, планетарной коробкой передач, двухступенчатыми ПМП и комбинированными бортовыми редукторами. Трансмиссия предназначалась для установки в опытный четырехгусеничный тяжелый танк «Объект 279». Насосное колесо комплексной гидропередачи соединялось непосредственно с коленчатым валом двигателя, а турбинное колесо – с ведущей конической шестерней планетарной коробки передач. Двухреакторная комплексная гидропередача ГТК-Ill, обладавшая более высокими характеристиками (максимальный КПД – 0,88, коэффициент момента – 2,67), чем у гидропередачи ГТК-ll в трансмиссии танка «Объект 266», была установлена в последовательном потоке мощности. Это позволило изолировать основные элементы трансмиссии от вредного влияния крутильных колебаний, идущих от двигателя.

Планетарная коробка передач с тремя степенями свободы обеспечивала получение трех передач переднего хода и одной передачи заднего хода при двух планетарных рядах. Комплексная гидропередача соединялась с планетарной коробкой передач через коническую пару шестерен. Двухступенчатые ПМП конструктивно входили в состав ГМТ. Включение всех передач и ПМП происходило с помощью фрикционных устройств с гидроприводом за счет перемещения золотника управления коробкой передач, золотников управления ПМП и остановочными тормозами.

Для обеспечения работы каждого ПМП необходимо было включение одного фрикционного устройства: фрикциона – в режиме прямолинейного движения или тормоза – в режиме поворота машины. Для включения передачи в ПКП использовались два фрикционных устройства: тормоз и фрикцион – на второй и первой передачах или два фрикциона на третьей передаче. Все фрикционные устройства были дисковыми и работали в масле с трением стали 65Г по металлокерамике МК-5. Включение фрикционных устройств происходило под действием давления 1,18 МПа (12 кгс/см2) масла в бустерах, выключение – с помощью пружин при снятии давления в магистрали бустера и опорожнении бустера через специальные шариковые клапаны. Диски трения фрикционных устройств ПМП и фрикционов

ПКП являлись взаимозаменяемыми. Диски трения тормозов ПКП, имевшие другой типоразмер, также были взаимозаменяемыми между собой. Для этой ГМТ впервые в нашей стране была разработана автоматическая система переключения двух высших передач, а мощные дисковые тормоза имели систему гидросервоуправления. В работе над трансмиссией активное участие принимали: B.C. Иванкин, М.Г. Жучков, С.Ф. Сычев, В.Д. Лубенский, В.А. Колесов, А. В. Косилов и другие.

Завершающим этапом в создании ГМТ тяжелых танков стал проект трансмиссии для танка «Объект 286» с управляемым ракетным оружием, который так и остался на бумаге и в деревянных макетах. В этой ГМТ, разработка которой велась в ОКБТ ЛКЗ в 1959 г., предполагалось использовать два комплексных гидротрансформатора, планетарную полуавтоматическую коробку передач и двухпоточный механизм поворота.

Как один из вариантов для разрабатывавшегося на СТЗ в 1959 г. легкого опытного танка «Объект 195» при установке дизеля, рассматривалась двухпоточная гидромеханическая трансмиссия с гидропередачей ГТК-Ill и трехступенчатой коробкой передач, обеспечивавшая три передачи переднего и одну передачу заднего хода. Был спроектирован и второй вариант трансмиссии, в котором вместо гидропередачи ГТК-Ill монтировалась гидромуфта. В этом случае механическая коробка передач для обеспечения необходимого тягового диапазона имела пять передач переднего и одну передачу заднего хода. Кроме того, в ней для включения передач использовались индивидуальные дисковые фрикционы, работавшие в масле, с гидросервоуправлением.

В обеих схемах трансмиссии применялись механизмы поворота второго типа с двойным подводом мощности, что позволило уменьшить число пар цилиндрических шестерен путем одновременного использования обоих механизмов поворота для получения замедленной передачи и передачи заднего хода.

