ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОПОРНЫХ КАТКОВ ТАНКА

«ЛЕОПАРД-2»

В. А. Варчев, Ю. Я. Истомин, В. И. Корж, В. А. Личковах, Г. М. Терещенко

Вестник бронетанковой техники. 1987. № 6.

Опорный каток определяет основные конструктив­ные и эксплуатационные, показатели ходовой части и машины в целом. Поэтому совершенству его кон­струкции и повышению несущей способности уде­ляется большое внимание как за рубежом, так и в отечественном танкостроении.

На 55-тонном западногерманском танке «Лео­пард-2» используется 7-опорная ходовая часть, имеющая 2-рядные обрезиненные опорные катки диаметром 700 мм со съемными дисками тарельча­той формы из алюминиевого сплава. Катки перекатываются по гусенице с металлической беговой до­рожкой и шахматным перекрытием зазоров между сочлененными траками.

Одной из характерных особенностей опорных кат­ков танка «Леопард-2» по сравнению с обрезиненными опорными катками отечественных, танков Т-80 и Т-72 является применение резиновых шин меньшей высоты (в 1,4-1,5 раза) и ширины (в 1,2-1,3 раза) (рис. 1), что позволило уменьшить массу и габариты опорных катков. Так, масса диска с шиной для опорных катков танка «Леопард-2» составляет 46 кг , что на 20% меньше, чем у отечествен­ных танков.

Рис. 1. Диски опорных катков с тинами танков «Леопард-2» (а), Т-80 (б) и Т-72 (в)

Стремление конструкторов опорных катков танка «Леопард-2» к уменьшению габаритов и в связи с этим необходимость обеспечения приемлемой теп­ловой напряженности шин обусловили уменьшение высоты массива шины. Это, в свою очередь, приве­ло к повышению механических напряжений в рези­не, критерием которых является удельное давление в контакте шины с гусеницей.

Как известно, несущая способность катка зависит от нагрузки на каток, удельного давления в кон­такте с гусеницей тепловой напряженности, ме­ханической прочности и теплостойкости резиновых шин. Важным фактором является динамическая нагруженность катка, обусловленная взаимодейст­вием с беговой дорожкой. Она зависит от амортизи­рующих свойств шин.

Исследование несущей способности опорного катка танка «Леопард-2» проводилось расчетно-экспериментальным путем» Расчет [1] показал, что шина опорного катка «Леопарда-2» испытывает примерно одинаковую с отечественными танками среднюю статическую нагрузку Рс = 24,5 кН.

Из-за отсутствия данных о предварительном натя­жении гусениц Т₀ коэффициенте неравномерности распределения нагрузки по борту k₁ и между шина­ми k_п для танка «Леопард-2» приняты следующие значения этих показателей: Т₀=0,1 G, k₁ = 1,05 и k_п = 1,05 для всех катков (G – вес танка). Рас­чет, проведенный по зависимостям [1], показал, что при меньших размерах резинового массива шин опорных катков «Леопарда-2» по сравнению с кат­ками отечественных танков удельное давление в контакте с гусеницей при прочих равных условиях оказалось в ~ 1,25 раза выше, чем у катков танков Т-80 и Т-72. Результаты статических испытаний этих катков на прессе при условно-равновесном со­стоянии резинового массива [1, 2] подтвердили бо­лее высокий уровень удельного давления в контакте с гусеницей опорного катка «Леопарда-2» (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость удельного давления q в контакте шин от статической нагрузки Рс:

1 – «Леопард-2» (металлическая беговая дорожка); 2 — Т-72 (то же);

3 – Т-80 (обрезиненная беговая дорожка)

Так, при средней статической нагрузке 24,5 кН удельное давление в контакте шины этих опорных катков с металлической беговой дорожкой гусени­цы достигает 1,8 МПа, в то время как у Т-72 (в кон­такте с металлической беговой дорожкой) и у Т-80 (в контакте с обрезиненной беговой дорожкой гу­сеницы) оно составляет 1,5 МПа.

