|
|
||||||||
|
Применении бесшарнирных ленточных гусениц для танков и самоходных артиллерийских установок Канд. техн, наук А. С. Развалов и инж. Г. И. Калюжный Вестник бронетанковой техники. 1961. №3.
Металлические гусеницы танков наряду с положительными качествами обладают и существенными недостатками. Основными из них являются: сравнительно большой вес гусениц (до 10% от общего веса машины); небольшой срок службы в результате износа шарниров (для легких отечественных танков при эксплуатации их на песчаных грунтах 1500— 2000 км); значительные потери мощности, прогрессивно возрастающие с увеличением скорости движения Указанные недостатки заставляют искать новые решения с целью создания гусениц более легких, износостойких и в то же время обеспечивающих машинам хорошую маневренность. Одним из направлений в решении этой задачи является замена металлической цепи гибкой лентой. Бесконечные гибкие ленты из прорезиненной ткани, а также армированные тросами, известны давно и нашли применение на автомобилях, на танках и в авиации. Настоящая статья имеет целью выявление основных направлений работ как отечественных, так и зарубежных, по созданию и усовершенствованию бесконечных гусеничных лент для танков и самоходных артиллерийских установок. Первые попытки применить ленточную гусеницу для танка были предприняты во Франции после первой мировой войны. На легкий танк Рено были установлены резино-тканевые ленты Кегресс, имевшие с наружной стороны грунтозацепы, а с внутренней— клиновые выступы. Перематывание ленты осуществлялось путем заклинивания выступов ленты в желобе ведущего колеса подобно клиновому ремню. Конструкция ленты, как показал опыт эксплуатации, имела существенные недостатки: на тяжелых участках пути лента вытягивалась и проскальзывала по ведущему колесу. Износостойкость лент по наружной поверхности также оказалася невысокой; при движении на твердых каменистых грунтах с большой скоростью наблюдались случаи выхода ленты из строя по износу после 200-300 км пробега. Ввиду недостаточной поперечной жесткости лента неудовлетворительно работала на поворотах и часто сбрасывалась. В дальнейшем лента была усовершенствована. Сцепление с ведущим колесом было осуществлено посредством зацепления его зубьев со специальными выступами, ленты. Для придания ленте большей поперечной жесткости и для увеличения ее сцепления с грунтом с наружной стороны ленты были укреплены поперечные стальные накладки с резиновыми башмаками. Башмаки способствовали уменьшению шума при движении машины по дорогам с твердым покрытием, предохраняли накладки от разрушения и сохраняли покров пути. Однако и этой конструкции были присущи такие недостатки как вытягивание и малая поперечная жесткость. Это приводило к нарушению работы зацепления и к сбрасыванию гусеницы на поворотах. Попытки упрочнить ленточные гусеницы привели к значительному увеличению их веса. Гусеницы получились настолько тяжелыми, что новейшие цельнометаллические гусеницы оказались легче и дешевле. Поэтому область применения ленточных гусениц до настоящего времени ограничивалась полугусеничными автомобилями и вездеходами, где большой радиус поворота и небольшая длина опорной поверхности гусениц облегчают условия работы ленты и тем самым увеличивают ее долговечность. Применение ленточных гусениц на вездеходах вызвано стремлением обеспечить развитую опорную поверхность при небольшом весе гусениц. В качестве примеров отработанных конструкций таких гусениц могут служить гусеницы трактора «Бомбардир» (Канада; вес машины с грузом на платформе — 3500 кг, среднее удельное давление на грунт — 0,11 кг/см2) и вездехода «Ласка» (США; вес машины 2100 кг, среднее удельное давление — 0,114 кг/см2). В практике отечественного автомобилестроения резино-тканевые ленты нашли применение для полугусеничного автомобиля-воздехода ЗИС-42 (вес с грузом 7,5 т, максимальная скорость по шоссе — 40 км/час). Сердечник ленты автомобиля ЗИС-42 представлял собой слойную конструкцию из хлопчатобумажной ткани бельтинг, которая позже была заменена кордом. Ходимость лент по дорогам достигала 6000 км. Основным недостатком лент с сердечником из хлопчатобумажной ткани является их сильное вытягивание и значительная продольная жесткость, что приводит к увеличению потерь на перематывание и, следовательно, к дополнительной затрате мощности. В результате развития химической промышленности в последнее время были получены новые искусственные материалы, обладающие высокой прочностью, такие как капрон (перлон) и нейлон. На базе этих новых материалов в Германской Демократической Республике на тракторном заводе в г. Шёнебек в 1955 году были изготовлены и испытаны перлоно-резиновые гусеницы для сельскохозяйственных тракторов весом 5 т (фиг. 1).