В трехступенчатой коробке передач с гидротрансформатором ГТК-Ill включение передачи заднего хода осуществлялось при остановленном вале эпициклов с помощью тормоза Тзх. Расчетный радиус поворота на высшей передаче был равен 4В, на промежуточной передаче – 2В и на замедленной – В.

В механической пятиступенчатой коробке передач с гидромуфтой замедленная передача обеспечивалась включением фрикционов Ф1 Ф3, Ф5 и Ф6. При этом в коробке передач оставалась та же комбинация, что и при включении первой передачи, но солнечные шестерни планетарных рядов механизма поворота не являлись неподвижными, а вращались в обратную по отношению к вращению эпициклов сторону. При движении на замедленной передаче поворот танка осуществлялся с помощью остановочных тормозов после выключения фрикционов Ф7 и Ф8.

Включение передачи заднего хода обеспечивалось фрикционами Ф3, Ф4, Ф5 и Ф6. При этом фрикционы Ф3 и Ф4обеспечивали неподвижность главного вала трансмиссии, а следовательно и эпициклов планетарных рядов. Одновременное включение двух разных передач приводило как бы к «заклиниванию» этого вала. В то же время обратное вращение солнечных шестерен планетарных рядов благодаря включению фрикционов Ф5 и Ф6 обеспечивало получение передачи заднего хода. Поворот при движении задним ходом, как и при движении на замедленной передаче осуществлялся с помощью остановочных тормозов. Расчетные радиусы на замедленной и второй передаче также были равны В и 2В, а на следующих передачах увеличивались пропорционально отношению передаточных чисел соседних передач.

Разработанные схемы трансмиссии отвечали современным требованиям, предъявлявшимся в то время, обеспечивали необходимый тяговый и скоростной диапазон, а также плавное трогание танка с места. Кроме того, они позволяли выполнить конструкцию трансмиссии с меньшими запасами прочности, улучшить условия работы фрикционных элементов, обеспечить хорошую поворотливость машины и одновременно сократить число управляемых фрикционных элементов за счет использования второго потока мощности для получения замедленной передачи и передачи заднего хода. Фрикционные элементы, работавшие в масле, при наличии соответствующей гидросистемы управления обеспечивали легкое и надежное управление как при прямолинейном движении, так и при повороте.

В 1959–1962 гг. с учетом опыта разработки гидромеханических трансмиссий для опытных тяжелых танков во ВНИИ-100 была спроектирована, изготовлена и испытана однопоточная ГМТ-150 для среднего танка Т-55 (разработчики – П.С. Сологуб и B.C. Иванкин). Объем МТО опытного танка Т-55 с ГМТ и серийного танка Т-55 с механической трансмиссией был практически одинаковым. Эта ГМТ предназначалась также к установке в танк «Объект 150» с управляемым ракетным оружием.

При прямолинейном движении мощность от двигателя В-55 на ведущие колеса передавалась последовательно через входной редуктор, двухреакторную комплексную гидропередачу с блокировочным фрикционом, коробку передач, двухступенчатые ПМП и бортовые редукторы. Часть мощности двигателя отбиралась с насосного колеса комплексной гидропередачи ГТК-IllC через специальные приводы на масляные насосы, компрессор и вентилятор системы охлаждения. Комплексная гидропередача была вынесена из картера коробки передач и установлена на место размещения главного фрикциона в аналогичной по компоновке механической трансмиссии танка Т-55. Она была спроектирована на базе круга циркуляции гидротрансформатора ГТК-Ill и представляла собой более совершенную модель, отличавшуюся от последнего тем, что лопатки второго колеса направляющего аппарата (перед насосным колесом) имели большие углы на выходе. Основные показатели ГТК-IIIC: максимальный КПД – 0,886, активный диаметр – 410 мм, максимальный коэффициент момента – 2,5, КПД при переходе на режим гидромуфты – 0,852. На кожухе гидротрансформатора был сохранен зубчатый венец, обеспечивавший пуск двигателя стартером, устанавливавшимся на входном редукторе.