Тепловая напряженность шины опорного катка тан­ка «Леопард-2» оценивалась по максимальной установившейся температуре Т в резиновом масси­ве шины при качении с заданной скоростью по бе­говой дорожке гусеницы [1, 3].

Температура нагрева шин определялась при на­грузке 24,5 кН в зависимости от продолжительно­сти стендовых испытаний в диапазоне характерных эксплуатационных скоростей качения (рис. 3). В связи с отсутствием гусеницы танка «Леопард-2» его каток испытывался на гусенице отечественного танка Т-72, имеющей также, как гусеница «Лео­парда-2», металлическую беговую дорожку. При испытании шин танков Т-80 и Т-72 использовались серийные гусеницы этих танков.

Эксперимент показал, что температура в средней, наиболее нагретой точке поперечного сечения шины танка «Леопард-2», составляет 160-170 °С, что на 25 % ниже температуры нагрева шин танков Т-80 и Т-72 при качении по серийным гусеницам со ско­ростью соответственно 70 и 60 км/ч .

При оценке механической усталостной прочности шин опорных катков танка «Леопард-2» выявилось влияние на этот показатель новой технологии изго­товления и материала шины.

Рис. 3. Зависимость максимальной температуры нагрева шин Т от продолжительности испытания τ при разной скорости ка­чения танков «Леопард-2» (1), Т-80 (2) и Т-72 (3):

τ₁, τ₂, τ₃ и τ₄ – значения продолжительности испытаний со скоростью качения 25, 35, 50 и 70 км/ч соответственно (для танка Т-72 последняя скорость равна 60 км/ч )

Если пользоваться известной зависимостью долго­вечности шин по механической прочности от вели­чины удельного давления [1] для шин, изготовлен­ных из отечественной серийной резины 34РИ-14, то при более высоком уровне удельного давления (1,8 МПа), обусловленном уменьшенными размера­ми массива шин «Леопарда-2», их долговечность по механической прочности массива по сравнению с отечественными шинами должна быть ниже не менее чем в 2 раза. В связи с тем, что состав резины и технология изготовления шин танка «Леопард-2» отличаются от отечественных, была проведена экспериментальная оценка фактической механиче­ской прочности шины катка танка «Леопард-2», Стендовые испытания сравниваемых шин проводи­лись при Рс = 24,5 кН и качении по беговой до­рожке из обрезиненных траков танка Т-80 и спе­циальных металлических плиц с поперечными план­ками, оказывающими дополнительное повреждаю­щее воздействие.

На протяжении испытания шин температура их нагрева сохранялась постоянной. Несмотря на высокий уровень удельных давлений, обусловленный малыми размерами резинового мас­сива, шины западногерманского танка обладают сравнительно высокой долговечностью: их наработ­ка до разрушения, полученная при указанных выше условиях с учетом пониженной тепловой напряжен­ности, оказалась близкой к наработке отечествен­ных шин танка Т-80. При этом разрушение шин тан­ка «Леопард-2», в отличие от отечественных, рас­пределялось равномерно по их окружности. Полу­ченные результаты определяются прежде всего бо­лее совершенной технологией изготовления шин танка «Леопард-2» (литьевым способом), а также, по-видимому, более высокими прочностными свой­ствами резины. Существенное влияние этих факто­ров подтвердилось и результатами испытаний на механическую прочность опытной отечественной шины, изготовленной в размерах шины танка «Лео­пард-2» методом литьевого прессования из резины марки 4Э-1386 с повышенными показателями проч­ности. Наработка такой шины до разрушения на­ходилась на уровне наработки шины западногер­манского танка.