Фиг. 1. Трактор KS-16 на перлоно-резиновых гусеничных лентах
Сердечник ленты этой гусеницы состоит из 8 слоев перлоновой ткани. На внутренней стороне лент навулканизированы гребни, которые служат для зацепления с ведущим колесом и одновременно являются направляющими стальных опорных катков. Наружный профиль ленты образован грунтозацепами высотой 40 мм. В результате замены металлических гусениц резиновыми лентами было достигнуто значительное снижение веса трактора, так как вес ленты оказался в 4-5 раз меньше соответствующей металлической гусеницы. Испытания лент производились в различных дорожных условиях: на шоссе, на пашне и на песчаном грунте. Гусеницы обеспечивали коэффициент сцепления в пределах 0,7-0,8 на сухом грунте и 0,3-0,5 на влажном. Сопротивление движению трактора на лентах оказалось меньше, чем сопротивление движению трактора на стальных гусеницах. Так, например, при движении по песку сопротивление движению трактора на лентах было меньше на 22%. В то же время испытания выявили отдельные недостатки перлоно-резиновых лент. Отмечалось, что при движении трактора по ухабистой дороге происходило сильное раскачивание лент в горизонтальной плоскости. Нельзя признать удовлетворительной и износостойкость перлоно-резиновых лент в настоящее время, хотя отдельные образцы лент прошли без разрушения 3500 км.
Фиг. 2. Резино-тросовая ленточная гусеница фирмы Гудрич (США)
Наблюдались случаи прорезания сердечника ленты металлическим ободом катка, отрыв грунтозацепов, повреждение гребней. Меньшее, вытягивание и большую прочность имеют ленты, армированные стальными тросами. Гусеничная лента такой конструкции для быстроходного танка и бронетранспортера была разработана фирмой Гудрич в США (фиг. 2). В каркас ленты уложены латунированные стальные тросы в виде спирали или набранные бесконечными кольцами и соединяемые специальным замком. Для придания гусенице необходимой поперечной жесткости в резиновый массив завулканизированы металлические накладки, выступы которых служат для зацепления с ведущим колесом. Направление ленты обеспечивается двухлепестковыми гребнями, расположенными в средней части гусеницы и прикрепленными к ведущим накладкам. Лепестки гребней перекрывают друг друга и увеличивают таким образом поперечную жесткость гусеницы. Сцепление ленты с грунтом обеспечивается с помощью рифлений, выполненных на наружной поверхности ленты. По сообщениям иностранной печати в настоящее время ленточные гусеницы изготавливаются для некоторых американских легких танков, самоходных артиллерийских установок и других боевых машин, предназначенных, в основном, для авиадесантных войск. Такими гусеницами снабжен, например, американский легкий танк Т-92 весом 17 т (фиг. 3). Танк Т-92 имеет переднее расположение ведущих колес и несущие ленивцы. При таком построении ходовой части несколько уменьшается вероятность сбрасывания гусеницы при повороте машины, что особенно важно для ленточной гусеницы. Резино-тросовые гусеничные ленты имеет и самоходная авиадесантная артиллерийская установка М-56 (фиг. 4), принятая на вооружение в 1955 году (вес машины 7,2 т; максимальная скорость — 48 км/час). Гусеница установки М-56 состоит из двух лент из прорезиненной кордной ткани, армированных стальными штампованными поперечинами. Ширина гусеницы 510 мм, что обеспечивает давление на грунт в пределах 0,315 кг/см2. Опорные катки смонтированы на пневматических бескамерных самозаклеивающихся шинах размером 7,5—12".
Фиг. 3. Американский легкий танк Т-92
На том же шасси выпускается и 12,7-лш счетверенная зенитная артиллерийская установка и другие машины.