Интересным техническим решением в этой трансмиссии являлась конструкция трехступенчатой коробки передач, как пример использования простой (непланетарной) коробки передач с фрикционным включением передач. Двухвальная коробка передач с неподвижными осями обеспечивала три передачи переднего и одну передачу заднего хода. Включение каждой передачи осуществлялось соответствующими индивидуальными фрикционами (Ф1 Ф2, Ф3, работавшими в масле, с трением стали по металлокерамике. Фрикционы имели гидравлическое включение и пружинное выключение. С целью уменьшения потерь мощности на барботаж масла в коробке передач был использован принцип «сухого картера».

Автономная гидравлическая система трансмиссии обеспечивала принудительную смазку деталей и узлов коробки передач под давлением до 0,29 МПа (3 кгс/см2), подпитку комплексной гидропередачи под давлением до 0,74 МПа (7,5 кгс/см2) и циркуляцию масла в системе подпитки и охлаждения. В системе гидросервоуправления фрикционными устройствами коробки передач переключение передач осуществлялось с помощью клапанного устройства, золотника переключения передач и золотника реверса. Давление в системе находилось в пределах 0,98–1,23 МПа (10–12,5 кгс/см2).

В качестве механизма поворота использовались двухступенчатые ПМП, заимствованные вместе с бортовыми редукторами у серийного танка Т-55.

На опытном танке с ГМТ по сравнению с серийным танком Т-55 значительно упрощалось переключение передач в связи с отсутствием главного фрикциона и меньшего числа передач, а, следовательно, снижалась утомляемость механика-водителя. Кроме того, отсутствие эксплуатационных регулировок в коробке передач и комплексной гидропередаче сокращало время технического обслуживания танка. Недостатком трансмиссии являлся относительно низкий КПД вследствие последовательного соединения агрегатов. Кроме того, на всех передачах значения двух расчетных радиусов поворота опытного танка оставались постоянными и не отличались от аналогичных радиусов поворота серийного танка. При проведении ходовых испытаний ГМТ-150 действовала безотказно, однако дальнейшие работы были прекращены в связи с сосредоточением всех усилий в отрасли на отработке планетарных БКП танка «Объект 432».

Работы по перспективным ГМТ для средних танков могли привести к отказу от БКП с присущими для них недостатками: отсутствие механизма поворота с прогрессивными характеристиками, практически исключена возможность автоматизации управления, наличие переразмеренных запасов прочности, сложность проведения ремонтных работ в полевых условиях, необеспеченность широкого заимствования для машин различного назначения (функциональная универсальность) и др. В свою очередь, установка в танках центральной ГМТ вального типа (полупланетарной) с индивидуальными, малогабаритными фрикционами и встроенным на аналогичных элементах механизмом поворота прогрессивного типа позволяла осуществлять управление машиной без разрыва потока мощности (момента на гусеницах). Изменение радиуса поворота происходило в пределах от бесконечности до нуля путем перехода от режима многорадиусного поворота на передачах к повороту вокруг центра тяжести машины со снижением скорости ее движения до остановки за счет последовательного перехода с фрикционного элемента механизма поворота (при его фиксации) на другой фрикционный элемент – коробку передач. Трансмиссия в таком исполнении позволяла использовать ее как ходоуменьшитель с длительным режимом работы. Однако это противоречило выбранной политике Государственного комитета Совета Министров СССР по оборонной технике (с 13 марта 1963 г. – Государственный комитет по оборонной технике СССР (ГКОТ), со 2 марта 1965 г. -Министерство оборонной промышленности СССР) и НТК ГБТУ Министерства обороны СССР в ориентации на танк «Объект 432» и технические решения, воплощенные в его конструкции.

Таблица 48

Основные характеристики гидромеханических трансмиссий опытных отечественных танков

Доработка планетарных БКП танка «Объект 432» (а затем и БКП танка «Объект 434») и фактическое изменение направления в развитии трансмиссий средних (основных) танков на долгие годы приостановили дальнейшую разработку отечественных ГМТ для этого типа машин (за исключением опытных легких танков).