Наработка шин танка «Леопард-2», испытанных при максимальной температуре нагрева и макси­мальной скорости качения 70 км/ч («теплостой­кость»), составила 3000 км пробега по металличе­ской беговой дорожке гусеницы танка Т-72 и 7862 км – по обрезиненной гусенице танка Т-80, что ниже долговечности серийных отечественных шин при максимальной температуре нагрева и макси­мальной скорости качения. В то же время имеется значительное количество отечественных шин, кото­рые как при стендовых, так и при ходовых испыта­ниях разрушаются при небольшом пробеге (300- 500 км ) вследствие наличия скрытых дефектов, обусловленных нестабильностью качества изготов­ления шин. Следует отметить, что при испытаниях на теплостойкость разрушение шин танка «Лео­пард-2» на стенде носит усталостный характер, так же как при испытании на механическую прочность, и так же равномерно распределяется по окружности шины.

Анализ характера разрушения шин танка «Лео­пард-2» при стендовых испытаниях как на механи­ческую прочность, так и на теплостойкость показывает, что оно происходит вследствие развития ме­ханических повреждений, равномерно распределя­ющихся по окружности и толщине шины, что сви­детельствует об однородности ее резинового масси­ва и высоком качестве изготовления. В то же время разрушение резинового массива отечественных шин носит, как правило, локальный характер, определя­ющийся наличием в массиве неоднородностей или внутренних дефектов, с последующим спонтанным развитием разрушения из-за радиального биения шин. Такой характер разрушения и наличие дефек­тов связаны с принятой технологией изготовления способом послойной накатки каландрированной резиновой ленты с последующей вулканизацией в автоклавах-прессах [2], Литьевой способ, приме­няемый при изготовлении шин опорных катков тан­ка «Леопард-2», более прогрессивен. Он обеспечи­вает, как это показало исследование, высокую однородность свойств резинового массива.

Таким образом, уменьшение габаритов отечествен­ных шин при высоком уровне их долговечности можно обеспечить за счет разработки более прогрес­сивной технологии изготовления шин, обеспечива­ющей однородные свойства массива и стабильное качество шин, и разработки новых марок резины с высокими показателями прочности и низким теп­лообразованием.

Исследование динамической нагруженности катка танка «Леопард-2» (рис. 4) показало, что уменьше­ние ширины и высоты резинового массива ухудшает амортизирующие свойства шин, и поэтому уровень динамических нагрузок на опорные катки при взаи­модействии с беговой дорожкой гусениц повышает­ся по сравнению с катками танка Т-80. Так, при ха­рактерных скоростях качения 25, 35 и 50 км/ч перегрузки этих катков соответственно в 1,9, 1,6 и раза больше, чем у танка Т-80.

Рис. 4. Зависимость вертикальных ускорений оси катка х от скорости V танков «Леопард-2» (1) и Т-80 (2)

Следует, однако, учитывать, что фактические дина­мические перегрузки на катки танка «Леопард-2» при качении по серийной гусенице этого танка мо­гут быть меньше за счет шахматного перекрытия зазора между траками.

Выводы:

1. Шины опорных катков танка «Леопард-2» и отечественных танков воспринимают примерно одинаковую среднюю статическую на­грузку.

2. Отличительной особенностью шин опорных кат­ков танка «Леопярд-2» являются малые высота и ширина резинового массива, что определяет более высокий уровень удельного давления в контакте шин с гусеницей (1,8 МПа) по сравнению с опор­ными катками отечественных серийных танков (1,5 МПа) при приемлемой тепловой напряженно­сти шин.

3. Опорные катки танка «Леопард-2» обладают сравнительно высокой несущей способностью за счет более совершенной технологии литьевого из­готовления шин и лучших прочностных свойств ре­зины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теория и конструкция танка. Т. 6. Вопросы проектирования ходовой части ВГМ / Под ред. д-ра техн. наук проф. П. П. Исакова. М.; Машиностроение, 1985, 244 с,

2. Савосин В. С., Баграчев М. Л. Массивные шины (конструк­ция, изготовление, эксплуатация). М.: Химия, 1981. 109 с.