Фиг. 4. Самоходная артиллерийская установка М-56
Аналогичную конструкцию гусениц имеет и 106-лси шестиствольная самоходная установка М-50 «Онтос» (фиг. 5). Вес машины 7,7 т; максимальная скорость по шоссе 64 км/час. Гусеница установки М-50 состоит из пяти отдельных секций (фиг. 6). Каждая секция образуется двумя резиновыми лентами, соединенными стальными поперечинами. Крепление поперечин к лентам осуществляется болтами. На поперечинах имеются по три направляющих гребня. Средняя часть поперечины является цевкой.
Фиг. 5. Самоходная артиллерийская установка М-50
Фиг. 6. Секция ленточной гусеницы М-50: 1 — шестигранная самостогюрящаяся гайка; 2— соединительная пластина для секций гусеницы; 3—короткая усилительная пластина; 4 — наружный гребень; 5 — лента; 6 — зажимная пластина; 7 — втулка длинная; 8— длинная усилительная пластина; 9 и 10 — болт 5/16"×1 5/16"; 11— шайба пружинная 5/16""; 12 — поперечина
Гусеница работает с обрезиненными двухбандажными опорными катками. Верхняя ветвь гусеницы располагается на четырех резиновых башмаках, прикрепленных к борту машины. Для ограничения вертикальных колебаний верхней ветви гусеницы, что имеет место при движении по неровной дороге, под крыльями машины установлены деревянные планки. Как следует из приведенных данных, на американских легких танках и САУ нашли применение, в основном, два типа ленточных гусениц; с арматурой (поперечинами), завулканизированной в массив ленты, и с арматурой, закрепленной на ленте болтами. Недостатком последней конструкции, на наш взгляд, является наличие большого числа крепежных деталей (болтов, гаек, шайб), что в эксплуатации может привести к известным затруднениям. Гусеницы с арматурой, завулканизированной в массив резины, прочнее, но обладают большим весом. С целью проверки эксплуатационных качеств ленточных гусениц применительно к легким бронеобъектам во ВНИИ-100 были проведены ходовые испытания стендового образца экспериментальной ленточной гусеницы плавающего танка ПТ-76, изготовленного на базе транспортерной ленты КРУ-350. Для обеспечения более надежной работы зацепления ходовая часть танка подверглась некоторой переделке. В частности, под верхней ветвью ленты были установлены по два поддерживающих катка с каждого борта. Экспериментальная ленточная гусеница (фиг. 7) состоит из отдельных секций.
Фиг. 7. Экспериментальная ленточная гусеница для плавающего танка ПТ-76
Каждая секция представляет собой три армированные тросами резиновые полосы, вырезанные из ленты КРУ-350 и соединенные поперечинами — плицами, прикрепленными к лентам заклепками. Поперечина — плица образуется двумя планками: верхней — с приваренными двумя направляющими гребнями и нижней — с отогнутыми краями, образующими грунтозацепы. Зацепление ленты с ведущим колесом — цевочное. Цевки выполнены путем отгибания выступов верхних планок и для повышения износостойкости в зоне контакта с зубом колеса наплавлены твердым сплавом. Основные размеры гусеницы приведены на фиг. 7. Вес гусеницы — 450 кг. Для сравнения укажем, что вес серийной гусеницы составляет 485-500 кг. Сравнительно большой вес гусениц объясняется использованием транспортерной ленты с плотным тросовым наполнением и установкой плиц сварной конструкции вместо штампованных. При испытании машины с вывешенными опорными катками было установлено, что момент, потребный для перематывания ленточных гусениц, практически не изменялся от скорости вращения ведущих колес. В то же время момент, необходимый для перематывания серийных гусениц с открытыми шарнирами, с увеличением скорости прогрессивно возрастает. Разница в затрате мощности на перематывание ленточных и металлических гусениц при скорости 80 км/час составила около 90 л. с. Ходовые испытания гусениц показали их удовлетворительные эксплуатационные качества. Машина нормально разворачивалась при движении как передним, так и задним ходом, преодолевала подъем и препятствия. Наиболее слабым местом оказались соединительные элементы секций гусениц, конструкция которых в настоящее время дорабатывается. Рассмотрим основные материалы, применяемые для ленточных гусениц, и особенности изготовления ленточных гусениц. Основным элементом такой гусеницы является ее несущая основа — лента. Лента должна обладать высокой прочностью при малом весе и характеризоваться небольшим упругим и остаточным удлинением. На фиг. 8 представлена зависимость относительного удлинения от растягивающего усилия для различных типов гусеничных лент. Как следует из графика, наименьшее удлинение имеет резино-тросовая гусеница, наибольшее — гусеничная лента с сердечником из хлопчатобумажной ткани. Для сравнения приведена характеристика металлической гусеницы.