Необходимо отметить, что в 1950-х гг. в НИИ-3 Министерства обороны, на ММЗ и во ВНИИ-100 велись работы по созданию бесступенчатых трансмиссий, в частности – механизмов поворота быстроходных гусеничных машин с использованием в качестве силового регулирующего элемента механических передач (вариаторов) тороидно-сферического типа. Были созданы конструкции вариаторов высоких контактных давлений (разработчики Я.Е. Фаробин, НА Астров, А. Л. Кемурджиан, И. В. Бах), проводились изыскания рациональных кинематических схем трансмиссий и их разработка. В начале 1960-х гг. работы по вариаторам были приостановлены в связи с развертыванием исследований гидрообъемных передач (ГОП) и возможности их использования в трансмиссиях военных гусеничных машин различного назначения в качестве регулирующих элементов.

НИОКР в этом направлении (выбор параметров, типов ГОП и схемных решений) во ВНИИ-100 в период 1959–1964 гг. руководил С.Т. Степанов. Результатом выполненных работ стали: проект гидрообъемно-механической трансмиссии (ГОМТ) для среднего танка (разработчики В.М. Антонов, Е.И. Корначев и В.П. Купцов) и создание опытных образцов различных вариантов ГОП с системами очистки рабочей жидкости и подпитки, которые прошли испытания в лаборатории института. Показатели, полученные во ВНИИ-100 на выполненных конструкциях ГОП, отечественные специализированные предприятия (с учетом использования зарубежного опыта) смогли достичь только спустя 15–20 лет.

В эти же годы во ВНИ И-100 на базе тягача ГТ-С был изготовлен ходовой макет с полнопоточной гидрообъемной трансмиссией (ГОТ), выполненной с использованием гидроагрегатов английской фирмы «Лукас». На макете прошли отработку принципиальные решения по выбору параметров систем, обслуживавших ГОП и системы управления движением. В разработке ГОТ и ходовых испытаниях тягача ГТ-С принимали участие сотрудники института: А.П. Крюков. НА Цыганов, А.Д. Травкин, В.В. Пальцев, В.М. Антонов, А.Ф. Пере-печко, В.И. Разжигаев. Дальнейшие работы по ГОТ были продолжены уже во втором послевоенном периоде.

 

Электромеханические трансмиссии

 

Послевоенная разработка ЭМТ для тяжелых танков велась на основе опыта проектирования трансмиссий отечественных танков ЭКВ, ИС-6 («Объект 253») и зарубежных машин – САУ «Фердинанд» (Германия), танк Т-23 (США) с задачей создания наилучшей схемы и ее компоновки в габаритах создававшегося нового тяжелого танка ИС-7 («Объект 260»). Поэтому в 1946 г. были продолжены исследования и ходовые испытания ЭМТ танка ИС-6 («Объект 253»). Однако программа весенних (март-апрель) ходовых испытаний танка, проводившихся заводом №100 в Челябинске совместно с представителями московского завода «Динамо», не была выполнена из-за ряда дефектов, к числу которых относились: разрушение бандажа правого электродвигателя и, как следствие этого, разрушение катушек возбуждения; выход из строя мотора системы охлаждения тягового электродвигателя (сгорел); многократные выходы из строя контроллера.

Основными причинами дефектов являлась ненадежная конструкция контроллеров поворота. Кроме того, конструкция проволочного бандажа лобовых соединений обмотки якоря тяговых электродвигателей (со стороны, противоположной коллектору) была также ненадежной. Все это потребовало дальнейшей переработки ЭМТ.

В IV квартале 1946 г. заводом № 100 в Челябинске, а затем его филиалом на ЛКЗ в Ленинграде (с июня 1949 г. – ВНИИ-100) совместно с заводом «Динамо» был проведен ряд работ по улучшению конструкции ЭМТ и доводке ее электрической схемы. В монтажных работах и подготовке различных приборов для продолжения испытаний танка ИС-6 («Объект 253») с внесенными изменениями активное участие принимали сотрудники лаборатории ЛПИ им. М.И. Калинина.

В результате проведенных НИОКР в период 1945–1947 гг. в конструкторских бюро ЧКЗ, завода №100 и его филиала было выполнено большое количество технических проектов танков с ЭМТ. Так, были разработаны: двухпоточная электромеханическая трансмиссия ЭМТ-701 для тяжелого танка ИС-4, электрические трансмиссии (ЭТ) для тяжелых танков «Объект 257» (ЭТ-257), «Объект 259» (ЭТ-259) и «Объект 261» (ЭТ-261) с двумя тяговыми электродвигателями двойного вращения (ротор и статор относительно друг друга имели противоположное направление вращения), а также электромеханическая трансмиссия ЭМТ-260 для тяжелого танка ИС-7 «Объект 260» с одним тяговым электродвигателем. Использование в трансмиссии ЭМТ-260 одного тягового электродвигателя позволило сократить осевые размеры трансмиссии и значительно упростить ее электрическую схему, поскольку поворот танка осуществлялся с помощью ПМП, позволявших электродвигателю работать в режиме оптимальной характеристики.

Однако несмотря на то, что в проектах электрических трансмиссий танков «Объект 259» и «Объект 261» были использованы быстроходные генераторы и электродвигатели, в которых повышение частоты вращения валов электродвигателей (номинальная – 4150 мин-1, максимальная – 8250 мин-1) обеспечивалось благодаря применению электромашин двойного вращения, существенного уменьшения их массы и объемов по сравнению с агрегатами механических трансмиссий достичь не удалось. Поэтому на основании результатов выполненных работ был сделан вывод о неперспективности применения ЭМТ и ЭТ в танках с классической компоновкой и гусеничным движителем. Электрические машины постоянного тока обладали неудовлетворительными объемно-массовыми характеристиками, а исследуемые схемы трансмиссий вызывали затруднения в обеспечении требуемой маневренности машин.

Опыт работы по ЭМТ-260, а также некоторые узлы этой трансмиссии были использованы конструкторским бюро ЧКЗ (главный конструктор П.П. Исаков) при создании в 1957 г. дизель-электрического трактора ДЭТ-250, серийно выпускавшегося на ЧТЗ с 1961 г., модификации которого и в настоящее время широко используются в народном хозяйстве.

ЭМТ трактора ДЭТ-250 – постоянного тока, обеспечивала бесступенчатое автоматическое изменение скорости движения и тягового усилия в зависимости от внешней нагрузки. В состав трансмиссии входили: многодисковый фрикцион центробежного типа сухого трения (сталь по стали), повышающий редуктор, силовой генератор ДК-501Б мощностью 215 кВт, тяговый электродвигатель ЭДТ-166А мощностью 166 кВт, главная коническая передача, двухступенчатые ПМП и комбинированные разгруженные бортовые редукторы. Блокировочные фрикционы ПМП работали в масле (сталь по керамике), а их ленточные тормоза (поворота и остановочные) плавающего типа имели накладки из фрикционного материала 40-Б.

Управление ПМП осуществлялось с помощью гидросервопривода, тяговым электродвигателем и силовым генератором – контроллером цепи независимого возбуждения генератора, связанным с педалью подачи топлива основного двигателя – дизеля. Минимальное сопротивление контроллера соответствовало полному ходу педали (максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя).

В 1950-х гг. работы по ЭМТ велись в конструкторском бюро харьковского завода №75, но успеха и воплощения в металле не имели. Дальнейшие работы по созданию ЭМТ и ЭТ для перспективных военных гусеничных и колесных машин различного назначения были продолжены в 1960-1980-х гг. во ВНИИ-100 (ВНИИТрансмаш).