Фиг. 8. Упругие характеристики гусениц различных типов: 1 — стальная траковая гусеница; 2 — ленточная гусеница с основой из стальных тросов; 3 — ленточная гусеница с основой из перлоновой ткани; 4 — ленточная гусеница с основой из хлопчатобумажной ткани
Сопоставляя эти данные, становится ясным, что именно по этой причине наибольшее распространение получили ленты резино-тросовые. Диаметр тросов в выполненных констукциях находится в пределах от 2,5 до 6,0 мм; расстояние между тросами — от 2 до 12 мм. Для изготовления лент применяется как натуральный, так и синтетический каучук, обеспечивающий надежное сцепление с тросом. Толщина лент колеблется от 12 до 20 мм. Дальнейшее увеличение толщины ленты нежелательно, так как это приводит к возрастанию потерь при перематывании гусениц. Одним из недостатков лент с обрезиненным тросовым сердечником является прорезание резины тросами, что определяется величиной максимального давления тросов на резину. Эта величина может быть определена по формуле
Pmax=4Q/α R·d sin α/2, где Q — растягивающая сила, приходящаяся на один трос, кг; d — диаметр троса, см; R— радиус изгиба ленты, см; а — угол охвата, радианы.
По данным Курского завода РТИ наибольшее давление троса на резину не должно превышать 30 кг/см2. Другим параметром, характеризующим прочность резино-тросовых лент, является надежность крепления троса к резине. Прочность связи троса с резиной контролируется испытанием на выдергивание и должна быть не менее 40 кг на 1 см длины троса. Изготовление лент может производиться непрерывным методом (длина ленты до 200-300 м), а также небольшими отдельными отрезками, по размеру соответствующих длине одной секции. По первому методу на Курском завода РТИ изготавливаются, например, транспортные ленты КРУ-350, которые использованы в опытных конструкциях ВНИИ-100. Изготовление ленты производится следующим образом. Стальные тросы сматываются с барабана, обезжириваются и последовательно обкладываются сырой нейритовой резиной, хлопчатобумажной тканью бельтинг № 820 и обкладочной сырой резиной из натурального каучука. При ширине ленты 1200 мм в один ряд укладывается 128 тросов. Вулканизация ленты производится по участкам длиной 6 м, что соответствует размеру стола вулканизационного пресса. Одним из основных требований к резино-тросовой ленте является обеспечение прочности заделки концов тросов в соединительных деталях. При заделке концов тросов стопорными конусами с последующей заливкой припоем ПОС-30, как это выполнено в опытных конструкциях ВНИИ-100, удалось добиться прочности крепления тросов в заделке, составляющей 30-40% прочности ленты. Соединение же плиц заклепками (с предварительным обжатием ленты) обеспечивает прочность крепления их к тросам в пределах 15-20% от разрывного усилия ленты. С целью повышения прочности на стыках секций лент и в местах крепления плиц следует рекомендовать изготовление секций лент в специальных пресс- формах с предварительной укладкой троса «змейкой» или кольцами. Изготовление бесконечных резино-тросовых гусеничных лент без стыков для сельскохозяйственных тракторов организовано в опытном порядке на заводе Шенебек в ГДР. Стальной трос большой длины наматывается на два барабана и обкладывается прослоенной резиной и заготовками гребней и грунтозацепов. Затем барабаны раздвигаются и тем самым создается предварительное натяжение троса в 6000 кг. Вулканизация ленты также производится по участкам. Очередной участок ленты подается под пресс путем перематывания ленты на барабанах. Для повышения прочности связи тросов с резиной последние непосредственно перед уклад кой обрабатываются раствором каучука с пирогаллолом в метаноле. Следует отметить, что на стыках участков вулканизации возникало большое число дефектов. Для устранения этого в последнее время в ГДР изготовлен крупногабаритный специальный пресс, на котором