Параллельно с совершенствованием трансмиссий большое внимание отечественные конструкторы уделяли вопросам облегчения управления танком. Простота и легкость управления определялись сокращением до минимума количества органов управления (рычагов и педалей), сокращением количества необходимых переключений и применением совершенных сервоприводов.

Для управления двигателем и механической трансмиссией, выполненной по обычной (танковой) схеме, необходимо было наличие пяти органов управления: педали подачи топлива, рычага коробки передач, педали главного фрикциона, двух рычагов механизмов поворота и педали остановочного тормоза. По данным исследований, проведенных в Академии БТВ и на НИИБТ полигоне, на 1 км пути механику-водителю отечественных серийных танков с механической трансмиссией приходилось производить 8-10 переключений передач, а при совершении 500-км марша только для регулирования прямолинейного движения, не считая торможения, – 16-20 тыс. операций. В ряде случаев при несовершенных приводах управления, когда усилия на рычагах и педалях доходили до 40-50 кг, длительное управление машиной требовало большого физического напряжения. Так, например, для включения передачи требовалось приложить усилие к рычагу кулисы (избирателя) – 35–50 кгс на танке Т-54 и 3 кгс – на Т-10, для выключения фрикциона – на педаль – 25-30 кгс и для выполнения поворота – к рычагу механизма поворота – 70 и 50 кгс соответственно. Даже для гидравлических сервоприводов танка Т-10М требовалось введение в привод следящего действия для обеспечения его хорошей управляемости.

Существенное облегчение управления танком, а также сокращение количества органов управления могло быть достигнуто за счет введения в систему управления средств автоматики или полуавтоматики. Автоматическая система позволяла сократить число органов управления до четырех: педали подачи топлива, штурвала управления, избирателя режима работы и педали остановочного тормоза. При этом избиратель режима работы в движении использовался очень редко.

При полуавтоматической системе число органов управления также было равно четырем, но вместо избирателя вводился рычаг переключения передач. При этом выбор моментов переключения передач и само переключение производил механик-водитель. Существенное сокращение числа операций для изменения передаточного числа в коробке передач достигалось за счет применения ГМТ.

Работы по автоматизации управления движением танков начались еще в конце 1940-х гг. В период с 19 февраля по 10 апреля 1949 г. на НИИБТ полигоне прошли испытания танка Т-44 с системой автоматизированного управления движением. Система была разработана и изготовлена сотрудниками этого же полигона. Она включала аппаратуру и оборудование автоматического переключения передач, дистанционного сервоуправления поворотом и тормозами, дистанционного управления подачей топлива командиром танка.

Автоматизированное управление движением танка осуществлялось с помощью двух одинаковых пультов, расположенных у механика-водителя и командира танка. На пульте имелось три кнопки «Пуск. Стоп», «Больше скорость», «Меньше скорость» и рычаг управления поворотом и торможением танка. Аппаратура автоматизированного управления состояла из электрического и пневматического оборудования. В состав электрооборудования входили два пульта управления, центральный распределитель, ножной пульт управления подачей топлива (реостат), расположенный у командира танка, и тахометр.

Пневмооборудование состояло из компрессора, четырех воздушных баллонов, клапанного устройства, пневмоцилиндров управления главным фрикционом, кулисой, подачей топлива и бортовыми фрикционами, При разработке системы были полностью сохранены штатные механизмы управления движением танка. Испытания показали, что применение системы автоматизированного управления движением снижает утомляемость механика-водителя, сохраняя одинаковые эксплуатационные показатели по сравнению с серийными танками. Вместе с тем, конструкция исполнительных механизмов требовала совершенствования для повышения надежности работы.

Введение на танках гирополукомпасов, позволявших определять положение танка по курсу относительно земных координат, и сервоприводов управления поворотом создало предпосылки для автоматизации процесса вождения за счет поддержания задаваемого направления прямолинейного движения. Необходимость такой автоматизации исходила из особенностей вождения танков по пересеченной местности, когда вследствие неравномерного натяжения гусениц, наличия боковых скосов и косогоров танк произвольно отклонялся от заданного направления и требовалось постоянное вмешательство механика-водителя с целью возращения машины на заданный курс даже на прямолинейных трассах.