производится вулканизация гусеницы целиком. Помимо указанных способов производства в зависимости от конструкции и размеров арматуры возможно также изготовление лент отдельными звеньями, соответствующими по длине шаговому размеру гусеницы. В качестве несущей основы ленты могут быть использованы также и ткани из синтетических волокон. Одним из таких материалов является перлон. Перлон — это полиамид, устойчивый против действия щелочей и обладающий большим биологическим сопротивлением. Температура плавления перлона 250-260°С. Удельный вес —1,14 г/см3. К недостаткам перлона следует отнести: разрушение волокон под действием кислот и выхлопных газов и набухание при погружении в масло. Это вынуждает покрывать перлоновый сердечник гусеницы защитным слоем резины. Для основы ткани сердечника для гусеницы трактора в ГДР применялась, например, кордовая нить, скрученная из 15 перлоновых нитей №34, при этом на каждый, дециметр ширины ткани приходилось по 73 нити. Утком являлась нить № 30,3×5×3. Прочность ткани на разрыв составляла 152 кг/см при удлинении на 30-40%; модуль упругости основы – 8500 кг/см2. Для лучшего соединения заготовок клыков и грунтозацепов с основой последняя перед вулканизацией пропитывалась клеем из латекса, казеина и пирогаллола. Прочность связи перлоновой основы с резиной, полученная таким способом, достигала 16-25 кг/см2. В опытных работах ВНИИ-100 и Ленинградского текстильного института в качестве материала основы использовался вытянутый «рыбный» капрон № 34,5 по ТУ 1629-53 и стеклянная авиационная нить № 3,5±0,5 ПСА ТУ 1587-52. Наиболее удовлетворительные результаты были получены на комбинированных сердечниках, состоящих в центральной части из стеклянных, а на периферии — из капроновых волокон. Модуль упругости такого сердечника — 24000 кг/см2; временное сопротивление при растяжении — 800 кг/см2.
Выводы 1. Применение ленточных гусениц взамен металлических дает следующие преимущества: а) уменьшение потерь на перематывание гусениц, что приобретает особое значение для скоростных машин; б) снижение веса машин за счет уменьшения веса гусениц, при этом уменьшение веса гусеницы как инерционной массы способствует повышению приемистости машины; наибольшая экономия веса может быть получена для машин высокой проходимости, имеющих гусеницы большой ширины; в) уменьшение неравномерности движения ввиду упругости ленты и незначительной ширины плиц (поперечин) гусеницы, что обеспечивает более плавный ход машины; это благоприятно сказывается на материальной части, так как способствует снижению динамических нагрузок на трансмиссию машины. 2. Ленточные гусеницы должны обладать достаточной поперечной жесткостью. Поперечная жесткость лент может быть обеспечена за счет применения металлических накладок, которые одновременно могут служить как грунтозацепы и как зацепление с ведущим колесом. С целью предохранения дорожного полотна от повреждений грунтозацепы могут быть снабжены резиновыми подушками. На рыхлом грунте подушки будут погружаться в почву, обеспечивая необходимое сцепление с грунтом металлических частей накладок. 3. Удлинение лент должно быть минимальным и под действием максимального тягового усилия не превышать 1-2%. 4. Для облегчения ремонта в полевых условиях ленточные гусеницы целесообразно выполнять из отдельных секций длиной 2,5-3 м. 5. Для предотвращения спадания ленточных гусениц необходимо обеспечить надежную связь их с опорными катками и особенно с направляющими и ведущими колесами. При переднем расположении ведущих колес направляющие колеса целесообразно выполнять несущими. 6. Учитывая преимущества ленточных гусениц и практику их использования для транспортных машин, следует признать рациональными применение ленточных гусениц для легких танков и самоходных артиллерийских установок, предназначенных прежде всего для авиадесантных войск.
|
|
|||||||
|