Для улучшения условий работы механика-водителя, уменьшения нагрузок и увеличения его работоспособности, а также возможности создания системы дублированного управления движением танка в конце 1950-х гг. во ВНИИ-100 инженерами A.M. Мнускиным, Б.З. Шапиро, А.Д. Ледовским и Т.В. Талаквадзе был разработан специальный курсовой автомат (ТКА). Он обеспечивал необходимую динамическую точность поддержания заданного механиком-водителем прямолинейного курса в условиях непрерывно действовавших при движении танка возмущений (рельеф местности, износ гусеничного движителя и др. факторы) и производил передачу управляющих сигналов в сервоприводы управления и подготовку к режиму стабилизации на новом курсе. Изготовленный образец ТКА прошел испытания в опытном танке Т-55. Результаты испытаний подтвердили улучшение условий работы механика-водителя, уменьшение его нагрузки (сокращение числа воздействий на органы управления танка при вождении) при использовании курсового автомата, а также создали предпосылки к проведению дальнейших работ в направлении создания системы дублированного управления движением танка и, в частности, систем дистанционного управления поворотом и переключения передач.

Исследования в этом направлении были продолжены в конструкторских бюро ЦЭЗ-1 в Москве и завода №174 в Омске. Однако в первую очередь они были связаны с продолжением работ по радиоуправляемым (телемеханическим танкам) и созданием танков-мишеней для отработки систем управления различных ПТРК, разрабатывавшихся для истребителей танков – танков с управляемым ракетным оружием.

Так в результате НИОКР, проведенных КБ завода № 174 совместно с ЦНИИ-174 ГКОТ и НИИ-592 ГКРЭ, в 1959-1961 гг. была создана система телеуправления трансмиссией опытных радиоуправляемых танковых мишеней на базе Т-55 («Объект 601А» и «Объект 601 Б»). Она представляла собой автоматизированный электрогидравлический привод с управлением от кнопочного пульта и по радиоканалу. В качестве источника энергии для питания гидропривода использовалась питающая установка с блоком аккумуляторов. Система обеспечивала пуск и глушение двигателя; трогание и остановку машины; переключение передач (с автоматическим понижением передачи при увеличении сопротивления движению); повороты на первом и втором положениях ПМП; переключение радиостанции с передачи на прием для прослушивания сигналов о работе двигателя и о перегреве охлаждающей жидкости и масла.

Дистанционное управление коробкой передач осуществлялось по двум командам: «Скорость больше» и «Скорость меньше», подававшимся на исполнительные цепи автоматики. Датчик автоматического переключения имел настройку по частоте вращения коленчатого вала двигателя, соответствовавшей той или иной передаче с учетом их перекрытий. Переключение на высшую передачу происходило при частоте вращения коленчатого вала двигателя равной 2020 мин-1 и максимальном положении привода подачи топлива, на низшую – при 1300 мин-1 и положении привода подачи топлива для холостого хода. Один из опытных танков-мишеней «Объект 601» с системой дистанционного управления коробкой передач, кроме специальных испытаний, был подвергнут на НИИБТ полигоне сравнительным испытаниям с танком Т-55 с ручным управлением для исследования влияния автоматизации коробки передач на динамические характеристики танка, снижение утомляемости механика-водителя, а также на живучесть коробки передач. Результаты испытаний показали, что разгонные характеристики опытной машины не хуже аналогичных характеристик танка Т-55, управляемого механиком-водителем высокой квалификации. На сложной трассе, требовавшей частых переключений передач, полученные средние скорости движения были не меньше, чем на танке Т-55, несмотря на совершенство системы управления механизмами поворота опытного образца «Объект 601». Было выявлено, что после работы на танке с автоматизированными приводами управления механики-водители значительно меньше чувствовали усталость, чем на танке Т-55. Кроме того, механики-водители, совершенно не знавшие особенностей управления дистанционным приводом управления коробкой передач, овладевали навыками его использования за 1–1,5 ч и в дальнейшем не испытывали никаких затруднений при управлении машиной.

Разработанная система в основном позволила решить задачи автоматизации механических трансмиссий и проверить испытаниями принципы автоматического переключения передач. Но в то же время испытания показали, что проблема автоматизации переключения передач в простой двухвальной коробке передач (устранение клевков и рывков машины при переключении передач, уменьшения износов синхронизаторов коробки передач и дисков главного фрикциона) могла быть решена только при разработке специальных систем синхронизации включаемых элементов.

Продолжением работ стало создание в 1962-1965 гг. в КБ завода №174 совместно с ВНИИ-100 при участии НИИБТ полигона системы полуавтоматического управления движением опытного танка Т-62 («Объект 612»). Разработанная система полуавтоматического управления с центральной автоматической синхронизацией обеспечила в сравнении с ручным управлением уменьшение времени переключения на высшие передачи в 1,5-2 раза (с 1,4–3,8 до 1,0–1,9 с) и существенно снизила нагруженность переключаемых элементов коробки передач и главного фрикциона. Время переключения на низшие передачи не изменилось. Работа буксования главного фрикциона уменьшалась в 20-25 раз. Синхронизация включаемых зубчатых муфт при переключении на высшие передачи осуществлялась за счет замедления частоты вращения промежуточного вала коробки передач дисковым тормозом, установленным на этом валу, а при переключении на низшие передачи – за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя при включенном главном фрикционе. Доработка и испытания системы полуавтоматического управления движением танка «Объект 612» продолжились во втором послевоенном периоде.

Таблица 49

Характеристики агрегатов электротрансмиссий

Выполненные работы позволили расширить область исследований вопроса управления движением танка из вращающейся башни, которые велись на СТЗ (ВгТЗ). НИОКР в этом направлении развернулись во ВНИИ-100 в 1965 г., где на базе танка Т-55 был создан экспериментальный ходовой макет с размещением водителя в башне (исполнители работ – Ю.Н. Вереха, Н.И. Вильховченко, Л.Е. Сычев). Рабочее место водителя вместе с органами управления механизмом поворота и подачей топлива, комбинацией оптических и телевизионных приборов, щитком контрольно-измерительных приборов, а также поликом для ног устанавливалось в башне справа от пушки, на месте заряжающего. Управление поворотом танка осуществлялось водителем из башни с помощью дистанционного электрогидравлического привода ПМП. Педали привода главного фрикциона, тормоза и рычаг переключения передач на рабочее место водителя в башне не выводились, а находились в распоряжении механика-водителя, в корпусе, на штатном месте. В обязанности механика-водителя входило переключение передач по команде водителя, размещенного в башне, а также обеспечение безопасности движения в случае аварийной ситуации. Оценка принципиальной возможности вождения танка из вращающейся башни была осуществлена в процессе испытаний макета на точность вождения на специально оборудованной трассе. Параллельно производилось физиологическое исследование водителей. Результаты этой работы были использованы при подготовке проектов опытных танков с размещением механика-водителя в башне и в перспективе – в создании систем дублированного управления движением и применения полностью реверсивных трансмиссий.

 


 

См. продолжение >>>


Поделиться в социальных сетях:
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Яндекс
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Мой Мир


При использовании опубликованных здесь материалов с пометкой «предоставлено автором/редакцией» и «специально для "Отваги"», гиперссылка на сайт www.otvaga2004.ru обязательна!


Первый сайт «Отвага» был создан в 2002 году по адресу otvaga.narod.ru, затем через два года он был перенесен на otvaga2004.narod.ru и проработал в этом виде в течение 8 лет. Сейчас, спустя 10 лет с момента основания, сайт переехал с бесплатного хостинга на новый адрес otvaga2004.ru